KR101850688B1 - 연속생산이 가능한 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필라멘트를 압송시키는 압출기, 압출기에 의해 압송된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭, 및 용융된 필라멘트를 압출하는 노즐을 포함하여 3D 형상의 성형물을 출력할 수 있는 연속생산이 가능한 3D 프린터로서, 전후좌우로 이동가능한 프린트 헤드; 상측의 제1 위치와 하측의 제2 위치 사이에서 상하로 이동가능한 베드; 상기 베드의 상하이동을 가이드하는 베드 가이드; 상기 베드의 상하이동을 구동하는 베드 구동부; 상기 제2 위치에 위치된 베드로부터 완성된 성형물을 이동시켜 상기 베드 외측으로 제거할 수 있는 배출 부재; 및 상기 제2 위치에서 상기 베드의 외측에 위치하며, 상기 푸셔 부재에 의해 제거된 성형물을 이송하는 메인 컨베이어 장치;를 포함하여 구성된다.

Description

연속생산이 가능한 3D 프린터{3D Printer for Continuous Production}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 특히 연속생산이 가능한 3D 프린터에 관한 것이다.

3D 프린터에 대한 관심이 고조되면서 많은 분야에서 3D 프린터가 활용되고 있다. 3D 프린터는 잘 알려진 바와 같이 문자화된 지식의 산물을 종이라는 매체를 통해 시각화하는 기존의 프린터와는 전혀 다른 기술로서, 어떤 장치 또는 물건을 위한 부품 또는 완제품을 만들어내는 생산기계의 일종으로 볼 수 있다. 다만, 현재까지의 3D 프린터는 대량생산을 위한 생산기계라기보다는 대량생산에 앞서 프로토타입을 만들어 보기 위한 기계라거나 다품종 소량생산을 위해 특화된 기계 정도로 인식하는 경향이 많다.

이와 관련하여, 3D 프린터의 방식을 살펴보면, FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식, SLA(Stereolithography Apparatus) 방식, SLS(Selective Layer Sintering) 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식, LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, MJM(Multi-Jet Modeling) 또는 MJP(Multi-Jet Printing) 방식, EBF(Electron Beam Freeform Fabrication) 방식 등 많은 상이한 방식이 있다. 각 방식마다 나름의 특징이 있지만, 기본적으로 각 패스(pass)마다 소재를 얇은 레이어로 형성시키고, 이러한 레이어들을 층층이 쌓아서 입체적인 형상을 구현한다는 점에서는 모두 동일하다고 볼 수 있다. 이러한 3d 프린터의 작동방식은 종래 대량생산을 위한 제조공정에서 사용되는 많은 가공방법들, 예를 들어 절삭, 단조, 주물, 사출, 압출 등에 비해 제작에 많은 시간이 걸린다는 단점이 있어서, 대량생산보다는 소량생산이나 일회성 제작에 더욱 어울린다고 볼 수 있다.

다른 한편, 개인이 구입하고 사용가능할 정도로 저렴한 가격에 판매되는 3D 프린터가 생산되기 시작하면서, 제품의 생산 및 유통에 대한 개념 자체가 바뀔 것이란 전망도 나오고 있다. 즉, 제품의 생산 및 유통이 종래와 달리 제품의 3D 설계도 생산과 이 3D 설계도의 온라인 유통으로 대체되고, 실제 제품의 생산은 각 가정이나 사업장에서 3D 프린터를 통해서 이뤄질 수 있다는 것이다. 가정에서는 플라스틱 소재의 여러 가정용품이나 완구류 등을, 사업장에서는 기계장치에 들어가는 일부 부품을 직접 생산하여 사용할 수 있을 것이다.

이처럼 현재까지의 3D 프린터의 개념과 실제 활용은 특정 제품(프로토타입이든 일반 가정용품이든 또는 완구이든)을 일회성으로 생산하는 것에 국한되는 경우가 많고, 이에 따라 시판되는 3D 프린터 또한 이러한 관점에서 제작되어 판매되고 있다고 볼 수 있다.

그러나, 3D 프린터의 작동속도도 조금씩 개선되고 있고, 속도와 소재의 한계를 개선하기 위한 새로운 3D 프린팅 방식이 꾸준히 개발되기도 하며, 또한 종래의 가공방법으로는 생산이 불가능하거나 대단히 어려운 형상의 제품이나 부품을 생산할 수 있는 3D 프린터만의 특징이 있기 때문에, 3D 프린터의 활용을 일회성 생산에만 국한시키는 것은 3D 프린터의 무한한 가능성을 사장시키는 결과가 될 수 있다.

3D 프린터를 이용한 자동화에 관하여 특허공개 제10-2016-0034465호에서 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허에서의 자동화는 컨베이어 벨트를 베드에 설치하여 완성된 성형물을 컨베이어 벨트 구동에 의해 자동으로 제거한다는 것인데, 그 도면에서 볼 수 있듯이, 컨베이어 벨트에 의해 구성된 자동화된 베드가 안정적인 베드의 역할을 수행할 수 있을지 의문이다. 더욱이, 상기 특허는 컨베이어 벨트에 의해 완성된 성형물의 제거를 자동화한다는 개념만 제시하고 있을 뿐, 연속생산에 관련된 더 이상의 실질적인 구성을 제시하지 못하고 있다.

특허공개 제10-2016-0034465호 (2016.03.30.) “원격제어 및 자동화 3D 프린터”

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 성형물의 안정적인 성형과 완성된 성형물의 제거가 신뢰성 있게 이루어질 수 있는 3D 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 완성된 성형물의 제거를 위한 구성만이 아니라 연속 생산을 위한 실질적인 구성이 포함된 3D 프린터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 필라멘트를 압송시키는 압출기, 압출기에 의해 압송된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭, 및 용융된 필라멘트를 압출하는 노즐을 포함하는 프린트 헤드를 구비하여 3D 형상의 성형물을 출력할 수 있는 연속생산이 가능한 3D 프린터로서, 전후좌우로 이동가능한 프린트 헤드; 상측의 제1 위치와 하측의 제2 위치 사이에서 상하로 이동가능한 베드; 상기 베드의 상하이동을 가이드하는 베드 가이드; 상기 베드의 상하이동을 구동하는 베드 구동부; 상기 제2 위치에 위치된 베드로부터 완성된 성형물을 이동시켜 상기 베드 외측으로 제거할 수 있는 배출 부재; 및 상기 제2 위치에서 상기 베드의 외측에 위치하며, 상기 배출 부재에 의해 제거된 성형물을 이송하는 메인 컨베이어 장치;를 포함하여 구성된다.

이때 상기 배출 부재는, 상기 제2 위치에서 상기 베드의 전방 외측에 위치하며, 완성된 성형물을 베드로부터 밀어내어 상기 베드의 후방 외측으로 제거할 수 있도록 전후이동가능한 푸셔 부재;로 이루어지고, 상기 메인 컨베이어 장치는 상기 베드의 후방 외측에 위치할 수 있다.

일실시예에서 상기 푸셔 부재는, 상기 3D 프린터의 측면 일측에 위치한 푸셔 회전 베이스; 일단부가 상기 푸셔 회전 베이스에 회전가능하게 결합된 제1 푸셔암; 일단부가 상기 제1 푸셔암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제2 푸셔암; 상기 제2 푸셔암의 타단부에 회전가능하게 결합되며 상측의 제1 지점과 하측의 제2 지점 사이에서 상하이동 가능하도록 구성된 푸쉬암 베이스; 상기 푸쉬암 베이스를 관통하여 전후이동가능한 푸쉬암 리드스크류; 상기 리드스크류의 전후이동을 가이드하는 푸쉬암 가이드; 상기 푸쉬암 리드스크류의 일단부와 회전가능하게 결합되고, 상기 푸쉬암 가이드의 일단부들과 결합되는 푸쉬 헤드; 및 상기 푸쉬암 리드스크류의 타단부와 회전가능하게 결합되고, 상기 푸쉬암 가이드의 타단부들과 결합되는 카운터웨이트;를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서 상기 푸셔 부재는, 상기 3D 프린터의 전방에 위치한 푸셔 베이스; 상기 푸셔 베이스 일측에 고정된 푸셔 제1 지지부; 상기 푸셔 베이스 타측에 고정된 푸셔 제2 지지부; 상기 푸셔 제1 및 제2 지지부 사이를 가로질러 설치되는 한 쌍의 슬라이더 가이드; 상기 한 쌍의 슬라이더 가이드 사이에 상기 푸셔 제1 및 제2 지지부 사이를 가로질러 설치되며, 상기 제1 및 제2 지지부에 각각 회전가능하게 결합되는 슬라이더 리드스크류; 상기 한 쌍의 슬라이더 가이드가 관통하고 상기 슬라이더 리드스크류와 나사결합되어, 상기 슬라이더 리드스크류가 회전함에 따라 상기 슬라이더 가이드를 따라서 상기 제1 및 제2 지지부 사이를 이동할 수 있는 푸쉬 슬라이더; 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 일측단과 제3 단부 및 제4 단부를 포함하는 타측단을 구비한 가위형 연장부로 이루어지고, 상기 일측단의 제1 단부가 상기 푸쉬 슬라이더 상측에 회전가능하게 결합되고, 상기 일측단의 제2 단부가 상기 푸셔 제1 지지부 상측에 회전가능하게 결합되는 신축식 푸쉬암; 및 상기 신축식 푸쉬암을 이루는 가위형 연장부의 상기 타측단의 제3 단부가 일측에 회전가능하게 결합되고, 타측에 기다란 직선형태의 슬라이드 홈을 구비하여 상기 타측단의 제4 단부가 상기 타측 슬라이드 홈에 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 푸쉬 헤드;를 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 푸쉬 헤드의 하측에 상기 베드의 상면을 클리닝하기 위한 슬라이드형 클리너가 구비될 수 있다.

한편 상기 배출 부재는, 상기 베드의 전후측에 각각 위치한 베드 컨베이어 롤러; 및 상기 롤러 중 하나에 의해 구동되며 상기 베드의 상면 및 하면을 따라 연속적으로 이동될 수 있는 베드 컨베이어 벨트;를 포함하는 베드 컨베이어 장치로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 베드 컨베이어 장치의 저면이나 상기 베드 컨베이어 롤러가 위치한 측면 중 일측에 구비되고 상기 베드 컨베이어 벨트에 밀착되어 상기 베드 컨베이어 벨트를 클리닝할 수 있는 하나 이상의 온베드 클리너;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 위치에서 상기 베드의 후방에 배치되며, 상기 배출 부재에 의해 상기 베드의 후방으로 이동되어 배출된 성형물을 상기 메인 컨베이어 장치까지 이동시키는 연결 컨베이어 장치를 더 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 베드의 후방으로부터 상기 메인 컨베이어 장치의 상면을 향하여 하향 경사지도록 연장된 성형물 인출 가이드를 더 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 제2 위치에서 상기 베드의 외측에 위치하며, 성형물이 제거된 상기 베드를 클리닝하는 클리닝부재;를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 있어서 상기 클리닝부재는, 상기 3D 프린터의 측면 일측에 위치한 클리너 회전 베이스; 일단부가 상기 클리너 회전 베이스에 회전가능하게 결합된 제1 클리너암; 일단부가 상기 제1 클리너암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제2 클리너암; 일단부가 상기 제2 클리너암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제3 클리너암; 상기 제3 클리너암의 타단부에 결합되며, 상측의 제1 높이와 하측의 제2 높이 사이에서 이동가능한 클리너 헤드; 및 상기 클리너 헤드 하측에 회전가능하게 결합된 회전형 클리너;을 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 연속생산방법으로서, 성형물의 3D 모델링 데이터를 입력하는 단계; 상기 베드를 상기 제1 위치로 이동시키는 단계; 상기 베드를 차츰 하향시키며 상기 프린트 헤드에 의해 성형물을 성형하는 단계; 성형물의 상기 3D 모델링 데이터로부터 무게중심의 위치를 계산하는 단계; 성형물의 성형이 완료되면 상기 베드를 상기 제2 위치로 하강 이동시키는 단계; 상기 푸쉬 헤드를 전후방향으로 이동가능하도록 성형물의 전방에 위치시키되, 상기 푸쉬 헤드의 상하좌우방향 도심(Centroid)이 상기 무게중심과 일치하도록 상기 푸쉬 헤드를 배치하는 단계; 상기 푸셔 부재를 작동하여 성형물을 상기 베드 후방에 위치한 메인 컨베이어 장치 위로 밀어내어 제거하는 단계; 상기 푸셔 부재를 상기 베드 외측으로 후퇴시키는 단계; 상기 클리닝부재를 상기 베드 내측으로 진입시키는 단계; 상기 클리닝부재의 회전형 클리너를 회전시키며 상기 클리너 헤드를 상기 제2 높이로 하강 이동시킴으로써, 상기 회전형 클리너가 상기 베드의 상면에 접촉하여 클리닝하도록 하는 단계; 및 상기 클리너 헤드를 상기 제1 높이로 상승 이동시키고 상기 클리닝부재를 상기 베드 외측으로 후퇴시키는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터에 의하면, 안정적인 베드에서 성형물의 성형이 이뤄질 수 있는 동시에, 성형물의 성형이 완료된 후에는 신뢰성 있게 성형물의 제거가 이뤄질 수 있는 이점이 있다.

또한, 베드로부터 성형물을 제거한 후에는 매번 베드의 클리닝이 수행되므로, 잔존하는 이물질에 의해 다음 성형물의 성형이 영향을 받는 일이 없어, 각각의 성형물의 품질을 설계시에 의도한 수준으로 용이하게 유지할 수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

또한, 완성된 성형물의 이송을 위한 이송수단이 3D 프린터 본체 외측에 구비됨으로써, 여러 대의 3D 프린터를 나란히 배치하고 동시에 작동함으로써 생산물량을 용이하게 증대시킬 수 있는 한편 성형물 완성 이후의 후가공이나 포장 등의 공정을 일원화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 일실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 성형물 제거 및 배출을 위한 푸셔 부재를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 베드 클리닝부재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 푸셔 부재의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 푸셔 부재의 변형예로서, 베드 클리닝부재가 통합된 푸셔 부재를 도시한 도면이다.
도 7은 베드 클리닝부재가 통합된 도 5 또는 도 6의 푸셔 부재가 적용된 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 다른 실시예로서, 컨베이어와 클리닝부재가 결합된 베드 부분을 도시한다.
도 9는 도 8에 도시된 실시예의 A-A' 단면도이다.
도 10은 도 4에 도시된 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치의 다른 실시예로서, 프린터 본체가 수직 컨베이어 장치와 조합된 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 수직 컨베이어 장치의 케이지 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 12는 본 발명에 따른 3D 프린터를 이용한 성형물 연속생산방법을 도시한 흐름도이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터에 대하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 푸셔 부재를 도시한 도면이며, 도 3은 클리닝부재를 도시한 도면이고, 도 4는 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치를 도시한 단면도이다.

도시된 실시예는 멘델 방식의 3D 프린터, 즉 압출기, 히팅블럭 및 노즐을 포함하는 프린트 헤드와 베드 양측이 프린팅 작업시에 x, y, z축 중 하나 이상을 따라 움직이는 방식의 3D 프린터를 염두에 두고 기재한 것이지만, 본 발명에 적절한 변형을 가한다면 베드는 고정된 채로 3개 액츄에이터로 헤드의 3축 이동을 제어하는 델타방식의 3D 프린터에도 적용될 수 있을 것이다.

또한, 도시된 실시예는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D 프린터를 전제로 설명하고 있으나, 본 발명에 적절한 변형을 가한다면 다른 방식의 3D 프린터에도 적용이 가능할 것이다.

FDM 방식의 3D 프린터(10)는 일반적으로 필라멘트(도시되지 않음)를 압송시키는 압출기(도시되지 않음)와, 압출기에 의해 압송된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭(도시되지 않음)과, 용융된 필라멘트를 압출하는 노즐(도시되지 않음)을 포함하는 프린트 헤드(13)를 구비한다. 또한, 성형물(S)이 성형되어 안착되는 베드(15)를 프린트 헤드(13) 하측에 구비한다.

프린트 헤드(13)는 전후좌우로 이동가능하도록 구성될 수도 있고, 좌우방향으로만 이동가능하도록 구성될 수도 있다. 프린트 헤드(13)가 전후좌우로 이동가능하도록 구성되는 경우에 베드(15)는 상하로만 이동가능하도록 구성되어도 성형물(S)의 성형이 가능하다. 반면, 공간적 제약, 기구설계상 난점, 또는 제어상의 이점 등의 이유로 프린트 헤드(13)가 좌우방향으로만 이동가능하도록 구성되는 경우에는 베드(15)가 상하방향 이동 외에 전후방향 이동도 가능하도록 구성되어야 3D 성형물의 성형이 가능하게 될 것이다.

본 실시예는 전후좌우로 이동가능한 프린트 헤드(13)와 상하로만 이동가능한 베드(15)를 전제로 하지만, 좌우로 이동가능한 프린트 헤드(13)와 전후 및 상하로 이동가능한 베드(15)의 조합에 대해서도 적절한 변형을 가하여 본 발명을 용이하게 적용할 수 있을 것이다.

베드(15)는 상측의 제1 위치(151)와 하측의 제2 위치(153) 사이에서 상하로 이동가능하게 구성된다. 제1 위치(151)는 3D 성형물의 성형이 개시되는 위치로 베드(15)가 프린트 헤드(13)에 근접하게 위치되는 지점이다. 베드(15)는 성형물의 성형이 진행됨에 따라 차츰 하향이동하게 되지만, 제2 위치(153)까지 내려오지는 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 베드(15)가 제2 위치(153)에 이를 때까지 성형물의 성형이 가능하도록 설정할 경우, 베드(15) 위치의 오차 등의 문제로 성형물 상단부의 성형 마무리가 설계대로 이루어지지 못할 가능성이 있기 때문이다. 성형물의 성형이 완료된 때에 베드(15)는 상기 제2 위치(153)로 하향 이동될 수 있다.

베드(15)는 베드 구동부(155)에 의해 상하이동이 이루어진다. 베드 구동부(155)는 바람직하게는 리드스크류일 수 있다. 리드스크류는 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되면서, 리드스크류에 나사결합으로 맞물린 베드(15)를 회전방향에 따라 상측 또는 하측으로 이동시킨다. 리드스크류는 베드(15)의 좌우 양측에 각각 하나씩 구비되는 것이 바람직하며, 이로써 베드(15)의 상하이동이 균형 있고 안정감 있게 이뤄질 수 있다. 베드 구동부(155)로서 리드스크류 대신 볼스크류를 사용할 수도 있으며, 리드스크류와 볼스크류는 사용환경, 작동소음, 적용되는 하중의 범위 등에서 다소 차이가 있으므로, 용도에 맞게 선택하여 사용할 수 있다.

베드(15)의 상하이동이 더욱 안정적으로 이뤄질 수 있도록 하기 위하여, 베드(15)의 상하이동은 상기 베드 구동부(155)에 인접하게 배치된 베드 가이드(157)에 의해 가이드될 수 있다. 베드 가이드(157)는 베드(15)가 수평을 유지하도록 하는 한편, 베드(15)의 상하이동이 최소한의 진동을 유발하면서 매끄럽게 이뤄질 수 있도록 도와준다. 베드 가이드(157)는 3D 프린터(10) 본체에 고정 설치된 봉 형상의 부재와 베드(15)에 형성되거나 고정설치되며 상기 봉 형상 부재와 결합되어 상기 봉 형상 부재를 따라 상하로 미끄러져 이동될 수 있는 원통형 부재의 조합으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 베드 가이드(157)는 각 베드 구동부(155)의 일측에 하나씩 구비될 수도 있으나, 각 베드 구동부(155)의 양측으로 한 쌍이 구비되는 것이 베드(15)의 보다 안정적인 상하이동에 유리할 것이다.

도 1에 도시된 실시예에서, 3D 프린터의 좌측에는 완성된 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 배출하기 위한 배출 부재로서 푸셔 부재(200)가 구비되고, 우측에는 클리닝부재(300)가 구비된다. 물론, 이러한 배치는 하나의 실시예에 불과하며, 서로 좌우를 바꿔서 배치하여도 무방하다.

또한, 후술하는 바와 같이 다수의 3D 프린터가 나란히 연속적으로 배치된 대량생산 시스템에서는 좌우배치를 구별하는 실익이 없어지게 된다. 푸셔 부재 및/또는 클리닝부재는 3D 프린터의 측방이 아닌 전방에 위치될 수도 있으며, 이러한 실시예에 대해서는 후술한다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 완성된 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 배출하는 배출 부재, 즉 푸셔 부재(200)는 반드시 필요한 구성으로 볼 수 있지만, 클리닝부재(300)는 상대적으로 중요도가 떨어지거나 때로는 필요하지 않을 수도 있는 구성으로서, 선택에 따라 채택가능한 선택적 구성이라 볼 수 있다.

푸셔 부재(200)는 성형물이 완성되어 베드(15)가 상기 제2 위치(153)로 이동되면 완성된 성형물(S)을 베드(15)로부터 밀어내어 베드(15)의 외측으로 제거 및 배출한다. 도시된 실시예에서 푸셔 부재(200)는 완성된 성형물(S)을 베드(15)의 후방 외측으로 배출하는 것이지만, 3D 프린터의 구성에 따라 완성된 성형물(S)을 다른 방향으로 배출하도록 구성할 수도 있을 것이다. 상기 제2 위치(153)에서 베드(15)의 후방 외측에는 후술하는 메인 컨베이어 장치(400)가 배치되어 있으므로, 결국 푸셔 부재(200)는 완성된 성형물(S)을 베드(15)로부터 메인 컨베이어 장치(400)로 이동시키는 장치로 볼 수 있다.

이처럼 완성된 성형물(S)을 베드(15) 후방으로 밀어내기 위해서 푸셔 부재(200)는 그 자체로 전후이동이 가능하거나 전후이동이 가능한 구성요소를 포함하여야 할 것이다. 다만, 푸셔 부재(200)가 전방으로부터 3D 프린터 내측으로 진입하여 베드(15) 위에 있는 완성된 성형물(S)을 베드(15) 후방으로 밀어낸다고 하는 구성은 일실시예에 불과한 것임에 유의하여야 한다. 즉, 전방이나 후방 또는 측방을 가리지 않고 3D 프린터의 작동을 방해하지 않는 방향이라면 어느 쪽에서든 푸셔 부재(200)의 진입이 가능할 수 있고, 또한 그 반대쪽으로 성형물(S)을 밀어내도록 구성할 수 있다.

이를 위하여, 도시된 실시예에서 푸셔 부재(200)는, 푸셔 회전 베이스(210), 제1 푸셔암(220), 제2 푸셔암(230), 푸쉬암 베이스(240), 푸쉬암 리드스크류(250), 푸쉬암 가이드(260), 푸쉬 헤드(270) 및 카운터 웨이트(280)로 이루어진다.

푸셔 회전 베이스(210)는 3D 프린터(10)의 좌측 또는 우측 중 일측에 위치될 수 있으며, 도시된 실시예에서는 좌측에 위치된다. 푸셔 회전 베이스(210)는 후술하는 푸셔 부재(200)의 모든 메카니즘을 지지하는 기초로서 작용한다.

푸셔 회전 베이스(210)에 제1 푸셔암(220)의 일단부가 회전가능하게 결합되고, 제1 푸셔암(220)의 타단부에 제2 푸셔암(230)의 일단부가 회전가능하게 결합된다. 제2 푸셔암(230)의 타단부에는 푸쉬암 베이스(240)가 회전가능하게 결합되며, 푸쉬암 베이스(240)는 상측의 제1 지점(P1)과 하측의 제2 지점(P2) 사이에서 상하이동이 가능하도록 구성된다. 이러한 푸쉬암 베이스(240)의 상하이동을 통한 위치조절은 후술하는 성형물의 무게중심(Center of Gravity)에 푸쉬암 베이스의 상하좌우방향 도심(Centroid)을 맞추기 위한 용도로 사용된다. 따라서, 베드(15)가 상기 제2 위치(153)에 위치된 상태를 기준으로, 푸쉬암 베이스(240)의 상기 제1 지점(P1)은 본 발명에 따른 3D 프린터로 성형가능한 성형물의 최대 높이보다 높을 필요가 없고, 제2 지점(P2)은 성형물의 최저높이, 즉 베드(15)의 상면보다 낮을 필요가 없다.

푸쉬암 베이스(240)를 관통하도록 푸쉬암 리드스크류(250)가 푸쉬암 베이스(240)에 나사결합되며, 이에 따라 푸쉬암 리드스크류(250)와 결합된 모터(도시되지 않음)가 회전하여 푸쉬암 리드스크류(250)를 회전시키면 푸쉬암 리드스크류(250)가 푸쉬암 베이스(240)로부터 전방 또는 후방으로 이동하게 된다.

푸쉬암 리드스크류(250)의 일측, 바람직하게는 양측에는 푸쉬암 리드스크류(250)의 전후이동을 가이드하는 푸쉬암 가이드(260)가 구비된다. 푸쉬암 가이드(260)도 역시 푸쉬암 베이스(240)를 관통하도록 결합되지만, 푸쉬암 리드스크류(250)와 달리 푸쉬암 가이드(260)에는 나사산이 형성되어 있지 않으므로, 푸쉬암 가이드(260)는 푸쉬암 베이스(240)에 대해 단순히 슬라이딩 운동을 하게 된다.

푸쉬암 리드스크류(250)와 푸쉬암 가이드(260)의 일단부는 푸쉬 헤드(270)에 결합된다. 푸쉬암 리드스크류(250)는 푸쉬 헤드(270)에 회전가능하게 결합되지만, 푸쉬 헤드(270)에 나사결합되는 것은 아니며, 베어링 등을 매개로 하여 단순히 회전가능하게 결합된다. 즉, 푸쉬암 리드스크류(250)가 회전하더라도 푸쉬암 베이스(240)의 경우처럼 푸쉬 헤드(270)의 전후로 리드스크류(250)가 이동하는 것은 아니며, 단순히 푸쉬 헤드(270)와의 결합상태를 유지하면서 제자리에서 회전할 뿐이다.

푸쉬암 가이드(260)는 푸쉬암 리드스크류(250)와 달리 푸쉬 헤드(270)에 회전가능하게 결합될 필요가 없으므로, 단순히 푸쉬 헤드(270)에 고정결합되는 것으로 충분하다.

푸쉬암 리드스크류(250)와 푸쉬암 가이드(260)의 타단부, 즉 푸쉬 헤드(270)에 결합되는 상기 일단부의 반대측 단부는 카운터 웨이트(280)에 결합된다. 카운터 웨이트(280)에의 결합은 푸쉬 헤드(270)에의 결합과 동일하게 푸쉬암 리드스크류(250)는 회전가능하게 결합, 푸쉬암 가이드(260)는 단순 고정 결합으로 될 수 있다. 카운터 웨이트(280)는 푸쉬암 리드스크류(250)와 푸쉬암 가이드(260)의 상기 타단부측을 보호하는 역할을 한다. 카운터 웨이트(280)는 또한, 상기 푸쉬 헤드(270)가 베드(15)의 후방을 향하여 길게 연장되었을 때 회전모멘트가 작용하여 푸쉬 헤드(270)가 의도된 위치와 다른 위치에서 상기 성형물(S)에 접촉하게 되는 것을 적어도 부분적으로 방지하고, 제2 푸셔암(230)의 상기 타단부와 푸쉬암 베이스(240) 사이에 작용하는 비틀림 모멘트를 최소화하여, 제2 푸셔암(230)의 상기 타단부와 푸쉬암 베이스(240) 사이의 결합부분을 보호할 수 있다.

푸셔 회전 베이스(210)와 제1 푸셔암(220)간, 제1 푸셔암(220)과 제2 푸셔암(230)간, 제2 푸셔암(230)과 푸쉬암 베이스(240)간의 회전동작은 각각 해당 관절부위에 내장된 전기모터(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 각 관절부의 전기모터는 정밀한 속도제어나 위치제어를 위해 서보모터나 스텝모터가 사용될 수 있다. 푸쉬 헤드(270)의 전후방 이동 동작은 앞서 언급한 바와 같이 푸쉬암 리드스크류(250)와 결합된 모터(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 푸쉬암 리드스크류(250)를 작동시키는 모터는 푸쉬암 베이스(240), 푸쉬 헤드(270), 카운터 웨이트(280) 중 어느 한 곳에 내장될 수 있다. 푸쉬암 리드스크류(250)를 구동하는 전기모터 역시 서보모터나 스텝모터 중에 여러 조건을 고려하여 보다 적합한 것으로 선택하여 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 푸셔 부재(200)는 다음과 같이 작동할 수 있다.

우선, 3D 프린터 내에서 성형물이 성형중인 때에는, 도시되지는 않았지만, 푸셔 부재(200)는 푸셔 회전 베이스(210) 부근으로 모아진 상태로 배치된다. 즉, 제1 푸셔암(220)과 제2 푸셔암(230)이 부분적으로 포개져서 전체 부피를 최소화하는 상태로 배치된다.

이때 제어부(도시되지 않음)는 성형중인 3D 성형물의 3D 모델링 데이터로부터 상기 성형물의 무게중심을 계산하며, 이는 후술하는 바와 같이 푸쉬 헤더(270)의 도심을 위치시키는 기준이 된다. 입체적인 형상물의 무게중심을 계산하는 방법은 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 본 명세서에서 자세히 설명하지 않는다.

제어부가 성형물의 성형 완료를 감지하면, 푸셔 부재(200)에 스탠바이 명령을 내리고, 푸셔부재는 도 2에 도시된 것처럼 제1 푸셔암(220)과 제2 푸셔암(230)을 펼쳐서 푸쉬암 베이스(240)를 3D 프린터(10)의 베드(15) 정면에 위치시키게 된다. 이때 푸쉬 헤드(270)는 도 2와 달리 최후방으로(3D 프린터 본체 기준으로는 최전방으로) 후퇴된 상태이다. 성형물의 성형 완료 여부는, 예를 들어 제어부가 프린트 헤드로 전달하는 성형물의 3D 모델링 데이터의 슬라이스화된 레이어들 중 마지막 레이어를 전달한 후 일정 시간이 경과함으로써 성형이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

제어부는 스탠바이 명령을 내릴 때, 앞서 계산한 무게중심의 좌표에 관한 정보를 푸셔 부재(200)에 전달하게 되므로, 스탠바이 명령 수신시에 푸셔 부재(200)는 단순히 3D 프린터 전방의 정중앙에 위치하게 되는 것이 아니라, 성형물(S)의 무게중심과 푸쉬 헤드(270)의 상하좌우방향 도심이 일치하도록 푸쉬 헤드(270)의 위치를 설정하게 된다.

제어부가 푸셔 부재(200)의 스탠바이 완료를 감지하면, 성형물(S) 제거 명령을 내리고, 이에 따라 푸쉬 헤드(270)가 성형물(S)을 향하여 전방으로 이동하게 된다. 푸셔 부재(200)의 스탠바이 완료 여부는, 예를 들어 각 관절의 각도가 스탠바이 명령에 포함된 각 관절의 설정각도와 일치하는지에 관한 피드백을 제어부가 수신하여 판단할 수 있다.

푸쉬 헤드(270)의 전방 이동 속도는 푸쉬 헤드(270)가 성형물(S)에 닿을 때에 성형물(S)의 표면을 훼손시키지 않을 정도로 충분히 느리게 설정하는 것이 바람직하다. 이와 달리, 푸쉬 헤드(270)가 성형물(S)에 근접할 때까지는 빠른 속도로 진행하다가, 성형물(S)에 근접한 때부터 감속하여 느리게 진행하도록 설정할 수도 있을 것이다.

앞서 언급한 바와 같이 푸쉬 헤드(270)의 도심이 성형물(S)에 닿는 위치는 성형물(S)의 무게 중심이므로, 일반적으로 푸쉬 헤드(270)가 성형물(S)을 밀어내는 동작에 의해 성형물(S)을 넘어뜨리게 되는 회전 모멘트는 발생하지 않는다. 다만, 성형물(S)의 무게 중심 부근 외측이 평평하거나 완만하게 굴곡진 외관이 아니라 일방향으로 기울어져 있거나 크게 굴곡진 외관인 경우에는 이처럼 푸쉬 헤드(270)의 도심을 성형물(S)의 무게중심에 맞추었더라도 회전모멘트가 발생할 수 있다.

즉, 푸쉬 헤드(270)의 좌측 또는 우측 단부가 성형물(S)에 닿도록 기울어진 형상인 경우에는 상하방향 축인 z축 방향의 회전모멘트가 일부 발생할 수 있고, 푸쉬 헤드(270)의 상단측이 성형물(S)에 닿는 경우에는 성형물(S)을 전도시키는 방향의 회전모멘트가 발생할 수 있다. 다만, 성형물(S)이 푸쉬 헤드(270)의 하단측에 닿는 경우에는 회전모멘트 발생에 의한 성형물(S) 전도의 염려 없이 성형물(S)의 제거가 가능할 것이다.

이러한 회전모멘트 발생을 상쇄시키거나 최소화시키기 위해서는 푸쉬 헤드(270)를 작게 만들거나, 가늘게 만들거나, 또는 푸쉬 헤드(270) 말단에 볼조인트로 결합되어 일정 각도범위 내에서 임의의 방향으로 자유롭게 각도조절이 가능한 회전 헤드(도시되지 않음)를 구비하거나 할 수 있다. 이러한 회전 헤드는 성형물(S)과 접촉할 때 성형물(S)의 무게중심 부근의 외관의 평균적인 기울기 또는 접선의 기울기에 맞춰 회전될 수 있고, 이로써 성형물(S)의 무게중심에 가장 근접한 위치에서 성형물(S)을 밀어낼 수 있게 되므로, 상기와 같은 불필요한 회전 모멘트의 발생을 최소화할 수 있다.

성형물(S)이 베드(15)로부터 완전히 제거되어 메인 컨베이어 장치(400)로 옮겨진 것을 제어부가 감지하면, 제어부는 푸셔 부재(200) 후퇴명령을 내리고, 푸셔 부재(200)는 초기 상태로 되돌아간다. 3D 프린터(10)는 성형물(S)이 베드(15)로부터 완전히 제거된 것을 감지하기 위한 센서(도시되지 않음)를 구비할 수 있으며, 이러한 센서로는 근접센서, 적외선 센서, 무게 센서 등이 사용될 수 있다.

한편, 완성된 성형물(S)의 원활한 제거를 위해서는 베드(15) 상면을 적절히 코팅처리하는 것이 바람직하다. 베드(15) 상면의 코팅은 성형물이 가열된 상태(성형중인 상태)에서는 성형물(또는 성형 소재)가 베드(15) 상면에 잘 부착되고 또한 부착된 상태를 유지하도록 하되, 성형물이 냉각된 상태(성형이 완료된 상태)에서는 베드(15) 상면으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하는 특성을 가지는 것이 바람직할 것이다.

위에서는 배출 부재로서 별도로 구비된 푸셔 부재(200)의 실시예에 관하여 설명하였으나, 푸셔 부재(200)를 별도로 구비하지 아니하고 그 역할을 프린트 헤드(13)가 하도록 하는 실시예도 가능할 것이다. 즉, 성형물 성형작업을 완료한 후에, 프린트 헤드(13)가 성형물(S)의 전방으로 이동 후 하강한 다음, 후방으로 이동하면서 성형물(S)을 후방으로 밀어내도록 작동할 수 있는 것이다. 본 발명에 따른 3D 프린터는 전후좌우로 이동가능한 프린트 헤드(13)를 전제하고 있으므로, 프린트 헤드(13)에 승강 기능을 추가한다면 이러한 구성이 가능할 수 있을 것이다.

상기 제2 위치(153) 높이에서 3D 프린터(10)의 베드(15)의 외측에는 메인 컨베이어 장치(400)가 구비된다. 이미 언급한 바와 같이, 메인 컨베이어 장치(400)는 푸셔 부재(200)에 의해 베드(15)의 외측으로 제거 또는 배출된 완성된 성형물(S)을 다음 공정으로 이송하기 위한 장치이다. 도시된 실시예에서, 상기 메인 컨베이어 장치(400)는 베드(15)의 후방 외측에 구비된다.

메인 컨베이어 장치(400)는 컨베이어 장치의 뼈대를 형성하는 한 쌍의 메인 컨베이어 프레임(430), 양측의 메인 컨베이어 프레임(430) 사이에 회전가능하게 결합된 다수의 롤러(440), 그리고 상기 롤러들(440)의 외측을 둘러싸도록 구성되어 상기 롤러(440)의 회전에 따라 이동하면서 그 위에 놓인 물체를 이송하는 메인 컨베이어 벨트(420)로 이루어진다. 메인 컨베이어 프레임(430)의 전진측 단부에 위치한 롤러(440)에는 모터(도시되지 않음)가 결합될 수 있으며, 모터가 상기 단부에 위치한 롤러(440)를 회전시킴으로써 메인 컨베이어 벨트(420)를 이동시키게 된다.

도시된 실시예에서는, 베드(15)로부터 제거되어 배출되는 성형물(S)이 메인 컨베이어 벨트(420) 위에 무사히 안착할 수 있도록 도와주는 성형물 인출 가이드(410)가 또한 구비된다. 성형물 인출 가이드(410)는 3D 프린터 본체(10)의 베드(15) 상면의 후방으로부터 메인 컨베이어 장치(400)의 상면, 정확히는 메인 컨베이어 벨트(420)의 상면을 향하여 하향 연장된 부재로서, 베드(15)와 메인 컨베이어 벨트(420) 사이에 놓여진 메인 컨베이어 프레임(430)에 의해 성형물(S)의 제거 및 배출이 방해받지 않도록 하기 위한 조치이다.

베드(15)의 상기 제2 위치(153)에서 3D 프린터(10)의 외측에, 보다 구체적으로 3D 프린터(10)의 측면 일측에는 클리닝부재(300)가 배치된다. 도 1에 도시된 실시예에서는 클리닝부재(300)가 3D 프린터의 우측에 배치된 것으로 도시되어 있다. 도 3에는 클리닝부재(300)가 3D 프린터(10)의 좌측에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 후술하는 바와 같이 하나의 메인 컨베이어 장치(400)를 따라 다수의 3D 프린터(10)가 나란히 배치되는 경우, 도 3처럼 배치된 클리닝부재(300)는 그 좌측에 배치된 3D 프린터(10)의 우측에 배치된 것으로 볼 수 있다.

클리닝부재(300)는 성형물(S)이 제거된 베드(15)를 클리닝하기 위한 장치로서, 성형물의 일부가 바스러져 떨어진 부스러기나, 성형시 프린터의 오작동에 의해 발생한 부스러기, 또는 설계오류로 인해 성형물 본체와 격리되어 생성된 일부분 등과 같이, 성형물 본체의 제거 및 배출 후에 베드(15) 상면에 남아있는 찌꺼기 또는 부스러기를 청소하기 위한 장치이다. 도 3에 도시된 실시예에서 클리닝부재(300)는 3D 프린터(10)의 좌측 전방에 위치해 있으나, 반드시 좌측일 필요는 없으며, 좌측과 우측 중 한 곳에 푸셔 부재(200)를, 그리고 다른 한 곳에 클리닝부재(300)를 구비하면 무방하다.

또한, 후술하는 바와 같이, 다수의 3D 프린터를 메인 컨베이어 장치(400)를 따라서 연속적으로 배치하여 대량 생산 목적으로 사용하는 경우에는, 각 3D 프린터 사이마다 푸셔 부재(200)와 클리닝부재(300)가 번갈아가며 배치되고, 각각의 푸셔 부재(200)와 클리닝부재(300)는 그 양측에 위치한 두 대의 3D 프린터를 시간을 나누어 담당하도록 설정될 수 있다.

이와 달리, 클리닝부재를 별도로 구비하지 아니하고, 푸셔 부재가 클리닝부재의 기능을 겸하도록 구성할 수도 있으며, 이러한 구성에 관해서는 후술한다.

클리닝부재(300)는, 클리너 회전 베이스(310), 제1 클리너암(320), 제2 클리너암(330), 제3 클리너암(340), 클리너 헤드(350) 및 회전형 클리너(360) 등으로 이루어진다.

클리너 회전 베이스(310)는 클리닝부재(300) 전체를 지지하고 지탱하는 부분이며, 직접적으로는 제1 클리너암(320)의 일단부를 회전가능하게 지지한다. 제1 클리너암(320)의 타단부에는 제2 클리너암(330)의 일단부가 회전가능하게 결합되고, 제2 클리너암(330)의 타단부에는 제3 클리너암(340)의 일단부가 회전가능하게 결합된다.

제3 클리너암(340)의 타단부에는 클리너 헤드(350)가 결합되며, 클리너 헤드(350)는 상측의 제1 높이(H1)와 하측의 제2 높이(H2) 사이에서 상하방향으로 이동가능하다. 또한, 상기 클리너 헤드(350)의 하측에는 회전형 클리너(360)가 회전가능하게 결합된다. 회전형 클리너는 클리닝 융이나 브러쉬 솔을 포함하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 회전형 클리너의 평면 형상은 원형으로 이루어질 수 있다.

클리너 회전 베이스(310)와 제1 클리너암(320)간, 제1 클리너암(320)과 제2 클리너암(330)간, 제2 클리너암(330)과 제3 클리너암(340)간의 회전동작은 각각 해당 관절부위에 내장된 전기모터(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다. 각 관절부의 전기모터는 정밀한 제어를 위해 서보모터나 스텝모터가 사용될 수 있다.

제3 클리너암(340)과 클리너 헤드(350)는 회전가능하게 결합할 필요가 없으므로, 단순히 고정 결합된다.

회전형 클리너(360)를 구동하는 모터는 클리너 헤드(350)에 내장될 수 있으며, 회전형 클리너(360)의 회전구동은 베드(15)의 청소를 위한 것이므로 정밀한 속도, 위치제어보다는 일정 이상의 회전속도와 토크를 필요로 하는 것이며, 따라서 DC모터를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 클리닝부재(200)는 다음과 같이 작동할 수 있다.

전술한 바와 같이 푸셔 부재(200)가 성형물(S)의 제거 및 배출을 완료하면, 제어부는 푸셔 부재(200) 후퇴 명령을 내리게 된다. 이어서 클리닝부재(300) 진입을 명령할 수 있다.

클리닝부재(300)가 진입 명령을 수신하면, 먼저 클리너 헤드(350)를 제2 높이(H2)에서 제1 높이(H1)로 들어올린다. 제2 높이(H2)는 회전형 클리너(360)가 베드(15)의 상면에 닿아서 청소를 할 수 있는 높이이고, 제1 높이(H1)는 회전형 클리너(360)가 베드(15)의 상면으로부터 이격되어 베드(15) 상면과 접촉하지 않고서 3D 프린터 내측으로 드나들 수 있는 높이이다.

클리너 헤드(350)를 제1 높이(H1)로 들어올린 채로 회전형 클리너(360)를 3D 프린터(10) 내부에 베드(15)의 상측으로 이동시킨 후, 클리너 헤드(350)를 다시 제2 높이(H2)로 내린 다음, 회전형 클리너(360)를 회전시켜 베드(15) 상면을 클리닝할 수 있다. 이와 달리, 클리너 헤드(350)가 베드(15) 상측에서 제1 높이(H1)에 있는 때에 회전형 클리너(360)의 회전을 개시한 다음, 클리너 헤드(350)를 제2 높이(H2)로 내려서 클리닝을 개시할 수도 있다.

회전형 클리너(360)로 베드(15) 상면을 클리닝할 때에는 3D 프린터(10)의 내면 벽체를 감지하면서 지그재그로 움직이도록 설정하는 것이 바람직하다. 3D 프린터(10)의 내면 벽체를 감지하는 센서(도시되지 않음)는 근접센서나 충격센서로 할 수 있다. 이와 달리, 베드(15) 상면의 중심으로부터 외곽을 향하여 나선 궤적을 그리면서 부스러기를 외측으로 밀어낸 다음 베드(15) 외부로 배출하도록 설정할 수도 있다. 이 경우에도 3D 프린터(10)의 내면 벽체를 감지하는 센서가 구비되어 회전형 클리너(360)가 벽체를 감지하면 이동 방향을 바꾸도록 설정할 필요가 있을 것이다.

클리닝의 종료는 미리 설정된 시간의 만료로서 설정할 수 있다. 제어부는 미리 설정된 클리닝 시간이 만료된 때에 클리닝 종료명령을 전달하며, 이때 클리닝부재(300)는 초기 위치로 복귀된다.

이상에서는 하나의 3D 프린터와 관련하여 연속 생산을 위한 구성을 설명하였으나, 이러한 구성은 다수의 3D 프린터와 연계되어 활용될 수도 있다.

즉, 하나의 메인 컨베이어 장치(400)를 따라서 다수의 3D 프린터(10)를 나란히 배치하고, 각 3D 프린터(10) 사이사이에 푸셔 부재(200)와 클리닝부재(300)를 번갈아 가며 배치할 수 있다.

각 3D 프린터(10)가 서로 다른 성형물을 생산하거나, 같은 성형물을 생산하더라도 성형개시시간을 조금씩 다르게 설정함으로써, 푸셔 부재(200)와 클리닝부재(300)는 그 양쪽에 위치한 3D 프린터(10) 둘 다에 대해 성형물 제거 및 배출과 베드(15) 클리닝 작업을 수행할 수 있을 것이다. 따라서, 각 3D 프린터(10)마다 전담하는 푸셔 부재(200)와 클리닝부재(300)를 배치하지 않아도 되므로, 경제적이고 보다 효율적인 성형물 생산이 가능하다.

또한, 성형 작업이 완료된 성형물들은 모두 메인 컨베이어 장치(400)로 배출되고, 이어서 이후의 후처리, 후가공 공정이나 포장 공정으로 이송될 수 있으므로, 어느 3D 프린터에서 생산되었는지와 관계없이 통일적으로 이후 공정을 수행할 수 있다는 이점이 있다.

이하 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 다른 실시예들에 대하여 살펴본다. 우선 푸셔 부재와 클리닝부재의 다른 실시예들에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 푸셔 부재의 다른 실시예를 도시한 도면이고, 도 6은 도 2의 푸셔 부재의 변형예로서, 베드 클리닝부재가 통합된 푸셔 부재를 도시한 도면이며, 도 7은 베드 클리닝부재가 통합된 도 5 또는 도 6의 푸셔 부재가 적용된 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 구성요소 중에서 완성된 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 배출하는 배출부재의 다른 실시예로서 도 5에 도시된 푸셔 부재(203)가 있다.

본 실시예의 푸셔 부재(203)는 푸셔 베이스(217), 제1 지지부(213), 제2 지지부(215), 슬라이더 가이드(263), 슬라이더 리드스크류(253), 푸쉬 슬라이더(243), 신축식 푸쉬암(255) 및 푸쉬 헤드(273) 등을 포함하여 이루어진다.

푸셔 베이스(217)는 푸셔 부재(203)의 다른 모든 구성들이 고정되고 결합되는 기반을 제공한다. 도시된 실시예에서, 푸셔 베이스(217)는 3D 프린터(10)의 전방 외측에 구비된 것으로 도시되어 있으나, 후방 또는 측방 외측에 구비될 수도 있고, 심지어 3D 프린터(10)의 내부에 구비될 수도 있다. 3D 프린터 내부 일측에 베드(15)의 작동에 간섭되지 않도록 푸셔 베이스(217)을 설치하게 되면 3D 프린터 외부의 주변 공간을 절약할 수 있게 된다. 또한, 후술하는 바와 같이 푸셔 부재(203)가 클리닝부재의 기능을 겸하도록 구성되는 경우, 앞서의 실시예와 달리 3D 프린터(10)의 본체 외부에 푸셔 부재나 클리닝부재 등의 부가적인 구성들을 별도로 구비하지 않아도 되므로, 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터 여러 대를 나란히 배치하는 연속생산 3D 프린터 시스템에서 3D 프린터(10)들을 보다 촘촘하게 배치함으로써, 공간효율과 생산효율을 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.

푸쉬 베이스(217)는 3D 프린터(10)의 외부 일측, 또는 내부 일측에 완전히 고정적으로 설치되도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 푸쉬 베이스(217)는 상하방향으로만 이동가능하도록 구성될 수도 있다. 푸쉬 베이스(217)를 상하방향 이동이 가능하도록 구성하는 경우에는, 앞서의 실시예에서와 같이 완성된 성형물(S)을 외측으로 배출하기 위하여 푸쉬 헤드(273)의 도심과 완성된 성형물(S)의 무게중심을 일치시키는 데 도움이 될 수 있다.

푸셔 제1 지지부(213)는 상기 푸셔 베이스(217)의 일측에 고정되고, 푸셔 제2 지지부(215)는 상기 푸셔 베이스(217)의 타측에 고정된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 푸셔 제1 지지부(213)는 푸셔 베이스(217)에서 우측편에, 푸셔 제2 지지부(215)는 좌측편에 배치되어 고정된다.

상기 푸셔 제1 및 제2 지지부(213, 215) 사이를 가로질러서 슬라이더 리드스크류(253)와 한 쌍의 슬라이더 가이드(263)가 구비된다. 슬라이더 리드스크류(253)는 상기 한 쌍의 슬라이더 가이드(253) 사이에 위치되며, 양단부가 각각 상기 푸셔 제1 및 제2 지지부(213, 215)에 회전가능하게 결합된다.

상기 푸셔 제1 및 제2 지지부(213, 215) 사이에는 푸쉬 슬라이더(243)가 구비된다. 상기 한 쌍의 슬라이더 가이드(263)가 상기 푸쉬 슬라이더(243)를 관통하도록 구비된다. 또한, 상기 푸쉬 슬라이더(243)는 상기 슬라이더 리드스크류(253)와 나사결합되어 상기 슬라이더 리드스크류(253)가 회전함에 따라 상기 슬라이더 가이드(263)를 따라서 상기 푸셔 제1 및 제2 지지부(213, 215) 사이를 이동할 수 있다.

상기 슬라이더 리드스크류(253)를 회전구동하는 모터(도시되지 않음)는 푸셔 제1 지지부(213), 푸셔 제2 지지부(215) 또는 푸쉬 슬라이더(243) 중 한 곳에 구비될 수 있다.

상기 푸쉬 슬라이더(243)의 상측과 상기 푸셔 제1 지지부(213) 상측에는 각각 가위형 연장부(Scissors Extender) 형태로 구성된 신축식 푸쉬암(290)의 일측단의 제1단부(291)와 제2 단부(292)가 회전가능하게 결합된다. 가위형 연장부 형태의 상기 신축식 푸쉬암(290)의 타측단은 푸쉬 헤드(273)에 결합되는 제3단부(293)와 제4 단부(294)를 포함한다.

푸쉬 헤드(273)는 가위형 연장부 형태의 신축식 푸쉬암(290)과 결합되어 작동할 수 있도록 하기 위하여 좌우로 기다란 형상으로 형성되며, 일측에 상기 신축식 푸쉬암(290) 타측단의 제3 단부(293)가 회전가능하게 결합된다. 도시된 실시예에서 상기 제3 단부(293)가 결합된 곳은 푸쉬 헤드(273)의 우측이다. 푸쉬 헤드(273)의 타측, 즉 도시된 실시예에서 좌측에는, 기다란 직선형태의 슬라이드 홈(273a)이 구비되고, 상기 슬라이드 홈(273a)에 상기 타측단의 제4 단부(294)가 회전 및 슬라이드 가능하게 결합된다.

상기와 같이 구성된 푸셔 부재(203)는 다음과 같이 작동할 수 있다.

3D 프린터 내에서 성형물이 성형중인 때에는, 푸셔 부재(203)는 푸셔 베이스(217) 부근으로 모아진 상태로 배치된다. 즉, 신축식 푸쉬암(290)이 최대로 수축되어 상기 제1 단부(291)와 제4 단부(294)가 상호 인접하게 배치되고, 또한 상기 제2 단부(292)와 제3 단부(293)가 상호 인접하게 배치된 상태가 된다. 바람직하게는, 최대로 수축된 푸셔 부재(203)의 신축신 푸쉬암(290)과 푸쉬 헤드(273)는 모두 푸셔 베이스(217) 내측에 위치한다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니다. 푸셔 부재(203)가 3D 프린터(10)의 내측에 배치된 경우에 베드(15)의 작동을 방해하거나 간섭하지 않는다면 그것으로 족할 수 있다.

제어부(도시되지 않음)는 성형중인 3D 성형물의 3D 모델링 데이터로부터 상기 성형물의 무게중심을 계산하며, 이는 이미 언급한 바와 같이 푸쉬 헤더(273)의 도심을 위치시키는 기준이 된다.

제어부가 성형물의 성형 완료를 감지하면, 푸셔 부재(203)에 스탠바이 명령을 내리고, 본 실시예의 푸셔 부재(203)는 이전 실시예의 푸셔 부재(200)와 달리 스탠바이 명령에도 불구하고 초기 상태에서 특별한 동작을 더 실시하지는 않는다. 다만, 푸셔 부재(203)가 초기 상태가 아닌 다른 상태에 있었던 경우, 예를 들어 신축식 푸쉬암(290)이 다소 신장되어 있는 상태였던 경우에는, 스탠바이 명령에 따라 최대로 수축되는 초기 상태로 복귀하게 된다. 성형물의 성형 완료 여부는, 앞서 언급한 바와 같이, 예를 들어 제어부가 프린트 헤드로 전달하는 성형물의 3D 모델링 데이터의 슬라이스화된 레이어들 중 마지막 레이어를 전달한 후 일정 시간이 경과함으로써 성형이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

제어부는 스탠바이 명령을 내릴 때, 앞서 계산한 무게중심의 좌표에 관한 정보를 푸셔 부재(203)에 전달하게 되지만, 푸셔 부재(203)의 푸쉬 헤드(273)는 좌우방향으로 기다란 형상이므로, 좌우 위치조절은 하지 않는다. 푸셔 베이스(217)가 상하방향으로 이동가능하도록 구성된 경우에는, 제어부의 스탠바이 명령에 따라, 푸쉬 헤드(273)의 도심(Centroid)의 높이가 성형물(S)의 무게중심의 높이와 일치하도록 높이를 조절하게 된다.

제어부가 푸셔 부재(203)의 스탠바이 완료를 감지하면, 성형물(S) 제거 명령을 내리고, 이에 따라 푸쉬 헤드(273)가 성형물(S)을 향하여 전방으로 이동하게 된다. 푸셔 부재(203)의 스탠바이 완료 여부는, 푸셔 부재(203)가 초기 상태가 아니었던 때에는 초기 상태로 복귀했는지 여부를 감지함으로써 확인될 수 있다. 푸셔 베이스(217)가 상하방향으로 이동가능하도록 구성된 경우에는, 신축식 푸쉬암(290)의 초기상태 복귀와 푸셔 베이스(217)의 높이조절 완료의 두 가지가 완료된 때에 스탠바이 완료로 판단할 수 있다.

푸쉬 헤드(273)의 전방 이동 속도는, 푸쉬 헤드(273)가 성형물(S)에 닿을 때에 성형물(S)의 표면을 훼손시키지 않도록, 전방 이동 중에 적어도 푸쉬 헤드(273)가 성형물(S)에 근접했을 때부터는 충분히 느리게 진행하도록 설정하는 것이 바람직할 것이다.

푸쉬 헤드(273)가 성형물(S)을 밀어낼 때 성형물(S)을 넘어뜨리게 될 수 있는 회전 모멘트를 발생시키지 않기 위한 조건은 앞서 설명한 바와 같다. 다만, 본 실시예에서 푸셔 베이스(217)가 상하방향 이동이 되지 않는 고정식으로 구성된 경우에는, 푸쉬 헤드(273)의 높이가 주로 생산하게 되는 성형물들의 평균적인 무게중심의 높이보다 다소 낮게 되도록 푸셔 베이스(217)의 높이를 미리 조절하는 것이 바람직할 것이다. 푸셔 베이스(217)가 상하이동식으로 구성된 때에는 푸쉬 헤드(273)의 상하좌우 방향 도심의 높이와 성형물(S)의 무게중심의 높이가 일치하도록 제어부가 푸셔 베이스(217)의 높이를 조절한다. 성형물(S) 형상에 따른 푸쉬 헤드(273)에 의한 성형물(S)의 회전모멘트 발생을 최소화하기 위해서는 역시 앞서 언급한 바와 같이 푸쉬 헤드(273)를 가늘게 만들거나 푸쉬 헤드(273) 말단에 볼조인트를 결합하거나 할 수 있다.

이어서 성형물(S)이 베드(15)로부터 완전히 제거되어 메인 컨베이어 장치(400)로 옮겨진 것을 제어부가 감지하면, 제어부는 푸셔 부재(203) 후퇴명령을 내리고, 푸셔 부재(203)는 초기상태로 복귀한다.

푸셔 부재(200, 203)의 상기 두 가지 실시예(도 2 및 도 5) 모두에 있어서, 상기 푸쉬 헤드(270, 273)의 하측에 상기 베드(15)의 상면을 클리닝하기 위한 슬라이드형 클리너(365)가 구비될 수 있다. 슬라이드형 클리너(365)는 도 7에서 보는 바와 같이 푸셔 부재(200, 203)가 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 밀어낼 때 동시에 베드(15) 상면을 클리닝하게 된다. 따라서, 별도의 클리닝부재를 구비할 필요가 없게 되는 이점이 있다. 다만, 앞서의 실시예의 경우, 푸셔 부재(200)의 좌우폭이 좁게 설정되어 있어서 슬라이드형 클리너(365)를 구비하더라도 베드(15) 상면의 일부만을 클리닝하게 되어 베드(15) 상면의 일부는 클리닝되지 않은 채로 남게 되는 문제가 있다. 따라서, 도 2의 실시예의 푸셔 부재(200)를 도 5의 실시예의 푸셔 부재(203)처럼 좌우로 기다란 형상으로 형성하고 하측에 슬라이드형 클리너(365)를 구비함으로써 베드(15) 상면에서 클리닝이 필요한 부분 전체에 대하여 클리닝을 실시할 수 있게 된다. 이와 같이 변형된 실시예가 도 6에 도시되어 있다.

이하 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 다른 실시예로서 컨베이어 및 클리닝부재가 결합된 베드를 포함하는 3D 프린터에 대하여 자세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 다른 실시예로서, 컨베이어와 클리닝부재가 결합된 베드 부분을 도시하고, 도 9는 도 8에 도시된 실시예의 A-A' 단면도이다.

본 실시예에서는, 완성된 성형물(S)을 베드(15)로부터 배출하기 위한 배출 부재로서, 베드 컨베이어 장치(160)를 구비한다. 베드 컨베이어 장치(160)는 베드 컨베이어 롤러(163)와 베드 컨베이어 벨트(165)를 포함하여 구성된다. 베드 컨베이어 롤러(163)는 상기 베드(15)의 대향하는 양측에 각각 위치되며, 도시된 실시예에서는 전후측에 각각 위치된다. 베드 컨베이어 벨트(165)는 상기 베드 컨베이어 롤러(163)와 베드(15)를 모두 감싸도록 설치되며, 상기 베드 컨베이어 롤러(163) 중 하나에 의해 구동되어 상기 베드(15)의 상면 및 하면을 따라 연속적으로 이동될 수 있다.

상기 베드 컨베이어 장치(160)는 성형물이 성형중인 때에는 작동하지 않고 정지상태를 유지하며, 성형이 완료되고 베드(15)가 상기 제2 위치(153)로 하강한 후에 제어부가 배출명령을 내리면 작동을 개시하여 전방 또는 후방으로 벨트(165)를 이동시켜 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 배출하게 된다. 성형물의 배출이 완료되면 벨트(165)의 이동을 정지하며, 베드 컨베이어 장치(160)를 베드(15)와 함께 상기 제1 위치(151)로 상승시키면 다시 성형물의 성형을 개시할 수 있는 스탠바이 상태가 된다.

이러한 베드 컨베이어 장치(160)로 이루어진 배출 부재는 앞서의 푸셔 부재(200, 203)로 이루어진 배출 부재에 비해 성형물 배출 후 성형물의 성형을 재개할 수 있는 스탠바이 상태로의 복귀 시간이 짧은 장점이 있다. 푸셔 부재들(200, 203)과 달리 베드(15) 내외측을 드나들어야 하는 기구부가 존재하지 않기 때문이다.

베드 컨베이어 장치(160)는 베드 컨베이어 벨트(165)를 작동시켜서 완성된 성형물(S)을 베드(15) 외측으로 배출할 때, 성형물(S)이 안착되어 있던 벨트 부분이 성형물(S) 배출 직후 베드 컨베이어 장치(160)의 하면으로 이동하게 된다. 그 덕분에, 성형중에 형성된 부스러기나 성형물 배출 후 남은 잔재 등의 이물질이 베드(15) 하측의 3D 프린터 저면으로 자연스레 낙하하게 되어, 벨트(165)를 별도로 클리닝하지 않더라도 이물질이 상당 부분 제거되는 이점이 있다.

그럼에도 불구하고 잔존하는 이물질이 있을 수 있는데, 이러한 이물질을 방치할 경우 다음 성형물 성형시에 성형물의 품질을 떨어뜨리거나 프린트 헤드(13)의 동작을 방해하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 베드 컨베이어 장치(160)는 온베드(on-bed) 클리너(367)를 구비할 수 있다. 온베드 클리너(367)는 베드 컨베이어 장치(160)의 상면을 제외한 어느 위치에나 구비될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 베드 컨베이어 장치(160) 양측의 롤러(163)가 위치한 측면 중 일측에 구비될 수도 있고, 베드 컨베이어 장치(160)의 저면 중 베드(15)의 저면에 해당하는 일 위치에 구비될 수도 있다. 온베드 클리너는 베드 컨베이어 벨트(165)에 밀착되어 벨트에 부착된 이물질을 클리닝하게 된다. 온베드 클리너(367)를 롤러(163) 부근에 구비하는 경우에는 롤러(163)의 하측 부근에 구비하는 것이 바람직하다. 그래야 온베드 클리너(367)의 클리닝 결과 발생한 이물질이 별도의 사용자 조작 없이 하측으로 저절로 낙하할 수 있기 때문이다. 온베드 클리너는 하나 이상 여러 개를 구비할 수도 있고, 이 경우 각 개소마다 조금씩 다른 클리닝 특성을 가진 온베드 클리너를 설치함으로써, 효과적인 벨트(165) 클리닝이 이뤄질 수 있도록 할 수 있다.

상기와 같이 베드 컨베이어 장치(160)를 구비한 3D 프린터이든 앞서의 실시예와 같이 통상적인 베드(15)와 푸셔 부재(200, 203)를 구비한 3D 프린터이든, 베드(15)에서 성형물이 배출되는 방향, 즉 도시된 실시예에서 베드(15)의 후방에는 연결 컨베이어 장치(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 즉, 연결 컨베이어 장치는 상기 제2 위치(153)에서 상기 베드(15)의 후방에 배치되며, 상기 배출 부재(160, 200, 203)에 의해 상기 베드(15)의 후방으로 이동되어 배출된 성형물(S)을 상기 메인 컨베이어 장치(400)까지 이동시키는 장치이다. 연결 컨베이어 장치는 예컨대 프리 롤러로 이루어질 수 있다.

이하 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터의 또다른 실시예로서 수평 컨베이어 대신 수직 컨베이어와 조합된 3D 프린터에 대하여 자세히 설명한다.

도 10은 도 4에 도시된 프린터 본체와 메인 컨베이어 장치의 상호 배치의 다른 실시예로서, 프린터 본체가 수직 컨베이어 장치와 조합된 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 도 10의 수직 컨베이어 장치의 케이지 부분을 확대하여 도시한 부분파단확대도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터(10) 후방에, 즉 성형물(S)이 배출 부재(160, 200, 203)에 의해 배출되는 방향으로 3D 프린터(10)의 외측에, 수직방향으로 상승 및 하강할 수 있도록 구성된 수직 컨베이어 장치(403)를 구비할 수 있다. 완성된 성형물(S)을 이송하는 컨베이어 장치가 수직방향으로 작동하므로, 여러 대의 3D 프린터(10)를 배치하는 경우 3D 프린터(10)들 역시 측방향이 아닌 상하방향으로 나란히 배치되게 될 것이다. 또한, 도 10에는 수직 컨베이어 장치(403)의 우측에만 3D 프린터(10)를 배치하였으나, 좌측에도 당연히 상하방향으로 나란히 배치된 여러 대의 3D 프린터(10)가 배치될 수 있다.

수직 컨베이어 장치(403)는 수평으로 배치된 메인 컨베이어 장치(400)처럼 연속적으로 작동하기보다는 각각의 3D 프린터(10)의 위치에 일정시간 동안 정지했다가 움직이고, 또 정지했다가 움직이는 방식으로 작동하도록 제어될 수 있다. 이 경우 수직 컨베이어 장치(403)가 정지된 때에 완성된 성형물(S)을 보유한 3D 프린터(10)에서 성형물 배출이 이뤄질 수 있다.

도 10에는 개략적으로만 도시하였지만, 수직 컨베이어 장치(403)가 의도한 바대로 원활하게 작동되려면 메인 컨베이어 체인(423)과 메인 컨베이어 스프라켓(443)에 의한 구동이 바람직할 것이다. 메인 컨베이어 체인(423)의 일정 거리마다 성형물(S)을 수용할 수 있는 케이지(450)가 구비될 수 있다. 케이지(450)는 수직 컨베이어 장치(403)에 의해 어떤 위치에 놓여지더라도 항상 상하가 그대로 유지되도록 구성된다. 그래야 3D 프린터(10)에서 케이지(450)로 배출된 성형물(S)이 뜻하지 않게 추락하는 일 없이 이송될 수 있기 때문이다. 케이지(450)에 수용된 채로 수직 컨베이어 장치(403)에 의해 이송되는 성형물(S)은 케이지(450)가 배출위치(460)에 도달했을 때 케이지 배출부재(도시되지 않음)에 의해 외측으로 배출될 수 있다.

도 11을 참조하면, 케이지(450)와 메인 컨베이어 체인(423)은 케이지 지지암(425)에 의해 결합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 케이지 지지암(425)은 일단부가 메인 컨베이어 체인(423)의 서로 다른 위치에 각각 회전가능하게 결합되고, 타단부가 케이지 지지암(425) 상측의 케이지 결합공(453)에 회전가능하게 결합된다. 이로써, 메인 컨베이어 체인(423)이 수직 컨베이어 장치(403)의 어느 위치에 있더라도 케이지(450)는 도 11에 도시된 바와 같이 정방향으로 배치된 상태를 유지할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 3D 프린터를 이용한 성형물 연속생산방법에 대하여 자세히 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 3D 프린터를 이용한 성형물 연속생산방법을 도시한 흐름도이다.

도 12에 따르면, 생산이 개시된 후(S100), 우선 성형물의 3D 모델링 데이터를 제어부에 입력한다(S110).

이어서, 베드(15)를 프린트 헤드(13)에 근접한 제1 위치(151)로 이동시켜서, 성형물 성형을 준비한다(S120).

프린트 헤드(13)를 통해 베드(15)에 성형물을 레이어 단위로 성형하면서 상기 베드(15)를 차츰 하향 이동시킨다(S130).

성형물을 성형하는 동안 성형물의 상기 3D 모델링 데이터로부터 무게중심의 위치를 계산한다(S140). 무게중심의 위치 계산은 3D 모델링 데이터 입력단계(S110) 직후에 수행하도록 설정할 수도 있다.

성형물의 성형이 완료되면 상기 베드(15)를 하측의 제2 위치(153)로 하강 이동시킨다(S150).

이어서, 푸쉬 헤드(270)를 전후방향으로 이동가능하도록 상기 성형물의 전방에 위치시키되, 상기 푸쉬 헤드의 상하좌우방향 도심(Centroid)이 상기 성형물(S)의 무게중심과 일치하도록 상기 푸쉬 헤드를 스탠바이 상태로 배치한다(S160).

다음으로 상기 푸셔 부재(200)를 작동하여 성형물을 상기 베드(15) 후방에 위치한 메인 컨베이어 장치(400) 위로 밀어내어 제거 및 배출한다(S170). 곧이어 푸셔 부재(200)는 베드(15) 외측으로 후퇴시킨다(S180).

다음 단계로, 클리닝부재(300)를 베드(15) 내측으로 진입시킨다(S190). 클리닝부재(300)의 회전형 클리너(360)를 회전시키는 동시에 상기 클리너 헤드(350)를 제2 높이(H2)로 하강 이동시킴으로써, 회전형 클리너(360)가 베드(15)의 상면과 접촉하여 베드(15) 상면을 클리닝하도록 한다(S200).

마지막으로 상기 클리너 헤드(350)를 제1 높이(H1)로 상승 이동시키고 상기 클리닝부재(300)를 상기 베드(15) 외측으로 후퇴시키면, 본 발명에 따른 3D 프린터를 이용한 연속생산방법의 한 사이클이 종료되게 된다. 이어서 다시 3D 모델링 데이터 입력단계(S110)로 돌아가서 동일한 성형물 또는 다른 성형물의 제작을 시작하게 된다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 연속생산이 가능한 3D 프린터 및 이러한 3D 프린터를 이용한 연속생산방법의 실시예에 대하여 자세히 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 오직 하기의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여지는 것임에 유의하여야 한다.

10 : 3D 프린터 13 : 프린트 헤드
15 : 베드 151 : 제1 위치
153 : 제2 위치 155 : 베드 구동부
157 : 베드 가이드 160 : 베드 컨베이어 장치
163 : 베드 컨베이어 롤러 165 : 베드 컨베이어 벨트
200, 203 : 푸셔 부재 210 : 푸셔 회전 베이스
213 : 푸셔 제1 지지부 215 : 푸셔 제2 지지부
217 : 푸셔 베이스 220 : 제1 푸셔암
230 : 제2 푸셔암 240 : 푸쉬암 베이스
243 : 푸쉬 슬라이더 250 : 푸쉬암 리드스크류
253 : 슬라이더 리드스크류 260 : 푸쉬암 가이드
263 : 슬라이더 가이드 270, 273 : 푸쉬 헤드
273a : 슬라이드 홈 280 : 카운터 웨이트
290 : 신축식 푸쉬암 291 내지 294 : 제1 내지 제4 단부
300 : 클리닝부재 310 : 클리너 회전 베이스
320 : 제1 클리너암 330 : 제2 클리너암
340 : 제3 클리너암 350 : 클리너 헤드
360 : 회전형 클리너 365 : 슬라이드형 클리너
367 : 온베드(on-bed) 클리너
400 : 메인 컨베이어 장치 403 : 수직 컨베이어 장치
410 : 성형물 인출 가이드 420 : 메인 컨베이어 벨트
423 : 메인 컨베이어 체인 425 : 케이지 지지암
430 : 메인 컨베이어 프레임 440 : 롤러
443 : 메인 컨베이어 스프라켓 450 : 성형물 케이지
453 : 케이지 결합공 460 : 배출위치

Claims (12)

1. 필라멘트를 압송시키는 압출기, 압출기에 의해 압송된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭, 및 용융된 필라멘트를 압출하는 노즐을 포함하는 프린트 헤드를 구비하여 3D 형상의 성형물을 출력할 수 있는 3D 프린터에 있어서,
   전후좌우로 이동가능한 프린트 헤드;
   상측의 제1 위치와 하측의 제2 위치 사이에서 상하로 이동가능한 베드;
   상기 베드의 상하이동을 가이드하는 베드 가이드;
   상기 베드의 상하이동을 구동하는 베드 구동부;
   상기 제2 위치에 위치된 베드로부터 완성된 성형물을 이동시켜 상기 베드 외측으로 제거할 수 있는 배출 부재; 및
   상기 제2 위치에서 상기 베드의 외측에 위치하며, 상기 배출 부재에 의해 제거된 성형물을 이송하는 메인 컨베이어 장치;
   를 포함하여 구성되는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배출 부재는,
   상기 제2 위치에서 상기 베드의 전방 외측에 위치하며, 완성된 성형물을 베드로부터 밀어내어 상기 베드의 후방 외측으로 제거할 수 있도록 전후이동가능한 푸셔 부재;로 이루어지고,
   상기 메인 컨베이어 장치는 상기 베드의 후방 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 푸셔 부재는,
   상기 3D 프린터의 측면 일측에 위치한 푸셔 회전 베이스;
   일단부가 상기 푸셔 회전 베이스에 회전가능하게 결합된 제1 푸셔암;
   일단부가 상기 제1 푸셔암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제2 푸셔암;
   상기 제2 푸셔암의 타단부에 회전가능하게 결합되며 상측의 제1 지점과 하측의 제2 지점 사이에서 상하이동 가능하도록 구성된 푸쉬암 베이스;
   상기 푸쉬암 베이스를 관통하여 전후이동가능한 푸쉬암 리드스크류;
   상기 리드스크류의 전후이동을 가이드하는 푸쉬암 가이드;
   상기 푸쉬암 리드스크류의 일단부와 회전가능하게 결합되고, 상기 푸쉬암 가이드의 일단부들과 결합되는 푸쉬 헤드; 및
   상기 푸쉬암 리드스크류의 타단부와 회전가능하게 결합되고, 상기 푸쉬암 가이드의 타단부들과 결합되는 카운터웨이트;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 푸셔 부재는,
   상기 3D 프린터의 전방에 위치한 푸셔 베이스;
   상기 푸셔 베이스 일측에 고정된 푸셔 제1 지지부;
   상기 푸셔 베이스 타측에 고정된 푸셔 제2 지지부;
   상기 푸셔 제1 및 제2 지지부 사이를 가로질러 설치되는 한 쌍의 슬라이더 가이드;
   상기 한 쌍의 슬라이더 가이드 사이에 상기 푸셔 제1 및 제2 지지부 사이를 가로질러 설치되며, 상기 제1 및 제2 지지부에 각각 회전가능하게 결합되는 슬라이더 리드스크류;
   상기 한 쌍의 슬라이더 가이드가 관통하고 상기 슬라이더 리드스크류와 나사결합되어, 상기 슬라이더 리드스크류가 회전함에 따라 상기 슬라이더 가이드를 따라서 상기 제1 및 제2 지지부 사이를 이동할 수 있는 푸쉬 슬라이더;
   제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 일측단과 제3 단부 및 제4 단부를 포함하는 타측단을 구비한 가위형 연장부로 이루어지고, 상기 일측단의 제1 단부가 상기 푸쉬 슬라이더 상측에 회전가능하게 결합되고, 상기 일측단의 제2 단부가 상기 푸셔 제1 지지부 상측에 회전가능하게 결합되는 신축식 푸쉬암; 및
   상기 신축식 푸쉬암을 이루는 가위형 연장부의 상기 타측단의 제3 단부가 일측에 회전가능하게 결합되고, 타측에 기다란 직선형태의 슬라이드 홈을 구비하여 상기 타측단의 제4 단부가 상기 타측 슬라이드 홈에 회전 및 슬라이드 가능하게 결합되는 푸쉬 헤드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 푸쉬 헤드(270 또는 273)의 하측에 상기 베드의 상면을 클리닝하기 위한 슬라이드형 클리너가 구비된 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 배출 부재는,
   상기 베드의 전후측에 각각 위치한 베드 컨베이어 롤러; 및 상기 롤러 중 하나에 의해 구동되며 상기 베드의 상면 및 하면을 따라 연속적으로 이동될 수 있는 베드 컨베이어 벨트;를 포함하는 베드 컨베이어 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
7. 제6항에 있어서,
   상기 베드 컨베이어 장치의 저면이나 상기 베드 컨베이어 롤러가 위치한 측면 중 일측에 구비되고 상기 베드 컨베이어 벨트에 밀착되어 상기 베드 컨베이어 벨트를 클리닝할 수 있는 하나 이상의 온베드 클리너;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 제2 위치에서 상기 베드의 후방에 배치되며, 상기 배출 부재에 의해 상기 베드의 후방으로 이동되어 배출된 성형물을 상기 메인 컨베이어 장치까지 이동시키는 연결 컨베이어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
9. 제1항에 있어서,
   상기 베드의 후방으로부터 상기 메인 컨베이어 장치의 상면을 향하여 하향 경사지도록 연장된 성형물 인출 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위치에서 상기 베드의 외측에 위치하며, 성형물이 제거된 상기 베드를 클리닝하는 클리닝부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
11. 제10항에 있어서,
    상기 클리닝부재는,
    상기 3D 프린터의 측면 일측에 위치한 클리너 회전 베이스;
    일단부가 상기 클리너 회전 베이스에 회전가능하게 결합된 제1 클리너암;
    일단부가 상기 제1 클리너암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제2 클리너암;
    일단부가 상기 제2 클리너암의 타단부에 회전가능하게 결합된 제3 클리너암;
    상기 제3 클리너암의 타단부에 결합되며, 상측의 제1 높이와 하측의 제2 높이 사이에서 이동가능한 클리너 헤드; 및
    상기 클리너 헤드 하측에 회전가능하게 결합된 회전형 클리너;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속생산이 가능한 3D 프린터.
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