KR101802087B1 - 복수의 노즐이 형성된 3d 프린터 및 그 동작 방법 - Google Patents

복수의 노즐이 형성된 3d 프린터 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법이 제시된다. 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 프레임; 상기 프레임에 수평 방향으로 설치되는 제1 이동부; 상기 제1 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 제1 노즐; 상기 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치되는 제2 이동부; 및 상기 제2 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제2 노즐을 포함할 수 있다.

Description

복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법{3D PRINTER FOR PROVIDING PLURALITY OF NOZZLES AND METHOD OF OPERATING THEREOF}
아래의 실시예들은 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형 재료를 수직 방향 및 수평 방향으로 각각 적층하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
근래에 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다.
3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다. 그리고 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.
이러한 종래의 3D 프린터에서 노즐을 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절하는 3차원 이송구조는 노즐을 구비한 이송블록을 X방향으로 이송시키는 X방향 이송기구와, 작업대를 Z방향으로 이송시키는 Z방향 이송기구를 포함하고, 이송블록에 노즐을 Y방향으로 이송시키는 Y방향 이송기구를 포함한다.
한국공개특허 10-2016-0052199호는 이러한 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 관한 것으로, 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 변경 가능한 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
그러나 종래의 3D 프린터의 경우 하나 또는 한 세트의 노즐이 상측에서 하측 방향으로 성형재료를 토출하므로 제품성형에 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 제작 시 성형물의 밑면의 적어도 일부가 바닥부와 접촉하지 않는 경우 필수적으로 지지대를 형성한 후 지지대의 상부에 성형물을 제작함으로써, 제품성형에 많은 시간이 걸릴 뿐 아니라 지지대 형성으로 재료가 낭비된다. 더욱이, 지지대에 접촉된 상태로 제작된 성형물은 지지대로 인하여 표면이 고르지 못하여 상품가치가 떨어지는 문제점이 발생된다.
실시예들은 전술한 바와 같이 종래의 3D 프린터의 성형물 제작까지 오랜 시간이 소요되고 많은 지지대 사용으로 인해 발생되는 시간 및 재료의 낭비를 줄이며 제작된 성형물의 품질을 높이기 위해 제안된 것으로, 실시예들은 성형 재료를 수직 방향 및 수평 방향으로 각각 적층하는 복수의 노즐을 통해 지지대의 사용을 최소화 하는 3D 프린터 및 그 동작 방법에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 별도의 지지대 형성하거나 사용하지 않고 성형물을 형성하여 재료 및 시간을 절약할 수 있는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 수직 방향 및 수평 방향으로 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 기존의 하나의 노즐을 이용하여 한 방향으로 성형물을 제작하는 것보다 더 신속하게 성형물을 제작할 수 있으며, 이때 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐의 길이를 수직 방향으로 토출하는 노즐의 길이보다 더 길게 형성함으로써, 각각의 노즐이 이동 시 서로 간섭이 발생하지 않도록 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 프레임; 상기 프레임에 수평 방향으로 설치되는 제1 이동부; 상기 제1 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 제1 노즐; 상기 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치되는 제2 이동부; 및 상기 제2 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제2 노즐을 포함한다.
상기 제1 노즐은 상기 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제2 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
상기 제1 이동부는, 모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제1 이동부; 모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제1 이동부; 및 모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제1 이동부를 포함하고 상기 제2 이동부는, 모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제2 이동부; 모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제2 이동부; 및 모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제2 이동부를 포함할 수 있다.
상기 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치되는 제3 이동부; 및 상기 제3 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제3 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 노즐은 상기 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐 중 적어도 어느 하나 이상은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 기 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐은, 배출공이 형성된 노즐의 입구가 상기 제1 노즐보다 더 길게 형성되어 이동 시 상기 제1 노즐과의 간섭을 방지할 수 있다.
상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐, 및 상기 제3 노즐은, 적어도 하나 이상의 노즐이 동시 동작하여 성형물을 형성할 수 있다.
제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐 또는 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 상기 제2 노즐 또는 제3 노즐이 상기 제2 노즐 또는 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면에 성형재료를 토출하여 성형물을 형성하고, 상기 제2 노즐 또는 상기 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법에 있어서, 각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정하는 단계; 설정된 상기 구간에 따라 프레임에 수평 방향으로 설치된 제1 이동부에 결합된 제1 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제1 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 성형재료를 토출하여 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하는 단계; 제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치된 제2 이동부에 결합된 제2 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제2 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계를 포함하고, 상기 제2 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 기 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성될 수 있다.
상기 제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치된 제3 이동부에 결합된 제3 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제3 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 상기 제1 노즐 또는 제2 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 기 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성하며, 상기 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면 및 상기 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 별도의 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 성형물을 형성하여 재료 및 시간을 절약할 수 있는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 신속하게 성형물을 제작할 수 있으며, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐의 길이를 수직 방향으로 토출하는 노즐의 길이보다 더 길게 형성함으로써, 각각의 노즐이 이동 시 서로 간섭이 발생하지 않도록 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 일부를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작을 위한 제어 프로그램을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 종래의 3D 프린터의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 종래의 3D 프린터의 동작의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 3D 프린터의 동작의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 전술한 바와 같이 종래의 3D 프린터의 성형물 제작까지 오랜 시간이 소요되고 많은 지지대 사용으로 인해 발생되는 시간 및 재료의 낭비를 줄이며 제작된 성형물의 품질을 높이기 위해 제안된 것으로, 실시예들은 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 지지대의 사용을 최소화 하여 재료 및 시간을 절약할 수 있을 뿐 아니라 표면이 고른 높은 품질의 성형물을 얻을 수 있는 3D 프린터 및 그 동작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 수직 방향 및 수평 방향으로 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 기존의 하나의 노즐을 이용하여 한 방향으로 성형물을 제작하는 것보다 더 신속하게 성형물을 제작할 수 있으며, 이때 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐의 길이를 수직 방향으로 토출하는 노즐의 길이보다 더 길게 형성함으로써, 각각의 노즐이 이동 시 서로 간섭이 발생하지 않도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터(1)는 제1 노즐 동작부(100), 제2 노즐 동작부(200), 및 제3 노즐 동작부(300)를 포함하여 이루어진다.
제1 노즐 동작부(100)는 프레임에 수평 방향으로 설치되는 제1 이동부에 결합된 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 제1 노즐(110)이 포함된다. 예를 들어 제1 노즐(110)은 상부에서 바닥부를 향하여 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 상측 노즐일 수 있다.
제2 노즐 동작부(200)는 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치되는 제2 이동부에 결합된 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제2 노즐(210)이 포함된다. 예를 들어 제2 노즐(210)은 제1 노즐(110) 및 타 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부를 향하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 좌측 노즐일 수 있다.
제3 노즐 동작부(300)는 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치되는 제3 이동부에 결합된 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제3 노즐(310)이 포함된다. 예를 들어 제3 노즐(310)은 제1 노즐(110) 및 타 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부를 향하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 우측 노즐일 수 있다.
여기에서, 상측 노즐은 성형물의 중심을 제작하고, 좌, 우측 노즐은 성형물의 측면을 제작할 수 있다. 이 경우, 성형물의 중심부를 소정 높이 제작한 후 중심부와 연결되는 측면부를 중심부에 밀착하여 제작함으로써 지지대를 제작 및 사용하지 않아 시간과 재료를 절약할 수 있다.
한편, 성형재료는 점성을 가진 소재이므로 지지대 없이 성형물의 중심부의 측면부에 제작 가능하다.
아래에서 제1 노즐 동작부(100), 제2 노즐 동작부(200), 및 제3 노즐 동작부(300)를 포함하는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터(1)에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다. 여기에서 각각의 제1 노즐 동작부(100), 제2 노즐 동작부(200), 및 제3 노즐 동작부(300)의 세부 구성은 유사하므로, 아래에서는 제1 노즐 동작부(100)를 중심으로 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 일부를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터(1)는 프레임(140), 제1 이동부, 제1 노즐(110), 제2 이동부, 및 제2 노즐(210)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 실시예에 따라 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터(1)는 제3 이동부, 제3 노즐(310), 및 바닥부(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
프레임(140)은 제1 이동부, 제2 이동부, 및 제3 이동부 중 적어도 어느 하나 이상을 지지하기 위해 형성될 수 있다.
제1 이동부는 프레임(140)에 수평 방향으로 설치될 수 있다.
더 구체적으로, 제1 이동부는 모터(122)를 이용하여 제1 노즐(110)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제1 이동부, 모터(132)를 이용하여 제1 노즐(110)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제1 이동부, 및 모터(142)를 이용하여 제1 노즐(110)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제1 이동부를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 노즐(110)은 제1 이동부에 결합되어 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
예를 들어 제1 이동부에 길이 방향으로 레일(120)이 형성되어 레일(120)을 따라 제1 노즐(110)이 이동함으로써 x축 방향으로 이동할 수 있고, 제1 이동부가 양측에 수평 방향으로 형성된 레일을 따라 y축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제1 이동부가 수직 방향으로 형성된 레일 또는 전산 볼트(141) 등에 의해 z축 방향으로 이동할 수 있다. 이때, x축, y축, 및 z축 방향으로의 이동을 위해 각각 모터(122, 132, 142)가 설치되어 모터(122, 132, 142)의 동작에 의해 x축 벨트 롤러(121) 및 y축 벨트 롤러(131)가 동작되어 제1 노즐(110)이 각 레일을 따라 이동될 수 있다. 또한, z축 방향으로의 이동을 위해 모터(142)의 동작에 의해 전산 볼트(141)가 회전하여 제1 이동부가 상하 방향으로 이동될 수 있다. 이러한 각각의 모터(122, 132, 142)는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
제1 노즐(110)은 배출공을 통하여 바닥부를 향하여 수직 방향으로 성형재료를 토출할 수 있다. 예컨대 제1 노즐(110)은 상부에서 바닥부(150)를 향하여 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 상측 노즐일 수 있다.
제1 노즐(110)에 재료공급 모터(112)가 설치되어 모터(112)가 넣어주는 압력으로 성형재료가 공급될 수 있다. 이러한 모터(112)는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
제2 이동부는 프레임(140)의 일측에 수직 방향으로 설치될 수 있다.
더 구체적으로, 제2 이동부는 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제2 이동부, 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제2 이동부, 및 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제2 이동부를 포함할 수 있다.
예를 들어 제2 이동부에는 x축, y축, 및 z축 방향으로의 이동을 위해 레일 또는 전산 볼트가 설치될 수 있다. 그리고 x축, y축, 및 z축 방향으로의 이동을 위해 각각 모터가 설치되어 모터의 동작에 의해 x축, y축, 및 z축 벨트 롤러가 동작되어 제2 노즐(210)이 각 레일을 따라 이동되거나, 모터의 동작에 의해 전산 볼트가 회전하여 제2 노즐(210)이 이동될 수 있다. 이러한 각각의 모터는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
제2 노즐(210)은 제2 이동부에 결합되어 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
제2 노즐(210)은 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출할 수 있으며, 제1 노즐(110) 등에 의해 기 성형된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 성형재료를 토출하여 수평 방향으로 적층될 수 있다. 예컨대 제2 노즐(210)은 제1 노즐(110) 및 타 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부를 향하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 좌측 노즐일 수 있다.
제2 노즐(210)에 재료공급 모터가 설치되어 모터가 넣어주는 압력으로 성형재료가 공급될 수 있다. 이러한 모터는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
예컨대, 제어부에서 제1 노즐(110)에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐(210)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 제2 노즐(210)이 제2 노즐(210)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면에 성형재료를 토출하여 성형물을 형성할 수 있다. 사용되는 성형재료는 점성을 가진 소재이므로 지지대 없이 중심부의 측면부를 수평 방향으로 적층 가능하다.
이때, 제2 노즐(210) 또는 제3 노즐(310)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어질 수 있다.
그리고 제2 노즐(210)은 배출공이 형성된 노즐의 입구가 제1 노즐(110)보다 더 길게 형성되어 이동 시 제1 노즐(110)과의 간섭을 방지할 수 있다.
예컨대 제2 노즐(210)이 기존의 노즐과 같이 짧은 노즐을 사용할 경우, 레일 등에 의해 프레임(140) 내측으로 최대한 들어온 경우에도 기 성형된 성형물의 중심부에 닿지 않아 기 성형된 성형물의 중심부에 측면부를 연결하여 제작할 수 없다. 또한, 제2 노즐(210)이 짧은 노즐인 경우 레일 등을 이용하여 프레임(140) 내측으로 최대한 들어온 상태로 기 성형된 성형물의 중심부에 측면부를 연결하여 제작하는 경우, 제1 노즐(110)과의 간섭이 발생하여 동시에 복수의 노즐을 동작시킬 수 없다.
따라서 측면에 형성되는 제2 노즐(210)을 상측에 형성되는 제1 노즐(110)보다 더 길게 형성하여 서로간의 간섭을 방지할 수 있다.
이와 같이, 제1 노즐(110)은 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 제2 노즐(210)은 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 또는 지지대의 사용을 최소화 하여 제1 노즐(110)에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
실시예에 따라 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 제3 이동부 및 제3 노즐(310)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
제3 이동부는 프레임(140)의 타측에 수직 방향으로 설치될 수 있다.
더 구체적으로, 제3 이동부는 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제3 이동부, 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제3 이동부, 및 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제3 이동부를 포함할 수 있다.
예를 들어 제3 이동부에는 x축, y축, 및 z축 방향으로의 이동을 위해 레일 또는 전산 볼트가 설치될 수 있다. 그리고 x축, y축, 및 z축 방향으로의 이동을 위해 각각 모터가 설치되어 모터의 동작에 의해 x축, y축, 및 z축 벨트 롤러가 동작되어 제3 노즐(310)이 각 레일을 따라 이동되거나, 모터의 동작에 의해 전산 볼트가 회전하여 제3 노즐(310)이 이동될 수 있다. 이러한 각각의 모터는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
제3 노즐(310)은 제3 이동부에 결합되어 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
제3 노즐(310)은 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출할 수 있으며, 제1 노즐(110) 등에 의해 기 성형된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 성형재료를 토출하여 수평 방향으로 적층될 수 있다. 예컨대 제3 노즐(310)은 제1 노즐(110) 및 타 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부를 향하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 우측 노즐일 수 있다.
제3 노즐(310)에 재료공급 모터가 설치되어 모터가 넣어주는 압력으로 성형재료가 공급될 수 있다. 이러한 모터는 제어부의 제어신호 또는 스위치로 동작될 수 있다.
제어부에서 제1 노즐(110)에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐(310)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 제3 노즐(310)이 제3 노즐(310)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면에 성형재료를 토출하여 성형물을 형성할 수 있다. 이때, 제어부에서 제1 노즐(110)에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐(310)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 제2 노즐(210) 및 제3 노즐(310)이 동시에 동작될 수 있다.
이때, 제3 노즐(310)에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어질 수 있다.
그리고 제3 노즐(310)은 배출공이 형성된 노즐의 입구가 제1 노즐(110)보다 더 길게 형성되어 이동 시 제1 노즐(110)과의 간섭을 방지할 수 있다.
예컨대 제3 노즐(310)이 기존의 노즐과 같이 짧은 노즐을 사용할 경우, 레일 등에 의해 프레임(140) 내측으로 최대한 들어온 경우에도 기 성형된 성형물의 중심부에 닿지 않아 기 성형된 성형물의 중심부에 측면부를 연결하여 제작할 수 없다. 또한, 제3 노즐(310)이 짧은 노즐인 경우 레일 등을 이용하여 프레임(140) 내측으로 최대한 들어온 상태로 기 성형된 성형물의 중심부에 측면부를 연결하여 제작하는 경우, 제1 노즐(110)과의 간섭이 발생하여 동시에 복수의 노즐을 동작시킬 수 없다.
따라서 측면에 형성되는 제3 노즐(310)을 상측에 형성되는 제1 노즐(110)보다 더 길게 형성하여 서로간의 간섭을 방지할 수 있다.
여기에서, 제1 노즐(110)은 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 제2 노즐(210) 및 제3 노즐(310) 중 적어도 어느 하나 이상은 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 또는 지지대의 사용을 최소화 하여 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
이러한 제1 노즐(110), 제2 노즐(210), 및 제3 노즐(310)은 적어도 하나 이상의 노즐이 동시 동작하여 성형물을 신속하게 형성할 수 있다.
따라서 실시예들에 따르면 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 별도의 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 성형물을 형성하여 재료 및 시간을 절약할 수 있는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 신속하게 성형물을 제작할 수 있으며, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐의 길이를 수직 방향으로 토출하는 노즐의 길이보다 더 길게 형성함으로써, 각각의 노즐이 이동 시 서로 간섭이 발생하지 않도록 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터를 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 기존의 3D 프린터는 1개의 노즐을 이용하여 수직 방향으로만 3D 조형을 수행하였으나, 본 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 유사한 3D 프린팅 메커니즘을 좌측, 우측면에 추가로 구비하여 3개의 노즐을 가지고 동시에 3방향에서 3D 조형을 수행할 수 있다.
3D 프린터는 각 노즐이 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
다시 말하면, 제1 이동부는 모터를 이용하여 제1 노즐(110)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제1 이동부, 모터를 이용하여 제1 노즐(110)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제1 이동부, 및 모터를 이용하여 제1 노즐(110)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제1 이동부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라 제1 이동부에 결합된 제1 노즐(110)은 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
그리고, 제2 이동부는 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제2 이동부, 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제2 이동부, 및 모터를 이용하여 제2 노즐(210)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제2 이동부를 포함할 수 있다. 이에 따라 제2 이동부에 결합된 제2 노즐(210)은 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 제3 이동부는 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제3 이동부, 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제3 이동부, 및 모터를 이용하여 제3 노즐(310)을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제3 이동부를 포함할 수 있다. 이에 따라 제3 이동부에 결합된 제3 노즐(310)은 x축, y축, 및 z축 방향으로 이동할 수 있다.
아래에서 각 노즐의 이동에 대해 제1 노즐(110)의 동작에 대한 예를 들어 구체적으로 설명한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 3D 프린터 작업 시작 시 z축 모터가 전산볼트를 돌리면 나사산 작용에 의해 제1 노즐(110)이 바닥부(150)로 내려가 재료를 정해진 경로를 따라 토출하고 또 한층 올라가 토출하여 수직 방향으로 반복하여 높이 쌓아서 성형물을 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, x축 경로 이동을 위해 x축 모터가 회전하면서 벨트를 당기고 미는 작용으로 벨트에 물려있는 제1 노즐(110)이 레일을 타고 움직일 수 있다.
도 5를 참조하면, y축 경로 이동을 위해 y축 모터가 회전하면서 벨트를 당기고 미는 작용으로 벨트에 물려있는 제1 노즐(110)이 로드암을 타고 움직일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작을 위한 제어 프로그램을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 3D 프린터의 제어를 위해 3D 프린터 제어 프로그램을 이용할 수 있다. 즉, 3D 프린터 제어 프로그램은 모델(성형물)의 모양에 따른 좌표값으로 노즐의 이동경로를 자동 계산해주는 프로그램이다. 예컨대, 3D 프린터 제어 프로그램인 "큐라"를 사용할 수 있다.
이때, 모델(성형물)에서 복수의 노즐의 할당 부위를 사용자가 적절히 지정할 수 있다. 예를 들어 모델(640)에서 구간 설정면(610, 620)을 이동시켜 설정함으로써 상측 노즐 및 좌, 우측 노즐의 할당 부위를 설정할 수 있다. 즉, 모델(640)에서 구간 설정면(610, 620)이 설정됨으로써 상측 노즐은 모델(640)의 중심부(642)를 성형하게 되며, 중심부(642)가 좌, 우측 노즐과 접촉되는 면까지 형성된 후 좌측 노즐은 모델(640)의 좌측면(641)을 성형하게 되고 우측 노즐은 모델(640)의 우측면(643)을 성형하게 된다.
도 7은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6에서 설명한 바와 같이 성형물의 모델 파일을 제어 프로그램에서 복수의 노즐 중 각 노즐이 담당할 구간을 설정한 후, 각 노즐을 동작시킬 수 있다. 이때, 각 노즐이 담당할 구간의 설정은 사용자가 직접 설정하거나 기 설정된 프로그램을 이용할 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 제어부는 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 상측 노즐(710)을 이용하여 바닥부에 성형재료를 적층하여 성형물(740)의 중심부를 조형시킬 수 있다.
그리고 도 7b에 도시된 바와 같이 성형물(740)의 분기점층(화살표로 도시됨.)까지 조형이 완료된 경우, 제어부가 이를 인식하여 좌, 우측 노즐(720, 730)을 이동시켜 수평 방향 출력을 시작할 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 제어부는 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 좌측 노즐(720) 및 우측 노즐(730)을 동작시켜 양방향에서 동시에 조형을 시작시킬 수 있다. 그리고 상측 노즐(710)은 계속해서 중심부의 상부를 조형할 수 있다.
여기에서, 분기점층은 성형물(740)의 중심부에서 좌, 우측 노즐(720, 730)과 접촉되는 면(또는, 경계선)까지 모두 조형 완료하였을 때의 위치를 의미할 수 있다.
이때, 상측 노즐(710)이 먼저 조형한 중심부에서 좌, 우측 노즐(720, 730)이 닿아 적층을 시작할 부위의 표면은 평평해야 성형물(740)과 노즐간의 간섭이 발생하지 않는다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 복수의 노즐(710, 720, 730)이 동시에 동작하여 신속하게 성형물(740)을 제작할 수 있다.
한편, 도 11은 종래의 3D 프린터의 동작의 예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 종래의 3D 프린터는 중심축과 동시에 다수의 지지대(50)를 조형하고, 지지대(50)의 상부에 교차 부분을 조형할 수 있다. 이때, 지지대(50)는 서포터라고도 하며 성형물(40)을 제작하는 성형재료와 다른 재료를 사용할 수 있다.
이후, 하나의 노즐(10)을 이용하여 상부를 조형함으로써 성형물(40)을 형성할 수 있다.
도 7 및 도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 복수의 노즐을 이용한 3D 프린터는 상측 노즐(710)을 이용하여 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물(740)의 적어도 일부를 형성한 후 좌, 우측 노즐(720, 730)을 이용하여 기 형성된 성형물(740)의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 별도의 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 성형물(740)을 형성하여 재료 및 시간을 절약할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 다른 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6에서 설명한 바와 같이 성형물의 모델 파일을 제어 프로그램에서 복수의 노즐 중 각 노즐이 담당할 구간을 설정한 후, 각 노즐을 동작시킬 수 있다. 이때, 각 노즐이 담당할 구간의 설정은 사용자가 직접 설정하거나 기 설정된 프로그램을 이용할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 제어부는 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 상측 노즐(810)을 이용하여 바닥부에 성형재료를 적층하여 성형물(840)의 중심부를 조형시킬 수 있다. 이때 바닥부에 닿지 않는 부분을 제작하기 위하여 최소한의 지지대(850)가 사용될 수 있다. 이러한 지지대(850)는 성형물(840)을 제작하는 성형재료와 다른 재료를 사용할 수 있다.
그리고 도 8b에 도시된 바와 같이 성형물(840)의 분기점층(화살표로 도시됨.)까지 조형이 완료된 경우, 제어부가 이를 인식하여 좌, 우측 노즐(820, 830)을 이동시켜 수평 방향 출력을 시작할 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 제어부는 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 좌측 노즐(820) 및 우측 노즐(830)을 동작시켜 양방향에서 동시에 조형을 시작시킬 수 있다. 그리고 상측 노즐(810)은 계속해서 중심부의 상부를 조형할 수 있다.
이때, 상측 노즐(810)이 먼저 조형한 중심부에서 좌, 우측 노즐(820, 830)이 닿아 적층을 시작할 부위의 표면은 평평해야 성형물(840)과 노즐간의 간섭이 발생하지 않는다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 좌, 우측 노즐(820, 830)이 조형하는 부분은 지지대 없이 상측 노즐(810)에 의해 제작된 중심부에 밀착 형성됨으로써, 시간 및 재료를 절감할 수 있을 뿐 아니라 지지대 자국이 발생되지 않아 성형물(840)의 표면 질감을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 12는 종래의 3D 프린터의 동작의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 종래의 3D 프린터는 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 하나의 상측 노즐(10)을 이용하여 중심축과 동시에 다수의 지지대(50)를 조형할 수 있다. 이 경우, 많은 지지대(50)가 사용되어 완성된 성형물(40)의 표면 질감이 고르지 못할 수 있다.
도 8 및 도 12에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 복수의 노즐을 이용한 3D 프린터는 상측 노즐(810)을 이용하여 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물(840)의 적어도 일부를 형성한 후 좌, 우측 노즐(820, 830)을 이용하여 기 형성된 성형물(840)의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 지지대(850)의 사용을 최소화하여 성형물(840)을 신속하게 제작할 수 있을 뿐 아니라 지지대(850) 자국이 발생되지 않아 성형물(840)의 표면 질감을 향상시킬 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터의 동작의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6에서 설명한 바와 같이 성형물의 모델 파일을 제어 프로그램에서 복수의 노즐 중 각 노즐이 담당할 구간을 설정한 후, 각 노즐을 동작시킬 수 있다. 이때, 각 노즐이 담당할 구간의 설정은 사용자가 직접 설정하거나 기 설정된 프로그램을 이용할 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 제어부는 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 상측 노즐(910)을 이용하여 바닥부(900)에 성형재료를 적층하여 성형물(940)의 중심부(942)를 조형시킬 수 있다. 이 경우, 직육면체를 수직 방향으로 3등분 하여 상측 노즐(910)을 이용하여 중심부(942)를 제작하고, 좌, 우측 노즐(920, 930)을 이용하여 측면부(941, 943)를 제작할 수 있다.
그리고 도 9b에 도시된 바와 같이, 좌, 우측 노즐(920, 930)의 경우 바닥부(900)와 접촉하는 부분을 제작할 때 바닥부(900)와 간섭이 발생될 수 있다. 이에 따라 성형물(940)의 바닥면의 높이를 높게 할 수 있다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 중심부(942) 바닥에만 지지대(950)를 출력하여 좌, 우측 노즐(920, 930) 규격만큼 높이를 높일 수 있다. 그리고, 상측 노즐(910)에 의해 중심부(942)가 완료된 후 좌, 우측 노즐(920, 930)을 이용하여 성형물(940)의 양측 출력을 시작하면 바닥부(900)와 좌, 우측 노즐(920, 930) 사이에 이격거리가 생겨 간섭이 발생되지 않는다.
다른 방법으로, 각 노즐이 담당할 구간을 다르게 설정할 수 있다.
바닥부(900)와 접촉하는 부분을 좌, 우측 노즐(920, 930)을 이용하여 제작하는 경우, 바닥부(900)와 좌, 우측 노즐(920, 930) 사이에 간섭이 발생할 수 있으므로, 바닥부(900)와 접촉하는 부분을 상측 노즐(910)을 이용하여 제작할 수 있다. 이후, 성형물(940)의 남은 부분을 수직 방향으로 3등분 하여 상측 노즐(910)을 이용하여 중심부를 제작하고, 좌, 우측 노즐(920, 930)을 이용하여 측면부를 제작할 수 있다.
한편, 도 13은 종래의 3D 프린터의 동작의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 하나의 상측 노즐(10)이 바닥부에 직육면체 형상의 성형물(40)을 수직 방향으로 적층 형성하여 제작할 수 있다.
도 9 및 도 13에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 복수의 노즐을 이용한 3D 프린터는 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 신속하게 성형물(940)을 제작할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법은 각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정하는 단계(1010), 설정된 구간에 따라 프레임에 수평 방향으로 설치된 제1 이동부에 결합된 제1 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제1 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 성형재료를 토출하여 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하는 단계(1020), 제어부에서 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계(1030), 및 제어부의 제어에 따라 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치된 제2 이동부에 결합된 제2 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제2 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계(1040)를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 제어부에서 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계(1050), 및 제어부의 제어에 따라 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치된 제3 이동부에 결합된 제3 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제3 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 제1 노즐 또는 제2 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계(1060)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성함으로써, 별도의 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 성형물을 형성하여 재료 및 시간을 절약할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 복수의 노즐을 동시에 동작시켜 신속하게 성형물을 제작할 수 있으며, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐의 길이를 수직 방향으로 토출하는 노즐의 길이보다 더 길게 형성함으로써, 각각의 노즐이 이동 시 서로 간섭이 발생하지 않고 신속하게 성형물을 제작할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법에 대해 더 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법은 도 1 내지 도 9에서 설명한 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터를 이용하여 더 구체적으로 설명할 수 있다. 이러한 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법은 제어부에 의해 수행될 수 있으며, 이때 제어 프로그램이 사용될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 프레임, 제1 이동부, 제1 노즐, 제2 이동부, 및 제2 노즐을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 실시예에 따라 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터는 제3 이동부, 제3 노즐, 및 바닥부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(1010)에서, 제어 프로그램 등을 이용하여 각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정할 수 있다. 이때, 기 설정된 프로그램 등에 의해 제어부는 각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정할 수 있다. 또한, 사용자가 직접 제어 프로그램 등을 이용하여 각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정할 수도 있다.
단계(1020)에서, 제어부는 설정된 구간에 따라 프레임에 수평 방향으로 설치된 제1 이동부에 결합된 제1 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제1 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 성형재료를 토출하여 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
단계(1030)에서, 제어부는 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식할 수 있다.
단계(1040)에서, 제어부의 제어에 따라 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치된 제2 이동부에 결합된 제2 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제2 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출할 수 있다.
여기에서, 제2 노즐은 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성될 수 있다.
더욱이, 단계(1050)에서 제어부는 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식할 수 있다.
단계(1060)에서, 제어부의 제어에 따라 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치된 제3 이동부에 결합된 제3 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 제3 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 제1 노즐 또는 제2 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출할 수 있다. 한편, 제3 노즐은 제1 노즐에 의해 성형물의 중심부가 형성된 후, 제2 노즐과 동시에 동작될 수 있다.
여기에서, 제3 노즐은 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
즉, 제1 노즐은 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 제2 노즐 및 제3 노즐 중 적어도 어느 하나 이상은 지지대를 형성하거나 사용하지 않고 또는 지지대의 사용을 최소화 하여 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 형성할 수 있다.
이때, 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면 및 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어질 수 있다.
제1 노즐, 제2 노즐, 및 제3 노즐은 적어도 어느 하나 이상의 노즐이 동시 동작하여 신속하게 성형물을 형성할 수 있다. 그리고 제2 노즐 및 제3 노즐은 배출공이 형성된 노즐의 입구가 제1 노즐보다 더 길게 형성되어 이동 시 제1 노즐과의 간섭을 방지할 수 있다.
이와 같이 실시예들에 따르면 수직 방향으로 토출하는 노즐을 통해 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성한 후, 수평 방향으로 토출하는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 기 형성된 성형물의 적어도 일부에 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성할 수 있다. 이에 따라 별도의 지지대를 형성하지 않거나 지지대의 사용을 최소화 하여 성형물을 형성함으로써, 재료 및 시간을 절약할 수 있으며, 완성된 성형물의 표면이 고르게 형성되어 품질을 높일 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 수평 방향으로 설치되는 제1 이동부;
    상기 제1 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수직 방향으로 성형재료를 토출하는 제1 노즐;
    상기 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치되는 제2 이동부; 및
    상기 제2 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제2 노즐
    을 포함하고,
    상기 제1 노즐은 상기 성형재료를 받침부 또는 지지대에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제2 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부를 지지대로 사용함에 따라 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성하며,
    제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 상기 제2 노즐이 상기 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면에 성형재료를 토출하여 성형물을 형성하고,
    상기 성형물의 모델 파일을 제어 프로그램에서 상기 복수의 노즐 중 각 노즐이 담당할 구간을 사용자가 직접 설정하거나 기 설정된 프로그램을 이용하여 설정한 후, 각 노즐을 동작시키는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이동부는,
    모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제1 이동부;
    모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제1 이동부; 및
    모터를 이용하여 상기 제1 노즐을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제1 이동부
    를 포함하고
    상기 제2 이동부는,
    모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 x축 방향으로 이동시키는 x축 제2 이동부;
    모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 y축 방향으로 이동시키는 y축 제2 이동부; 및
    모터를 이용하여 상기 제2 노즐을 z축 방향으로 이동시키는 z축 제2 이동부
    를 포함하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치되는 제3 이동부; 및
    상기 제3 이동부에 결합되어 배출공을 통하여 수평 방향으로 성형재료를 토출하는 제3 노즐
    을 더 포함하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 노즐은 상기 성형재료를 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐 중 적어도 어느 하나 이상은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 기 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성하는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐은,
    배출공이 형성된 노즐의 입구가 상기 제1 노즐보다 더 길게 형성되어 이동 시 상기 제1 노즐과의 간섭이 발생되는 공간에 진입하지 않고, 상기 제1 노즐보다 더 길게 형성된 노즐을 통해 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성하는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐, 및 상기 제3 노즐은,
    적어도 어느 하나 이상의 노즐이 동시 동작하여 성형물을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  8. 제4항에 있어서,
    제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐 또는 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식함에 따라, 상기 제2 노즐 또는 제3 노즐이 상기 제2 노즐 또는 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면에 성형재료를 토출하여 성형물을 형성하고,
    상기 제2 노즐 또는 상기 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터.
  9. 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법에 있어서,
    각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정하는 단계;
    설정된 상기 구간에 따라 프레임에 수평 방향으로 설치된 제1 이동부에 결합된 제1 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제1 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 성형재료를 토출하여 받침부에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하는 단계;
    제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부가 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 프레임의 일측에 수직 방향으로 설치된 제2 이동부에 결합된 제2 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제2 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 노즐은 상기 성형재료를 받침부 또는 지지대에 수직 방향으로 적층하여 성형물의 적어도 일부를 형성하고, 상기 제2 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부를 지지대로 사용함에 따라 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성하며,
    각 노즐이 성형해야 하는 구간을 설정하는 단계는,
    상기 성형물의 모델 파일을 제어 프로그램에서 상기 복수의 노즐 중 각 노즐이 담당할 구간을 사용자가 직접 설정하거나 기 설정된 프로그램을 이용하여 설정한 후, 각 노즐을 동작시키는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 제1 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부가 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면이 형성됨을 인식하는 단계; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 프레임의 타측에 수직 방향으로 설치된 제3 이동부에 결합된 제3 노즐이 x축, y축, z축 방향으로 이동되고, 상기 제3 노즐이 기 설정된 위치에 이동 배치되어 상기 제1 노즐 또는 제2 노즐에 의해 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 토출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제3 노즐은 지지대의 사용을 최소화 하기 위해 기 형성된 상기 성형물의 적어도 일부에 성형재료를 수평 방향으로 밀착하여 적층 형성하며,
    상기 제2 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면 및 상기 제3 노즐에 의해 형성되는 성형재료와 접촉되는 면은 평평하게 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 복수의 노즐이 형성된 3D 프린터 동작 방법.
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