KR102063672B1

KR102063672B1 - 3d프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102063672B1
Application number: KR1020190063861A
Authority: KR
Inventors: 장창권; 전종화; 유상욱; 주용호; 김대훈
Original assignee: 주식회사 쓰리딜라이트
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-01-09

Abstract

본 발명은 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 3D프린터가 배치되는 바닥면이 균일하고 일정하지 않은 경우 3D프린터가 수평을 이루지 못해 출력물의 가공정밀도 및 표면가공도 등 출력과정 상에서 불량이 발생하는 것을 줄이고, 종래 3D프린터의 레벨장치를 수동으로 조절하는 방식으로 인한 생산성저하를 방지하도록 3D프린터 하부에 결합된 레벨장치에 의해 자동으로 3D프린터의 높이조절 및 수평유지를 할 수 있는 발명이다. 더 나아가 3D프린터에 배치된 여러 센서를 통해 배트(Vat) 및 스테이지(Stage)의 수평을 유지할 수 있어 출력되는 출력물을 보다 정확하게 3D프린터에서 출력할 수 있는 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법{3D Printer Level Balancing Device and Method therof}

본 발명은 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법에 관한 것으로 더욱 자세하게는 3D프린터의 높이조절을 통해 수평을 유지하여 3D프린터의 기구밸런스를 수평으로 유지할 수 있는 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

3D프린터는 매질을 원하는 위치에 적층시키며 출력물을 생산하는 방식이다. 매질의 종류 및 그 경화방법에 따라 3D프린터의 종류가 나뉘게 된다. 열가소성 매질을 노즐 속에서 녹인 후 원하는 위치에서 경화시키며 3D프린팅 하는 FDM방식의 3D프린터, 분말형태의 플라스틱, 금속, 유리 덩어리를 레이저로 녹인 뒤 응고시키며 층을 쌓는 SLS방식의 3D프린터 및 액체수지가 담긴 수조에 레이저 또는 빛을 투사하여 광경화시키는 방식의 SLA, DLP방식의 3D프린터가 그 예시이다. 이 중 DLP 방식의 3D프린터는 한국공개특허 제2018-0016867호 ("광경화 수지 적층방식의 3차원 프린터" 2018.02.20.)에 개시되어 있다. 이러한 3D프린터는 기구의 수평이 유지되는 것이 중요하다. 매질이 적층되는 배드 또는 적층을 위한 매질이 수용되는 수조의 수평이 유지되어야 출력물이 균일한 높이로 적층되어 원하는 형상을 출력할 수 있다. 더욱 자세하게 설명하면 출력물이 적층되는 배드(bed)에서 쌓아올리는 방식의 3D프린터는 노즐과 배드 사이의 거리가 일정거리 이상 유지하며 수평이 유지되어야 출력되는 매질이 원하는 곳에서 균일한 높이와 품질을 유지하며 출력 될 수 있다. 또한 액체수지를 이용하여 3D프린팅 하는 DLP 3D프린터의 경우 기구의 수평이 유지되지 않으면 수조의 수평 또한 유지되지 않아 경화를 위해 조사되는 빛이 한 층에 균일하게 도달하지 않아 정확한 위치에 원하는 양의 빛을 조사하지 못하게 된다. 때문에 종래에는 3D프린터의 기구 하부에 레벨장치를 수동 조작하여 3D프린터의 높이를 조절하며 수평을 유지하였다. 그런데 이러한 수동조작은 사용자의 직감을 이용하는 경우가 많아 정확하지 않은 경우가 많고, 미세조절이 어렵다. 또한 수평측정을 위한 별도의 부가장비가 요구되기 때문에 3D프린터의 생산성 저하를 야기했다. 따라서 생산성이 우수하고, 출력정밀도 및 표면가공도면에서 높은 품질의 출력물을 하는 3D프린터의 수평유지 및 레벨조절 기술 개발이 지속적으로 요구된다.

1. 한국공개특허 제2018-0016867호 ("광경화 수지 적층방식의 3차원 프린터" 2018.02.20.)

본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치는 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 3D프린터의 높이조절을 자동으로 할 수 있어 기구의 수평 및 높이 조절을 자동제어 할 수 있고 출력물이 출력되는 동안 기구, 배트 및 스테이지의 수평을 유지할 수 있어 고품질의 출력물을 생성할 수 있는 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법은 액체수지를 수용하는 배트, 출력물이 형성되는 스테이지 및 수평조절을 위한 복수 개의 레벨풋을 포함하는 3D프린터의 수평을 조절하기 위한 3D프린터 레벨 자동조정 장치에 있어서, 상기 3D프린터의 복수 개의 레벨풋 하부와 바닥면 사이에 배치되어, 레벨조절볼트를 제어하여 상기 레벨풋의 상하 높이를 조절하는 지그 형태의 레벨장치; 상기 배트의 측면에 복수 개 배치되는 상부감지센서; 및 상기 스테이지에 삽설되는 기준센서;를 포함하고, 상기 레벨장치는, 배치되는 바닥면과 상기 3D프린터 하부면 사이의 기울기를 측정하는 하부감지센서, 상기 레벨풋을 지지하는 마운트부, 상기 레벨조절볼트를 회전시킬 수 있는 레벨조절부 및 상기 레벨조절부를 이동시키는 엑추에이터부를 포함하여 구성되며, 상기 상부감지센서, 상기 기준센서 및 상기 하부감지센서에서 측정되는 기울기를 기반으로 상기 레벨조절부를 제어하되, 상기 복수 개의 레벨조절볼트를 상기 레벨조절부를 통해 개별 제어하여, 상기 상부감지센서 및 상기 기준센서와 연동하여 상기 레벨풋이 승,하강됨으로써, 상기 3D프린터을 수평을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레벨장치는, 상기 레벨장치가 배치된 바닥면의 기울기와 상기 3D프린터 하부면의 기울기를 측정 후 비교한 뒤 상기 레벨조절부를 제어하여 상기 3D프린터 하부면을 수평으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 레벨장치는 상기 상부감지센서와 연동되어 상기 배트가 수평을 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레벨장치는 상기 상부감지센서가 상기 기준센서와 연동되어 상기 스테이지의 승하강시 상기 배트와 상기 스테이지 하부면의 평행여부를 판단하여 상기 배트와 상기 스테이지가 평행을 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기된 3D프린터 레벨 자동조정장치를 이용하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법은 상기 레벨장치가 바닥면에 배치되는 배치단계; 상기 3D프린터가 상기 레벨장치와 결합되는 결합단계; 상기 레벨장치를 제어하여 상기 3D프린터 및 상기 배트의 수평을 유지하는 초기수평유지단계; 및 상기 스테이지에 출력물이 형성되는 출력단계;를 포함한다.

또한, 상기 초기수평유지단계는 상기 레벨장치에 배치된 하부감지센서가 상기 3D프린터의 하부면과 상기 레벨장치가 배치되는 바닥면의 기울기를 측정하는 초기측정단계, 상기 3D프린터 하부면이 수평인지 판단하는 본체수평유지단계 및 상기 3D프린터의 하부면이 수평으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 하부감지센서가 연동되어 상기 배트가 상기 3D프린터 하부면과 평행한지 판단하는 배트수평유지단계를 포함한다.

또한, 상기 본체수평유지단계는 상기 3D프린터 하부면이 수평이 아닌 것으로 판단되면, 상기 3D프린터 하부면이 수평으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배트수평유지단계는 상기 3D프린터 하부면과 상기 배트가 평행이 아닌 것으로 판단되면, 상기 3D프린터 하부면과 상기 배트가 평행으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력단계는 상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행인지 판단하는 하강수평유지단계, 상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행으로 판단되면, 상기 스테이지가 하강하는 하강단계, 상기 스테이지 하부면에 출력물이 형성되는 출력물형성단계, 상기 스테이지 하부면이 수평인지 판단하는 상승수평유지단계 및 상기 스테이지 하부면이 수평으로 판단되면, 상기 스테이지가 상승하는 상승단계를 포함한다.

또한, 상기 하강수평유지단계는 상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행이 아닌 것으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 기준센서가 연동되어 상기 배트와 상기 스테이지하부면이 평행으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상승수평유지단계는 상기 스테이지 하부면이 수평이 아닌 것으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 기준센서가 연동되어 상기 스테이지 하부면이 수평이 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치 및 그 방법은 3D프린터의 높이를 자동으로 조절할 수 있고, 바닥면과 상관없이 3D프린터의 수평을 유지할 수 있으며 프린터가 출력물을 형성하는 동안 배트 및 스테이지의 수평을 판단하여 3D프린터가 가동되는 동안 3D프린터의 진동에 의한 기울어짐 또는 출력물의 상태 즉, 출력물의 중량 또는 중력에 의한 기울어짐이 보상된 수평을 유지하도록 기구의 레벨을 자동적으로 세부 조정할 수 있어 높은 가공정밀도 및 표면가공도의 출력물을 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치가 결합된 3D프린터의 정면도.
도 2는 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치 일실시예에 따른 레벨장치와 3D프린터 레벨풋이 결합된 사시도.
도 3은 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치 일실시예에 따른 레벨장치의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치의 일실시예에 따른 레벨조절부의 작동개념도.
도 5는 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치의 변형실시예에 따른 레벨장치와 3D프린터가 결합된 사시도.
도 6은 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치의 변형실시예에 따른 레벨장치와 3D프린터 레벨풋이 결합된 사시도.
도 7은 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치의 변형실시예에 따른 작동개념도.
도 8은 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정장치의 상부감지센서 및 기준센서를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 방법을 나타낸 순서도.
도 10은 본 발명의 초기수평유지단계를 나타낸 순서도.
도 11은 본 발명의 출력단계를 나타낸 순서도.
도 12는 본 발명의 하강수평유지단계 및 상승수평유지단계를 나타낸 순서도
도 13은 본 발명의 3D프린터 레벨자동조정 방법을 자세히 나타낸 순서도.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

3D프린터 레벨 자동조정 장치의 전체적인 구성

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)는 레벨장치(100), 상부감지센서(200) 및 기준센서(300)를 포함할 수 있고, 각 부는 3D프린터(10)상에 배치되거나 결합될 수 있다. 각 구성요소에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 레벨장치(100)는 3D프린터의 하부에 배치되어 3D프린터(10)의 하부면에서 돌출되어 바닥면과 접촉하도록 형성되는 복수 개의 레벨풋(11a)과 결합되어 상기 레벨풋(11a)의 높이조절을 위한 레벨조절볼트(11b)를 개별적으로 제어할 수 있는 지그형태의 장치이다. 세부구성요소 및 자세한 동작은 도 2 내지 도 7의 설명에서 자세히 설명하고자 한다. 또한 상기 레벨장치(100)에 결합되는 3D프린터는 그 종류와 기능에 제한이 없는 것은 물론이다.

상기 상부감지센서(200)는 3D프린터(10)에서 액체수지를 수용하는 배트(12)의 소정위치에 배치되어 액체수지를 포함하는 상기 배트(12)의 수평여부 및 상기 기준센서(300)와 연동되어 3D프린터(10)에서 출력물이 형성되며 승하강하는 스테이지(13)와 상기 배트(12)의 평행여부를 감지 및 판단하는 역할을 한다. 상기 상부감지센서(200)에서 판단된 정보를 토대로 상기 레벨장치(100)가 제어되는 구성 및 방법은 도 8 내지 도 13에서 설명하고자 한다.

상기 기준센서(300)는 상기 스테이지(13)에 삽설되어 상기 스테이지(13)가 출력물을 형성하기 위해 승하강하는 경우 상기 배트(12)와의 평행여부를 판단하는 기준 역할을 한다. 상기 기준센서(300)를 활용하여 상기 레벨장치(100)가 제어되는 구성 및 방법은 도 8 내지 도 13에서 설명하고자 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)의 레벨장치(100)는 마운트부(110), 레벨조절부(120), 엑추에이터부(130) 및 하부감지센서(140)를 포함한다. 각 구성요소에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 상기 레벨장치(100)의 일실시예에 따르면 상기 마운트부(110)는 레벨풋(11a)과 연결되거나 직접 지지되어 상기 레벨장치(100)의 작동과정에서 레벨풋(11a)이 이탈되거나 탈락되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서 도 2에 도시된 일실시예와 같이 레벨풋(11a)을 하부에서 지지하는 경우 상기 레벨장치(100)가 작동되는 동안 충분한 정지마찰력을 제공할 수 있는 재질로 접촉면을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 레벨조절부(120)는 레벨풋(11a)과 결합되는 레벨조절볼트(11b)를 회전시켜 상기 레벨풋(11a)이 상,하로 움직일 수 있도록 상기 레벨조절볼트(11b)와 직접 접촉하여 회전시키는 역할을 한다. 따라서 상기 레벨조절부(120)의 구성 및 작동방식은 다양한 일실시예를 가질 수 있다. 이는 도 3 및 6의 설명에서 그 일실시예를 자세히 다루고자 한다.

상기 엑추에이터부(130)는 레벨풋(11a)에 결합되는 레벨조절볼트(11b)를 상기 레벨조절부(120)를 통해 회전시키기 위한 동력전달 및 이를 구현하는 구성요소를 포함할 수 있다. 따라서 상기 엑추에이터부(130)의 구성 및 작동방식은 다양한 일실시예를 가질 수 있다. 이는 도 3 및 도 6의 설명에서 그 일실시예를 자세히 다루고자 한다.

상기 하부감지센서(140)는 상기 레벨장치(100)에 설치되어 결합되는 3D프린터의 하부면의 기울기와 상기 레벨장치(100)가 배치되는 바닥면의 기울기를 측정하고, 외부센서 즉. 상부감지센서(200) 및 기준센서(300)와 연동이 가능하며 상기 레벨장치(100)에 포함되는 상기 레벨조절부(120) 또는 상기 엑추에이터부(130)를 개별적으로 제어할 수 있어 레벨풋(11a)의 높낮이 조절이 가능하도록 한다. 추가적으로 상기 하부감지센서(140)는 외부 이물질 등의 간섭을 방지하기 위한 하우징을 구비하는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 하부감지센서(140)는 상기된 기능을 위해 MCU(Micro Control Unit)로 구성된 제어부, 외부와 통신을 할 수 있는 송수신부를 더 포함할 수도 있다.

상기 엑추에이터부(130)는 도 2에 도시된 일실시예와 같이 엑추에이터(미도시), 제1가이드(130a) 및 제2가이드(130b)를 포함하는 일실시예를 가질 수 있다. 상기 엑추에이터(미도시)는 상기 레벨장치(100)내에 삽설되어 상기 레벨조절부(120)를 작동시키도록 연결될 수 있다. 또한 상기 엑추에이터(미도시)와 연결된 상기 레벨조절부(120)가 이동하는 경우 가이드역할의 제1가이드(130a) 및 제2가이드(130b)를 포함할 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 레벨장치(100) 일실시예는 다음과 같은 레벨조절부(120)의 구성을 포함할 수 있다. 상기 레벨조절부(120)는 레벨조절볼트(11b)와 대응되는 형상의 맞물림부와 막대형상의 몸체부를 포함하는 레벨조절렌치(121), 상기 레벨조절렌치(121)를 회전시키기 위한 회전조인트부재(121a)와 직선운동 시키기 위한 직선조인트부재(121b)를 포함할 수도 있다.

상기 레벨조절렌치(121)는 레벨조절볼트(11b)와 맞물릴 수 있는 맞물림부 및 막대형상의 몸체부를 포함할 수도 있다.

상기 몸체부는 막대형상의 내부에 도 3에 도시된바와 같이 소정의 공간이 형성되어 상기 레벨조절렌치(121)의 회전이동 및 직선이동을 가이드하는 회전이동부(121-1) 및 래크기어로 형성된 직선이동부(121-2)를 포함할 수도 있다.

상기 회전조인트부재(121a)는 상기 회전이동부(121-1)에 배치되어 회전이동부(121-1)를 밀어 상기 레벨조절렌치(121)를 회전시킬 수 있다. 상기 회전조인트부재(121a)의 구동을 용이하도록 상기 회전이동부(121-1)의 일정공간을 홈부로 형성하여 마찰력을 높일 수 있는 상기 몸체부의 일실시예 등 여러 형상의 일실시예를 가질 수도 있다.

상기 직선조인트부재(121b)는 상기 직선이동부(121-2)에 배치되어 직선이동부(121-2)상에 형성된 래크와 대응되는 피니언으로 형성될 수도 있다. 상기 직선조인트부재(121b)가 회전하며 상기 직선이동부(121-2)의 래크와 맞물려 상기 레벨조절렌치(121)를 직선이동 시킬 수 있다. 이외에도 상기 레벨조절렌치(121)를 직선 이동시키는 다양한 일실시예를 가질 수 있음은 물론이다.

상기 회전조인트부재(121a)와 상기 직선조인트부재(121b)는 상기 엑추에이터부(130)에 포함된 제1가이드(130a) 및 제2가이드(130b)와 각각 연결되어 상기 레벨장치(100) 내부에 삽설된 엑추에이터(미도시)를 통해 구동력을 얻어 상기 레벨조절렌치(121)를 회전 및 직선운동 시킨다. 그 결과 상기 레벨조절볼트(11b)가 레벨풋(11a)상에서 회전하여 상기 레벨풋(11a)의 높낮이가 조절될 수 있는 일실시예를 가질 수도 있다. 상기 레벨조절볼트(11b)를 회전시키는 자세한 방식은 도 4의 설명에서 다루고자한다.

상기 엑추에이터부(130)는 상기 회전조인트부재(121a) 및 상기 직선조인트부재(121b)와 연결되고, 이를 가이드 할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 상기 엑추에이터부(130)는 상기 회전조인트부재(121a)를 가이드하는 제1가이드, 상기 직선조인트부재(121b)를 가이드하는 제2가이드와 상기 제1가이드 및 상기 제2가이드내부에 삽설된 엑추에이터(미도시)를 포함할 수도 있다.

상기 제1가이드 및 상기 제2가이드는 상기 레벨조절렌치(121)의 이동 간 회전이동과 직선이동을 가이드하여 상기 회전조인트부재(121a) 및 상기 직선조인트부재(121b)의 탈락을 방지한다. 추가적으로 상기 엑추에이터부(130)의 외부 유입물을 방지하기위한 구성을 추가할 수도 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)의 세부작동방식은 도 2 및 도 3에 도시된 레벨조절부(120)의 일실시예에 따라 설명하도록 한다. 상기 레벨조절부(120)의 세부작동방식은 다음과 같다. 도 4(a)에 도시된 바와 같이 레벨조절렌치(121)가 레벨조절볼트(11b)와 맞물리도록 엑추에이터를 통해 직선조인트부재(121b)의 피니언기어를 회전시켜 상기 직선이동부(121-2)의 래크기어를 통해 상기 레벨조절렌치(121)가 직선이동하여 상기 레벨조절볼트(11b)과 맞물린다. 이후, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 상기 레벨조절렌치(121)가 회전조인트부재(121a)와 결합된 엑추에이터를 통해 상기 레벨조절렌치(121)를 일방으로 밀며 제1가이드(130a)를 따라 회전하여 상기 레벨조절볼트(11b)를 회전시킨다. 이 때 상기 레벨조절볼트(11b)는 높이가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 이후, 도 4(c)에 도시된 바와 같이 상기 레벨조절렌치(121)가 하부감지센서(140)에 의해 판단된 기 설정 각도 회전 후 멈추어 도 4(d)에 도시된 바와 같이 상기 레벨조절렌치(121)가 상기 레벨조절볼트(121)와 이격되도록 이동한다. 이후 상기 레벨조절렌치(121)는 도 4(a)의 위치로 복귀하여 도 4(a) 내지 도 4(d)에 도시된 과정을 상기 3D프린터가 수평을 유지할 때 까지 반복한다. 또한 상기 하부감지센서(140)에 의해 상기 레벨장치(100)를 개별 조절할 수 있어 상기 3D프린터가 수평이 유지를 위한 미세조정을 할 수 있고, 도시된 상기 레벨조절렌치(121)가 회전하는 동안 일정한 높이를 유지할 수 있는 추가구성을 포함할 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)는 레벨장치(100a)를 포함하는 일실시예를 가질 수도 있다.

상기 레벨장치(100a)는 3D프린터(10)를 하부에서 지지하고 상기 3D프린터(10)의 하부에 돌출되는 복수개의 레벨풋(11a)과 모두 결합되어 상기 3D프린터(10)의 수평을 조절하는 역할을 한다. 상기 레벨장치(100a)는 마운트부(110), 레벨조절부(120), 엑추에이터부(130) 및 하부감지센서(140)를 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 레벨장치(100)와 중복되는 구성의 설명은 생략하도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 마운트부(110)는 상기 레벨풋(11a)을 측면에서 감싸는 형태 즉, 레벨조절볼트(미도시)가 삽설된 형태로 상기 레벨풋(11a)을 지지한다. 따라서 상기 레벨장치(100a)의 작동 간 상기 레벨조절볼트(미도시)의 회전이 용이하도록 상기 마운트부(110)의 내부에 단차부 등의 형상을 추가하는 것이 바람직하다.

상기 레벨조절부(120)는 상기 레벨풋(11a)의 높이조절을 위해 결합되는 상기 마운트부(110)와 연결되어 상기 레벨조절볼트(미도시)를 회전시키는 역할을 한다. 따라서 상기 레벨조절볼트(미도시)가 회전됨에 따라 상기 레벨풋(11a)이 승하강하며 상기 3D프린터의 수평조절이 가능하게 된다. 따라서 상기 레벨조절부(120)내부에 동력전달을 위한 추가적인 형상 및 구성을 포함할 수도 있다.

상기 엑추에이터부(130)는 전동기 및 승하강장치로 구성되어 상기 전동기가 구동되면 승하강장치가 상기 레벨조절부(120)와 연결되어 상기 레벨조절부(120)가 상측, 또는 하측으로 이동될 수 있고, 추가적으로 상기 마운트부(110)에 결합되는 상기 레벨조절볼트(미도시)의 회전을 위한 동력이 상기 레벨조절부(120) 내부에서 상기 마운트부(110)까지 전달되어 상기 레벨조절볼트(미도시)가 회전할 수 있다. 상기 승하강장치는 유압, 공압, 전자기력 등 다양한 방법으로 구동될 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 레벨장치(100a)의 작동관계를 설명하면 도 7(a)에 도시된 바와 같이 상기 레벨장치(100a)가 바닥면에 배치되고, 3D프린터와 결합된 이후 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)의 작동에 따라 엑추에이터부(130)의 승하강장치가 작동되어 레벨조절부(120)를 상승시킨다.

이후, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 상기 엑추에이터부(130)의 전동기가 생성한 동력을 레벨조절부(120)를 통해 마운트부(110)까지 전달되어 상기 마운트부(110)에 결합된 레벨조절볼트(미도시)를 회전시킬 수 있다.

이후, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 상기 레벨조절볼트(미도시)가 회전되어 종국적으로 레벨풋(11a)의 상승 또는 하강을통해 상기 3D프린터의 수평을 유지할 수 있고, 기타 센서 즉, 상기 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)의 상부감지센서(200) 또는 기준센서(300)와 연동되어 수평정도를 조정할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000)는 상부감지센서(200) 및 기준센서(300)를 포함할 수 있다.

상기 상부감지센서(200)는 배트(12)의 측면에 복수 개 배치되어 상기 배트(12)의 수평정도를 측정하는 역할을 한다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기 배트(12)의 네 귀퉁이에 배치되어 상기 배트(12)의 기울기를 측정, 하부감지센서(140)로 수평여부를 전달하여 레벨장치(100)를 제어할 수 있다. 따라서 상기 상부감지센서(200)는 센서부 및 송수신부를 포함하는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 상부감지센서(200)의 위치는 상기 배트(12)의 기울기를 측정할 수 있는 소정의 곳에 배치되어도 무방하다.

상기 기준센서(300)은 스테이지(13)에 내설되어 상기 스테이지(13)와 상기 배트(12)의 평행여부 및 상기 스테이지(13) 하부면의 수평을 측정하는 역할을 한다. 상기 기준센서(300)는 상기 상부감지센서(200)과 연동되어 상기 스테이지(13)와 상기 배트(12)의 평행여부를 측정하고, 상기 스테이지(13) 하부면에 출력물이 형성되는 경우 상기 스테이지(13) 상승 시 상기 출력물에 의한 기울어짐 또는 3D프린터 구동 간 진동 등에 의한 외부요인으로 기울어짐을 판단하여 상기 하부감지센서(140)로 정보를 전달하여 상기 레벨장치(100)를 제어할 수 있다. 따라서 상기 기준센서(300)는 센서부 및 송수신부를 포함하는 것이 바람직하다.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 방법은 배치단계(S100), 결합단계(S200) 초기수평유지단계(S300) 및 출력단계(S400)를 포함한다. 각 단계에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 배치단계(S100)는 바닥면에 레벨장치(100)가 배치되는 단계이다. 바닥면의 기울기에 관계없이 상기 레벨장치(100)가 배치될 수 있다.

상기 결합단계(S200)는 상기 레벨장치(100)의 마운트부(110)와 3D프린터의 레벨풋(11a)이 결합되는 단계로 더욱 자세하게는 레벨조절볼트(11b)와 레벨조절부(120)의 위치를 정렬하는 단계이다. 이 때 상기 레벨풋(11a)의 하면이 공중에 떠 있는 형태오 상기 마운트부(110)와 결합될 수 있으나 대체로 마운트부에 의해 상기 레벨풋(11a)의 하면을 지지하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 초기수평유지단계(S300)는 하부감지센서(140)로 상기 바닥면과 상기 3D프린터의 하부면의 기울기 또는 높이를 측정하여 상기 3D프린터의 하부면이 수평을 유지하도록 레벨장치(100)를 제어하고, 이후 배트(12)에 배치된 상부감지센서(200)로 상기 배트(12)의 수평여부를 판단한 후 상기 배트(12)가 수평을 유지하도록 상기 레벨장치(100)를 미세 제어하는 단계이다. 상기 초기수평유지단계(S300)의 자세한 세부단계는 도 10의 상세한 설명에서 다루고자한다.

이후, 상기 출력단계(S400)는 상기 3D프린터의 수평이 유지되며 스테이지(13)가 상하로 움직이며 출력물이 상기 스테이지(13)의 하부면에 형성되는 단계이다. 따라서 출력 간 외부요인 또는 기구진동에 의해 상기 3D프린터가 기울어지는 경우 상기 하부감지센서(140)가 이를 보상하기 위해 상기 레벨장치(100)를 제어하는 것이 바람직하다. 상기 출력단계(S400)의 자세한 세부단계는 도 11 내지 도 13의 상세한 설명에서 다루고자 한다.

도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 초기수평유지단계(S300)는 초기측정단계(S310), 본체수평유지단계(S320) 및 배트수평유지단계(S330)을 포함한다. 각 단계에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 초기측정단계(S310)는 하부감지센서(140)에 의해 3D프린터가 배치되는 바닥면과 상기 3D프린터의 하부면사이의 기울기를 측정하는 단계이다. 상기 측정된 기울기로 상기 하부감지센서(140)의 판단부에서 레벨장치(100)의 상승 또는 하강정도를 판단한 후 상기 레벨장치(100)를 제어한다.

이후, 상기 본체수평유지단계(S320)는 상기 하부감지센서(140)에서 전달받은 정보를 기반하여 상기 레벨장치(100)가 제어되는 단계이다. 상기 레벨장치(100)가 작동되어 상기 3D프린터 하부면의 수평을 유지한다.

이후, 상기 배트수평유지단계(S330)는 상기 3D프린터 본체의 수평이 유지된 후 상기 배트(12)에 배치된 상부감지센서(200)가 상기 배트(12)의 수평정도를 측정한 뒤 상기 하부감지센서(140)로 관련정보를 전달한다. 상기 전달된 수평정도로 상기 하부감지센서(140)의 판단부에서 레벨장치(100)의 작동에 따라 상승 또는 하강정도를 판단한 후 상기 레벨장치(100)를 제어한다.

도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 출력단계(S400)는 하강수평유지단계(S410), 하강단계(S420), 광조사단계(S430), 상승수평유지단계(S440) 및 상승단계(S450)를 포함할 수 있다. 각 단계에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 하강수평유지단계(S410)는 스테이지(13) 하부면과 배트(12)가 평행인지 판단하는 단계로 기준센서(300)와 상부감지센서(200)가 연동되어 상기 배트(12)와 상기 스테이지(13)가 평행한지 측정한다. 이후 측정된 정보를 하부감지센서(140)로 전달하여 레벨장치(100)를 조절하여 상기 배트(12)와 상기 스테이지(13)의 수평을 유지한다. 따라서 상기 스테이지(13)가 하강 시 기구진동 또는 외부요인에 의해 상기 배트(12)와 어긋나는 경우 이를 출력물이 사용자가 원하는 위치에 형성되지 않는 문제점을 해결할 수 있다.

이후, 상기 하강단계(S420)는 상기 스테이지(13)가 하강하여 상기 배트(12)에 수용된 액체수지에 잠기는 단계이다. 상기 하강단계(S420) 중 상기 하강수평유지단계(S410)는 지속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이후, 상기 광조사단계(S430)는 상기 스테이지(13)의 하부면으로 광원장치에서 조사되는 빛에 의해 상기 액체수지가 경화되어 출력물이 형성되는 단계이다.

이후, 상기 상승수평유지단계(S440)는 상기 스테이지(13)의 하부면에 형성된 출력물이 상기 광조사단계(S430)를 거친 후 상기 배트(12)에서 일정간격 상승 전 상기 스테이지(13)의 하부면이 수평인지 판단하는 단계로 상기 기준센서(310)에 의해 상기 스테이지(300)의 수평정도를 측정한다. 이후, 상기 하부감지센서(140)로 측정정보를 전달하여 상기 레벨장치(100)를 조절하여 상기 스테이지(13)의 수평을 유지한다. 따라서 상기 스테이지(13)가 형성된 출력물의 무게, 중력 또는 외부요인에 의해 수평이 유지되지 않는 경우 지속적으로 상기 레벨장치(100)를 제어하여 수평을 유지할 수 있어 출력물의 다음 층(layer)을 올바른 위치에서 형성 시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이후, 상기 상승단계(S450)는 상기 스테이지(13)가 상승하여 상기 배트(12)에서 출력물을 형성한 후 일정간격 이격되어 다음 층(layer)를 형성하거나 출력물의 출력이 완료된 경우 출력물을 획득하기 위해 상측으로 상기 스테이지(13)가 상승하는 단계이다. 상기 상승단계(S450) 중 상기 상승수평유지단계(S440)는 지속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 12에는 하강수평유지단계(S410) 및 상승수평유지단계(S340)의 판단과정을 도시하였다. 도 12(a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 하강수평유지단계(S310)는 배트(12) 및 스테이지(13)가 평행한지 판단하여 평행이 아닌 것으로 판단되면 레벨장치(100)를 제어하여 상기 배트(12) 및 상기 스테이지(13)를 평행으로 유지하는 단계(S411)를 포함한다. 또한 도 12(b)에 도시된 바와 같이 상승수평유지단계(S440)는 상기 스테이지(13)의 하부면이 수평이 아닌 것으로 판단되면 레벨장치(100)를 제어하여 상기 스테이지(13)의 하부면을 수평으로 유지하는 단계(S441)를 포함한다.

도 13은 도 9 내지 도 12에 도시된 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 방법의 전체 순서도를 도시한 것으로 도 10에 따라 3D프린터의 본체, 배트(12) 스테이지(13)에서 기울기, 평형, 수평정도를 감지센서로 측정하여 레벨장치(100)를 제어하며 3D프린터로 상기 3D프린터가 배치되는 과정부터 출력물의 출력이 완료되는 동안 기구의 수평을 유지할 수 있다. 따라서 본 발명의 3D프린터 레벨 자동조정 장치(1000) 및 그 방법을 통해 기구진동, 상기 3D프린터가 배치되는 고르지 못한 바닥면 등으로 인해 기구가 수평을 유지 못하는 상황에서 레벨장치(100)를 자동제어 하며 기울기 또는 높이를 보상할 수 있어 출력물의 가공정밀도 및 표면가공도 등을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 3D프린터 레벨 자동조정 장치
100, 100a : 레벨장치 110 : 마운트부
120 : 레벨조절부 121 : 레벨조절렌치
121-1 : 회전이동부 121-2 : 직선이동부
121a : 회전조인트부재 121b : 직선조인트부재
130 : 엑추에이터부
140 : 하부감지센서 200 : 상부감지센서
300 : 기준센서
10 : 3D프린터 11a : 레벨풋
11b : 레벨조절볼트 12 : 배트
13 : 스테이지

Claims

액체수지를 수용하는 배트, 출력물이 형성되는 스테이지 및 수평조절을 위한 복수 개의 레벨풋을 포함하는 3D프린터의 수평을 조절하기 위한 3D프린터 레벨 자동조정 장치에 있어서,
상기 3D프린터의 복수 개의 레벨풋 하부와 바닥면 사이에 배치되어, 레벨조절볼트를 제어하여 상기 레벨풋의 상하 높이를 조절하는 지그 형태의 레벨장치;
상기 배트의 측면에 복수 개 배치되는 상부감지센서; 및
상기 스테이지에 삽설되는 기준센서;를 포함하고,
상기 레벨장치는,
배치되는 바닥면과 상기 3D프린터 하부면 사이의 기울기를 측정하는 하부감지센서,
상기 레벨풋을 지지하는 마운트부,
상기 레벨조절볼트를 회전시킬 수 있는 레벨조절부 및
상기 레벨조절부를 이동시키는 엑추에이터부를 포함하여 구성되며,
상기 상부감지센서, 상기 기준센서 및 상기 하부감지센서에서 측정되는 기울기를 기반으로 상기 레벨조절부를 제어하되,
상기 복수 개의 레벨조절볼트를 상기 레벨조절부를 통해 개별 제어하여, 상기 상부감지센서 및 상기 기준센서와 연동하여 상기 레벨풋이 승,하강됨으로써, 상기 3D프린터을 수평을 조절하는 것을 특징으로 하는, 3D프린터 레벨 자동조정 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 레벨장치는,
상기 레벨장치가 배치된 바닥면의 기울기와 상기 3D프린터 하부면의 기울기를 측정 후 비교한 뒤 상기 레벨조절부를 제어하여 상기 3D프린터 하부면을 수평으로 유지하는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 레벨장치는,
상기 상부감지센서와 연동되어 상기 배트가 수평을 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 레벨장치는,
상기 상부감지센서가 상기 기준센서와 연동되어 상기 스테이지의 승하강시 상기 배트와 상기 스테이지 하부면의 평행여부를 판단하여 상기 배트와 상기 스테이지가 평행을 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 장치.
제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 3D프린터 레벨 자동조정 장치를 이용한 3D프린터 레벨 자동조정 방법에 있어서,
상기 레벨장치가 바닥면에 배치되는 배치단계;
상기 3D프린터가 상기 레벨장치와 결합되는 결합단계;
상기 레벨장치를 제어하여 상기 3D프린터 및 상기 배트의 수평을 유지하는 초기수평유지단계; 및
상기 스테이지에 출력물이 형성되는 출력단계;
를 포함하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 6항에 있어서, 상기 초기수평유지단계는,
상기 레벨장치에 배치된 하부감지센서가 상기 3D프린터의 하부면과 상기 레벨장치가 배치되는 바닥면의 기울기를 측정하는 초기측정단계;
상기 3D프린터 하부면이 수평인지 판단하는 본체수평유지단계; 및
상기 3D프린터의 하부면이 수평으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 하부감지센서가 연동되어 상기 배트가 상기 3D프린터 하부면과 평행한지 판단하는 배트수평유지단계;
를 포함하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 7항에 있어서, 상기 본체수평유지단계는,
상기 3D프린터 하부면이 수평이 아닌 것으로 판단되면, 상기 3D프린터 하부면이 수평으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 7항에 있어서, 상기 배트수평유지단계는,
상기 3D프린터 하부면과 상기 배트가 평행이 아닌 것으로 판단되면, 상기 3D프린터 하부면과 상기 배트가 평행으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 6항에 있어서, 상기 출력단계는,
상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행인지 판단하는 하강수평유지단계;
상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행으로 판단되면, 상기 스테이지가 하강하는 하강단계;
상기 스테이지 하부면에 출력물이 형성되는 출력물형성단계;
상기 스테이지 하부면이 수평인지 판단하는 상승수평유지단계; 및
상기 스테이지 하부면이 수평으로 판단되면, 상기 스테이지가 상승하는 상승단계;
를 포함하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 10항에 있어서, 상기 하강수평유지단계는,
상기 스테이지 하부면과 상기 배트가 평행이 아닌 것으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 기준센서가 연동되어 상기 배트와 상기 스테이지하부면이 평행으로 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.
제 10항에 있어서, 상기 상승수평유지단계는,
상기 스테이지 하부면이 수평이 아닌 것으로 판단되면, 상기 상부감지센서와 상기 기준센서가 연동되어 상기 스테이지 하부면이 수평이 유지되도록 상기 레벨장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D프린터 레벨 자동조정 방법.