KR101817429B1 - 회전형 멀티 헤드를 구비한 3d 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D(Dimensional) 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 작업용 헤드가 구비되는 회전형 멀티 헤드를 포함하며, 복수의 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위해 번갈아 위치할 수 있도록 하여 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 함으로써 서로 다른 3D 프린팅 장치가 필요한 제품을 제작할 수 있도록 하고, 일 예로 싱글 빌드에서 플라스틱 구조체의 제작, 디바이스의 전자회로 배선 제작, 기능성 구조물의 제작 및 요소 부품들의 배치를 할 수 있도록 함으로써, 플라스틱 구조체 내에서 회로가 형성되고, 부품이 실장되는 전자 제품(혹은 부품)을 제조할 수 있는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.

Description

회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터{3D PRINTER WITH ROTATIONAL MULTI HEAD}
본 발명은 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D(Dimensional) 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 작업용 헤드가 구비되는 회전형 멀티 헤드를 포함하며, 복수의 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위해 번갈아 위치할 수 있도록 하여 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 함으로써 서로 다른 3D 프린팅 장치가 필요한 제품을 제작할 수 있도록 하고, 일 예로 싱글 빌드에서 플라스틱 구조체의 제작, 디바이스의 전자회로 배선 제작, 기능성 구조물의 제작 및 요소 부품들의 배치를 할 수 있도록 함으로써, 플라스틱 구조체 내에서 회로가 형성되고, 부품이 실장되는 전자 제품(혹은 부품)을 제조할 수 있는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.
3 D 프린터는 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 찍어내는 기계를 말하며, 어떤 제품 아이디어든 설계도만 있으면 플라스틱은 물론 고무, 금속, 세라믹 등 150여 개 소재로 한 시간에서 하루 안에 실물로 만들 수 있다는 특징이 있다. 그리고, 3 D 프린터의 개발 초기에 플라스틱에 국한됐던 소재는 나일론, 금속 등으로 확장됐으며, 산업용 샘플을 찍어내는 데 불과했던 출력 부품도 시계, 신발, 휴대전화 케이스, 자동차 부속품으로까지 발전하는 과정에 있는 실정이다.
그리고, 그 방법으로는 커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 절삭형 방식이 존재하지만, 덩어리에서 깎아내는 작동 원리상 재료를 많이 소비하며, 컵이나 파이프처럼 생긴 물체는 제작하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 가장 최근의 방법으로 많이 사용되는 방법은 적층형이 있다. 적층형은 말 그대로 매질을 층층이 쌓아 올려 조형하는 방식이다. 즉, 최근의 3D 프린터라면 적층형 방식을 말한다. 아울러, 적층형 방식은 재료에 따라 구별이 되기도 한다.
그리고, ABS같은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식, 얇게 분말재료를 필드에 깐 다음 레이저로 선택된 부분만 녹여 굳히기를 반복하여 제품을 만드는 방식 및 얇게 분말재료를 필드에 깔고 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식 등이 존재하게 된다. 또한 근래에는 기술의 발달로 금속 3D 프린터로 만들어낸 로켓 엔진 부품의 연소 테스트가 성공된 사례도 보고되고 있는 실정이다.
그리고, 대한민국 특허공개 제10-2009-0014395호에서는 "3차원 프린터용 분말 처리 시스템이며, 복수의 분말 보유 리셉터클과, 복수의 분말 보유 리셉터클에 커플링되고 분말 보유 리셉터클들 사이에서 분말을 전달하는 진공 소스 와, 복수의 분말 보유 리셉터클 및 진공 소스와 유동 소통하는 다중 포트 밸브와, 진공 소스와 복수의 분말 보유 리셉터클 사이에 배치된 여과 시스템을 포함하고, 진공 소스는 다중 포트 밸브를 통해 분말 보유 리셉터클들 사이에서 분말을 전달하는 분말 처리 시스템"을 제공하여, 사용자의 개입을 최소화하면서 여러 소스로부터 분말 분배 장치로 분말을 전달하는 수단을 포함하여, 산개한 분말에 의한 3D 프린터와 주변 영역의 오염을 감소시키고, 동시에 재사용을 위한 분말의 재활용을 개선하는 수단을 제공한다.
하지만, 지금까지의 3 D 프린터는 플라스틱 구조체를 제작하거나, 금속 물질로 3 D 프린터를 제작하더라도 단일 구조체를 제조하는 방법을 제시하였을 뿐이다. 따라서, 회로가 형성되고, 부품이 실장되어야 하는 전자 제품은 종래의 3 D 프린터로서는 제작이 불가능한 실정이다,
따라서, 싱글 빌드에서 3 D 프린터를 통하여, 회로가 형성되고, 부품이 실장되어야 하는 전자 제품(혹은 부품)을 제작할 수 있는 방법 등의 개발이 절실한 실정이다.
(특허문헌)
대한민국 공개특허 제10-2009-0014395호(2009. 02. 10. 공개)"3D 프린터 내에서 재료를 처리하기 위한 인쇄 헤드 및 장치 및 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 함으로써 서로 다른 3D 프린팅 장치가 필요한 제품을 제작할 수 있도록 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 복수의 작업용 헤드를 포함하더라도 각각의 프린팅 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 싱글 빌드에서 플라스틱 구조체 내에 회로가 형성되고, 부품이 실장되는 전자 제품(혹은 부품)을 제조할 수 있는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 싱글 빌드에서 4D 구조체 기반의 자가전력생산형 센서 디바이스의 제작이 가능하도록 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터는 복수의 작업용 헤드가 구비되는 회전형 멀티 헤드를 포함하며, 상기 복수의 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위에 번갈아 위치할 수 있도록 하여, 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 회전형 멀티 헤드는 3D 프린터의 상단부에 지지되어 회전하는 본체 헤드와; 상기 본체 헤드의 하측에 연결되며, 상기 본체 헤드의 회전에 따라 함께 회전하는 복수의 작업용 헤드;를 포함하고, 상기 복수의 작업용 헤드는 각각의 작업용 헤드가 서로 다른 작업을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 복수의 작업용 헤드는 상기 본체 헤드의 둘레를 따라 일정 간격 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 복수의 작업용 헤드는 작업대 상에 위치한 작업용 헤드를 제외한 나머지 작업용 헤드가 내측 또는 외측 중 어느 하나의 방향으로 회전하도록 하여 작업대 상에 위치한 작업용 헤드의 작업이 다른 작업용 헤드에 의해 방해받는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 복수의 작업용 헤드는 작업대 상에 위치한 작업용 헤드를 제외한 나머지 작업용 헤드가 상승하도록 하여 작업대 상에 위한 작업용 헤드의 작업이 다른 작업용 헤드에 의해 방해받는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 복수의 작업용 헤드는 상기 본체 헤드의 둘레를 따라 일정 간격 이격되도록 형성되는 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드, 제 4 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 제 1 헤드는 플라스틱 구조체를 제작하도록 구성되고, 상기 제 2 헤드는 금속 배선을 제작하도록 구성되며, 상기 제 3 헤드는 금속 구조체를 제작하도록 구성되고, 상기 제 4 헤드는 전자부품을 실장하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 제 1 헤드는 플라스틱 구조체의 재료가 되는 재료공급부와, 재료가 최종적으로 배출되는 액티브 노즐 및 재료 소결 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 제 2 헤드는 배선 제작용 금속 재료를 공급하는 제 2 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 제 3 헤드는 금속 구조체용 재료를 분출하는 제 3 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 제 4 헤드는 전자부품 실장이 가능한 픽 앤 플레이스(Pick & place) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터에 있어서, 상기 제 1 헤드는 4D 구조체를 인쇄하도록 하고, 상기 제 2 헤드는 배터리를 인쇄하도록 하며, 상기 제 3 헤드는 나노 파워 제너레이터를 인쇄하도록 하고, 상기 제 4 헤드는 센서를 인쇄하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 복수의 작업용 헤드가 구비되는 회전형 멀티 헤드를 포함하며, 복수의 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위해 번갈아 위치할 수 있도록 하여 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 함으로써 서로 다른 3D 프린팅 장치가 필요한 제품을 제작할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 작업대 위에 위치한 작업용 헤드를 제외한 나머지 작업용 헤드가 내측 또는 외측으로 회전하거나 상측으로 이동하도록 함으로써 복수의 작업용 헤드를 포함하더라도 각각의 프린팅 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 싱글 빌드에서, 플라스틱 구조체의 제작, 디바이스의 전자회로 배선 제작, 기능성 구조물의 제작, 및 요소 부품들의 배치를 할 수 있도록 함으로써, 플라스틱 구조체 내에서 회로가 형성되고, 부품이 실장되는 전자 제품(혹은 부품)을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 싱글 빌드에서, 4D 구조체, 4D 구조체의 반응에 의해 전류를 생산하는 나노 파워 제너레이터, 생산된 전류를 저장하는 배터리, 배터리에 저장된 전류로 작동되는 센서를 프린팅할 수 있도록 함으로써 4D 구조체 기반의 자가전력생산형 센서 디바이스의 제작이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터의 블록도
도 2는 본 발명의 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 나타내는 실시 예의 도면
도 3은 제 1 헤드에서 제 4 헤드 중에서 하나를 선택하는 방법을 나타낸 실 시예의 도면
도 4는 본 발명의 3 D 프린터를 이용하여 제품을 제작하는 방법을 나타낸 실시예의 도면
도 5 내지 도 8은 각각의 작업용 헤드 구조를 나타낸 실시예의 도면
도 9 내지 도 12는 회전하며 구동 헤드를 선택하는 방법을 나타낸 실시예의 도면
도 13은 선택된 헤드와 비 선택된 헤드의 높이 차이를 나타내는 실시예의 도 면
도 14는 본원 발명의 또 다른 실시예의 작업용 헤드로부터 만들어진 제품의 도면
이하에서는 본 발명에 따른 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터의 블록도를 나타낸 실시예의 도면이다.
본 발명의 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터의 회전형 멀티 헤드는 복수의 작업용 헤드를 포함하며, 상기 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위에 위치할 수 있도록 하고, 각각의 작업용 헤드는 서로 다른 작업을 실행하도록 구성되어 하나의 작업대 위에서 서로 다른 작업이 실행될 수 있도록 한다. 또한, 상기 작업용 헤드는 후술할 본체 헤드(81)의 둘레를 따라 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 상기 본체 헤드(81)의 회전에 따라 함께 회전하여 작업대 위에 위치하도록 함으로써 각 작업용 헤드의 작업의 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
일 예로, 상기 작업용 헤드는 플라스틱 구조체 제작용 헤드, 금속 배선 제작용 헤드, 금속 구조체 제작용 헤드, 및 전자부품 실장용 헤드가 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 구조체 제작용 헤드인 제 1 헤드(40), 금속 배선 제작용 헤드인 제 2 헤드(50), 금속 구조체 제작용 헤드인 제 3 헤드(60), 및 전자부품 실장용 헤드인 제 4 헤드(70)가 각각 구비된다.
이하에서는 작업용 헤드가 제 1 헤드(40), 제 2 헤드(50), 제 3 헤드(60), 제 4 헤드(70)를 포함하는 경우로 가정하여 설명하도록 한다.
상기 제 1 내지 제 4 헤드는 회전형 멀티 헤드(100)(도 1에서는 도시 생략됨.)에 장착되며, 또한, 상기 회전형 멀티 헤드(100)의 움직임을 제어하고 상기 회전형 멀티 헤드 내에서 상기 제 1 내지 제 4 헤드의 움직임을 제어하는 구동부(30)가 구비된다.
아울러, 상기 구동부를 작업 경로의 알고리즘대로 제어하거나 경로 알고리즘 등을 수행하는 중앙처리장치(CPU)(10)와 본원 발명의 3D 프린터에 정보를 입출력하는 인터페이스부(20)로 구성된다.
이때, 중앙처리장치가 알고리즘을 수행하기 위한 데이터를 저장하기 위한 통상의 메모리부(본원 발명에서는 도시 생략)도 더 포함된다. 메모리부는 정보를 저장하는 반도체 소자를 의미한다.
한편, 상기 인터페이스부(10)는 디스플레이, 입력부 및 출력부, 경우에 따라서는 유무선 통신이 가능한 통신부 등이 모두 포함된 기기이다. 또한, 인쇄를 통하여 3 D 형상이 만들어지는 통상의 작업 테이블(빌드)도 더 구비된다.
아울러, 일반적으로 3D 프린터를 사용하여 목적물을 제작하기 위해서는 우선, 제작하고자 하는 목적물에 대하여 3D 모델링을 실시한 다음, Sliced section 에 의하여 슬라이싱 데이터 생성하게 된다. 즉 Slicing Data File 에서 Path File (경로 제어 파일)이 만들어지게 된다. 그리고 그렇게 하여 만들어진 경로를 정상 경로라고 한다면, 필요에 따라서는 점프(Jump) 구간이 존재할 수밖에 없으며 상기 점프 구간에서는 재료의 분출이 정지되어야 한다.
즉, 최적화된 방법으로 경로를 생성하게 되어도, 제작하고자 하는 목적물의 구조 형태상 점프 구간이 존재할 수밖에 없으며, 상기 점프 구간에서는 재료의 분출이 정지되어야 하고, 따라서 재료의 흘림도 방지되어야 한다.
아울러, 3D 프린터가 인쇄 헤드를 통하여 재료를 분출하는 과정에서 필연적으로 에러도 발생하게 되며, 에러가 발생될 때에는 인쇄 헤드가 에러의 지점으로 되돌아가 다시 재료를 분출하여야 한다. 그리고 에러 발생 지점으로 되돌아가는 시간 동안에는 인쇄 헤드의 재료의 분출이 정지되어야 하며, 마찬가지로 인쇄 헤드의 재료의 흘림도 방지되어야 한다.
도 2는 본원 발명의 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 회전형 멀티 헤드(100)에는 플라스틱 구조체 제작용 헤드인 제 1 헤드(40), 금속 배선 제작용 헤드인 제 2 헤드(50), 금속 구조체 제작용 헤드인 제 3 헤드(60), 및 전자부품 실장용 헤드인 제 4 헤드(70)가 장착된다. 이때, 회전형 멀티 헤드(100)와 회전 가능하도록 결합된 본체 헤드(81)에 상기 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드, 및 제 4 헤드가 결합되고, 상기 본체 헤드(81)를 회전함으로써 상기 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드, 및 제 4 헤드 중에서 하나가 선택되고 다른 헤드는 비 선택 되게 된다.
그리고, 제 1 헤드(40)에는 플라스틱 구조체의 재료가 되는 재료 공 급부(Material supply)(41), 재료가 최종적으로 배출되는 액티브 노즐(42) 및 재료 소결 모듈(MSM(Multiple sintering module))(43)이 구비되어 플라스틱 구조체를 인 쇄하게 된다.
또한, 제 2 헤드(50)에는 금속 배선 제작용 노즐인 제 2 노즐(51)이 구비되어 금속 배선 제작이 가능하게 되며, 제 3 헤드(60)에는 금속 구조체 제작용 노즐인 제 3 노즐(61)이 구비되어 금속 구조체 제작이 가능하게 된다. 한편, 제 4 헤드(70)에는 전자부품 실장이 가능한 픽 앤 플레이스(Pick & place) 모듈(71)이 구비되어 전자부품 실장이 가능하게 된다.
물론, 본 발명에서는 서술 편의상 제 1 헤드(40)는 플라스틱 구조체를 만드는 헤드로, 제 2 헤드(50)는 금속 배선 제작을 하는 헤드로, 제 3 헤드(60)는 금속 구조체 제작용 헤드로, 그리고, 제 4 헤드(70)는 전자부품 실장이 가능한 헤드로 하였으나, 상기 제 1 내지 제 4 헤드의 순서는 얼마든지 변경이 가능하다. 즉, 제 3 헤드(60)가 플라스틱 구조체를 만드는 헤드일 수 있고, 제 1 헤드가 전자부품 실장이 가능한 헤드일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 4 개의 헤드를 기본으로 하고 있으나, 필요에 따라서는 2개 혹은 4개 이상의 헤드도 사용될 수 있으며, 따라서, 금속 구조체 제작용 헤드를 구비하지 않을 수도 있고, 플라스틱 구조체를 만드는 헤드가 2개 사용될 수도 있다.
아울러, 제 1 헤드에서 제 4 헤드를 회전시키면서 선택할 수 있도록 하는 스텝퍼 모터(80)와 상기 제 1 헤드 내지 제 4 헤드가 장착된 헤드 본체(81)가 구비된다.
한편, 본원 발명에서는 플라스틱 구조체를 만드는 재료로 자외선 경화 수지를 사용한다. 즉, 알코올 용해성 셀룰로이즈(Alcohol soluble cellulose) 유도체를 수정한 에폭시 아크릴레이트 올리고머(Epoxy-Acrylate Oligomer)와 친수성 아크릴 모노머(Acryl monomer)를 포함한다. 또한 EO(Ethylene Oxide) 부가물로서, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylate, Ethoxylated hexandiol diacrylate, Ethoxylated Bispheol A Diacrylate, Polyethyene glycol acrylate, 등을 포함할 수 있고,PO(Propylene Oxide) 부가물로서 Propoxylated neopentyl glycol diacrylate, Propoxylated glyceryl acrylate, Propoxylated allyl methacrylate, Propoxylated trimethylolpropane triacrylate 등을 포함할 수 있다. 아울러, 기 타 amine류, methoxy류, alkoxylated acrylate, urethane acrylate 등을 포함할 수 있다.
이때, 본 발명에서 인쇄 재료로 사용할 수 있는 자외선 경화 수지는 상기 언급된 것 이외에도 통상의 자외선 경화수지라면 본 발명에 적용될 수 있다.
도 3은 제 1 헤드에서 제 4 헤드 중에서 하나를 선택하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
즉, 도면에서 도시된 바와 같이 스텝퍼 모터(80)에 의하여 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체(81)를 90°씩 회전시킴으로써, 제 1 헤드에서 제 4 헤드 중에서 하나를 선택하는 것이 가능하게 된다.
즉, 작업 테이블(빌드)은 하나가 존재하므로, 상기 작업 테이블 상단에는 상기 제 1 헤드 내지 제 4 헤드 중에서 하나의 헤드만 위치하고, 이와 같이 작업 테이블 상단에 하나의 헤드만 존재하도록 하는 방법이 제 1 헤드에서 제 4 헤드를 회전하는 방법이다.
도 4는 본원 발명의 3 D 프린터를 이용하여 제품을 제작하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
제 1 헤드(40)로 플라스틱 구조체를 3 D 프린팅 방식으로 제작하고, 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체(81)를 회전한 다음, 제 2 헤드(50)로 금속 배선을 제작하게 된다.
이때, 본 발명에서는 하나의 작업 테이블(빌드)를 사용한다. 본 발명에서는 별도의 작업테이블(빌드)를 도시하지는 않았지만, 본 발명의 3 D 프린터로 제작하는 제품(120)이 작업테이블(빌드)에 올려 놓여 작업되어짐은 당연하다. 즉 본원 발명에서는 제품(120)을 하나의 작업 테이블(빌드)를 사용하여 제작하는 것이 특징이다.
그리고, 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체를 회전한 다음, 제 3 헤드(60)로 금속 구조체를 제작하게 된다. 이때, 금속 구조체를 제작하는 것은 메모리, 배터리 등 기능성 구조물을 제작하는 것을 의미한다.
또한, 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체를 회전한 다음 제 4 헤드(70)로 전자부품을 실장하게 된다. 그런 다음 다시 제 1 헤드(40)로 플라스틱 구조체를 3 D 프린팅 방식으로 제작함으로써 본원 발명을 통한 3D 프린팅 제품 제작이 완성된다,
이때, 도 4는 본원 발명의 설명의 편의상 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드 및 제 4 헤드의 순서로 제품 제작을 하는 것을 예로 들었지만, 제품 제작의 순서가 반드시 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드 및 제 4 헤드의 순서로 되어야만 본 발명의 기술 범위에 포함되는 것은 아니다.
즉, 제 1 헤드로 제작하다가 제 4 헤드로 제작할 수도 있고, 그 다음 제 2 헤드로 제작할 수도 있고 중간에 다시 제 1 헤드로 제작할 수 있음은 당연하다, 그리고, 이러한 헤드 선택은 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체(81)를 회전함으로써 가능하게 된다.
도 5 내지 도 8은 각각의 작업용 헤드의 구조를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 5는 플라스틱 구조체 제작용 헤드인 제 1 헤드(40)를 나타낸 도면이며, 도면에 도시된 바와 같이, 플라스틱 구조체를 제작하기 위한 재료 공급부 (Material supply)(41), 재료를 분출하는 액티브 노즐(42) 및 플라스틱 소재를 소 결 경화시키기 위하여 자외선(U.V,)을 출력하는 자외선 광섬유(44)(혹은 MSM(Multiple sintering module)가 구비된다.
도 6은 금속 배선 제작용 헤드인 제 2 헤드(50)를 나타내는 도면이며, 도면에 도시된 바와 같이 상기 제 2 헤드에는, 배선 제작용 금속 재료를 분출하는 제 2 노즐(51), 압력 조절을 하는 공압(+) 피팅부(52), 압력 조절을 하는 공압(-) 피팅부(53)가 구비된다. 또한 상기 제 2 헤드에는 금속 배선용 소재 주입구(54)와 전극 제어용 스테이지(55)가 장착된다,
도 7은 금속 구조체 제작용 헤드인 제 3 헤드(60)를 나타낸 도면이며, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 헤드에는 금속 구조체용 재료를 분출하는 제 3 노즐(61), 압력을 조절하는 공압(+) 피팅부(62) 및 압력을 조절하는 공압(-) 피팅부(63)가 구비된다. 그리고 금속 구조체용 소재 주입구(64)도 더 구비된다.
이때, 본 발명에서 금속 구조체는 메모리, 배터리 등 기능성 구조물을 의미한다.
도 8은 전자부품 실장용 헤드인 제 4 헤드(70)를 나타낸 도면으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 4 헤드에는 전자 부품을 들어올려 원하는 위치에 올려 놓도록 하는 기능을 하는 Pick & place 모듈(71)이 구비된다.
도 9내지 도 12는 회전하며 구동 헤드를 선택하는 방법을 나타낸 실시예의 도면이다.
본 발명에서는 하나의 작업 테이블(빌드)를 사용한다. 본 발명에서는 별도의 작업테이블(빌드)를 도시하지는 않았지만, 본 발명의 3D 프린터로 제작하는 제품(120)이 작업테이블(빌드)에 올려 놓여 작업되는 것은 당연하다. 따라서, 멀티 헤드(100)에서 4 개의 헤드 중에서 하나의 헤드를 선택하여 선택된 헤드로 작업 테이블(빌드)에서 3 D 프린터 작업을 하는 것이다.
즉, 멀티 헤드(100)에서 헤드 본체(81)를 회전하여 작업 테이블(빌드) 상단에 하나의 헤드가 위치하게 함으로써 하나의 작업용 헤드가 선택되어 구동되고, 다른 3 개의 작업용 헤드는 비 선택되어 구동되지 않게 된다.
물론 본원 발명에서는 4개의 작업용 헤드를 예시로 들었지만, 설계 방법에 따라 2개의 헤드만을 사용할 수 있고, 또한 4개 이상의 헤드를 사용할 수가 있다. 단지 헤드를 선택하는 방법은 헤드가 2개이던지 혹은 4개 이상이던지 본 발명의 실시예를 동일하게 적용할 수가 있게 된다.
도 9는 제 1 헤드 내지 제 4 헤드가 연결되어 있는 헤드 본체(81)를 회전하여, 구동 헤드와 비 구동 헤드를 선택하는 방법을 나타낸 도면이다.
그리고, 도 9의 실시예에서는 헤드가 4 개이므로 90 도씩 회전하여 헤드가 선택되지만, 헤드가 2 개 혹은 5개에 따라 헤드 본체(81)가 회전되는 각도도 변하게 된다,
도 10과 도 11은 회전하며 구동노즐을 선택할 때, 비구동노즐은 회전축을 중심으로 Tilt 됨을 보이는 실시예의 도면이다,
즉, Tilt된 비구동노즐의 토출구는 구동노즐의 토출구보다 수평선 상에서 위쪽에 배치되므로서, 구동헤드가 비구동헤드로부터 방해 받지 않도록 하기 위함이다. 도 10은 Tilt 방향이 회전축을 중심으로 바깥쪽으로 위치하게 되는 실시예의 도면이고, 도 11은 Tilt 방향이 회전축을 중심으로 안쪽으로 위치하게 되는 실시예의 도면이다.
이때, 도 10과 도 11에서는 제 1 헤드가 선택된 헤드이며, 제 2, 3, 4 헤드가 비 선택되어 틸트(Tilt)된 헤드이다,
도 12는 비구동노즐의 헤드를 더 높게 위치하도록 하는 실시예의 도면이다. 즉, 비 구동노즐은 Z축 방향으로 위쪽으로 이동된 상태로 존재하게 되어, 위쪽으로 위치된 노즐의 위치는 구동 노즐의 위치보다 Z 축선상에서 위쪽에 배치되게 된다. 따라서 구동헤드는 비구동헤드의 방해를 받지 않고 3 D 프린팅 작업을 할 수가 있게 된다. 즉, 프린터 출력물과의 상호 위치 간섭을 해소할 수 있게 된다.
아울러, 도 12의 실시예에서는 선택된 구동헤드는 제 1 헤드이며, 비 선택된 비구동헤드는 제 2,3,4 헤드이다,
한편, 또한 선택된 헤드와 비 선택된 헤드 간의 위치 간섭을 해소하기 위한 방법으로 도 10, 도 11 및 도 12의 방법을 혼용하여 복합적으로 사용할 수 있다.
도 13은 선택된 헤드와 비 선택된 헤드의 높이 차이를 나타내는 실시예의 도면이다.
도 13의(A)는 비구동헤드는 회전축을 중심으로 Tilt 됨을 보이는 실시예의 도면이며, 도 13의(B)는,비구동헤드는 더 높게 위치하도록 하는 실시예의 도면이다.
도면에서 도시된 바와 같이 비구동헤드(노즐)의 높이가 구동헤드(노즐)의 높이보다 d 만큼 더 높음을 보이고 있다, 따라서 구동헤드의 작동시 비구동헤드의 간섭을 받지 않게 된다.
한편, 또 다른 실시예로 1번 내지 4 번 헤드에 장착되는 헤드의 종류를 상기 실시예와는 다른 종류의 헤드로 바꾸어 사용할 수도 있다. 즉, 제 1 헤드에서는 4D structure(구조체)(111)를 프린팅하고, 제 2 헤드는 밧테리(Battery)를 프린팅하고, 제 3 헤드는 Nano power generator를 프린팅하고, 제 4 헤드는 센서(Sensor)를 프린팅할 수 있다. 그리고, 이러한 프린터에 의하여 만들어진 제품의 실시예는 도 14에 도시되었다. 즉, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예의 인쇄 헤드로부터 만들어진 제품의 도면이다.
즉, 본원 발명의 제 1 실시예와 제 2 실시예의 원리에 의하여 서로 다른 종류의 헤드가 장착된 복수개의 헤드 중에서 하나의 헤드가 선택되며, 나머지 헤드는 비 선택되게 된다.
또한, 상기 방법이 멀티 헤드에서 제작된 디바이스는 외부의 자극 (stimulus)(온도, 습도, 태양광, 등..)에 구조체가 반응하는 4D structure이며, 따 라서, 온도, 습도, 태양광 등의 외부 자극(stimulus)에 반응하여 구부러지는 동작 을 취하고, 이 동작에 의해 Nano power generator가 전류를 생산하여, Battery에 저장을 하게 되며, 상기 Battery에 저장된 전류는 센서를 작동시키기 위한 전력으 로 사용할 수 있게 된다,
그러므로, 본원 발명의 멀티 헤드의 어플리케이션으로 4D(self- transformation) structure기반의 자가전력생산형 센서 디바이스 제작도 가능하게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10: CPU 20: 인터페이스부 30: 구동부
40: 제 1 헤드 41: 재료 공급부(Material supply) 42: 액티브 노즐
43: MSM(Multiple sintering module) 44: U.V. 광섬유
50: 제 2 헤드 51: 제 2 노즐 52: 공압(+) 피팅부
53: 공압(-) 피팅부 54: 금속 배선용 소재 주입구
55: 전극 제어용 스테이지
60: 제 3 헤드 61: 제 3 노즐 62: 공압(+) 피팅부
63: 공압(-) 피팅부 64: 금속 구조체용 소재 주입구
70: 제 4 헤드 71 :Pick & place 모듈
80: 스텝퍼 모터 81: 본체 헤드
90: 멀티 헤드 로테이션(Rotation) 모듈
100: 멀티 헤드
110 : 센서 111: 4D 구조체 112: 나노 파우더 제너레이터
113 : 밧테리

Claims (12)

  1. 복수의 작업용 헤드가 구비되는 회전형 멀티 헤드를 포함하며,
    상기 복수의 작업용 헤드는 회전에 따라 하나의 작업대 위에 번갈아 위치할 수 있도록 하여, 하나의 작업대에서 서로 다른 복수의 작업이 실행될 수 있도록 하고,
    상기 회전형 멀티 헤드는
    3D 프린터의 상단부에 지지되어 회전하는 본체 헤드와; 상기 본체 헤드의 하측에 연결되며, 상기 본체 헤드의 회전에 따라 함께 회전하는 복수의 작업용 헤드;를 포함하고,
    상기 복수의 작업용 헤드는 각각의 작업용 헤드가 서로 다른 작업을 실행하도록 구성되며, 상기 본체 헤드의 둘레를 따라 일정 간격 이격되도록 형성되고,
    상기 복수의 작업용 헤드는
    작업대 상에 위치하여 작업을 실시하는 작업용 헤드를 제외한 나머지 작업용 헤드가 내측 또는 외측 중 어느 하나의 방향으로 회전하면서 상승하도록 하여, 작업대 상에 위치한 작업용 헤드의 작업이 다른 작업용 헤드에 의해 방해받는 것을 방지하며,
    상기 복수의 작업용 헤드는,
    상기 본체 헤드의 둘레를 따라 일정 간격 이격되도록 형성되는 제 1 헤드, 제 2 헤드, 제 3 헤드, 제 4 헤드를 포함하고,
    상기 제 1 헤드는 플라스틱 구조체를 제작하도록 구성되고,
    상기 제 2 헤드는 금속 배선을 제작하도록 구성되며,
    상기 제 3 헤드는 금속 구조체를 제작하도록 구성되고,
    상기 제 4 헤드는 전자부품을 실장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터.
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  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 헤드는
    플라스틱 구조체의 재료가 되는 재료공급부와, 재료가 최종적으로 배출되는 액티브 노즐 및 재료 소결 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 헤드는
    배선 제작용 금속 재료를 공급하는 제 2 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 헤드는
    금속 구조체용 재료를 분출하는 제 3 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D 프린터.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 4 헤드는
    전자부품 실장이 가능한 픽 앤 플레이스(Pick & place) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 멀티 헤드를 구비한 3D프린터.
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