KR101876084B1 - 음식물 제조용 3d 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터는, 복수개의 식재료가 수용되는 복수개의 식재료 공급 기구, 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나의 식재료를 선택적으로 압출시키도록 상기 식재료 공급 기구들에 연결된 압출 기구, 상기 압출 기구에 의해 압출된 식재료를 프린터 베드에 분사하도록 상기 압출 기구에 연결된 노즐 기구, 및 상기 프린터 베드에 냉풍을 제공하여 상기 노즐 기구에서 분사된 식재료를 냉각시키도록 상기 압출 기구의 일측에 연결된 냉각 기구를 포함하는 음식물 제조용 3D 프린터를 제공한다.

Description

음식물 제조용 3D 프린터 {3D PRINTER FOR MANUFATURING FOOD}
본 발명은 음식물 제조용 3D 프린터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 다양한 종류의 식재료를 사용하여 3D 프린터 방식으로 음식물을 안정적으로 제조할 수 있는 음식물 제조용 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로, 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하는 것과 마찬가지로, 3D 프린터는 미리 입력한 설계도를 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 장치이다. 2D 프린터는 전후 방향(X축 방향)과 좌우 방향(Y축 방향)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 전후 방향(X축 방향)과 좌우 방향(Y축 방향) 및 상하 방향(Z축 방향)으로 운동하여 미리 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다.
상기와 같은 3D 프린터는 입체 형태를 만드는 방식에 따라 한 층씩 쌓아 올리는 적층형(첨가형 또는 쾌속조형) 방식과 큰 덩어리를 깎아가는 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각) 방식으로 구분한다.
여기서, 적층형 방식은 파우더나 플라스틱 액체 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 층으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 만들어내는 방식이다. 레이어가 얇을수록 정밀한 형상을 얻을 수 있고, 채색을 동시에 진행할 수 있다.
그리고, 절삭형 방식은 커다란 덩어리를 조각하듯이 깎아내 입체 형상을 만들어내는 방식이다. 적층형에 비하여 완성품이 더 정밀하다는 장점이 있지만, 재료가 많이 소모되고 컵처럼 안쪽이 파인 모양은 제작하기 어려우며 채색 작업을 따로 해야 하는 단점이 있다.
3D 프린터는 본래 기업에서 어떤 물건을 제품화하기 이전에 시제품을 만들기 위한 용도로 개발되었다. 하지만, 플라스틱 소재에 국한되었던 초기 단계에서 발전하여 최근에는 나일론과 금속 소재로 범위가 확장되고 있으며, 산업용 시제품뿐만 아니라 여러 방면에서 상용화 단계로 진입하고 있다.
3D 프린터의 재료를 살펴보면, 3D 프린터의 주재료로는 플라스틱 소재가 가장 많이 사용되고 있다. 그러나, 다양한 산업 분야에서 3D 프린터의 활용 가능성에 주목하면서 플라스틱 소재 외에도 고무, 금속, 세라믹과 같은 다양한 소재가 이용되고 있으며, 최근에는 초콜릿 등 음식재료를 이용하는 사례도 소개되고 있다.
3D 프린터의 활용 영역을 살펴보면, 3D 프린터는 전통적으로 항공이나 자동차와 같은 제조업 분야에서 주로 활용되고 있으나, 최근에는 그 활용 영역을 빠르게 넓혀 가고 있다. 가장 대표적인 분야가 의료, 건설, 소매, 식품, 의류 산업이다.
즉, 의료 분야는 가장 적극적으로 3D 프린터 기술을 도입하고 있는 분야로서, 관절, 치아, 두개골, 의수 등을 비롯한 인공 귀나 인공 장기를 만드는 데 이용하고 있다. 또한, 식품 분야도 3D 프린터를 활용하여 장미 모양이나 사람의 얼굴 모양으로 형성된 입체 초콜릿을 만들거나, 쿠키 또는 라면과 같은 패스트푸드를 만들고 있다.
상기와 같이 최근에 3D 프린터의 활용도가 높아지고 비용 효율성도 대폭 향상됨에 따라 다양한 산업 분야에서 차세대 제조 기술로 각광받고 있는 실정이다. 그에 따라서, 3D 프린터의 시장이 급격하게 성장하고 있으며, 3D 프린터의 기술 개발에 따른 기술 경쟁도 심화되는 추세이다.
예를 들면, 한국공개실용신안 제20-2015-0003372호(발명의 명칭: 3D프린터를 이용한 조각인쇄식품, 공개일: 2015.09.14)에는 특정한 크기의 초콜릿, 빵, 떡 등의 식품을 다양한 문양의 취식이 편리한 크기로 조합이 가능하도록 절단을 하고, 상기 절단된 조합식품 위에 3D프린터를 이용하여 문자 혹은 3D 형상물을 인쇄하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 한국공개특허 제10-2016-0009067호(발명의 명칭: 적층가공 3차원 인쇄기술을 사용하여 식품을 가공하기 위한 장치, 방법 및 시스템, 공개일: 2016.01.25)에는 각각의 개별 캡슐에 내장되어 있는 복수의 재료를 사용하여 제품을 인쇄하는 3D 프린터 시스템이 개시되어 있다.
하지만, 기존의 음식물 제조에 사용되는 3D 프린터는, 다양한 종류의 식재료를 변경하면서 음식물을 제조하는 과정이 매우 복잡하고, 식재료가 프린터 베드에 적층된 이후에 빨리 굳지 않아 적층 구조가 변경되는 단점이 있다. 구체적으로 설명하면, 기존의 음식물 제조용 3D 프린터는, 식재료의 특성상 잘 굳지 않으며, 식재료의 사출이 원활하도록 노즐의 직경을 확대시키면 식재료의 사출 후 경화되는 속도가 더 느려진다. 따라서, 기존의 음식물 제조용 3D 프린터는, 음식물의 제조 시간이 대폭 늘어나는 단점이 있고, 뿐만 아니라 식재료의 적층된 높이가 높아지면 식재료의 잘 굳지 않은 성질로 인해 식재료의 적층된 구조가 무너지거나 뭉개지는 현상이 나타난다.
본 발명의 실시예는 다양한 종류의 식재료를 사용하여 3D 프린터 방식으로 음식물을 안정적으로 제조할 수 있는 음식물 제조용 3D 프린터를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 다양한 종류의 식재료를 변경시키는 구조를 간단하게 형성하여 식재료의 종류를 변경하는 동작을 신속하고 간편하게 실시할 수 있는 음식물 제조용 3D 프린터를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 프린터 베드에 냉풍을 제공하여 프린터 베드에 압출된 식재료를 빠르게 경화시킬 수 있는 음식물 제조용 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수개의 식재료가 수용되는 복수개의 식재료 공급 기구, 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나의 식재료를 선택적으로 압출시키도록 상기 식재료 공급 기구들에 연결된 압출 기구, 상기 압출 기구에 의해 압출된 식재료를 프린터 베드에 분사하도록 상기 압출 기구에 연결된 노즐 기구, 및 상기 프린터 베드에 냉풍을 제공하여 상기 노즐 기구에서 분사된 식재료를 냉각시키도록 상기 압출 기구의 일측에 연결된 냉각 기구를 포함하는 음식물 제조용 3D 프린터를 제공한다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 압출 기구가 상기 식재료 공급 기구들 중에서 필요한 식재료만을 선택적으로 압출시켜 상기 노즐 기구를 통해 분사하는 구조이므로, 다양한 종류의 식재료를 사용하여 음식물을 제조하는 작업이 매우 신속하고 간단하게 실시될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 냉각 기구가 상기 프린터 베드에 냉풍을 제공하여 상기 노즐 기구에서 분사된 식재료를 냉각시키는 구조이므로, 상기 프린터 베드에 적층된 식재료가 매우 빠르게 경화되어 식재료의 변형이 방지될 수 있으며, 그로 인해서 3D 프린터의 제조 속도가 향상되어 음식물의 제조 시간이 단축될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 식재료 공급 기구들은 상기 식재료들을 선택적으로 보충하도록 상기 압출 기구에 장착탈 가능하게 배치될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 압출 기구는, 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나의 식재료를 압출시키도록 형성된 압출 기구 본체, 상기 압출 기구 본체의 일측에 배치되고 상기 식재료 공급 기구들의 식재료를 상기 압출 기구 본체에 선택적으로 공급하도록 상기 식재료 공급 기구들과 연통되게 연결된 식재료 연결부, 및 상기 압출 기구 본체의 타측에 배치되고 상기 압출 기구 본체에 의해 압출되는 식재료를 상기 노즐 기구에 제공하도록 상기 노즐 기구와 연통되게 연결된 노즐 연결부를 구비할 수 있다.
상기 식재료 연결부 또는 상기 노즐 연결부 중 적어도 어느 하나는, 상기 노즐 기구에 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나를 연통되게 연결시키도록 상기 압출 기구 본체에 회전 또는 이동 가능하게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 식재료 공급 기구들은 상기 식재료 연결부의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 방사형으로 배치될 수 있고, 상기 노즐 기구는 상기 노즐 연결부의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 상기 식재료 연결부와 상기 노즐 연결부는 상기 압출 기구 본체를 기준으로 서로 대향되도록 상기 압출 기구 본체에 배치될 수 있다. 상기 식재료 연결부 또는 상기 노즐 연결부 중 적어도 하나는 상기 압출 기구 본체에 회전 가능하게 구비될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 냉각 기구는, 주변의 공기를 냉각하도록 형성된 냉각기, 상기 냉각기에 공기를 공급하여 냉풍을 생성시키도록 상기 냉각기의 일측에 배치된 송풍기, 상기 냉각기에서 상기 압출 기구로 상기 냉풍을 안내하도록 상기 냉각기와 상기 압출 기구의 사이에 배치된 냉각관, 및 상기 냉각관을 따라 안내된 상기 냉풍을 상기 프린터 베드에 토출시키도록 상기 압출 기구의 일측에 배치된 토출구를 구비할 수 있다.
상기 토출구는, 상기 노즐 기구의 옆에 형성되거나, 또는 상기 노즐 기구를 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 압출 기구의 내부에는 상기 냉각관에서 상기 토출구로 상기 냉풍을 안내하는 냉풍 통로가 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 압출 기구의 내부에는 상기 식재료 공급 기구에서 상기 노즐 기구로 상기 식재료를 안내하는 압출 통로가 형성될 수 있다.
상기 식재료 공급 기구에는 상기 식재료를 용융 상태로 유지하기 위한 식재료 히터가 구비될 수 있다. 상기 압출 기구에는 상기 식재료의 온도가 설정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하도록 상기 냉풍 통로의 냉풍을 이용하여 상기 압출 통로의 일부분을 냉각하는 온도 조절부가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 온도 조절부는, 상기 압출 통로의 일부분의 외측을 감싸도록 상기 냉풍 통로에서 분기된 분기 통로, 및 상기 냉풍 통로에서 상기 분기 통로로 유입되는 상기 냉풍의 유입량을 조절하도록 상기 냉풍 통로와 상기 분기 통로의 연결 부위에 배치된 온도 제어 밸브를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터는, 식재료 공급 기구들 중에서 필요한 식재료만이 압출 기구에 의해 선택적으로 압출되어 노즐 기구를 통해 분사되는 구조이므로, 노즐 기구에 다양한 종류의 식재료를 선택적으로 제공하는 구조를 매우 간단하게 형성시킬 수 있으며, 3D 프린터에서 식재료 변경 작업을 매우 신속하고 간편하게 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터는, 냉각 기구의 냉풍을 프린터 베드에 제공하여 노즐 기구에서 분사된 식재료를 빠르게 냉각시키는 구조이므로, 프린터 베드에 적층된 식재료를 매우 빠르게 경화시킬 수 있으며, 노즐 기구에서 분사된 식재료의 빠른 경화로 인하여 적층된 식재료의 변형 및 뭉개짐 현상이 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 3D 프린터의 제조 속도를 향상시킬 수 있으며, 그로 인해서 음식물의 제조 시간을 대폭 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터는, 노즐 기구의 옆에 토출구가 형성되거나 또는 노즐 기구를 둘러싸는 형상으로 토출구가 형성되므로, 토출구의 형상을 다양하게 변경하여 프린터 베드로 토출되는 냉풍의 방향을 다양하게 변경할 수 있으며, 음식물 제조용 3D 프린터의 설계 조건 및 상황에 따라 토출구의 형상을 적절하게 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터는, 압출 기구에 형성된 냉풍 통로를 따라 유동되는 냉풍을 압출 기구에 형성된 압출 통로의 일부분에 분기시키는 구조로 형성되므로, 식재료가 식재료 히터에 의해 설정 온도 이상으로 올라가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 압출 통로의 내부에서 식재료가 끓거나 기화되는 현상을 미연에 방지할 수 있으며, 식재료의 끓음 및 기화로 인한 문제를 3D 프린터의 파손 및 식재료의 공급 불량을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터가 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 노즐 기구와 토출구의 일예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 노즐 기구와 토출구의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 A-A선에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터(100)가 도시된 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 노즐 기구(130)와 토출구(148)의 일예를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 노즐 기구(130)와 토출구(148)의 다른 예를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 A-A선에 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터(100)은 식재료 공급 기구(110), 압출 기구(120), 노즐 기구(130), 및 냉각 기구(140)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터(100)는 초콜릿, 젤리, 설탕 등과 같은 식재료(F)를 원료로 하여 음식물(10)을 성형 제조하는 장치이다. 상기와 같은 식재료(F)는 일반적인 3D 프린터의 주재료로 사용되는 플라스틱과 비교하여 경화되는 속도가 느린 특징이 있으며, 뿐만 아니라 설정 높이 이상으로 적층되면 적층된 구조가 무너지거나 뭉개지는 현상이 발생되는 특징이 있다.
한편, 본 실시예에서는 식재료 공급 기구(110)와 압출 기구(120) 및 노즐 기구(130)가 3차원 이송 기구(미도시)에 설치될 수 있다. 상기와 같은 3차원 이송 기구는 식재료 공급 기구(110)와 압출 기구(120) 및 노즐 기구(130)를 X축, Y축, Z축의 3 방향으로 이송시킬 수 있으며, 그 이송 과정에서 노즐 기구(130)에서 분사된 식재료(F)를 3차원 형상으로 적층시켜 음식물(10)을 제조할 수 있다. 다만, 본 실시예의 3차원 이송 기구는 일반적인 3D 프린터에서 사용되는 기존의 3차원 이송 기구가 모두 활용 가능하므로, 3차원 이송 기구에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 식재료 공급 기구(110)는 복수개의 식재료를 수용하도록 복수개가 구비될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 음식물 제조용 3D 프린터(100)로 제조하는 음식물(10)의 식재료 종류에 따라서 복수개의 식재료(F)를 준비할 수 있으며, 그 복수개의 식재료(F)는 식재료 공급 기구(110)들에 개별적으로 수용시킬 수 있다.
상기와 같은 식재료 공급 기구(110)에는 식재료(F)를 용융 상태로 유지하기 위한 식재료 히터(미도시)가 구비될 수 있다. 식재료 히터는 식재료 공급 기구(110)의 내부에 수용된 식재료(F)의 압출 성능을 충분히 확보할 수 있도록 식재료(F)를 가열하여 식재료(F)의 유동성을 높일 수 있다. 하지만, 식재료 히터는 식재료(F)가 끓거나 기화되는 현상을 발생시키지 않도록 식재료(F)의 온도를 적절히 조절해야만 한다.
여기서, 식재료 공급 기구(110)들은 식재료(F)들을 선택적으로 보충하도록 압출 기구(120)에 장착탈 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 식재료 공급 기구(110)들은 압출 기구(120)에 장착탈되는 캡슐 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 식재료 공급 기구(110)들은 서로 다른 식재료(F)들을 개별적으로 수용한 상태로 압출 기구(120)에 장착시킬 수 있으며, 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 사용으로 인해서 식재료 공급 기구(110)의 식재료(F)가 감소되면 식재료 공급 기구(110)를 압출 기구(120)에서 탈거한 후 식재료(F)를 보충하여 압출 기구(120)에 다시 장착시킬 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 식재료 공급 기구(110)들은 캡슐 형상으로 형성되어 압출 기구(120)에 개별적으로 장착탈되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 식재료 공급 기구(110)들은 식재료(F)들을 공급하는 공급 탱크(미도시)들에 개별적으로 연결될 수도 있다. 상기와 같은 식재료 공급 기구(110)와 공급 탱크는 호스 또는 파이프 등과 같은 관형 부재로 연결될 수 있다. 따라서, 공급 탱크는 관형 부재를 통해서 식재료 공급 기구(110)의 내부에 식재료(F)를 계속적으로 공급할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 압출 기구(120)는 식재료 공급 기구(110)들 중 어느 하나의 식재료(F)를 선택적으로 압출시키는 장치이다. 압출 기구(120)는 식재료 공급 기구(110)들에 연통되게 연결될 수 있다. 예를 들면, 압출 기구(120)는 압출 기구 본체(122), 식재료 연결부(124), 및 노즐 연결부(126)를 구비할 수 있다.
압출 기구 본체(122)는 식재료 공급 기구(110)들 중 어느 하나의 식재료(F)를 압출시키도록 형성될 수 있다. 따라서, 압출 기구 본체(122)에는 식재료(F)를 압출시키기 위한 압출 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
식재료 연결부(124)는 식재료 공급 기구(110)들의 식재료(F)를 압출 기구 본체(122)에 선택적으로 공급하도록 형성될 수 있다. 상기와 같은 식재료 연결부(124)는 압출 기구 본체(122)의 일측에 배치될 수 있으며, 식재료 공급 기구(110)들과 연통되게 연결될 수 있다.
노즐 연결부(126)는 압출 기구 본체(122)에 의해 압출되는 식재료(F)를 노즐 기구(130)에 제공하도록 형성될 수 있다. 상기와 같은 노즐 연결부(126)는 압출 기구 본체(122)의 타측에 배치될 수 있으며, 노즐 기구(130)와 연통되게 연결될 수 있다.
한편, 식재료 연결부(124) 또는 노즐 연결부(126) 중 적어도 어느 하나는, 노즐 기구(130)에 식재료 공급 기구(110)들 중 어느 하나를 연통되게 연결시킬 수 있도록 압출 기구 본체(122)에 회전 또는 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 식재료 연결부(124)만 회전되는 구조로 형성하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예와 다르게, 노즐 연결부(126)만 회전 또는 이동되는 구조로 압출 기구 본체(122)에 구비되거나, 또는 식재료 연결부(124)와 노즐 연결부(126)가 모두 회전 또는 이동되는 구조로 압출 기구 본체(122)에 구비될 수도 있다.
상기와 같이 식재료 연결부(124)만 회전되는 구조로 압출 기구 본체(122)에 구비되면, 식재료 공급 기구(110)들의 위치를 회전시켜서 식재료 공급 기구(110)들 중 어느 하나를 단수개의 노즐 기구(130)와 연통되는 위치에 선택적으로 배치할 수 있다. 따라서, 음식물 제조용 3D 프린터(100)로 음식물(10)을 제조하는 과정에서 식재료(F)의 변경이 필요한 경우, 식재료 연결부(124)를 회전시키는 간단한 동작만으로 다른 식재료가 수용된 식재료 공급 기구(110)를 노즐 기구(130)에 연결시킬 수 있다.
예를 들면, 식재료 공급 기구(110)들은 식재료 연결부(124)의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 방사형으로 배치될 수 있다. 노즐 기구(130)는 노즐 연결부(126)의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 상기와 같은 식재료 연결부(124)와 노즐 연결부(126)는 압출 기구 본체(122)를 기준으로 서로 대향되도록 압출 기구 본체(122)의 상부와 하부에 배치될 수 있다. 그리고, 식재료 연결부(124)는 압출 기구 본체(122)의 상부에 회전 가능하게 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 노즐 기구(130)는 압출 기구(120)에 의해 압출된 식재료(F)를 프린터 베드(150)에 분사하는 장치이다. 상기와 같은 노즐 기구(130)는 압출 기구(120)의 노즐 연결부(126)에 연결될 수 있다. 한편, 노즐 기구(130)의 단부에는 식재료(F)의 분사 성능을 확보하기 위하여 식재료(F)를 유동 가능하게 가열하기 위한 히터(미도시)가 설치될 수 있다. 하지만, 노즐 기구(130)의 단부에 설치되는 히터는 본 실시예의 기술 사상과 직접적으로 관련된 구성이 아니므로, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 히터의 설명을 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 냉각 기구(140)는 프린터 베드(150)에 냉풍(C)을 제공하여 노즐 기구(130)에서 분사된 식재료(F)를 급속하게 냉각시키는 장치이다. 냉각 기구(140)는 압출 기구(120)의 일측에 연결될 수 있다. 예를 들면, 냉각 기구(140)는 냉각기(142), 송풍기(144), 냉각관(146), 및 토출구(148)를 구비할 수 있다.
냉각기(142)는 주변의 공기를 냉각하도록 형성될 수 있다. 즉, 냉각기(142)는 압축기, 팽창기, 증발기, 및 응축기로 구성되는 통상의 공기 냉각 장치이다.
송풍기(144)는 냉각기(142)에 공기를 공급하여 냉풍을 생성시키는 장치이다. 송풍기(144)는 냉각기(142)의 일측에 배치될 수 있다. 상기와 같은 송풍기(144)의 송풍 압력에 의해서 냉각기(142)에서 냉각된 냉풍(C)은 냉각관(146)를 통해 유동된 후 토출구(148)로부터 토출될 수 있다.
냉각관(146)은 냉각기(142)에서 압출 기구(120)로 상기 냉풍을 안내하는 부재이다. 냉각관(146)은 냉각기(142)와 압출 기구(120)의 사이에 배치될 수 있다. 일예로, 냉각관(146)은 단열재로 피복된 호스 또는 파이프로 형성될 수 있으며, 유연성이 우수한 소재로 형성될 수 있다.
토출구(148)는 냉각관(146)을 따라 압출 기구(120)로 안내된 냉풍(C)을 프린터 베드(150)에 토출시키는 부재이다. 토출구(148)는 압출 기구(120)의 하부에 배치될 수 있다. 상기와 같은 토출구(148)는, 노즐 기구(130)의 옆에 근접하게 형성되거나, 또는 노즐 기구(130)를 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
일예로, 도 1과 도 2 및 도 4에는 토출구(148)가 노즐 기구(130) 옆의 편심된 위치에 배치된 구조가 도시되어 있다. 도 1과 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 토출구(148)를 형성하면, 냉풍(C)이 통과되는 유로가 압출 기구(120)의 내부에 매우 단순하게 형성될 수 있으며, 그로 인하여 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 제작 시간 및 제작 비용이 절감될 수 있다.
다른 예로, 도 3에는 토출구(149)가 노즐 기구(132)의 주위를 에워싸는 형상으로 배치된 구조가 도시되어 있다. 이때, 노즐 기구(132)는 노즐 연결부(126)의 중앙부에 배치될 수 있으며, 토출구(149)는 노즐 기구(132)의 주위를 감싸도록 노즐 연결부(126)의 중앙부에 링 형상으로 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 토출구(149)를 형성하면, 냉풍(C)이 노즐 기구(132)에서 분사된 식재료(F)에 골고루 전달될 수 있으며, 그로 인하여 프린터 베드(150)에 적층된 식재료(F)가 보다 효과적으로 경화될 수 있다. 따라서, 음식물 제조용 3D 프린터(100)가 음식물(10)을 제조하기 위한 제조 시간이 절감될 수 있고, 식재료(F)의 변형과 붕괴가 미연에 방지될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압출 기구(120)의 내부에는, 냉각관(146)에서 토출구(148)로 냉풍(C)을 안내하는 냉풍 통로(160)가 형성될 수 있으며, 식재료 공급 기구(110)에서 노즐 기구(130)로 식재료(F)를 안내하는 압출 통로(162)가 형성될 수 있다. 상기와 같은 냉풍 통로(160)와 압출 통로(162)는 압출 기구 본체(122)에 고정될 수 있으며, 그로 인해서 노즐 연결부(126) 또는 식재료 연결부(124)가 이동되거나 회전되는 경우에도 냉풍 통로(160)와 압출 통로(162)의 배치 위치는 압출 기구 본체(122)에 일정하게 유지될 수 있다.
여기서, 냉풍 통로(160)의 양단부는 식재료 연결부(124)의 회전시 냉각관(146)과 토출구(148)에 연결된 상태로 유지될 수 있다. 그리고, 압출 통로(162)의 하단부는 식재료 연결부(124)의 회전시 노즐 기구(130)에 연결된 상태로 유지될 수 있지만, 압출 통로(162)의 상단부는 식재료 연결부(124)의 회전시 식재료 공급 기구(110)들의 단부에 선택적으로 연결된 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압출 기구(120)에는 노즐 기구(130)로 공급되는 식재료(F)의 온도가 설정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하는 온도 조절부(164)가 형성될 수 있다. 상기와 같은 온도 조절부(164)는 냉풍 통로(160)의 냉풍(C)을 이용하여 압출 통로(162)의 일부분을 냉각시키는 구조로 형성될 수 있다.
예를 들면, 온도 조절부(164)는 분기 통로(166) 및 온도 제어 밸브(168)를 구비할 수 있다. 분기 통로(166)는 냉풍 통로(160)에서 분기된 냉풍(C)의 유동 통로로서, 압출 통로(162)의 일부분의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 온도 제어 밸브(168)는 냉풍 통로(160)에서 분기 통로(166)로 유입되는 냉풍(C)의 유입량을 조절하는 밸브로서, 냉풍 통로(160)와 분기 통로(166)의 연결 부위에 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 분기 통로(166)의 유입부로 유입되는 냉풍(C)의 흐름 및 유입량 조절하기 위하여 온도 제어 밸브(168)를 분기 통로(166)의 유입부 상에 배치시키고, 분기 통로(166)의 유출부로 냉풍(C)의 유입을 방지하기 위하여 체크 밸브(169)를 분기 통로(166)의 유출부 상에 배치시키는 것으로 설명한다.
본 실시예에 따른 온도 조절부(164)는 식재료(F)의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 구비할 수 있다. 온도 센서는 식재료(F)의 유동 경로 상에 배치될 수 있다. 상기와 같은 식재료(F)의 유동 경로는 압출 통로(162) 및 노즐 기구(130)의 내부 경로를 포함한다. 따라서, 온도 센서의 감지값을 통해서 온도 조절부(164)와 히터를 적절히 작동시키면, 노즐 기구(130)로 유동되는 식재료(F)의 온도가 적정 온도로 유지될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 음식물 제조용 3D 프린터(100)에 대한 작동 및 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 식재료 공급 기구(110)들의 내부에 음식물(10)의 제조에 필요한 다양한 종류의 식재료(F)를 개별적으로 충진한다. 그리고, 식재료 공급 기구(110)들을 압출 기구(120)의 식재료 연결부(124)에 장착시킨다.
상기와 같이 식재료 공급 기구(110)들의 준비가 완료되면, 음식물 제조용 3D 프린터(100)를 작동시킨다.
식재료 연결부(124)는 적절히 회전하여 식재료 공급 기구(110)들 중 어느 하나를 노즐 기구(130)에 연통시키고, 그 상태에서 압출 기구(120)가 작동하여 식재료 공급 기구(110)의 식재료(F)를 노즐 기구(130)의 방향으로 압출시킨다. 따라서, 식재료 공급 기구(110)의 식재료(F)는 압출 기구 본체(122)의 압출 통로(162)를 따라 노즐 기구(130)에 유동된다.
노즐 기구(130)는 식재료 공급 기구(110)의 식재료(F)를 프린터 베드(150)로 분사한다.
이때, 3차원 이송 기구가 노즐 기구(130)를 음식물(10)의 제조 설계도에 따라 3차원 이송시키면, 식재료(F)가 프린터 베드(150)에 3차원 형상으로 적층하면서 음식물(10)의 3차원 형상을 성형한다.
전술한 바와 같이, 노즐 기구(130)가 식재료(F)를 프린터 베드(150)에 적층하는 경우, 냉각 기구(140)를 작동시켜 프린터 베드(150)에 적층된 식재료(F)를 급속히 경화시킨다.
상기와 같이 냉각 기구(140)를 작동시키면, 송풍기(144)가 작동하여 외부 공기를 냉각기(142)로 송풍하고, 냉각기(142)가 작동하여 송풍기(144)에 의해 유입된 공기를 냉각시킨다. 냉각기(142)와 송풍기(144)는 냉풍(C)을 생성하고, 냉풍(C)은 냉각관(146)을 따라 압출 기구(120)에 송풍기(144)의 송풍 압력으로 유동한다.
압출 기구(120)로 유동된 냉풍(C)은 압출 기구 본체(122)의 냉풍 통로(160)를 따라 유동하고, 그런 다음에 압출 기구(120)에 구비된 토출구(148)를 통해 프린터 베드(150)를 향해 토출한다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 토출구(148)의 형상, 개수 및 위치를 적절하게 변경하면, 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 설계 조건 및 상황에 대응하여 냉풍(C)의 냉각 효율을 촤적화시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 토출구(148)로 토출한 냉풍(C)이 프린터 베드(150)에 적층된 식재료(F)를 냉각시켜 식재료(F)를 빠르게 경화시킨다. 상기와 같은 식재료(F)의 빠른 경화 작용은, 식재료(F)가 보다 견고하게 적층되고, 적층된 식재료(F)의 변형 및 뭉개짐 현상이 미연에 방지되며, 식재료(F)의 적층 속도가 빨라져 음식물 제조용 3D 프린터(100)의 작동 시간이 단축된다.
한편, 식재료(F)가 식재료 공급 기구(110)와 압출 통로(162) 및 노즐 기구(130)를 용융 상태로 통과한다. 이를 위해서, 별도의 히터가 식재료(F)를 적절히 가열한다.
상기와 같이 식재료(F)를 가열하여 용융 상태로 만들면, 식재료(F)의 유동성이 향상되어 식재료(F)의 압출 성능도 향상된다. 하지만, 식재료(F)가 설정 온도 이상으로 가열되면, 식재료 공급 기구(110)와 압출 통로(162) 및 노즐 기구(130)의 내부에서 식재료(F)가 끓거나 기화되는 문제가 발생하고, 프린터 베드(150)에 적층된 식재료(F)도 쉽게 눌리거나 뭉개져서 적층 구조가 심각하게 변형되거나 손상되는 문제가 발생한다.
따라서, 식재료(F)는 히터와 온도 조절부(164)를 이용하여 압출 통로(162)와 노즐 기구(130)에서의 온도를 적정 범위 내에서 조절한다.
상기와 같은 온도 조절부(164)의 온도 제어 밸브(168)와 체크 밸브(169)를 동시에 개방하면, 냉풍 통로(160) 내의 냉풍(C) 중 일부가 분기 통로(166)의 내부로 유입되고, 분기 통로(166)에 유입된 냉풍(C)이 압출 통로(162)의 일부분과 열교환되며, 압출 통로(162)와 열교환된 냉풍(C)은 분기 통로(166)에서 냉풍 통로(160)로 다시 회수된다.
이때, 식재료(F)는 압출 통로(162)의 일부분을 통과하는 과정에서 분기 통로(166)와의 열교환시켜 적정 온도로 냉각시킨다.
반면에, 온도 조절부(164)의 온도 제어 밸브(168)와 체크 밸브(169)를 모두 차폐하면, 냉풍 통로(160) 내의 냉풍(C)이 분기 통로(166)의 내부로 유입되지 않아서 분기 통로(166)와 압출 통로(162) 사이의 열교환이 불가능하게 되며, 그로 인해서 식재료(F)의 냉각에 의한 온도 저하도 불가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 음식물
100: 음식물 제조용 3D 프린터
110: 식재료 공급 기구
120: 압출 기구
122: 압출 기구 본체
124: 식재료 연결부
126: 노즐 연결부
130: 노즐 기구
140: 냉각 기구
150: 프린터 베드
F: 식자재
C: 냉풍

Claims (10)

  1. 복수개의 식재료가 수용되는 복수개의 식재료 공급 기구; 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나의 식재료를 선택적으로 압출시키도록 상기 식재료 공급 기구들에 연결된 압출 기구; 상기 압출 기구에 의해 압출된 식재료를 프린터 베드에 분사하도록 상기 압출 기구에 연결된 노즐 기구; 및 상기 프린터 베드에 냉풍을 제공하여 상기 노즐 기구에서 분사된 식재료를 냉각시키도록 상기 압출 기구의 일측에 연결된 냉각 기구;를 포함하고,
    상기 냉각 기구는, 주변의 공기를 냉각하도록 형성된 냉각기; 상기 냉각기에 공기를 공급하여 냉풍을 생성시키도록 상기 냉각기의 일측에 배치된 송풍기; 상기 냉각기에서 상기 압출 기구로 상기 냉풍을 안내하도록 상기 냉각기와 상기 압출 기구의 사이에 배치된 냉각관; 및 상기 냉각관을 따라 안내된 상기 냉풍을 상기 프린터 베드에 토출시키도록 상기 압출 기구의 일측에 배치된 토출구;를 구비하며,
    상기 토출구는, 상기 노즐 기구의 옆에 형성되거나, 또는 상기 노즐 기구를 둘러싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 음식물 제조용 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식재료 공급 기구들은 상기 식재료들을 선택적으로 보충하도록 상기 압출 기구에 장착탈되는 캡슐 형상으로 형성된 음식물 제조용 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압출 기구는, 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나의 식재료를 압출시키도록 형성된 압출 기구 본체; 상기 압출 기구 본체의 일측에 배치되고, 상기 식재료 공급 기구들의 식재료를 상기 압출 기구 본체에 선택적으로 공급하도록 상기 식재료 공급 기구들과 연통되게 연결된 식재료 연결부; 및 상기 압출 기구 본체의 타측에 배치되고, 상기 압출 기구 본체에 의해 압출되는 식재료를 상기 노즐 기구에 제공하도록 상기 노즐 기구와 연통되게 연결된 노즐 연결부;를 구비하며,
    상기 압출 기구 본체에는, 상기 냉각관에서 상기 토출구로 냉풍을 안내하는 냉풍 통로가 형성되고, 상기 식재료 공급 기구에서 상기 노즐 기구로 상기 식재료를 안내하는 압출 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 음식물 제조용 3D 프린터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 식재료 연결부 또는 상기 노즐 연결부 중 적어도 어느 하나는, 상기 노즐 기구에 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나를 상기 노즐 기구에 선택적으로 연결시키도록 상기 압출 기구 본체에 회전 또는 이동 가능하게 배치된 음식물 제조용 3D 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 식재료 공급 기구들은 상기 식재료 연결부의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 방사형으로 배치되고, 상기 노즐 기구는 상기 노즐 연결부의 중앙에서 반경 방향으로 설정 거리 이격된 위치에 배치되며,
    상기 식재료 연결부와 상기 노즐 연결부는 상기 압출 기구 본체의 상부와 하부에 서로 대향되게 배치되고,
    상기 압출 통로는 상기 식재료 연결부 또는 상기 노즐 연결부 중 적어도 하나가 회전됨에 따라 상기 노즐 기구에 하단부가 연결된 상태에서 상기 식재료 공급 기구들 중 어느 하나에 상단부가 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 음식물 제조용 3D 프린터.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압출 기구의 내부에는, 상기 냉각관에서 상기 토출구로 상기 냉풍을 안내하는 냉풍 통로가 형성되고, 상기 식재료 공급 기구에서 상기 노즐 기구로 상기 식재료를 안내하는 압출 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 음식물 제조용 3D 프린터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 식재료 공급 기구에는 상기 식재료를 용융 상태로 유지하기 위한 식재료 히터가 구비되며,
    상기 압출 기구에는 상기 식재료의 온도가 설정 온도 이상으로 가열되는 것을 방지하도록 상기 냉풍 통로의 냉풍을 이용하여 상기 압출 통로의 일부분을 냉각하는 온도 조절부가 형성된 음식물 제조용 3D 프린터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    상기 압출 통로의 일부분의 외측을 감싸도록 상기 냉풍 통로에서 분기된 분기 통로; 및
    상기 냉풍 통로에서 상기 분기 통로로 유입되는 상기 냉풍의 유입량을 조절하도록 상기 냉풍 통로와 상기 분기 통로의 연결 부위에 배치된 온도 제어 밸브;
    를 구비한 음식물 제조용 3D 프린터.
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