KR101814916B1 - 초코렛 가공용 3d 프린터 - Google Patents

초코렛 가공용 3d 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초코렛 가공용 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초코렛 가공용 3D 프린터는, 함체의 케이스로 구성되고, 내부에 구동수단에 의해 상하좌우로 구동되는 베드가 구비된 본체; 상기 본체의 외부에 설치되며, 일단부에 장착된 노즐 단부가 상기 본체 내부로 인입되어 용융된 초코렛을 분사하는 공급부; 및 상기 본체 내의 베드 상에 설치되고, 상기 노즐로부터 압출된 초코렛이 열전소자와 밀착된 쿨링베드 상에서 냉각되어 3D 형상으로 제작되는 조형부;를 포함한다.

Description

초코렛 가공용 3D 프린터{3D printer for chocolate manufacturing}
본 발명은 초코렛 가공용 3D 프린터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 용융된 초코렛이 노즐을 통해 압출됨과 아울러 쿨링베드에서 냉각되면서 다양한 형상의 초코렛이 제작될 수 있도록 한 초코렛 가공용 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로, 3D 프린터는 최근 오픈소스를 기반으로 급속한 기술발전이 이루어지고 있으며, 제품 가격이 낮아짐에 따라 산업용에서 개인용으로 대중화가 이루어지고 있다.
3D 프린터의 주요 프린팅 방식은 크게 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식과 DLP(Digital Light Processing) 방식, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식 등으로 구분될 수 있으며, 주요 사용 재료로 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등이 다양하게 사용되고 있다. 또한, 3D 프린팅 소재 산업의 발달과 함께 식재료 등을 포함하여 주요 사용 재료가 더욱 다양해지고 있다.
식재료를 이용한 3D 프린터 중 초코렛을 이용한 3D 프린터가 출시되고 있는 바, 현재 출시되는 초코렛 제작용 3D 프린터는 주로 주사기 타입으로 초코렛이 제공되는 구조로 소용량의 초코렛이 제작될 수 밖에 없고, 온도 변화에 상 변화가 민감한 초코렛의 특성 변화에 민감하게 대응이 어려운 구조로 이루어짐에 따라 초코렛의 형상이 제대로 형성되지 못하는 단점이 있었다.
대한민국 공개특허 제2015-0129261호
따라서, 본 발명은 종래 3D 프린터에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 쿨링베드가 포함된 조형부를 3D 프린터에 실장 가능한 형태로 제작하여 기존의 3D 프린터를 활용 가능하게 하고, 용융된 초코렛이 노즐을 통해 압출됨과 동시에 쿨링베드에서 냉각되면서 다양한 형상의 초코렛이 제작될 수 있도록 한 초코렛 가공용 3D 프린터가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 함체의 케이스로 구성되고, 내부에 구동수단에 의해 상하좌우로 구동되는 베드가 구비된 본체; 상기 본체의 외부에 설치되며, 일단부에 장착된 노즐 단부가 상기 본체 내부로 인입되어 용융된 초코렛을 분사하는 공급부; 및 상기 본체 내의 베드 상에 설치되고, 상기 노즐로부터 압출된 초코렛이 열전소자와 밀착된 쿨링베드 상에서 냉각되어 3D 형상으로 제작되는 조형부;를 포함하는 초코렛 가공용 3D 프린터가 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 본체는 전방이 개구된 사각함체로 구성되고, 전방에 개폐 가능한 도어가 설치될 수 있다.
상기 공급부는, 경화된 초코렛을 소정 온도로 가열하여 용융 상태로 공급하는 압출부와, 상기 압출부와 연결되어 용융된 초코렛을 이송하는 호스 및 상기 호스의 일단부에 장착되어 그 인출 단부가 상기 케이스 상부 일지점에 결합된 노즐로 구성될 수 있다.
상기 압출부는, 초코렛을 담는 호퍼와, 상기 호퍼의 초코렛을 압출하기 위해 구동되는 모터 및 상기 호퍼의 하부에 결합되어 용융된 초코렛을 상기 본체측으로 압출시키는 실린더로 구성될 수 있다.
상기 실린더와 호스의 외주면에는 용융된 초코렛이 압출 및 이송 과정에서 경화되지 않도록 하는 가열수단이 더 구비될 수 있다.
상기 노즐은, 노즐 고정부에 결합되고, 그 인출 단부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 히팅부 및 상기 노즐의 온도를 감지하는 온도센서로 구성될 수 있다.
상기 조형부는, 상기 베드 상에 안착되며, 중앙부에 상기 노즐에서 분사된 용융 초코렛이 안착되는 쿨링베드와, 상기 쿨링베드의 양측부로 연장된 팬구동부와, 상기 팬구동부에서 발생된 에어가 분출되는 송풍구 및 상기 쿨링베드 하부에 장착된 열전소자로 구성될 수 있다.
상기 쿨링베드는 스테인레스 재질로 구성되고, 하면에 상기 열전소자가 밀착 결합됨과 아울러 상기 송풍구가 상기 쿨링베드의 각 측면에서 돌출 형성된다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 초코렛 가공용 3D 프린터는 기존의 FDM 형식의 3D 프린터에 조형부가 마운팅되는 형태로 제작될 수 있기 때문에 제작 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 초코렛 가공용 3D 프린터는 노즐로부터 분사됨과 아울러 3D 형상으로 제작되는 초코렛의 특성상 온도에 민감할 수 밖에 없기 때문에 실린더와 호스에 가열수단을 통해 지속적인 열이 가해지도록 하고, 조형부에 열전소자를 부착하여 급속 냉각이 이루어지도록 하여 3D 초코렛 제작이 용이하도록 한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초코렛 가공용 3D 프린터의 구성도.
도 2는 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터에 채용되는 공급부의 사시도.
도 3은 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터에 채용되는 노즐의 사시도.
도 4는 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터의 조형부 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
부가적으로, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 초코렛 가공용 3D 프린터의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초코렛 가공용 3D 프린터의 구성도이고, 도 2는 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터에 채용되는 공급부의 사시도이며, 도 3은 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터에 채용되는 노즐의 사시도이고, 도 4는 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터의 조형부 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터(100)는 크게 본체(110)와, 본체(110) 내부에 설치된 조형부(120)와, 상기 본체(110)와 연결되어 상기 조형부(120) 상에 초코렛을 제공하는 공급부(130)로 구성될 수 있다.
상기 본체(110)는 사각함체의 케이스(111)와, 상기 케이스(111) 내에 X, Y, Z축 이송 가능한 베드(112)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 케이스(111)는 전방이 개구된 형태로 구성될 수 있으며, 투명의 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 케이스(111)는 전방에 개폐 가능한 도어가 설치될 수도 있다.
상기 베드(112)는 케이스(111) 내부의 임의 지점에 설치된 모터 등의 구동수단에 의해 상하좌우로 구동되며, 이러한 베드의 구동은 3D 프린터의 구동에 관련된 소스가 오픈되어 공지된 기술로, 당업자에게 널리 알려진 공지의 기술에 해당될 수 있는 것이어서 그 구체적인 구성과 동작 관계의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 본체(110)는 외부에 공급부(130)가 설치된다. 공급부(130)는 초코렛을 본체(110) 내부로 공급하는 역할을 하며, 고체 상태의 초코렛을 점성이 있는 액체 상태로 변환시켜 노즐(137)을 통해 본체(110) 내에 공급하게 된다.
공급부(130)는 초코렛을 공급하는 압출부(131)와, 압출부(131)에 연결되어 초코렛을 이송하는 호스(136) 및 호스(136) 단부에 결합되어 초코렛을 분사하는 노즐(137)로 구성될 수 있다. 또한, 압출부(131)는 초코렛을 담는 호퍼(132)와, 호퍼(132)의 하부에 장착되어 초코렛을 압출하기 위해 구동되는 모터(133)와, 호퍼(132)의 하부에 초코렛을 압출하는 실린더(134)로 구성된다.
이때, 상기 실린더(134)는 외주면에 복수의 가열수단(135)이 구비되어 실린더(134) 내의 온도를 일정하게 유지하고, 이에 의해서 실린더에서 압출되는 초코렛의 용융 상태를 일정한 점도로 유지할 수 있도록 한다.
상기 실린더(134)의 인출 단부측에는 용융된 초코렛이 이송되는 호스(136)가 결합된다. 호스(136)는 초코렛의 유동을 가이드하는 역할을 하며, 인출 단부의 타측 단부에 결합된 노즐(137)로 용융된 초코렛이 이송될 때 경화되지 않도록 가열수단이 더 구비될 수 있다.
이때, 실린더(134)의 외주면과 호스(136)에 구비된 가열수단은 소정의 온도로 발열되는 열선으로 구성될 수도 있다.
상기 실린더(134)와 호스(136)에 열선과 같은 가열수단이 구성되는 이유는, 실린더(134)와 호스(136)를 거쳐 노즐(137)을 통해 분사되는 초코렛이 용융 온도가 20°내지 45°범위에서 유지되기 때문에 초코렛의 유동 중에 일정 점도로 용융된 상태를 지속적으로 유지하기 위함이다.
한편, 상기 노즐(137)은 호스(136)를 통해 연속적으로 압출되는 초코렛을 본체(110) 내의 베드 상에 일정한 속도로 분사하는 역할을 한다. 상기 노즐(137)은 실린더(134)에서 소정 압력으로 압출되는 초코렛이 일정한 온도로 분사되도록 하기 위해서 노즐 고정부(138)에 온도센서(139)가 구비되고, 온도센서(139)에 의해 감지되는 노즐(137)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히팅부(139a)가 결합된다.
히팅부(139a)는 노즐 고정부(138) 및 노즐(137)의 온도를 실시간으로 감지하는 온도센서(139)와 연동되어 노즐(137)이 항상 일정한 온도로 유지되어 노즐(137)을 통해 분사되는 초코렛의 점도가 가변되지 않도록 한다.
또한, 노즐(137)은 본체(110)를 구성하는 베드(112)의 움직임에 따라 그 분사 동작이 연동되면서 다양한 형상으로 3D의 초코렛 프린팅이 가능하도록 할 수 있으며, 노즐(137) 구멍의 직경이 약 0.2㎜ 내지 0.6㎜로 미세하게 형성됨이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.4㎜의 직경을 가지도록 하여 소정의 점도를 가진 용융 초코렛이 막힘이 없이 인출됨과 아울러 3D의 형상을 가지도록 하는 데 적절한 직경으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 노즐(137)의 용융 초코렛 분사 동작과 케이스(111) 내에서 상하좌우로 구동되는 베드(112)는 3D 프린터와 연결된 제어부(도면 미도시)를 통한 3D 프로그래밍에 의해서 연동된다. 즉, 제어부에 의해 미리 설정된 베드(112)의 구동과 노즐(137)을 통한 초코렛의 분사량 제어에 의해 3D 형상의 초코렛 가공이 가능할 수 있다.
이때, 상기 베드(112) 상에는 조형부(120)가 장착되고, 조형부(120) 상에서 노즐(137)을 통해 분사된 초코렛이 소정의 형상으로 가공됨과 동시에 소정의 냉각수단에 의해 경화되어 3D 형상으로 제작된다.
상기 실린더(134)와 호스(136)에 열선과 같은 가열수단이 구성되는 이유는, 실린더(134)와 호스(136)를 거쳐 노즐(137)을 통해 분사되는 초코렛이 용융 온도가 20℃내지 45℃범위에서 유지되기 때문에 초코렛의 유동 중에 일정 점도로 용융된 상태를 지속적으로 유지하기 위함이다.
상기 조형부(120)는 베드(112) 상에서 베드와 일체를 이루어 베드의 구동에 따라 케이스(111) 내부에서 상하좌우로 구동되며, 중앙부의 쿨링베드(121) 상에 용융 초코렛이 노즐(137)로부터 분사된다. 쿨링베드(121) 상에 분사된 초코렛은 용융 상태로 분사된 초코렛은 3D 모델링된 형태로 형상화되어야 하기 때문에 분사와 동시에 빠른 시간 내에 냉각될 필요가 있으며, 이에 따라 조형부(120)에는 노즐(137)에서 분사된 초코렛을 빠른 시간안에 냉각시킬 수 있는 구성요소들이 필요하며, 아래에서 이에 대하여 더 자세하게 설명하기로 한다.
쿨링베드(121)는 정사각 또는 직사각 형태로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니고 제작하고자 하는 3D 초코렛의 형상에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 쿨링베드(121)는 그 상면에 분사되는 초코렛의 효과적인 냉각과 형태의 고정에 유리하도록 열전달 효율이 우수한 스테인레스 재질로 구성됨이 바람직하며, 쿨링베드(121)의 사방 각 측면에는 쿨링베드(121) 상면으로 에어를 송출하여 쿨링베드(121) 상의 초코렛에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 쿨링베드(121) 상면으로 분출되는 에어는 쿨링베드(121) 양측면에 구비된 팬구동부(122)에서 발생되고, 팬구동부(122)에서 발생된 에어가 쿨링베드(121)의 각 측면에 형성된 송풍구(123)를 통해 분출된다.
상기 송풍구(123)는 쿨링베드(121)의 각 측면에서 돌출 형성되어 그 송출 방향이 쿨링베드(121) 측을 향하도록 설계됨이 바람직하다.
한편, 상기 쿨링베드(121)의 하부에는 쿨링베드(121)의 냉각 효율이 배가되도록 열전소자(124)가 장착될 수 있다. 열전소자(124)는 전류의 인가와 차단에 의해 동작하게 되며, 전류의 인가에 따라 상부의 쿨링베드(121) 열을 하부측의 배드 상으로 전달시켜 상기 쿨링베드(121) 상면의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 초코렛 가공용 3D 프린터는 일반적인 FDM 방식의 3D 프린터에 조형부(120)를 실장하는 방식(Mounted type)으로 설치하여 이용할 수 있다. 즉 오픈 소스로 공지된 기존의 3D 프린터와 그 제어 방식을 이용하고 쿨링베드가 포함된 조형부와 압출부(130)를 변경함에 의해서 최소의 비용으로 다양한 초코렛 재료를 이용하여 초코렛 제품의 3D 프린팅이 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 본체
111. 케이스
112. 베드
120. 조형부
121. 쿨링베드
122. 팬구동부
123. 송풍구
124. 열전소자
130. 공급부
131. 압출부
132. 호퍼
133. 모터
134. 실린더
135. 가열수단
136. 호스
137. 노즐
138. 노즐 공급부
139. 온도센서
139a. 히팅부

Claims (8)

  1. 함체의 케이스로 구성되고, 내부에 구동수단에 의해 상하좌우로 구동되는 베드가 구비된 본체;
    상기 본체의 외부에 설치되며, 일단부에 장착된 노즐 단부가 상기 본체 내부로 인입되어 용융된 초코렛을 분사하는 공급부; 및
    상기 본체 내의 베드 상에 안착 가능한 형상으로 설치되고, 상기 노즐로부터 압출된 초코렛이 열전소자와 밀착된 쿨링베드 상에서 냉각되어 3D 형상으로 제작되는 조형부;를 포함하고,
    상기 공급부는, 경화된 초코렛을 소정 온도로 가열하여 용융 상태로 실린더를 통해 상기 본체측으로 공급하는 압출부와, 상기 압출부와 연결되어 용융된 초코렛을 이송하는 호스 및 상기 호스의 일단부에 장착되어 그 인출 단부가 상기 케이스 상부 일지점에 결합된 노즐로 구성되며, 상기 실린더와 호스의 외주면에는 용융된 초코렛이 압출 및 이송 과정에서 경화되지 않도록 하는 가열수단이 더 구비되며,
    상기 조형부는, 중앙부에 상기 노즐에서 분사된 용융 초코렛이 안착되는 쿨링베드와, 상기 쿨링베드의 양측부로 연장된 팬구동부와, 상기 팬구동부에서 발생된 에어가 상기 쿨링베드 상에 분출되게 상기 쿨링베드의 각 측면에 돌출 형성된 송풍구 및 상기 쿨링베드 하부에 장착된 열전소자로 구성된
    초코렛 가공용 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 전방이 개구된 사각함체로 구성되고, 전방에 개폐 가능한 도어가 설치된 초코렛 가공용 3D 프린터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압출부는, 초코렛을 담는 호퍼와, 상기 호퍼의 초코렛을 압출하기 위해 구동되는 모터 및 상기 호퍼의 하부에 결합되어 용융된 초코렛을 상기 본체측으로 압출시키는 실린더로 구성된 초코렛 가공용 3D 프린터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은, 노즐 고정부에 결합되고, 그 인출 단부의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 히팅부 및 상기 노즐의 온도를 감지하는 온도센서로 구성된 초코렛 가공용 3D 프린터.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링베드는 스테인레스 재질로 구성된 초코렛 가공용 3D 프린터.
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