KR102021417B1 - 3d printer device having radial discharge nozzle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린터에 있어 복수의 노즐을 방사형 구조로 배열 및 구축하고 각각의 노즐이 독립적으로 구동될 수 있도록 제어하여 하나의 출력 평면을 복수로 분할함으로써 출력 대상물의 출력 속도를 단일 노즐 대비 현저히 향상시킬 수 있는 방사형 출력 노즐을 구비한 3D 프린터 장치에 관한 것으로, 상세하게는 원형의 링 형상으로 작업플레이트의 상부면으로부터 이격되도록 장착되는 원형레일; 상기 원형레일의 내측 중심으로부터 방사형 구조로 결합되며 상기 원형레일상에서 원주방향 회전이 가능하게 구성되는 둘 이상의 방사레일; 상기 방사레일을 따라 전/후방향으로 슬라이딩 되도록 각 방사레일에 결합되는 슬라이드블록; 상기 슬라이드블록의 저면에 결합되며 외부로부터 필라멘트를 공급받고 이를 용융하여 상기 작업플레이트 상에 토출하는 노즐부; 및 출력 대상물의 설계 정보를 입력받고 기설정된 프로그램에 의해 상기 출력 대상물에 대한 적층면을 선택적으로 분할하여 노즐부별로 할당영역을 부여하며, 부여된 할당영역에서 각 노즐부가 독립적으로 필라멘트 용융물을 도출할 수 있도록 상기 방사레일, 슬라이드블록의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 특징이다.The present invention is to arrange and construct a plurality of nozzles in a radial structure in a FDM (Fused Deposition Modeling) type 3D printer, and to control each nozzle to be driven independently to divide one output plane into a plurality of outputs of the output object A 3D printer apparatus having a radial output nozzle capable of significantly improving speed compared to a single nozzle, the apparatus comprising: a circular rail mounted to be spaced apart from an upper surface of a work plate in a circular ring shape; Two or more spinning rails coupled in a radial structure from an inner center of the circular rail and configured to be circumferentially rotated on the circular rail; A slide block coupled to each of the spinning rails so as to slide forward and backward along the spinning rails; A nozzle unit coupled to a bottom surface of the slide block, receiving a filament from the outside, melting the filament, and discharging the filament onto the work plate; And dividing the stacking surface of the output object by a predetermined program by inputting design information of the output object and assigning an allocation area for each nozzle part, and each nozzle part independently derives the filament melt from the assigned allocation area. It characterized in that it comprises a; control unit for controlling the drive of the spinning rail, the slide block.
Description
본 발명은 열가소성 플라스틱인 필라멘트(Filament)를 노즐 안에서 녹여 적층하면서 제품을 성형하게 되는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린터에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 노즐을 방사형 구조로 배열 및 구축하고 각각의 노즐이 독립적으로 구동될 수 있도록 제어하여 하나의 출력 평면을 복수로 분할함으로써 출력 대상물의 출력 속도를 단일 노즐 대비 현저히 향상시킬 수 있는 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a FDM (Fused Deposition Modeling) type 3D printer which melts and laminates a filament, which is a thermoplastic, in a nozzle, and forms a product. Specifically, a plurality of nozzles are arranged and constructed in a radial structure. The present invention relates to a 3D printer apparatus having a radial ejection nozzle capable of controlling the nozzles to be driven independently and dividing one output plane into a plurality, thereby remarkably improving the output speed of the output object compared to a single nozzle.
근래 들어 프린터 기술의 발전으로 인하여 출력 대상물을 입체적으로 성형한 후 출력할 수 있는 3D 프린터의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다. Recently, due to the development of printer technology, the use of a 3D printer capable of outputting a three-dimensionally molded object to be printed is gradually increasing.
상기 3D 프린터는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있다.The 3D printer has been used for applications such as modeling or sample production before mass production, but recently, a technical basis has been established that can be used for molding products that can be mass-produced based on small quantities of multi-products.
상기 3D 프린터는 사용 목적에 따라 그 종류가 다양하지만, 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트가 이송장치를 통해 공급되게 하고 공급된 와이어나 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 X,Y,Z 세 방향으로 위치 조절되는 3D 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3D로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 보편적으로 사용된다. The type of 3D printer varies depending on the purpose of use, but the wire or filament made of thermoplastic is supplied through the transfer device, and the wire or filament is adjusted in three X, Y, and Z directions relative to the work table. By fusing and discharging from a heater nozzle mounted on a 3D transfer mechanism, a filament melt-lamination molding method for forming an object in 3D by laminating it on a work table while forming a two-dimensional plane shape is commonly used.
이와 같은 3D 프린팅 방식을 FDM(Fused Deposition Modeling)방식이라 한다.Such a 3D printing method is called FDM (Fused Deposition Modeling) method.
이외에도 광경화성 수지를 노즐을 통하여 녹여서 잉크젯 프린터처럼 분사한 후, UV light로 경화시키면서 적층하여 조형하는 MJM(Multi Jet Modeling)방식, 그리고 광경화성 수지에 레이저광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 방식 및 SLA 방식에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)방식 등이 사용되고 있다.In addition, MJM (Multi Jet Modeling) method that melts the photocurable resin through a nozzle and sprays it like an inkjet printer, and then laminates and molds by curing with UV light, and the principle that the scanned part is cured by scanning a laser beam on the photocurable resin Instead of the SLA (Stereo Lithographic Apparatus) method and the photocurable resin in the SLA method, SLS (Selective Laser Sintering) method using the principle of forming and solidifying using a functional polymer or metal powder is used.
현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 3D 프린터 방식은 앞서 설명한 바와 같이 FDM 방식이라 할 수 있는데, 이러한 FDM 방식은 강도가 강하고 습도에 강해 내구성이 뛰어나며 특히 저렴한 비용으로 결과물을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 표면이 거칠고 제작 속도가 다른 방식에 상당히 느려 대량 생산에는 적합하지 않아 현재로서는 오픈소스를 이용하여 사용 가능한 개인용과 가정용으로 주로 쓰이고 있는 바, 생산성 문제를 보완하여 개인용이나 가정용뿐 아니라 다양한 산업 현장에서도 FDM 방식 3D 프린터가 사용될 수 있도록 하는 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.The most commonly used 3D printer method is the FDM method as described above. The FDM method is strong in strength and high in humidity, so it has high durability, and the result is particularly low cost, but the surface is rough. It is not suitable for mass production because it is very slow in other methods, and is currently used mainly for personal and home use that can be used by using open source. Complementing the productivity problem, FDM type 3D printer in various industrial fields as well as personal or home use There is an urgent need for the development of technology to enable the use of.
따라서 본 발명의 목적은 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린터에 있어, 복수의 노즐을 방사형 구조로 배열 및 구축하고 각각의 노즐이 독립적으로 구동될 수 있도록 제어하여 하나의 출력 평면을 복수로 분할함으로써 출력 대상물의 출력 속도를 단일 노즐 대비 현저히 향상시킬 수 있는 방사형 출력 노즐을 구비한 3D 프린터 장치를 제공하고자 함이다.Accordingly, an object of the present invention is to arrange and construct a plurality of nozzles in a radial structure in a FDM (Fused Deposition Modeling) type 3D printer, and to divide each output plane by controlling each nozzle to be driven independently. It is an object of the present invention to provide a 3D printer device having a radial output nozzle capable of significantly improving the output speed of an output object compared to a single nozzle.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치는, 원형의 링 형상으로 작업플레이트의 상부면으로부터 이격되도록 장착되는 원형레일; 상기 원형레일의 내측 중심으로부터 방사형 구조로 결합되며 상기 원형레일상에서 원주방향 회전이 가능하게 구성되는 둘 이상의 방사레일; 상기 방사레일을 따라 전/후방향으로 슬라이딩 되도록 각 방사레일에 결합되는 슬라이드블록; 상기 슬라이드블록의 저면에 결합되며 외부로부터 필라멘트를 공급받고 이를 용융하여 상기 작업플레이트 상에 토출하는 노즐부; 및 출력 대상물의 설계 정보를 입력받고 기설정된 프로그램에 의해 상기 출력 대상물에 대한 적층면을 선택적으로 분할하여 노즐부별로 할당영역을 부여하며, 부여된 할당영역에서 각 노즐부가 독립적으로 필라멘트 용융물을 도출할 수 있도록 상기 방사레일, 슬라이드블록의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것이 특징이다.3D printer apparatus having a radial discharge nozzle according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the circular rail is mounted to be spaced apart from the upper surface of the work plate; Two or more spinning rails coupled in a radial structure from an inner center of the circular rail and configured to be circumferentially rotated on the circular rail; A slide block coupled to each of the spinning rails so as to slide forward and backward along the spinning rails; A nozzle unit coupled to a bottom of the slide block, receiving a filament from the outside, melting the filament, and discharging the filament onto the work plate; And dividing the stacking surface of the output object by a predetermined program by inputting design information of the output object and assigning an allocation area for each nozzle part, and each nozzle part independently derives the filament melt from the assigned allocation area. It characterized in that it comprises a; control unit for controlling the drive of the spinning rail, the slide block.
하나의 예로써, 상기 방사레일은, 그 길이방향을 따라 개방부위를 구성하고 상기 원형레일의 내측 중심을 향하는 일단에는 링 형상의 체결구가 하나 이상 구성되어 인접한 타 방사레일의 일단과 상기 체결구에 삽입되는 회전핀에 의해 결합되며, 상기 슬라이드블록은, 상기 방사레일의 외측면을 감싸도록 구성되고 상부면에는 상기 개방부위를 통과하여 노즐부의 필라멘트 유입구와 연통하는 연통관이 노출되도록 구성될 수 있다.As one example, the spinning rail, the open portion along the longitudinal direction and one end toward the inner center of the circular rail is configured with one or more fasteners of the ring shape is formed with one end of the other spinning rail and the fastener Coupled by a rotary pin inserted into the slide block, the slide block is configured to surround the outer surface of the spinning rail, and the upper surface may be configured to expose a communication tube communicating with the filament inlet opening through the opening portion. .
하나의 예로써, 상기 노즐부는 용융된 필라멘트가 토출되는 토출노즐을 포함하고, 상기 토출노즐은 상기 원형레일의 내측 중심을 향하는 가열블록의 일단에 구성되되, 연직방향을 축으로 예각을 갖도록 구성되어 인접하는 타 노즐부의 토출노즐과 상호 간섭이 없도록 구성될 수 있다.As an example, the nozzle unit includes a discharge nozzle for discharging the molten filament, the discharge nozzle is configured on one end of the heating block toward the inner center of the circular rail, it is configured to have an acute angle in the vertical direction axis It may be configured so that there is no mutual interference with the discharge nozzle of the other nozzle portion adjacent.
하나의 예로써, 상기 원형레일의 외주면 또는 내주면을 따라 구성되는 톱니 구조의 제 1기어; 상기 제 1기어와 맞물려 회전 연동하도록 배치되는 둘 이상의 제 2기어; 및 각 제 2기어의 회전축에 연결되며 상기 제어부의 제어신호에 의해 구동되어 상기 제 2기어에 회전력을 부여하는 둘 이상의 회전모터;를 더 포함하며, 각 회전모터의 일 측면에는 상기 방사레일의 타단이 결합되어 상기 회전모터의 구동에 의해 상기 방사레일이 상기 원형레일상에서 원주방향 회전할 수 있다.As an example, the first gear of the tooth structure configured along the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the circular rail; At least two second gears engaged with the first gears to rotate in rotation; And at least two rotation motors connected to the rotation shafts of the second gears and driven by a control signal of the controller to impart rotational force to the second gears, wherein one side of each rotation motor has the other end of the radiation rail. Is coupled to the spinning rail can be circumferentially rotated on the circular rail by the drive of the rotary motor.
이와 같이 본 발명의 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린터에 있어, 복수의 노즐을 방사형 구조로 배열 및 구축하고 각각의 노즐이 독립적으로 구동될 수 있도록 제어하여 하나의 출력 평면을 복수로 분할함으로써 출력 대상물의 출력 속도를 단일 노즐 대비 현저히 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 둘 이상의 출력 대상물을 동시에 성형 및 출력할 수도 있기 때문에 결과적으로 생산성을 향상시키게 되는 효과가 있다.As described above, the 3D printer apparatus including the radial ejection nozzle of the present invention is a FDM (Fused Deposition Modeling) type 3D printer, and arranges and constructs a plurality of nozzles in a radial structure and controls each nozzle to be driven independently. By dividing one output plane into a plurality, not only can the output speed of the output object be significantly improved as compared to a single nozzle, but also two or more output objects can be formed and output at the same time, resulting in an effect of improving productivity.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 방사레일의 구성을 나타내는 요부 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 노즐부의 구성을 나타내는 사시도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐부를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정 프레임의 고정 구조를 나타내는 사시도.
도 6은 도 5의 고정 프레임이 복수 형태로 구성되는 예를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정 프레임과 방사레일의 가이드 및 고정 구조를 나타내는 사시도.1A and 1B are perspective views showing the configuration of a 3D printer device having a radial discharge nozzle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of the main portion showing the configuration of the unit spinning rail according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing the configuration of a unit nozzle unit according to an embodiment of the present invention.
4A to 4C are views illustrating a nozzle unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing a fixing structure of a fixing frame according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating an example in which the fixing frame of FIG. 5 is configured in plural forms.
7 is a perspective view illustrating a guide frame and a fixing structure of a fixing frame and a spinning rail according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a 3D printer apparatus having a radial discharge nozzle according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 방사레일의 구성을 나타내는 요부 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단위 노즐부의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐부를 나타내는 도면이다.1A and 1B are perspective views illustrating a configuration of a 3D printer apparatus having a radial discharge nozzle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating main parts of a unit spinning rail according to an embodiment of the present invention. to be. 3 is a perspective view illustrating a unit nozzle unit according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating a nozzle unit according to an exemplary embodiment.
본 발명의 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치(이하 '프린터 장치(10)'라 함)는 열가소성 플라스틱인 필라멘트(Filament)를 노즐 안에서 녹여 적층하면서 제품을 성형하게 되는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식 3D 프린터에 있어, 단일 노즐이 아닌 복수의 노즐을 방사형으로 배열 및 구축하고 각각의 노즐이 독립적으로 구동될 수 있도록 하여 출력 대상물의 출력 속도를 현저히 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.The 3D printer device (hereinafter referred to as a 'printer device 10') having a radial ejection nozzle of the present invention is a FDM (Fused Deposition Modeling) method in which a product is molded while melting and laminating filament, which is a thermoplastic, in a nozzle. In a 3D printer, a plurality of nozzles, rather than a single nozzle, are arranged in a radial manner, and each nozzle can be driven independently, so that the output speed of the output object can be significantly improved.
여기서 상기 필라멘트(20)는 출력 대상물의 재료가 되는 플라스틱 수지로, 요구되는 출력 대상물의 외형 등을 고려하여 그 재질이나 색상 등이 결정될 수 있다.Here, the
그리고 필라멘트(20)는 도면에 도시된 바 없으나, 프린터 장치(10)의 일 구성으로서 롤러 등에 권취된 형태로 이하에서 설명하는 노즐부(500)로 간헐적 또는 연속적으로 공급될 수 있으며, 상기 노즐부(500)에 의해 용융되어 용융물로 토출될 수 있다. Although the
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 프린터 장치(10)는 작업플레이트(100)와 원형레일(200)과 방사레일(300)과 슬라이드블록(400)과 노즐부(500) 및 제어부를 포함하여 구성되어 있다.1A to 2, the
상기 작업플레이트(100)는 출력 대상물이 성형되는 공간을 제공하는 작업대로서의 기능을 수행한다.The
상기 원형레일(200)은 원형의 링 형상으로 상기 작업플레이트(100) 상부면으로부터 이격되도록 장착되어 있다.The
한편 출력 대상물이 성형되는 과정에서는 필라멘트 용융물이 순차적으로 작업플레이트(100)의 상부면에 적층됨에 따라 출력 대상물의 높이가 점차 상승하게 되는데, 상승한 높이만큼 작업플레이트(100)가 원형레일(200)로부터 이격 되어야만 작업 공간이 확보될 수 있다.Meanwhile, in the process of forming the output object, as the filament melt is sequentially stacked on the upper surface of the
즉, 출력 대상물이 성형되는 과정에서 높이 상승에 따라 상기 작업플레이트(100)와 원형레일(200)은 상호 이격 거리가 상대적으로 늘어나야 하기 때문에 상기 작업플레이트(100) 및 원형레일(200)은 상호 이격 거리의 조절이 가능하도록 구성되어야 바람직하다.That is, the
이때 이격 거리를 조절하기 위한 조절수단은 앞서 설명한 바와 같이 상기 작업플레이트(100) 또는 원형레일(200) 또는 작업플레이트(100)와 원형레일(200) 모두 구비될 수 있음은 물론 그 승강 구조 역시 공지기술을 통해 다양하게 실시될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.At this time, the adjusting means for adjusting the separation distance may be provided with the
또한 본 발명에 있어 상기 작업플레이트(100) 또는 원형레일(200) 중 어느 하나는 승강 가능한 구조로 구성될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 작업플레이트(100)가 승강되는 구조를 예로 설명하기로 한다.In addition, in the present invention, any one of the
상기 방사레일(300)은 상기 원형레일(200)의 내측 중심으로부터 방사형으로 결합되며 상기 원형레일(200) 상에서 원주방향 회전이 가능하게 구성되어 있다.The spinning
상기 방사레일(300)은 이하에서 설명하는 슬라이드블록(400)의 직선이동을 가이드 한다.The spinning
이러한 방사레일(300)은 방사형 구조상 적어도 둘 이상이 구비될 수 있다.At least two of the
본 실시 예에서는 도 1a 등에서 도시된 바와 같이 방사레일(300)이 대칭형으로 6개가 형성된 것을 도시하였으나, 본 발명이 상기 방사레일(300)의 개수에 한정되는 것은 아니며, 각 방사레일(300)의 구동 범위나 이하에서 설명하는 제어부에서 할당된 면 분할 개수 등을 고려하여 적절한 개수를 선택하여 배열할 수 있다.In the present embodiment, as shown in Figure 1a, etc., six
또한 상기 방사레일(300)의 개수에 대응하여 상기 방사레일(300)에 결합되는 슬라이드블록(400) 및 노즐부(500) 역시 그 개수의 변동이 있음은 당연하다.In addition, the
상기 슬라이드블록(400)은 상기 방사레일(300)의 길이방향을 따라 전/후 직선방향 즉, 보편적인 3D프린터 장치에 있어 x축과 y축 방향으로 슬라이딩 이동되도록 결합되어 있다. The
여기서 상기 슬라이드블록(400)은 도면에 도시된 바 없으나, 구동모터와 같은 구동원이 장착되어 상기 방사레일(300) 상에서 직선방향 이동이 구현될 수 있으며, 이러한 구동원은 이하에서 설명하는 제어부의 제어신호에 의해 선택적으로 구동될 수 있다.Here, the
각 방사레일(300)의 원주방향 회전 구동과 각 슬라이드블록(400)의 직선방향 슬라이딩 구동 등은 도 1b에 된 바와 같이 독립적으로 수행할 수 있다.The circumferential rotational drive of each spinning
한편 상기 노즐부(500)는 상기 작업플레이트(100)를 향하도록 상기 슬라이드블록(400)의 저면에 결합되어 슬라이드블록(400)과 함께 슬라이딩 연동하며, 외부로부터 고체 상태의 필라멘트(20)를 공급받아 이를 용융시켜 상기 작업플레이트(100) 상부면으로 토출하도록 한다.On the other hand, the
일 예로 노즐부(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부로부터 공급되는 필라멘트(20)가 삽입되는 필라멘트 유입구(510)와, 상기 필라멘트 유입구(510)와 연통하는 내부공간을 가지며 상기 내부공간을 기설정된 용융 온도로 가열하여 유입된 고체 상태의 필라멘트(20)를 용융시키는 가열블록(520) 및 상기 가열블록(520)의 내부공간과 연통하며 상기 내부공간에서 용융된 필라멘트 용융물을 상기 작업플레이트(100) 상부면으로 토출하는 토출노즐(530)을 포함하여 구성될 수 있다.For example, the
여기서 상기 토출노즐(530)은 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 상기 원형레일(200)의 내측 중심을 향하는 가열블록(520)의 일단에 구성되되, 설치 각도(b)가 연직방향을 축으로 예각을 갖도록 구성되어 있으며, 대면하는 타 토출노즐(530)을 향하는 일측면을 수직면으로 구성하는 것이 바람직하다.Here, the
이는 둘 이상의 노즐부(500)가 작업플레이트(100)의 중심 부위에 분포하고 있는 경우 상호 대면하는 타 토출노즐(530)과의 간섭이 없도록 하면서도, 도 4c에 도시된 바와 같이 각 노즐부(500)가 담당하는 토출 영역(a)이 작업플레이트(100)의 테두리 부위는 물론 중심 부위까지 사각지대 즉, 출력을 하지 못하는 영역없이 수행될 수 있도록 하기 위함이다.This prevents interference with
상기 노즐부(500)는 도 3 등에서 하나의 필라멘트 유입구(510)가 형성된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 적어도 둘 이상 구비되어 각기 다른 색상의 필라멘트(20)가 유입되어 선택적으로 사용될 수 있음은 당연하다.Although the
상기 제어부는 출력 대상물에 대한 설계 정보 예를 들면 모델링된 3D데이터를 입력받고, 기설정된 프로그램의 처리 과정을 통해 제어신호를 출력한다. The controller receives design information, for example, modeled 3D data about an output object, and outputs a control signal through a process of a predetermined program.
예를 들면 상기 제어부는 기입력된 3D데이터를 기반으로 출력 대상물의 형상에 대응하는 복수의 적층면을 산출하되, 각 적층면을 복수의 영역으로 면 분할하면서 하나의 분할 영역마다 선택된 하나의 노즐부(500)가 담당할 수 있도록 노즐별 분할 영역을 할당한 후, 각각 할당된 분할 영역 내에서 선택된 노즐부(500)들이 동시에 필라멘트 용융물을 토출할 수 있도록 제어신호를 출력한다.For example, the controller calculates a plurality of stacked surfaces corresponding to the shape of the output object based on the input 3D data, but divides each stacked surface into a plurality of regions while selecting one nozzle unit for each divided region. After allocating the divided regions for each nozzle so as to be in charge of the 500, the control unit outputs a control signal so that the selected
그리고 상기 제어부는 출력된 제어신호를 상기 작업플레이트(100), 원형레일(200), 방사레일(300), 슬라이드블록(400) 및 노즐부(500) 등의 각 구성들로 전송하여 이들의 구동을 제어함으로써, 출력 대상물에 대한 일련의 성형 및 출력 과정이 수행될 수 있도록 한다.The controller transmits the output control signals to the components of the
한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린터 장치(10)는 앞서 언급한 바와 같이 방사레일(300)이 상기 원형레일(200)을 따라 원주방향 회전하도록 구성되어 있다. On the other hand, the
이러한 회전 구동은 복수의 방사레일(300) 모두를 일괄적으로 회전시킬 수도 있으나, 바람직하게는 각각의 방사레일(300)를 개별적으로 회전시킬 수 있도록 구성되도록 한다. The rotational drive may rotate all of the plurality of spinning
예를 들면, 본 발명의 프린터 장치(10)는 도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이 상기 원형레일(200)의 외주면 또는 내주면을 따라 구성되는 톱니 구조의 제 1기어(600)와, 상기 제 1기어(600)와 맞물려 회전 연동하도록 배치되는 둘 이상의 제 2기어(700) 및 각 제 2기어(700)의 회전축에 연결되며 상기 제어부의 제어신호에 의해 구동되어 상기 제 2기어(700)에 회전력을 부여하는 둘 이상의 회전모터(800)를 더 포함하여 구성되어 있다.For example, the
그리고 각 회전모터(800)의 일 측면에는 하나의 방사레일(300)의 타단이 결합되어 상기 회전모터(800)의 구동에 의해 결합된 해당 방사레일(300)이 개별적으로 상기 원형레일(200)로부터 원주방향 회전할 수 있게 된다.In addition, one end of each
이에 더하여 본 발명의 프린터 장치(10)는 출력 대상물의 성형 및 출력 과정에서 상기 방사레일(300)이나 슬라이드블록(400)의 움직임에도 필라멘트(20)의 공급이 원활하게 수행될 수 있도록 한다.In addition, the
일 예로, 도 2에 도시되 바와 같이 상기 방사레일(300)은 그 길이방향을 따라 몸체가 둘로 분리될 수 있도록 개방부위(310)를 구성하고, 상기 원형레일(200)의 내측 중심을 향하는 일단에는 통공이 형성되는 링 형상의 체결구(320)가 하나 이상 구성되어 있다.For example, as shown in FIG. 2, the
그리고 방사레일(300)의 일단은 인접한 타 방사레일(300-1)의 일단과 체결구(320) 간 중첩시켜 통공이 일치되도록 한 상태에서 중첩된 체결구(320)의 통공에 회전핀(330)을 삽입시켜 상호 방사레일(300, 300-1) 간이 연결될 수 있도록 한다.One end of the spinning
이때 상기 회전핀(330)의 경우 상기 통공의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 갖도록 함으로써 상기 체결구(320)의 통공과 유격을 형성하여 회전축으로서 작용하도록 하며, 바람직하게는 상기 체결구(320)의 통공에 베어링을 장착한 후, 상기 회전핀(330)을 끼움 결합하여 상기 회전핀(330)을 축으로 각각의 방사레일(300)이 회전구동이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.In this case, the
그리고 상기 슬라이드블록(400)은 상기 방사레일(300)의 외측면을 감싸도록 구성되어 있고, 상부면에는 상기 개방부위(310)를 통과하여 상기 노즐부(500)의 필라멘트 유입구(510)와 연통하는 연통관(410)이 노출되도록 구성되어 있다.And the
이에 따라 상기 슬라이드블록(400)이 방사레일(300)을 따라 직선 이동하는 과정에서 노출된 연통관(410)을 통해 필라멘트(20)를 유입시키고, 하부에 위치하는 노즐부(500)의 필라멘트 유입구(510)로 전달되어 공급될 수 있도록 하며, 필라멘트(20)의 공급 과정에서도 필라멘트(20)의 꼬임이나 인접한 타 필라멘트(20)와의 간섭을 방지할 수 있게 되는 것이다. Accordingly, the filament inlet of the
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프린터 장치(10)의 작동 상태에 대하여 설명한다.Hereinafter, an operating state of the
먼저, 본 발명의 일 구성인 제어부는 출력 대상물에 대한 설계정보를 입력받는다. 그리고 제어부는 기설정된 프로그램에 의해 설계정보에 대응하는 제어신호를 생성하게 되고, 이를 프린터 장치(10)의 각 구성들로 전송하여 구동이 제어될 수 있도록 한다.First, the control unit, which is one component of the present invention, receives design information about an output object. The controller generates a control signal corresponding to the design information by a predetermined program, and transmits the control signal to the respective components of the
예를 들면 상기 제어부는 기입력된 3D데이터를 기반으로 출력 대상물의 형상에 대응하는 복수의 적층면을 산출하되, 각 적층면을 복수의 영역으로 면 분할하면서 하나의 분할 영역마다 선택된 하나의 노즐부(500)가 담당할 수 있도록 노즐별 분할 영역을 할당한 후, 각각 할당된 분할 영역 내에서 선택된 노즐부(500)들이 동시에 필라멘트 용융물을 토출할 수 있도록 제어신호를 출력한다.For example, the controller calculates a plurality of stacked surfaces corresponding to the shape of the output object based on the input 3D data, but divides each stacked surface into a plurality of regions while selecting one nozzle unit for each divided region. After allocating the divided regions for each nozzle so as to be in charge of the 500, the control unit outputs a control signal so that the selected
이렇게 제어부로부터 출력되는 제어신호는 작업플레이트(100), 원형레일(200), 방사레일(300), 슬라이드블록(400) 및 노즐부(500) 등으로 전송될 수 있는 바, 제어신호에 의해 하나 이상의 방사레일(300)이 선택되고, 선택된 방사레일(300)의 원주방향 회전 구동과 방사레일(300)에 결합된 슬라이드블록(400)의 직선 이동 구동 및 상기 작업플레이트(100)과 원형레일(200) 간 이격 거리의 조정 등 각 구성들의 움직임을 제어할 수 있게 되며, 할당된 분할 영역 내에서 노즐부(500)별로 공급되는 필라멘트(20)의 양과 가열시기, 용융된 필라멘트 용융물의 토출량과 토출 속도 등이 제어될 수 있다.The control signal output from the control unit can be transmitted to the
이러한 제어부의 제어는 단계적으로 수행될 수 있거나, 각 구성들이 상호 유기적으로 구동될 수 있게 동시 다발적으로 수행될 수 있도록 한다.The control of such a control unit may be performed in stages, or may be simultaneously performed so that each component may be driven organically with each other.
이처럼 본 발명의 프린터 장치(10)는 하나의 출력 대상물을 성형 및 출력함에 있어서 하나의 적층면을 복수의 면으로 분할하고, 분할된 면을 복수의 노즐들이선택적으로 담당할 수 있도록 할당하면서 각 노즐들이 독립적 구동되도록 제어함으로써, 분할되지 않은 하나의 적층면을 하나의 노즐을 통해 출력하게 되는 종래 3D 프린터에 대하여 출력 시간을 획기적으로 단축할 수 있을 뿐 아니라, 특히 하나의 작업플레이트(100) 상에서 둘 이상의 출력 대상물을 동시에 성형 및 출력할 수도 있기 때문에 결과적으로 FDM 방식 3D 프린터의 생산성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, the
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정 프레임의 고정 구조를 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 5의 고정 프레임이 복수 형태로 구성되는 예를 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view illustrating a fixing structure of a fixing frame according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view illustrating an example in which the fixing frame of FIG. 5 is configured in a plurality of forms.
본 발명의 프린터 장치(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 고정프레임(900)에 의해 고정 및 지지될 수 있다.The
일 예로 상기 고정프레임(900)은 종프레임(910)과 횡프레임(920) 및 보강프레임(930)을 포함하여 구성될 수 있다.For example, the fixed
상기 종프레임(910)은 직립형 구조로 상기 횡프레임(920)과 보강프레임(930)을 고정 및 지지한다.The
상기 횡프레임(920)의 일단은 상기 종프레임(910)에 결합되고, 타단은 복수의 방사레일(300)을 연결하기 위한 상기 회전핀(330)에 결합될 수 있다. One end of the
상기 보강프레임(930) 역시 일단은 상기 종프레임(910)에 결합되고 타단은 복수의 방사레일(300)을 연결하기 위한 상기 회전핀(330)에 결합될 수 있으며, 상기 종프레임(910)과 횡프레임(920) 간을 사선 방향으로 연결함으로써 상기 원형레일(200) 등의 중량을 지지하면서 안정적인 회전 구동이 가능하도록 구성되어 있다.The
도 6을 참조하면, 상술한 고정프레임(900) 구조는 적어도 둘 이상 구비되어 3D 프린터 장치(10)를 더욱 견고하게 고정 및 지지할 수 있게 되며, 별도의 고정 설비 없이도 장치를 독립적으로 설치되게 설계되어 있다.Referring to FIG. 6, the structure of the above-described
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정 프레임과 방사레일의 가이드 및 고정 구조를 나타내는 사시도이다.7 is a perspective view illustrating a guide frame and a fixing structure of a fixing frame and a spinning rail according to another embodiment of the present invention.
한편 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정프레임(900)은 도 7에 도시된 바와 같이 고정 구조물로서의 기능과 함께 상기 방사레일(300)의 원주방향 회전 구동을 가이드하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the fixing
구체적으로 본 실시 예의 고정프레임(900)은, 앞서 설명한 실시 예와 마찬가지로 종프레임(910-1)과 횡프레임(920-1) 및 보강프레임(930-1)을 포함하여 구성될 수 있다.In detail, the fixed
상기 종프레임(910-1)은 직립형 구조로 상기 횡프레임(920-1)과 보강프레임(930-1)을 고정 및 지지한다.The vertical frame 910-1 has an upright structure to fix and support the horizontal frame 920-1 and the reinforcement frame 930-1.
상기 횡프레임(920-1)의 일단은 상기 종프레임(910)에 결합되고, 타단은 상기 보강프레임(930-1)에 결합될 수 있다.One end of the horizontal frame 920-1 may be coupled to the
이때 상기 횡프레임(920-1)은 상기 원형레일(200)의 상부면을 가로지르도록 배치되는데, 상기 원형레일(200)의 상부면과 대면하는 일 부위에 횡프레임(920-1)과 원형레일(200) 간을 결합시키는 고정구(921-1)를 구비하여 상기 방사레일(300)의 원주방향 회전 구동에도 상기 원형레일(200)이 안정적으로 고정 및 지지될 수 있도록 한다. In this case, the horizontal frame 920-1 is disposed to cross the upper surface of the
상기 보강프레임(930-1)은 그 일단이 상기 종프레임(910-1)에 결합되고 타단은 복수의 방사레일(300)을 연결하기 위한 상기 회전핀(330)에 결합될 수 있으며, 상기 종프레임(910-1)과 횡프레임(920-1) 간을 사선 방향으로 연결함으로써 상기 원형레일(200)의 중심 부위를 지지하면서 안정적인 회전 구동이 가능하도록 구성되어 있다.One end of the reinforcement frame 930-1 may be coupled to the longitudinal frame 910-1, and the other end may be coupled to the
또한 본 실시 예의 경우, 상기 원형레일(200)의 원주방향 회전 구동을 가이드 하기 위한 가이드 수단을 더 포함할 수 있다.In addition, in the present embodiment, it may further include a guide means for guiding the circumferential rotational drive of the circular rail (200).
도 7을 참조하면, 먼저 상기 원형레일(200)은 외주면 또는 내주면 중 상기 제 1기어(600)가 형성되지 않은 어느 한 면을 따라 가이드레일(210)이 구성될 수 있으며, 상기 가이드레일(210)의 상부면과 하부면에는 각각 삼각뿔 형상의 가이드돌기(211)가 구성될 수 있다.Referring to FIG. 7, first of the
그리고 상기 방사레일(300)은 그 타단에 상기 가이드레일(210)의 가이드돌기(211)와 맞물려 회전하는 한 쌍의 가이드롤러(340)가 장착됨으로써, 방사레일(300)의 원주방향 회전 구동 시 방사레일(300)의 일단은 상기 보강프레임(930-1)에 의해 지지되고, 타단은 상기 가이드레일(210)에 지지되면서 회전 구동이 가이드될 수 있다.In addition, the spinning
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
10 : 본 발명의 프린터 장치 20 : 필라멘트
100 : 작업플레이트 200 : 원형레일
210 : 가이드레일 211 : 가이드돌기
300 : 방사레일 310 : 개방부위
320 : 체결구 330 : 회전핀
340 : 가이드롤러 400 : 슬라이드블록
410 : 연통관 500 : 노즐부
510 : 필라멘트 유입구 520 : 가열블록
530 : 토출노즐 600 : 제 1기어
700 : 제 2기어 800 : 회전모터
900 : 고정프레임 910, 910-1 : 종프레임
920, 920-1 : 횡프레임 921-1 : 고정구
930, 930-1 : 보강프레임10: printer device of the present invention 20: filament
100: work plate 200: round rail
210: guide rail 211: guide protrusion
300: spinning rail 310: open area
320: fastener 330: rotary pin
340: guide roller 400: slide block
410: communication tube 500: nozzle unit
510: filament inlet 520: heating block
530: discharge nozzle 600: first gear
700: second gear 800: rotating motor
900: fixed
920, 920-1: Horizontal frame 921-1: Fixture
930, 930-1: Reinforcement frame
Claims (4)
상기 원형레일의 내측 중심으로부터 방사형 구조로 결합되며 상기 원형레일상에서 원주방향 회전이 가능하게 구성되는 둘 이상의 방사레일;
상기 방사레일을 따라 전/후방향으로 슬라이딩 되도록 각 방사레일에 결합되는 슬라이드블록;
외부로부터 공급되는 필라멘트가 삽입되는 필라멘트 유입구와 상기 필라멘트 유입구에 연통하는 내부공간을 가지며 상기 내부공간을 기설정된 용융 온도로 가열하여 유입된 고체 상태의 필라멘트를 용융시키는 가열블록 및 상기 가열블록의 내부공간과 연통하며 상기 내부공간에서 용융된 필라멘트 용융물을 상기 작업플레이트 상부면으로 토출하는 토출노즐을 포함하며, 상기 슬라이드블록의 저면에 결합되는 노즐부; 및
출력 대상물의 설계 정보를 입력받고 기설정된 프로그램에 의해 상기 출력 대상물에 대한 적층면을 선택적으로 분할하여 노즐부별로 할당영역을 부여하며, 부여된 할당영역에서 각 노즐부가 독립적으로 필라멘트 용융물을 토출할 수 있도록 상기 방사레일, 슬라이드블록의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 방사레일은,
그 길이방향을 따라 개방부위를 구성하고 상기 원형레일의 내측 중심을 향하는 일단에는 링 형상의 체결구가 하나 이상 구성되어 인접한 타 방사레일의 일단과 상기 체결구에 삽입되는 회전핀에 의해 결합되며,
상기 슬라이드블록은,
상기 방사레일의 외측면을 감싸도록 구성되고 상부면에는 상기 개방부위를 통과하여 노즐부의 필라멘트 유입구와 연통하는 연통관이 노출되도록 구성되고,
상기 토출노즐은,
상기 원형레일의 내측 중심을 향하는 가열블록의 일단에 구성되되, 설치각도가 연직방향을 축으로 예각을 갖도록 구성되어 있으며 대면하는 타 토출노즐을 향하는 하나 이상의 측면이 수직면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치.
A circular rail mounted to be spaced apart from an upper surface of the work plate in a circular ring shape;
Two or more spinning rails coupled in a radial structure from an inner center of the circular rail and configured to be circumferentially rotated on the circular rail;
A slide block coupled to each of the spinning rails so as to slide forward and backward along the spinning rails;
A heating block and an inner space of the heating block having a filament inlet into which the filament supplied from the outside is inserted and an inner space communicating with the filament inlet and melting the filament in the solid state introduced by heating the inner space to a predetermined melting temperature. A nozzle unit communicating with the nozzle and including a discharge nozzle for discharging the melted filament melt in the inner space to an upper surface of the work plate, the nozzle unit being coupled to a bottom surface of the slide block; And
By receiving the design information of the output object and selectively dividing the stacking surface for the output object by a predetermined program, and assigns an allocation area for each nozzle unit, each nozzle unit can discharge the filament melt independently in the assigned allocation area And a control unit for controlling the driving of the radiation rail and the slide block so that
The spinning rail,
One or more ring-shaped fasteners are formed at one end of the circular rail and open toward the inner center of the circular rail, and are coupled by one end of the other radial rail and a rotation pin inserted into the fastener.
The slide block,
It is configured to surround the outer surface of the spinning rail and the upper surface is configured to expose the communication tube communicating with the filament inlet port through the opening portion,
The discharge nozzle,
Radial is characterized in that one end of the heating block toward the inner center of the circular rail, the installation angle is configured to have an acute angle with respect to the vertical direction and at least one side toward the other discharge nozzle facing each other consists of a vertical plane 3D printer apparatus having a discharge nozzle.
상기 원형레일의 외주면 또는 내주면을 따라 구성되는 톱니 구조의 제 1기어;
상기 제 1기어와 맞물려 회전 연동하도록 배치되는 둘 이상의 제 2기어; 및
각 제 2기어의 회전축에 연결되며 상기 제어부의 제어신호에 의해 구동되어 상기 제 2기어에 회전력을 부여하는 둘 이상의 회전모터;를 더 포함하며,
각 회전모터의 일 측면에는 상기 방사레일의 타단이 결합되어 상기 회전모터의 구동에 의해 상기 방사레일이 상기 원형레일상에서 원주방향 회전하는 것을 특징으로 하는 방사형 토출 노즐을 구비한 3D 프린터 장치.The method of claim 1,
A first gear having a tooth structure configured along an outer circumferential surface or an inner circumferential surface of the circular rail;
At least two second gears engaged with the first gears to rotate in rotation; And
And at least two rotation motors connected to the rotation shafts of the second gears and driven by a control signal of the controller to impart rotational force to the second gears.
One side of each rotary motor is coupled to the other end of the spinning rail 3D printer apparatus having a radial discharge nozzle, characterized in that the spinning rail is circumferentially rotated on the circular rail by the drive of the rotary motor.
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2017
- 2017-12-14 KR KR1020170172389A patent/KR102021417B1/en active IP Right Grant
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