KR101834663B1 - 복층 헤드를 구비한 3d프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복층 헤드를 구비하고, 프린트헤드를 동작시키는 가이드블럭의 롤러를 편심조정핀으로 구성하여 편심을 이용하여 롤러의 간격을 조정하도록 한 복층 헤드를 구비한 3D프린터에 관한 것으로, 상기한 목적을 달성하기위한 본 발명은, 프린트재료를 배출하여서 3차원의 입체물품을 제조하는 프린트헤드와, 프린트헤드의 상부에 이격된 상태로 구비되는 상부판과, 상부판에 대응되도록 프린트헤드의 하부에 이격된 상태로 구비되는 하부판과, 상부판과 하부판에 양단이 조립되어 기립된 상태를 이루는 적어도 3개의 가이드레일과, 상기 프린트헤드를 현수하고 가이드레일을 따라 승강하도록 구성한 가이드블럭과, 가이드블럭이 가이드레일을 따라 승강하도록 구동력을 발생시키는 구동부와, 구동부를 제어하여 프린트헤드를 승강시키거나, 프린트헤드의 프린트동작을 제어하는 제어부로 구성하는 3D프린터에 있어서, 상기 상부판과 하부판 사이에 중간판을 구성하여 중간판을 기준으로 상측과 하측 두 곳에 각각 프린트헤드를 구성하여 동시에 복수개의 프린트물을 생산하도록 복층 헤드를 구비한 3D프린트를 구성하되, 상기 가이드레일은 모서리 부분이 프린트헤드의 중심을 향하도록 구성하고 가이드레일의 양측 모서리에 가이드블럭에 구성한 롤러를 서로 마주보며 대향하여 밀착하면서 구르도록 구성하며, 상기 가이드블럭에 구성한 롤러는, 가이드블럭에 구성한 롤러결합공과; 상기 롤러결합공에 결합되고 축핀결합공을 편심으로 구성한 조정핀과; 상기 조정핀의 축핀결합공에 나사결합되고 롤러가 구동하도록 결합되는 축핀과; 상기 축핀에 결합하는 롤러의 양측에 롤러의 베어링내륜에만 밀착되도록 구성한 부시로 구성하여 조정핀의 회동으로 서로 대향하는 두 롤러의 간격을 편심을 이용하여 조절하도록 구성하며, 상기 조정핀의 길이를 롤러결합공의 길이보다 마이너스공차로 구성하고, 조정핀 머리의 가이드블럭 밀착면에 마찰돌기를 형성하여 축핀을 조임으로써 부시에 지지되어 조정핀이 긴체되면서 조정핀이 고정되도록 구성한다

Description

복층 헤드를 구비한 3D프린터{A 3D printer having a double-layer head}

본 발명은 복층 헤드를 구비한 3D프린터에 관한 것으로 특히 프린트헤드를 동작시키는 가이드블럭의 롤러를 편심조정핀으로 구성하여 편심을 이용하여 롤러의 간격을 조정하도록 한 복층 헤드를 구비한 3D프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 시제품(Prototype)을 제작하기 위해서는 설계도면에 의존하여 일일이 수작업에 의해 이루어지는 목업(mock-up) 제작방식과 컴퓨터 제어를 통한 CNC 밀링에 의한 제작방식 등이 있다.

이와 같은 목업 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고, 설계도면과 정확하게 일치하지 않을뿐만 아니라 상당히 많은 시간이 소요되는 단점이 있으며, CNC 밀링에 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공하기 어려운 형상이 많다는 단점이 있었다.

이와 같은 단점으로 인해 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 컴퓨터에서 만들어낸 3차원 모델링을 직접 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작할 수 있는 3차원 프린터 방식이 등장하게 되었다.

3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면 형태로 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 위치조절되는 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

3D(3-Dimension, 3차원) 프린터는 특수한 소재의 잉크를 순차적으로 분사하여 미세한 두께로 층층이 쌓아 올리면서 입체적인 형상물을 제작하는 것으로 이와 같은 3D 프린팅은 다양한 분야에서 사용이 확산되어 가고 있다.

현재 3D 프린팅에 가장 많이 쓰이는 소재는 빛을 받으면 굳는 광경화성 고분자 물질 '포토폴리머(photopolymer)'이고 다음으로 녹고 굳는 것이 자유로운 고체 형태의 열가소성 플라스틱이며 금속 분말도 점차 성장세를 높여가고 있다.

이와 같은 추세에 힘입어 지금까지 개발되어 특허 출원한 선행기술 문헌을 살펴보면 다음과 같다,

특허출원 제10-2014-0039640호(2014.04.02)는 3차원 형상의 표면을 갖는 인쇄대상물이 다양한 색상으로 출력될 수 있는 3차원 프린터에 관한 것으로서 보다 상세하게는 X,Y,Z축으로 이동이 가능한 노즐헤드가 열가소성 필라멘트를 토출하며, 토출되는 필라멘트에 사용자가 원하는 색상을 혼합한 후 사용자에 의해 선택된 색상으로 제품을 성형할 수 있도록 제작된 다양한 색상이 구현되는 3차원 프린터에 관한 것이다. 특허출원 제10-2014-0085427호(2014.07.08)는 상부케이스를 하부케이스에 접어 휴대가 가능하도록 하고, 사용시에는 상부케이스를 90°개방하여 사용하도록 한 휴대용 3차원 프린터에 관한 것으로, 상면에 전원공급장치와 제어부 및 Y축유닛이 설치되는 하부케이스와, 상기 하부케이스의 상부에 일측이 힌지축으로 힌지결합되어 상기 하부케이스에 대해 90°회전되게 마련되고 90°회전된 상태에서 Y축유닛이 통과하도록 표면에 통과구멍이 형성된 상부케이스와, 상기 상부케이스의 양측에 각각 구비되는 Z축 안내봉에 관통결합되어 상기 상부케이스의 90°개방동작시 Z축구동수단에 의해 Z축을 따라 이동가능하게 구비되는 이동뭉치와, 상기 각 이동뭉치를 서로 연결하는 X축 안내봉에 관통결합되어 X축 구동수단에 의해 X축을 따라 이동가능하게 구비되고 플라스틱소재를 가열하여 압출하는 압출부와, 상기 하부케이스의 상면에 이동수단을 매개로 결합되어 Y축 방향으로 이동되게 설치되고 상부에 Y축을 따라 이동가능하게 받침대가 구비된 Y축유닛을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 특허출원 제10-2014-0086228호(2014.07.09)는 각각의 부품이 단위 조립체로 구성되어 분해 및 조립이 용이하게 이루어질 수 있는 3D 프린터 창조키트에 관한 것으로, 프린트재료를 배출하여서 3차원의 입체물품을 제조하는 프린트헤드와, 프린트헤드의 상부에 이격된 상태로 구비되는 상부판과, 상부판에 대응되도록 프린트헤드의 상부에 이격된 상태로 구비되는 하부판과, 상부판과 하부판에 양단이 조립되어 기립된 상태를 이루는 적어도 3개의 가이드레일과, 가이드레일을 따라 승강가능한 상태로 프린트헤드에 조립되는 가이드와, 가이드가 가이드레일을 따라 승강되도록 구동력을 발생시키는 구동부와, 구동부들을 동시에 작동시켜서 가이드들과 함께 프린트헤드를 승강시키거나, 구동부들을 선택적으로 작동시켜서 해당 가이드가 승강되어서 프린트헤드가 기울어지게 함과 동시에 프린트헤드를 제어하는 제어부와, 구동부 및 제어부를 하부판에 분해가능하게 체결시키고, 가이드를 프린트헤드에 분해가능하게 체결시키고, 가이드레일을 상부판과 하부판에 분해가능하게 체결시키는 체결부를 포함한다. 특허출원 제10-2015-0054503호(2015.04.17)는 듀얼 스테이지 구조를 갖는 3-D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 프레임; 소정의 소재가 분사되는 분사부; 및 상기 분사부 아래에 배치되며 상면에 상기 소재가 적층되어 소정의 구조물이 조성되는 적층부; 상기 적층부와 상기 분사부 사이에 배치되며 상기 적층부 상에 조성된 구조물을 연마하는 절삭부;를 포함하며, 상기 프레임은, 상기 적층부, 분사부, 및 절삭부의 외측에 연결되며, 상기 적층부 및 절삭부는 상기 프레임을 따라서 상하 방향으로 변위 가능하게 구성되고 상기 노즐은 평면 상에서 변위 가능하게 구성되는 듀얼 스테이지 구조를 갖는 3-D 프린터에 관한 것이다. 특허출원 제10-2015-0154746호(분할)(2015.11.04)는 듀얼 스테이지 구조를 갖는 3-D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 프레임; 소정의 소재가 분사되는 분사부; 및 상기 분사부 아래에 배치되며 상면에 상기 소재가 적층되어 소정의 구조물이 조성되는 적층부; 상기 적층부와 상기 분사부 사이에 배치되며 상기 적층부 상에 조성된 구조물을 연마하는 절삭부;를 포함하며, 상기 프레임은, 상기 적층부, 분사부, 및 절삭부의 외측에 연결되며, 상기 적층부 및 절삭부는 상기 프레임을 따라서 상하 방향으로 변위 가능하게 구성되고 상기 노즐은 평면 상에서 변위 가능하게 구성되는 듀얼 스테이지 구조를 갖는 3-D 프린터에 관한 것이다.

본 발명은 지금까지의 3D프린터가 단일형으로 구성되어 생산성을 만족하지 못하는 것과, 프린트헤드를 동작시키기 위하여 레일을 따라 구동하는 가이드블럭의 롤러가 장기간 사용에 의한 마모 등으로 협지력이 떨어지면서 발생하는 백래시로 발생하는 오차로 인하여 정밀도가 떨어지는 현상을 방지하도록 함에 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기위한 본 발명은, 프린트재료를 배출하여서 3차원의 입체물품을 제조하는 프린트헤드와, 프린트헤드의 상부에 이격된 상태로 구비되는 상부판과, 상부판에 대응되도록 프린트헤드의 하부에 이격된 상태로 구비되는 하부판과, 상부판과 하부판에 양단이 조립되어 기립된 상태를 이루는 적어도 3개의 가이드레일과, 상기 프린트헤드를 현수하고 가이드레일을 따라 승강하도록 구성한 가이드블럭과, 가이드블럭이 가이드레일을 따라 승강하도록 구동력을 발생시키는 구동부와, 구동부를 제어하여 프린트헤드를 승강시키거나, 프린트헤드의 프린트동작을 제어하는 제어부로 구성하는 3D프린터에 있어서, 상기 상부판과 하부판 사이에 중간판을 구성하여 중간판을 기준으로 상측과 하측 두 곳에 각각 프린트헤드를 구성하여 동시에 복수개의 프린트물을 생산하도록 복층 헤드를 구비한 3D프린터를 구성한다.

그리고 상기 가이드레일은 모서리 부분이 프린트헤드의 중심을 향하도록 구성하고 가이드레일의 양측 모서리에 가이드블럭에 구성한 롤러를 서로 마주보며 대향하여 밀착하면서 구르도록 구성하며, 상기 가이드블럭에 구성한 롤러는, 가이드블럭에 구성한 롤러결합공과; 상기 롤러결합공에 결합되고 축핀결합공을 편심으로 구성한 조정핀과; 상기 조정핀의 축핀결합공에 나사결합되고 롤러가 구동하도록 결합되는 축핀과; 상기 축핀에 결합하는 롤러의 양측에 롤러의 베어링내륜에만 밀착되도록 구성한 부시로 구성하여 조정핀의 회동으로 서로 대향하는 두 롤러의 간격을 편심을 이용하여 조절하도록 구성하며, 상기 조정핀의 길이를 롤러결합공의 길이보다 마이너스공차로 구성하고, 조정핀 머리의 가이드블럭 밀착면에 마찰돌기를 형성하여 축핀을 조임으로써 부시에 지지되어 조정핀이 긴체되면서 조정핀이 고정되도록 구성한다.

본 발명은 프린트헤드를 복층으로 구성하여 생산성을 높이고 작업중 하나의 프린트헤드가 고장을 유발시 응급대처가 용이하며, 프린트헤드를 동작시키기 위하여 가이드레일을 따라 가이드블럭이 이동시 구동하는 롤러가 장기간 사용에 의한 마모 등으로 협지력이 떨어지면 간단한 조작으로 복구하여 백래시로 발생하는 오차를 미연에 방지하여 제품의 정밀도를 향상시키는 신규한 효과를 발생하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 3D프린터 전체 구성상태 예시도.
도 2는 본 발명의 구동부를 예시한 분해된 상태를 보인 부분단면도.
도 3은 본 발명의 요부 구성 상태를 예시한 발췌도.
도 4는 본 발명의 요부 구성을 예시한 분해도.
도 5는 본 발명의 프린트헤드의 이동상태 예시도.
도 6은 본 발명의 프린트헤드의 틸팅상태 예시도.
도 7은 본 발명의 요부인 가이드블럭의 롤러구성상태 예시도.

복층 헤드를 구비한 3D프린터인 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

프린트재료를 배출하여서 3차원의 입체물품을 제조하는 프린트헤드(10)와, 프린트헤드(10)의 상부에 이격된 상태로 구비되는 상부판(20)과, 상부판(20)에 대응되도록 프린트헤드(10)의 하부에 이격된 상태로 구비되는 하부판(30)과, 상부판(20)과 하부판(30)에 양단이 조립되어 기립된 상태를 이루는 적어도 3개의 가이드레일(40)과, 상기 프린트헤드(10)를 현수하고 가이드레일(40)을 따라 승강하도록 구성한 가이드블럭(50)과, 가이드블럭(50)이 가이드레일(40)을 따라 승강하도록 구동력을 발생시키는 구동부(60)와, 구동부(60)를 제어하여 프린트헤드(10)를 승강시키거나, 프린트헤드(10)의 프린트동작을 제어하는 제어부(70)로 구성하는 3D프린터에 있어서,

상기 상부판(20)과 하부판(30) 사이에 중간판(100)을 구성하여 중간판을 기준으로 상측과 하측 두 곳에 각각 프린트헤드(10)를 구성하여 동시에 복수개의 프린트물을 생산하도록 구성한다.

여기서 상기 가이드레일(40)은 모서리 부분이 프린트헤드(10)의 중심을 향하도록 구성하고 가이드레일(40)의 양측 모서리에 가이드블럭(50)에 구성한 롤러(55)를 서로 마주보며 대향하여 밀착하면서 구르도록 구성한다.

그리고 상기 가이드블럭(50)에 구성한 롤러(55)는, 가이드블럭(50)에 구성한 롤러결합공(51)과; 상기 롤러결합공(51)에 결합되고 축핀결합공(53)을 편심으로 구성한 조정핀(52)과; 상기 조정핀(52)의 축핀결합공(53)에 나사결합되고 롤러(55)가 구동하도록 결합되는 축핀(54)과; 상기 축핀(54)에 결합하는 롤러(55)의 양측에 롤러(55)의 베어링내륜(56)에만 밀착되도록 구성한 부시(57)로 구성하여 조정핀(52)의 회동으로 서로 대향하는 두 롤러(55)의 간격을 편심을 이용하여 조절하도록 구성한다.

또한 상기 조정핀(52)의 길이를 롤러결합공(51)의 길이보다 마이너스공차로 구성하고, 가이드블럭(50)에 밀착하는 조정핀(52)의 머리에 마찰돌기를 형성하여 축핀(54)을 조임으로써 부시(57)에 지지되어 조정핀(52)이 긴체되면서 조정핀(52)이 고정되도록 구성한다.

여기서 상부판(20)은 가이드레일(40)의 상단이 삽입되는 상부삽입홀(21) 이 형성되고, 상부삽입홀(21)에 삽입된 가이드레일(40)에 체결되는 체결부(80)가 삽입되도록 상부삽입홀(21)에서 측방으로 관통되는 상부측방홀(22)이 형성되고, 하부판(30)은 가이드레일(40)의 하단이 삽입되는 하부삽입홀(31)이 형성되고, 하부삽입홀(31)에 삽입된 가이드레일(40)에 체결되는 체결부(80)가 삽입되도록 하부삽입홀(31)에서 측방으로 관통되는 하부측방홀(32)이 형성되고, 가이드레일(40)은 상단과 하단에서 측방으로 체결부(80)가 나사결합되는 가이드나사탭(42)이 형성된다.

가이드레일(40)은 가이드블럭(50)의 이동을 안내하기 위해 모서리 부분이 프린트헤드(10)의 중심을 향하도록 구성하고 가이드레일(40)의 양측 모서리에 가이드블럭(50)에 구성한 롤러(55)를 서로 마주보며 대향하여 밀착하면서 구르도록 구성한다.

구동부(60)는 상부판(20)에 회전가능하게 고정되는 피동풀리(61)와, 피동풀리(61)에 대응되면서 하부판(30)에 근접된 상태로 위치되는 구동풀리(62)와, 구동풀리(62)를 회전시키기 위해 구동풀리(62)에 축결합된 상태로 하부판(30)에 고정되는 구동모터(63)와, 구동모터(63)의 구동에 의해 회전되는 구동풀리(62)의 회전력을 피동풀리(61)에 전달하기 위해 구동풀리(62)와 피동풀리(61)에 개재된 상태로 가이드블럭(50)이 고정되는 구동벨트(64)를 포함하고, 상부판(20)은 상부삽입홀(21)의 일측에 이격되게 구동부(60)의 피동풀리(61)가 위치되는 상부관통홀(23)을 형성하고, 상부관통홀(23)의 내주면에는 피동풀리(61)를 체결시키기 위한 체결부(80)가 나사결합되는 상부나사탭(24)을 형성하고, 하부판(30)은 구동부(60)의 구동모터(63)에 체결되는 체결부(80)가 삽입되도록 하부삽입홀(31)에서 이격되게 하부삽입홀(34)을 형성한다.

상기한 본 발명은 최근 산업 전반에서 그 사용범위가 확대되고 있는 3D프린터에 적용하여 사용이 편리하도록 함으로써 산업상 이용가치가 대단하다 할 것이다.

10 : 프린트헤드 20 : 상부판 21 : 상부삽입홀
22 : 상부측방홀 30 : 하부판 31 : 하부삽입홀
32 : 하부측방홀 40 : 가이드레일 50 : 가이드블럭
51 : 롤러결합공 52 : 조정핀 53: 축핀결합공
54 : 축핀 55 : 롤러 56: 베어링내륜
57: 부시 60 : 구동부 61 : 피동풀리
62 : 구동풀리 63 : 구동모터 64 : 구동벨트
70 : 제어부 80 : 체결부 100: 중간판

Claims (4)

1. 프린트재료를 배출하여서 3차원의 입체물품을 제조하는 프린트헤드(10)와, 프린트헤드(10)의 상부에 이격된 상태로 구비되는 상부판(20)과, 상부판(20)에 대응되도록 프린트헤드(10)의 하부에 이격된 상태로 구비되는 하부판(30)과, 상부판(20)과 하부판(30)에 양단이 조립되어 기립된 상태를 이루는 적어도 3개의 가이드레일(40)과, 상기 프린트헤드(10)를 현수하고 가이드레일(40)을 따라 승강하도록 구성한 가이드블럭(50)과, 가이드블럭(50)이 가이드레일(40)을 따라 승강하도록 구동력을 발생시키는 구동부(60)와, 구동부(60)를 제어하여 프린트헤드(10)를 승강시키거나, 프린트헤드(10)의 프린트동작을 제어하는 제어부(70)로 구성하는 3D프린터에 있어서,
   상기 상부판(20)과 하부판(30) 사이에 중간판(100)을 구성하여 중간판을 기준으로 상측과 하측 두 곳에 각각 프린트헤드(10)를 구성하여 동시에 복수개의 프린트물을 생산하도록 구성한 것과;
   상기 가이드레일(40)은 모서리 부분이 프린트헤드(10)의 중심을 향하도록 구성하고 가이드레일(40)의 양측 모서리에 가이드블럭(50)에 구성한 롤러(55)를 서로 마주보며 대향하여 밀착하면서 구르도록 구성한 것과;
   상기 가이드블럭(50)에 구성한 롤러(55)는, 가이드블럭(50)에 구성한 롤러결합공(51)과; 상기 롤러결합공(51)에 결합되고 축핀결합공(53)을 편심으로 구성한 조정핀(52)과;
   조정핀(52)의 축핀결합공(53)에 나사결합되고 롤러(55)가 구동하도록 결합되는 축핀(54)과;
   상기 축핀(54)에 결합하는 롤러(55)의 양측에 롤러(55)의 베어링내륜(56)에만 밀착되도록 구성한 부시(57)로 구성하여 조정핀(52)의 회동으로 서로 대향하는 두 롤러(55)의 간격을 편심을 이용하여 조절하도록 구성한 것과;
   상기 조정핀(52)의 길이를 롤러결합공(51)의 길이보다 마이너스공차로 구성하고, 조정핀(52) 머리의 가이드블럭(50) 밀착면에 마찰돌기를 형성하여 축핀(54)을 조임으로써 부시(57)에 지지되어 조정핀(52)이 긴체되면서 조정핀(52)이 고정되도록 구성함을 특징으로 하는 복층 헤드를 구비한 3D프린터.
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