KR101897901B1

KR101897901B1 - 와이어 구동식 3d프린터

Info

Publication number: KR101897901B1
Application number: KR1020170022406A
Authority: KR
Inventors: 김한성; 박지원
Original assignee: 경남대학교 산학협력단
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20180096129A

Abstract

본 발명은 단순한 구조를 통해 넓은 작업영역을 가짐에 따라 대형 구조물을 용이하게 제작할 수 있는 와이어 구동식 3D프린터에 관한 것으로, 3차원 출력 영역을 정의하는 복수의 수직기둥부재와, 상기 수직기둥부재 각각의 상단을 연결하는 탑연결부재와, 상기 3차원 출력 영역 상에 제공되며, 피출력물을 출력하는 노즐이 장착된 프린터헤드와, 상기 수직기둥부재 각각의 상부에 회전모터의 회전력을 전달받아 정역회전하는 복수의 권취롤과, 상기 프린터헤드를 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 이동시키도록 각각의 일단이 상기 프린터헤드와 연결되고, 각각의 타단이 상기 권취롤 각각에 권취되어 인입출 구동하는 복수의 구동와이어를 포함하여 이루어진다.

Description

와이어 구동식 3D프린터{WIRE DRIVING TYPE 3D PRINER}

본 발명은 3D프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조에도 넓은 작업영역을 가지는 와이어 구동식 3D프린터에 관한 것이다.

최근에는 제품에 대한 3D데이터를 이용하여 해당 제품을 그대로 성형할 수 있는 3D프린터가 개발되어 그 사용이 증가하고 있다.

일반적으로 3D프린터의 프린팅 방식은 FDM 방식, DLP 방식, SLA 방식, SLS 방식으로 구분되어 지며, 그 사용재료로 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있다.

이 중 FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어 가는 방식이다. 구체적으로 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 노즐을 통해 용융시켜 사출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형한다.

이러한 종래의 3D프린터에서 노즐을 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세방향으로 위치 조절하는 3차원 이송구조는, 노즐을 구비한 이송블럭을 X방향으로 이송시키는 X방향 이송기구와, 작업대를 Z방향으로 이송시키는 Z방향 이송기구를 포함하고, 이송블럭에 노즐을 Y방향으로 이송시키는 Y방향 이송기구를 포함한다.

그러나, 이러한 종래의 3D프린터는 3축 직교방식의 이송기구를 채택하기 때문에 가속 및 구동속도에 한계가 있고, 크기가 커질수록 누적오차로 인하여 정밀도에 한계가 있다는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 단순한 구조를 통해 넓은 작업영역을 가짐에 따라 대형 구조물을 용이하게 제작할 수 있는 와이어 구동식 3D프린터를 제공하는데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 와이어 구동식 3D프린터는, 3차원 출력 영역을 정의하는 복수의 수직기둥부재와, 상기 수직기둥부재 각각의 상단을 연결하는 탑연결부재와, 상기 3차원 출력 영역 상에 제공되며, 피출력물을 출력하는 노즐이 장착된 프린터헤드와, 상기 수직기둥부재 각각의 상부에 회전모터의 회전력을 전달받아 정역회전하는 복수의 권취롤과, 상기 프린터헤드를 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 이동시키도록 각각의 일단이 상기 프린터헤드와 연결되고, 각각의 타단이 상기 권취롤 각각에 권취되어 인입출 구동하는 복수의 구동와이어를 포함하여 이루어진다.

또한, 일단이 상기 탑연결부재의 하부 중앙에 유니버셜조인트를 매개로 회전 가능하게 결합되고, 타단이 상기 프린터헤드의 상단 중앙에 결합되며, 복수의 연결바가 텔레스코프식으로 연결된 지지연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 설치되고, 상기 피출력물이 출력되는 출력베드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력베드는, 상하로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 와이어 구동식 3D프린터는, 복수의 수직기둥부재, 탑연결부재, 복수의 권취롤 및 구동와이어에 의한 단순한 구조를 통해 넓은 작업영역을 가짐에 따라 대형 구조물을 용이하게 제작할 수 있고, 지지연결부재를 통해 복수의 구동와이어에 의해 이동하는 프린터헤드의 진동을 잡아주고, 정밀도를 향상시킬 수 있어 고품질의 제품을 출력할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 와이어 구동식 3D프린터의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 와이어 구동식 3D프린터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 와이어 구동식 3D프린터는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 수직기둥부재(100), 탑연결부재(200), 프린터헤드(300), 권취롤(400), 구동와이어(500)를 포함하여 이루어지고, 지지연결부재(600) 및 출력베드(700)를 더 포함할 수 있다.

수직기둥부재(100)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 3차원 출력 영역을 정의하도록 설치된다. 즉, 복수의 수직기둥부재(100)의 높이와 방사상 펼쳐진 평면상 범위 내에서 후술하는 프린터헤드(300)의 노즐(310)로부터 출력물이 출력되어 3차원 출력 영역을 가지게 된다.

탑연결부재(200)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 상기 수직기둥부재(100) 각각의 상단을 연결한다. 이러한 탑연결부재(200)는 수직기둥부재(100)의 상단 흔들림을 방지하여 견고한 결합을 이루어내고, 후술하는 지지연결부재(610)를 매개로 프린터헤드(300)의 이동시 진동을 방지하여 정밀한 제어가 가능하도록 지지하는 기능을 한다.

프린터헤드(300)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 상기 3차원 출력 영역 상에 제공되며, 피출력물을 출력하는 노즐(310)이 장착된다. 상기 프린터헤드(300)의 노즐(310)로부터 출력되는 피출력물은 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트로서, 후술하는 출력베드(700)에 대하여 3차원 영역을 따라 이동하면서 노즐(310)을 통해 용융시켜 사출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 출력베드(700) 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형한다.

권취롤(400)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 상기 수직기둥부재(100) 각각의 상부에 회전모터(410)의 회전력을 전달받아 정역회전한다. 이러한 권취롤(400)은 후술하는 구동와이어(500)가 권취되어 회전모터(410)의 회전에 따라 구동와이어(500)를 풀거나 감는다.

구동와이어(500)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 상기 프린터헤드(300)를 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 이동시키도록 각각의 일단이 상기 프린터헤드(300)와 연결되고, 각각의 타단이 상기 권취롤(400) 각각에 권취되어 인입출 구동한다. 즉, 복수의 구동와이어(500)가 각각의 권취롤(400)로부터 감기거나 풀려나오면서 상기 프린터헤드(300)를 상하, 전후 및 좌우로 이동시키게 되고, 구동와이어(500) 각각은 각각의 권취롤(400)를 정역회전시키는 회전모터(410)의 작동에 의해 구동된다.

지지연결부재(600)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 일단이 상기 탑연결부재(200)의 하부 중앙에 유니버셜조인트(610)를 매개로 회전 가능하게 결합되고, 타단이 상기 프린터헤드(300)의 상단 중앙에 결합되며, 복수의 연결바(620)가 텔레스코프식으로 연결된다. 즉, 복수의 구동와이어(500) 만으로 프린터헤드(300)를 상하, 전후 및 좌우로 이동시키게 되면 프린터헤드(300)가 진동에 의해 고정밀도를 달성하기 어렵다.

따라서, 고정된 탑연결부재(200)의 하부 중앙과 프린터헤드(300)의 상단 중앙을 지지연결부재(600)를 매개로 연결한다. 이때, 지지연결부재(600)의 상단은 탑연결부재(200)와 유니버셜조인트(610)를 매개로 전후 및 좌우 2축에 대하여 회전 가능하게 결합되고, 지지연결부재(600)의 타단은 프린터헤드(300)의 상단 중앙에 결합되어 유니버셜조인트(610)를 회전 중심으로 하여 지지연결부재(600)의 길이만큼 프린터헤드(300)가 이동할 수 있게 된다. 이때, 지지연결부재(600)가 고정된 길이를 가지면, 프린터헤드(300)의 이동범위가 반구 형상만 그리게 되지만, 지지연결부재(600)가 신축 가능한 구조로 길이가 조정될 수 있는 경우에는 프린터헤드(300)의 이동범위가 3차원 출력 영역의 범위 전체를 이동할 수 있다. 그에 따라, 상기 지지연결부재(600)는 복수의 연결바(620)가 텔레스코프식으로 신축 가능한 구조를 가지는 것이다.

한편, 상기 프린터헤드(300)의 노즐(310)로부터 출력되는 피출력물이 지지되도록 출력베드(700)가 요구되고, 출력베드(700)는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 상하로 이동가능하게 설치되고, 상기 피출력물이 출력된다. 이러한 출력베드(700)의 상하 이동은 상기 지지연결부재(600)의 최대 길이만큼 프린터헤드(300)의 이동범위가 구속되므로 이러한 프린터헤드(300)의 이동범위 외에 출력베드(700)의 상하 이동으로 피출력물의 높이를 더욱 크게 확장하는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 와이어 구동식 3D프린터는, 복수의 수직기둥부재(100), 탑연결부재(200), 복수의 권취롤(400) 및 구동와이어(500)에 의한 단순한 구조를 통해 넓은 작업영역을 가짐에 따라 대형 구조물을 용이하게 제작할 수 있고, 지지연결부재(600)를 통해 복수의 구동와이어(500)에 의해 이동하는 프린터헤드(300)의 진동을 잡아주고, 정밀도를 향상시킬 수 있어 고품질의 제품을 출력할 수 있는 효과가 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 수직기둥부재
200 : 탑연결부재
300 : 프린터헤드 310 : 노즐
400 : 권취롤 410 : 회전모터
500 : 구동와이어
600 : 지지연결부재
610 : 유니버셜조인트 620 : 연결바
700 : 출력베드

Claims

3차원 출력 영역을 정의하는 복수의 수직기둥부재와,
상기 수직기둥부재 각각의 상단을 연결하는 탑연결부재와,
상기 3차원 출력 영역 상에 제공되며, 피출력물을 출력하는 노즐이 장착된 프린터헤드와,
상기 수직기둥부재 각각의 상부에 회전모터의 회전력을 전달받아 정역회전하는 복수의 권취롤과,
상기 프린터헤드를 상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 이동시키도록 각각의 일단이 상기 프린터헤드와 연결되고, 각각의 타단이 상기 권취롤 각각에 권취되어 인입출 구동하는 복수의 구동와이어를 포함하고,
일단이 상기 탑연결부재의 하부 중앙에 유니버셜조인트를 매개로 회전 가능하게 결합되고, 타단이 상기 프린터헤드의 상단 중앙에 결합되며, 복수의 연결바가 텔레스코프식으로 연결된 지지연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 3D프린터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 3차원 출력 영역의 범위 내에서 설치되고, 상기 피출력물이 출력되는 출력베드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 3D프린터.
제3항에 있어서,
상기 출력베드는,
상하로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 3D프린터.