KR102077638B1 - 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3d프린터용 헤드 - Google Patents

출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3d프린터용 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 별개로 구비되는 듀얼노즐이 각각 상하로 슬라이딩 이동하여 필라멘트를 각각 토출하도록 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드에 관한 것이다.
본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드는, 메인모터(100)와; 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되며, 메인모터(100)의 회전 동력에 따라 회전하는 중심기어(200)와; 상기 중심기어(200)의 좌우에 각각 구비되며, 선택적으로 중심기어(200)와 근접하여 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 각각 하측으로 이동하도록 강제하는 좌기어(202) 및 우기어(204)와; 상기 좌기어(202)와 우기어(204)에 의해 하측으로 공급되는 한 쌍의 필라멘트(210,210')를 각각 가열하여 외부로 토출하는 한 쌍의 노즐조립체(300)와; 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 회전 가능하게 설치되도록 지지하는 제어부재(400)와; 상기 제어부재(400)를 좌우로 이동하도록 강제하는 제어수단(500)과; 상기 제어부재(400)의 좌우 이동에 따라 상기 한 쌍의 노즐조립체(300) 중 어느 하나가 하측으로 이동하도록 강제하는 작동부재(600) 등으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 작업품질과 작업능률이 향상되는 이점이 있다.

Description

출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드 {A　head　for　3D　printer　having　dual　nozzle　adjusting　height　of　the　printing　nozzle}
본 발명은 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별개로 구비되는 출력노즐이 각각 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 구성되어 필라멘트를 각각 토출하도록 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 3D프린터(3D printer)는 입력된 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기기를 일컫는 것이다.
이러한 3D프린터(3D printer)는 입체 형태를 만드는 방식에 따라 크게 한 층씩 쌓아 올리는 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 큰 덩어리를 깎아가는 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각 방식)으로 구분된다.
그리고, 적층형은 파우더(석고나 나일론 등의 가루)나 플라스틱 액체 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 0.01~0.08㎜의 층(레이어)으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 만들어내는 방식으로, 레이어가 얇을수록 정밀한 형상을 얻을 수 있으며 채색을 동시에 진행할 수 있다.
반면에, 절삭형은 커다란 덩어리를 조각하듯이 깎아내 입체 형상을 만들어내는 방식이다. 이러한 절삭형은 적층형에 비하여 완성품이 더 정밀하다는 장점이 있지만, 재료가 많이 소모되고 컵처럼 안쪽이 파인 모양은 제작하기 어려우며 채색 작업을 따로 해야 하는 것이 단점이다.
그리고, 통상적으로는 하나의 출력노즐을 사용하여 3D 프린터를 이용하나, 근래에는 듀얼 또는 그 이상의 수량을 가지는 노즐을 이용하여 3D프린팅을 하고 있으며, 각각의 출력노즐에 각각 하나의 필라멘트가 용융되어 토출되도록 별개로 이용하거나 한국 특허등록번호 제10-1346704호에서와 같이 여러개의 필라멘트가 하나의 노즐을 이용하도록 하기도 한다.
그러나, 한국 특허등록번호 제10-1346704호에서와 같이 하나의 노즐을 이용하는 경우에는 여러개의 필라멘트가 순차적으로 유입되므로 이전에 사용된 필라멘트의 성분이 다음에 사용되는 타 필레멘트에 영향을 미치는 문제가 있다.
또한, 듀얼 노즐을 이용하여 각 노즐에 사용되는 필라멘트를 다르게 하는 경우에도, 동시에 두개의 노즐이 제품에 근접한 상태로 하나의 노즐만을 사용하므로, 사용되지 않는 노즐은 제품에 간섭을 일으키게 되어 프린팅 작업이 방해를 받거나 제품에 흠집이 발생하는 등의 문제점이 있다.
특허 제10-1346704호
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제어수단의 동력을 이용하여 좌우운동이 상하운동으로 전환되도록 함으로써 듀얼 노즐이 서로 별개로 상하 운동을 하도록 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드는, 메인모터(100)와; 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되며, 메인모터(100)의 회전 동력에 따라 회전하는 중심기어(200)와; 상기 중심기어(200)의 좌우에 각각 구비되며, 선택적으로 중심기어(200)와 근접하여 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 각각 하측으로 이동하도록 강제하는 좌기어(202) 및 우기어(204)와; 상기 중심기어(200)의 일측에 구비되며, 상기 좌기어(202)와 우기어(204)에 의해 하측으로 공급되는 한 쌍의 필라멘트(210,210')를 각각 가열하여 외부로 토출하는 한 쌍의 노즐조립체(300)와; 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되며, 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 회전 가능하게 설치되도록 지지하는 제어부재(400)와; 상기 제어부재(400)의 일측에 구비되며, 제어부재(400)를 좌우로 이동하도록 강제하는 제어수단(500)과; 상기 제어부재(400)의 일측에 구비되며, 상기 제어부재(400)의 좌우 이동에 따라 상기 한 쌍의 노즐조립체(300) 중 어느 하나가 하측으로 이동하도록 강제하는 작동부재(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 메인모터(100)는 고정브라켓(110)의 일면에 고정 장착되며, 상기 고정브라켓(110)의 상단에는 상면 외관을 형성하는 고정단(120)이 구비되고, 상기 고정브라켓(110)의 일측에는 상기 제어부재(400)와 작동부재(600)의 좌우 이동을 안내하는 고정케이스(700)가 구비되며, 상기 고정케이스(700)의 일측에는 열기를 방출시키는 냉각수단(800)이 더 구비됨을 특징으로 한다.
상기 노즐조립체(300)는, 서로 이격되게 구비되며, 상기 중심기어(200)와 좌기어(202) 또는 상기 중심기어(200)와 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')가 각각 외부로 토출되도록 안내하는 좌노즐(310) 및 우노즐(310')과; 상기 좌노즐(310) 및 우노즐(310')에 결합되며, 상기 필라멘트(210,210')에 열을 가하는 좌히터블록(320) 및 우히터블록(320')과; 상기 좌기어(202) 또는 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')를 상기 좌노즐(310) 또는 우노즐(310')로 안내하는 좌가이드(330) 및 우가이드(330')와; 상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')에 고정 장착되며, 상기 작동부재(600)의 좌우 이동에 따라 간섭되어 하측으로 이동하는 좌블록(340) 및 우블록(340');을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 좌블록(340)과 우블록(340')은 상기 고정브라켓(110)의 일측에 서로 대칭되는 형상으로 설치되며, 상단에는 일정 폭을 가지는 접촉면(344)이 형성되고, 접촉면(344)으로부터 좌측 또는 우측에는 점차 높이가 낮아지도록 형성되는 블록경사면(342)이 형성되며, 내측에는 상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')가 삽입 고정되는 가이드홀(346)이 상하로 관통되게 형성되고, 측면에는 상하 이동을 안내하는 슬라이딩홈(348)이 내측으로 함몰되게 형성됨을 특징으로 한다.
상기 고정케이스(700)에는, 상기 제어부재(400)의 하단이 접하여 좌우로 이동되도록 지지하는 지지면(710)과, 상기 작동부재(600)의 양단이 지지되어 좌우로 슬라이딩 유동하도록 안내하는 작동홈(720)이 더 구비되며;
상기 제어부재(400)는, 좌우로 형성되어 상기 고정단(120)의 하부에 위치되는 제어대(410)와, 상기 제어대(410)의 좌우 양단으로부터 하측으로 수직 연장 형성되는 좌측제어판(420) 및 우측제어판(430)을 포함하는 구성을 가지며;
상기 작동부재(600)는, 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입되는 삽입부(610)와, 상기 삽입부(610)의 하단으로부터 좌우로 연장 형성되는 날개부(620)를 포함하며;
상기 삽입부(610)의 좌우 폭은 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이의 폭과 대응되는 크기를 가지고, 상기 날개부(620)는 상기 작동홈(720)의 상하 높이와 대응되는 크기를 가지도록 형성되며;
상기 삽입부(610)의 상면 중앙부에는 상기 중심기어(200)의 회전 중심이 되는 기어축(200')과의 간섭이 방지되도록 하는 간섭방지홈(612)이 하측으로 함몰되게 형성되고, 상기 작동부재(600)의 저면 중앙부에는 수용홈(630)이 상측으로 함몰되게 형성되며, 상기 수용홈(630)의 좌우 양단에는 상기 블록경사면(342)과 대응되는 경사를 가지는 작동경사면(632)이 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 듀얼노즐이 구비되므로 동시에 2개의 필라멘트를 사용하여 서로 다른 재질(수용성 포함)을 이용하여 프린팅이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 전기를 이용한 제어수단의 조작에 의해 좌우의 필라멘트 중 어느 하나가 선택되어 노즐로 공급되고 이와 동시에 선택된 필라멘트가 토출되는 노즐이 자동으로 하측으로 내려오게 되어 프린팅 작업이 이루어지므로 양측 노즐을 용이하게 활용할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는 복귀스프링이 구비되어 제어수단에 공급되는 제어 동력이 없어진 후에는 하측으로 이동된 블럭이 다시 원위치되어 노즐이 복귀되므로 작업 능률이 향상되는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 두 출력노즐 사이가 매우 짧아 3D프린팅시 출력공간을 크게 할 수 있고 출력 정밀도가 향상되며, 출력시에는 두 노즐 중 사용하지 않는 노즐은 상승한 상태를 유지하므로 출력품질을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에서는 2개의 출력 노즐을 사용하면서도 1개의 모터(Extruder motor)를 이용함으로 인해 노즐어셈블리(Assembly)의 중량을 최소화할 수 있다. 따라서, 관성력을 줄여 고속출력에 매우 용이한 장점이 있다.
이에 더하여, 본 발명에서는 2개의 노즐을 사용하고 2개 노즐의 온도를 상이하게 출력할 수 있으므로 출력재료와 서포트(support)재료를 쉽게 분리할 수 있게 되며, Direct Extruding 방식이므로 탄성소재 출력이 용이하고 노즐헤드가 간단하게 되어 유지 보수에 매우 유리한 이점도 있다.
그리고, 본 발명에서는 중심기어의 좌우에 각각 좌기어와 우기어를 구비하여 2개의 물림식 기어장치로 필라멘트 밀어내게 되므로, 필라멘트를 하측으로 미는 압출 마찰력이 높아져 미끄럼이 방지되고 강한 압출력이 제공 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도.
도 3은 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 구성을 보인 우측면도.
도 4는 도 3의 A-A도.
도 5는 도 3의 B-B도.
도 6은 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 내부 구성을 측단면도.
도 7은 본 발명 실시예를 구성하는 기어의 상세 구성을 보인 사시도.
도 8은 본 발명 실시예를 구성하는 제어부재의 상세 구성을 보인 사시도.
도 9는 본 발명 실시예를 구성하는 작동부재의 상세 구성을 보인 사시도.
도 10은 본 발명 실시예를 구성하는 좌우블럭의 상세 구성을 보인 사시도.
도 11은 본 발명 실시예를 구성하는 고정케이스의 상세 구성을 보인 사시도.
이하 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 구성을 보인 사시도 및 분해사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 구성을 보인 우측면도 그리고, 도 4 및 도 5에는 도 3의 A-A 단면도와 B-B 단면도가 각각 도시되어 있다. 또한, 도 6에는 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 바람직한 실시예의 내부 구성을 측단면도가 도시되어 있으며, 도 7 내지 도 11에는 본 발명 실시예를 구성하는 기어, 제어부재, 작동부재, 좌우블럭 및 고정케이스의 상세 구성을 보인 사시도가 각각 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드는, 메인모터(100)와, 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되며 메인모터(100)의 회전 동력에 따라 회전하는 중심기어(200)와, 상기 중심기어(200)의 좌우에 각각 구비되며 선택적으로 중심기어(200)와 근접하여 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 각각 하측으로 이동하도록 강제하는 좌기어(202) 및 우기어(204)와, 상기 중심기어(200)의 일측에 구비되며 상기 좌기어(202)와 우기어(204)에 의해 하측으로 공급되는 한 쌍의 필라멘트(210,210')를 각각 가열하여 외부로 토출하는 한 쌍의 노즐조립체(300)와, 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되며 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 회전 가능하게 설치되도록 지지하는 제어부재(400)와, 상기 제어부재(400)의 일측에 구비되며 제어부재(400)를 좌우로 이동하도록 강제하는 제어수단(500)과, 상기 제어부재(400)의 일측에 구비되며 상기 제어부재(400)의 좌우 이동에 따라 상기 한 쌍의 노즐조립체(300) 중 어느 하나가 하측으로 이동하도록 강제하는 작동부재(600) 등으로 구성된다.
상기 메인모터(100)는 도시된 바와 같이, 전체적으로 육면체와 같은 형상을 가지며 외부에는 코일이 감겨져 외부의 전원에 의해 내부의 모터축이 회전하도록 구성되며, 상기 제어수단(500)의 신호에 따라 정회전 또는 역회전을 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 메인모터(100)는 중심기어(200)를 회전하게 되는데, 중심기어(200)가 상기 좌기어(202) 또는 우기어(204)와 근접하는 경우에 서로 다른 방향으로 회전하도록 하여야 한다. 이러한 모터(Motor)의 구성과 기능은 널리 알려진 것이므로 여기서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 메인모터(100)는 고정브라켓(110)의 일면에 고정 장착된다.
상기 고정브라켓(110)은 도시된 바와 같이 'ㄴ'자(도 2에서) 형상으로 이루어져, 후면에 메인모터(100)가 볼트(bolt) 등으로 고정되도록 구성되며, 모터축은 고정브라켓(110)을 관통하여 전방으로 돌출된다.
상기 고정브라켓(110)의 상단에는 상면 외관을 형성하는 고정단(120)이 구비된다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 고정브라켓(110)의 상단 전면에는 고정단(120)이 구비되어 상기 제어부재(400)의 상측을 감싸게 되며, 이러한 고정브라켓(110)의 상면으로는 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 관통하게 된다.
상기 고정브라켓(110)의 하단부에는 상기 제어부재(400)와 작동부재(600)의 좌우 이동을 안내하는 고정케이스(700)가 구비되며, 이러한 고정케이스(700)의 내측에는 아래에서 설명할 좌블록(340) 및 우블록(340')과 같은 다수의 부품이 내장된다.
그리고, 상기 고정케이스(700)의 전방에는 열기를 방출시키는 냉각수단(800)이 더 구비되어, 상기 부품들의 열을 냉각시키는 역할을 한다.
상기 메인모터(100)의 전방에는 메인모터(100)의 회전 동력에 따라 회전하는 중심기어(200)가 구비되고, 이러한 중심기어(200)의 좌우에는 선택적으로 중심기어(200)와 근접하여 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 각각 하측으로 이동하도록 강제하는 좌기어(202) 및 우기어(204)가 각각 설치된다.
상기 중심기어(200)와 좌기어(202) 및 우기어(204)는 동일 선상에 수평으로 나란히 설치되며, 상기 중심기어(200)의 기어축(200')은 상기 메인모터(100)의 모터축(100')과 연결되어 메인모터(100)의 회전력에 의해 중심기어(200)가 회전한다.
그리고, 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)는 상기 중심기어(200)의 좌우에 소정 간격 이격된 위치에 설치되어, 상기 제어부재(400)에 의해 동시에 좌우로 유동하게 된다. 이와 같이 상기 좌기어(202)와 우기어(204) 사이에는 중심기어(200)가 위치되고, 좌기어(202) 및 우기어(204)가 동시에 좌우로 이동하게 되면, 좌기어(202)와 우기어(204) 중 어느 하나가 상기 중심기어(200)와 접하게 된다.
한편, 상기 중심기어(200)와 좌기어(202) 및 우기어(204)의 후단부에는 내측으로 함몰된 기어홈(206)이 형성되며, 이러한 기어홈(206)은 필라멘트(210,210')가 수용되는 부분이다. 즉, 상기 중심기어(200)의 좌우측 기어홈(206)에 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 상하로 수용되고(도 4 참조), 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 동시에 우측으로 이동되면 좌기어(202)와 중심기어(200)가 근접하게 되므로 좌측의 필라멘트(210,210')가 좌기어(202)와 중심기어(200) 사이에 밀착되어 하측으로 이동하게 된다. 반대로 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 동시에 좌측으로 이동되면 우기어(204)와 중심기어(200)가 근접하게 되므로 우측의 필라멘트(210,210')가 우기어(204)와 중심기어(200) 사이에 밀착되어 하측으로 이동하게 된다. 물론, 이때에는 상기 메인모터(100)의 모터축(100') 및 상기 중심기어(200)의 회전방향이 반대가 되어야 할 것이다.
상기 중심기어(200)의 하측에는, 상기 중심기어(200)와 더불어 상기 좌기어(202)와 우기어(204)에 의해 하측으로 공급되는 한 쌍의 필라멘트(210,210')를 각각 가열하여 외부로 토출하는 한 쌍의 노즐조립체(300)가 구비된다.
상기 노즐조립체(300)는, 서로 이격되게 구비되며 상기 중심기어(200)와 좌기어(202) 또는 상기 중심기어(200)와 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')가 각각 외부로 토출되도록 안내하는 좌노즐(310) 및 우노즐(310')과, 상기 좌노즐(310) 및 우노즐(310')에 결합되며 상기 필라멘트(210,210')에 열을 가하는 좌히터블록(320) 및 우히터블록(320')과, 상기 좌기어(202) 또는 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')를 상기 좌노즐(310) 또는 우노즐(310')로 안내하는 좌가이드(330) 및 우가이드(330')와, 상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')에 고정 장착되며 상기 작동부재(600)의 좌우 이동에 따라 간섭되어 하측으로 이동하는 좌블록(340) 및 우블록(340') 등으로 구성된다.
그리고, 상기 좌히터블록(320) 및 우히터블록(320')에는 외부로부터 전원을 공급하기 위한 전원선(W)이 연결되어, 좌히터블록(320) 및 우히터블록(320')이 가열되도록 한다.
상기 좌노즐(310) 및 우노즐(310')은 수직 높낮이가 조절되도록 구성되는 출력노즐로, 이러한 출력노즐을 통해 하측으로 필라멘트(210,210')가 토출된다.
상기 좌블록(340)과 우블록(340')은 상기 고정브라켓(110)의 일측에 서로 대칭되는 형상으로 설치되며, 상면에는 일측으로 갈수록 점차 높이가 높아지도록 형성되는 블록경사면(342)이 형성된다.
상기 좌블록(340)과 우블록(340')은 도시된 바와 같이 서로 밀착 설치되며, 상단에는 일정 폭을 가지는 접촉면(344)이 형성되고, 접촉면(344)으로부터 좌측 또는 우측에는 점차 높이가 낮아지도록 형성되는 블록경사면(342)이 형성된다.
상기 접촉면(344)은 아래에서 설명할 작동부재(600)의 수용홈(630)에 삽입되는 부분으로, 상기 좌블록(340)과 우블록(340')에 각각 형성되는 접촉면(344)의 좌우 폭 크기의 합은 아래에서 설명할 수용홈(630)의 좌우 폭 크기보다는 더 크게 형성된다.
상기 블록경사면(342)은 아래에서 설명할 작동부재(600)의 작동경사면(632)과 접하는 부분으로, 도시된 바와 같이 좌우 측으로 갈수록 점차 높이가 낮아지도록 형성된다. 따라서, 상기 작동부재(600)가 좌우로 이동하면 아래에서 설명할 작동부재(600)의 작동경사면(632)에 밀려 좌블록(340) 또는 우블록(340')이 하측으로 밀려 이동하게 된다. 이러한 블록경사면(342)은 아래에서 설명할 작동경사면(632)과 대응되는 경사를 가지도록 형성된다.
상기 좌블록(340)과 우블록(340')의 내측에는 상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')가 삽입 고정되는 가이드홀(346)이 상하로 관통되게 형성되며, 측면에는 상하 이동을 용이하게 안내하기 위한 슬라이딩홈(348)이 내측으로 함몰되게 형성된다.
그리고, 상기 좌블록(340)과 우블록(340')의 일측에는 좌블록(340)과 우블록(340')을 포함한 노즐조립체(300)가 하측으로 이동한 다음 탄성에 의해 다시 원상(상측)으로 복귀하도록 하는 복귀스프링(S)이 더 구비됨이 바람직하다.
상기 제어부재(400)는, 상기 고정단(120)의 하측에 구비되며, 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 회전 가능하게 설치되도록 지지하게 된다.
상기 제어부재(400)는, 좌우로 길게 형성되어 상기 고정단(120)의 하부에 위치되는 제어대(410)와, 상기 제어대(410)의 좌우 양단으로부터 하측으로 수직 연장 형성되는 좌측제어판(420) 및 우측제어판(430) 등으로 이루어진다.
상기 좌측제어판(420) 및 우측제어판(430)은 도시된 바와 같이, 소정 두께와 폭을 가지는 평판으로 이루어지며, 하단은 단차지게 형성되어 아래에서 설명할 고정케이스(700)의 지지면(710) 상면에 접하여 좌우로 슬라이딩하게 된다.
상기 제어대(410)의 중앙부에는 연결홀(410')이 전후로 관통되게 형성되며, 여기에는 연결축(440)이 전후로 관통 설치된다.
상기 좌측제어판(420) 및 우측제어판(430)의 중앙부에도 각각 기어홀(H)이 형성되며, 이러한 기어홀(H)에는 상기 좌기어(202)와 우기어(204)의 회전 중심이 되는 좌기어축(200')과 우기어축(200')이 전후로 관통 설치된다.
상기 고정브라켓(110)의 상측에는 제어수단(500)이 더 구비되며, 이러한 제어수단(500)은 상기 제어부재(400)와 작동부재(600)의 좌우 이동을 강제하기 위한 것이다.
상기 제어수단(500)은, 회전 동력을 생성하는 서브모터(510)와, 상기 서브모터(510)의 회전축과 일체로 연결되어 회전되는 제어편(520)과, 상기 고정브라켓(110)의 상단에 힌지축(550)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 작동링크(530)와, 상기 제어편(520)과 작동링크(530)를 연결하는 제어봉(540) 등으로 이루어진다.
상기 제어편(520)과 작동링크(530)는 도시된 바와 같이 소정 길이를 가지는 평판으로 이루어져, 상하로 길게 설치된다. 그리고, 상기 제어봉(540)은 좌우로 길게 형성되어 상기 제어편(520)과 작동링크(530)의 상단을 연결한다.
따라서, 상기 제어편(520)이 서브모터(510)의 회전축을 중심으로 회전하게 되면, 상기 작동링크(530)도 힌지축(550)을 중심으로 회전하게 되므로, 작동링크(530)의 하단과 연결축(440)에 의해 연결된 제어부재(400)가 좌우로 유동하게 된다.
상기 작동링크(530)의 하단에는 상기 제어부재(400)의 좌우 이동시 연결축(440)이 수용되도록 하는 링크홀(532)이 전후로 관통되게 더 형성되며, 이러한 링크홀(532)은 좌우의 내경보다 상하의 내경 크기가 더 크도록 형성된다. 이는 상기 제어부재(400)가 좌우로 유동되는 경우에 상기 제어대(410)에 고정 장착되는 연결축(440)이 작동링크(530)에 삽입된 상태로 원활하게 유동할 수 있는 공간을 제공하기 위함이다.
상기 제어부재(400)의 하측에는, 제어부재(400)의 좌우 이동에 따라 상기 한 쌍의 노즐조립체(300) 중 어느 하나가 하측으로 이동하도록 강제하는 작동부재(600)가 구비된다.
상기 작동부재(600)는, 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입되는 삽입부(610)와, 상기 삽입부(610)의 하단으로부터 좌우로 연장 형성되는 날개부(620) 등으로 이루어진다.
상기 삽입부(610)는, 도시된 바와 같이 좌우로 소정 크기의 폭을 가지도록 형성되며, 이러한 좌우의 폭은 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이의 폭과 대응되는 크기를 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 삽입부(610)가 상기 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입된 상태에서 상기 제어부재(400)가 좌우로 움직이면 상기 작동부재(600)도 좌우로 유동하게 된다.
상기 날개부(620)는 도시된 바와 같이 소정 크기의 높이를 가지도록 형성되며, 이러한 날개부(620)는 아래에서 설명할 고정케이스(700)의 작동홈(720)에 삽입된 상태로 좌우로 유동하게 된다. 따라서, 이러한 날개부(620)의 상하 높이는 아래에서 설명할 작동홈(720)의 상하 높이와 대응되는 크기를 가지도록 형성된다.
상기 삽입부(610)의 상면 중앙부에는 하측으로 함몰된 간섭방지홈(612)이 형성된다. 상기 간섭방지홈(612)은, 상기 중심기어(200)의 회전 중심이 되는 기어축(200')과의 간섭이 방지되도록 하는 역할을 한다.
상기 작동부재(600)의 저면 중앙부에는 수용홈(630)이 상측으로 함몰되게 형성된다. 상기 수용홈(630)은 상기 좌블록(340)과 우블록(340')의 상단에 형성되는 접촉면(344)이 삽입되는 부분이다.
상기 수용홈(630)의 좌우 양단에는 작동경사면(632)이 형성된다. 상기 작동경사면(632)은 도시된 바와 같이, 중앙으로 갈수록 점차 수용홈(630)의 깊이가 깊어지도록 경사지게 형성된다. 그리고, 이러한 작동경사면(632)의 경사는 상기 블록경사면(342)과 대응되는 경사를 가지도록 형성된다.
그리고, 상기 수용홈(630)의 좌우 폭 크기는 상기 좌블록(340) 및 우블록(340')의 상면에 형성되는 접촉면(344)의 좌우 폭 크기의 합보다 작은 크기를 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 수용홈(630)의 내부에는 상기 좌블록(340) 또는 우블록(340') 중 어느 하나의 상단 접촉면(344)만 수용되므로 좌블록(340) 또는 우블록(340') 중 다른 하나는 상기 블록경사면(342)에 의해 서서히 밀려 하측으로 이동하게 된다.
상기 고정케이스(700)에는, 상기 제어부재(400)의 하단이 접하여 좌우로 이동되도록 지지하는 지지면(710)과, 상기 작동부재(600)의 양단이 지지되어 좌우로 슬라이딩 유동하도록 안내하는 작동홈(720)이 더 구비된다.
상기 고정케이스(700)는 도시된 바와 같이 '⊃'형상(도 11의 상면에서 볼 때)의 단면을 가지도록 형성되며, 후단 상단은 단차지게 형성되어 소정 크기의 폭을 가지는 지지면(710)이 형성된다. 따라서, 이러한 지지면(710)에 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430)의 하단이 각각 놓여져 좌우로 슬라이딩 하게 된다.
또한, 상기 작동홈(720)의 상하 높이는 상기 작동부재(600)의 날개부(620) 상하 높이와 대응되는 크기를 가지도록 형성되어, 상기 날개부(620)가 상기 작동홈(720)에 삽입된 상태로 좌우로 유동하도록 지지한다. 따라서, 상기 작동부재(600)는 상하로는 유동하지 않으면서 좌우로만 유동하게 됨으로써, 상기 좌블록(340) 또는 우블록(340')을 하측으로 밀어내게 된다.
그리고, 상기 냉각수단(800)은, 도시된 바와 같이, 바람을 일으키는 냉각팬(810)과, 상기 냉각팬(810)이 고정되는 팬케이스(820)와, 상기 냉각팬(810)으로부터 생성되는 바람에 의해 열을 발산시키는 히트싱크(830) 등으로 이루어진다.
물론, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 전후 좌우의 지지대 등에 의해 지지되면서 전후좌우 상하로 이동하면서 3D제품을 성형하게 될 것이므로, 본 발명 외에도 다수의 부가적인 설비가 구비될 것이나, 이러한 구성은 본 발명의 요지가 아니므로 여기서는 설명을 생략한다.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드의 작용을 도 4 및 도 5를 참조하여 살펴본다.
도 4 및 도 5의 상태는 우노즐(310')이 하측으로 내려온 상태이다.
이는 상기 제어수단(500)의 서브모터(510)가 작동하여 상기 제어편(520)이 시계방향으로 회전하여 상기 작동링크(530)의 상단을 우측으로 밀게 된다. 이렇게 되면, 상기 작동링크(530)는 상기 힌지축(550)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 되므로, 상기 연결축(440)은 좌측으로 이동한다.
상기 연결축(440)이 좌측으로 이동하면, 연결축(440)과 결합된 상기 제어부재(400)가 좌측으로 이동하게 되고, 이러한 제어부재(400)에 결합된 좌기어(202) 및 우기어(204)도 동시에 좌측으로 이동한다.
상기 우기어(204)가 좌측으로 이동하게 되면, 상기 중심기어(200)와 근접하게 되고, 이때 상기 메인모터(100)는 상기 중심기어(200)에 정회전(시계방향)의 회전력을 전달한다. 따라서, 상기 중심기어(200)가 시계방향으로 회전하면 상기 우기어(204)와 중심기어(200) 사이에 물린 좌측의 우필라멘트(210')가 하측으로 이동하게 된다.
그리고, 상기 제어부재(400)가 좌측으로 이동하게 되면, 상기 작동부재(600)의 삽입부(610)가 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입되어 있으므로 작동부재(600)도 제어부재(400)에 의해 좌측으로 이동하게 된다.
이와 같이 상기 작동부재(600)가 좌측으로 이동하게 되면, 우블록(340')이 하측으로 내려가게 된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 작동부재(600)가 좌측으로 이동하면 상기 작동경사면(632)과 상기 우블록(340')의 블록경사면(342)이 서로 접하여 슬라이딩 하게 되고, 이에 따라 상기 우블록(340')이 점차 하측으로 밀리게 된다.
상기 우블록(340')이 하측으로 내려오면, 일체로 결합된 상기 우노즐(310')도 하측으로 내려오게 되어, 도 4 및 도 5와 같이 상기 우노즐(310')이 좌노즐(310)보다 하측에 위치하게 되고, 우노즐(310')을 통해 우필라멘트(210')가 하부로 토출되어 프린팅 작업을 하게 된다.
물론, 이때 상기 우히터블록(320')에서는 외부로부터 공급되는 전원에 의해 우필라멘트(210')를 가열하게 되고, 상기 냉각수단(800)도 작동하게 된다.
다음으로, 상기 좌노즐(310)이 하측으로 내려오게 하는 경우는 위의 경우와 반대이다.
이때에는 상기 제어수단(500)의 서브모터(510)가 작동하여 상기 제어편(520)이 반시계방향으로 회전하여 상기 작동링크(530)의 상단을 좌측으로 밀게 된다. 이렇게 되면, 상기 작동링크(530)는 상기 힌지축(550)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 되므로, 상기 연결축(440)은 우측으로 이동한다.
상기 연결축(440)이 우측으로 이동하면, 연결축(440)과 결합된 상기 제어부재(400)가 우측으로 이동하게 되고, 이러한 제어부재(400)에 결합된 좌기어(202) 및 우기어(204)도 동시에 우측으로 이동한다.
상기 좌기어(202)가 우측으로 이동하게 되면, 상기 중심기어(200)와 근접하게 되고, 이때 상기 메인모터(100)는 상기 중심기어(200)에 정회전(반시계방향)의 회전력을 전달한다. 따라서, 상기 중심기어(200)가 반시계방향으로 회전하면 상기 좌기어(202)와 중심기어(200) 사이에 물린 좌측의 좌필라멘트(210)가 하측으로 이동하게 된다.
그리고, 상기 제어부재(400)가 우측으로 이동하게 되면, 상기 작동부재(600)의 삽입부(610)가 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입되어 있으므로 작동부재(600)도 제어부재(400)에 의해 우측으로 이동하게 된다.
이와 같이 상기 작동부재(600)가 우측으로 이동하게 되면, 좌블록(340)이 하측으로 내려가게 된다. 즉, 도 5에 도시된 것과는 반대로 상기 작동부재(600)가 우측으로 이동하면 상기 작동경사면(632)과 상기 좌블록(340)의 블록경사면(342)이 서로 접하여 슬라이딩 하게 되고, 이에 따라 상기 좌블록(340)이 점차 하측으로 밀리게 된다.
상기 좌블록(340)이 하측으로 내려오면, 일체로 결합된 상기 좌노즐(310)도 하측으로 내려오게 되어, 상기 좌노즐(310)이 우노즐(310')보다 하측에 위치하게 되고, 좌노즐(310)을 통해 좌필라멘트(210)가 하부로 토출되어 프린팅 작업을 하게 된다.
물론, 이때에도 상기 좌히터블록(320)에서는 외부로부터 공급되는 전원에 의해 좌필라멘트(210)를 가열하게 되고, 상기 냉각수단(800)도 작동하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어, 상기의 실시예에서는 지렛대 원리를 이용하여 상기 제어부재(400)와 작동부재(600)를 좌우로 이동시켜 두 노즐의 높이를 다르게 하는 방식을 사용하였으나, 스윙암(Swing Arm) 방식 등도 사용 가능할 것이다. 즉, 서브모터로 스윙암(Swing Arm)을 움직여 필라멘트를 압출하고 아래부분의 두 노즐 높이를 다르게 하는 구성도 가능할 것이다.
또한, 상기의 실시예에서는 냉각수단(800)이 전방에만 구비된 경우를 예시하고 있으나, 이러한 냉각수단이 좌우 측면에도 더 구비되는 것도 가능할 것이다.
100. 메인모터 200. 중심기어
202. 좌기어 204. 우기어
210. 좌필라멘트 210'. 우필라멘트
300. 노즐조립체 310. 좌노즐
310'. 우노즐 400. 제어부재
500. 제어수단 510. 서브모터
520. 제어편 530. 작동링크
540. 제어봉 600. 작동부재
610. 삽입부 620. 날개부
700. 고정케이스

Claims (5)

  1. 메인모터(100)와, 상기 메인모터(100)의 일측에 구비되어 메인모터(100)의 회전 동력에 따라 회전하는 중심기어(200)와, 상기 중심기어(200)의 좌우에 각각 구비되며 선택적으로 중심기어(200)와 근접하여 한 쌍의 필라멘트(210,210')가 각각 하측으로 이동하도록 강제하는 좌기어(202) 및 우기어(204)와, 상기 중심기어(200)의 일측에 구비되어 상기 좌기어(202)와 우기어(204)에 의해 하측으로 공급되는 한 쌍의 필라멘트(210,210')를 각각 가열하여 외부로 토출하는 한 쌍의 노즐조립체(300)와, 상기 좌기어(202) 및 우기어(204)가 회전 가능하게 설치되도록 지지하는 제어부재(400)와, 상기 제어부재(400)의 일측에 구비되어 제어부재(400)를 좌우로 이동하도록 강제하는 제어수단(500)과, 상기 제어부재(400)의 좌우 이동에 따라 상기 한 쌍의 노즐조립체(300) 중 어느 하나가 하측으로 이동하도록 강제하는 작동부재(600)를 포함하며;
    상기 메인모터(100)는 고정브라켓(110)의 일면에 고정 장착되고, 상기 고정브라켓(110)의 상단에는 상면 외관을 형성하는 고정단(120)이 구비되며, 상기 고정브라켓(110)의 일측에는 상기 제어부재(400)와 작동부재(600)의 좌우 이동을 안내하는 고정케이스(700)가 구비되고, 상기 고정케이스(700)의 일측에는 열기를 방출시키는 냉각수단(800)이 더 구비되며;
    상기 고정케이스(700)에는, 상기 제어부재(400)의 하단이 접하여 좌우로 이동되도록 지지하는 지지면(710)과, 상기 작동부재(600)의 양단이 지지되어 좌우로 슬라이딩 유동하도록 안내하는 작동홈(720)이 더 구비되고;
    상기 제어부재(400)는, 좌우로 형성되어 상기 고정단(120)의 하부에 위치되는 제어대(410)와, 상기 제어대(410)의 좌우 양단으로부터 하측으로 수직 연장 형성되는 좌측제어판(420) 및 우측제어판(430)을 포함하는 구성을 가지며;
    상기 작동부재(600)는, 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이에 삽입되는 삽입부(610)와, 상기 삽입부(610)의 하단으로부터 좌우로 연장 형성되는 날개부(620)를 포함하고;
    상기 삽입부(610)의 좌우 폭은 상기 제어부재(400)의 좌측제어판(420)과 우측제어판(430) 사이의 폭과 대응되는 크기를 가지고, 상기 날개부(620)는 상기 작동홈(720)의 상하 높이와 대응되는 크기를 가지도록 형성되며;
    상기 삽입부(610)의 상면 중앙부에는 상기 중심기어(200)의 회전 중심이 되는 기어축(200')과의 간섭이 방지되도록 하는 간섭방지홈(612)이 하측으로 함몰되게 형성되고, 상기 작동부재(600)의 저면 중앙부에는 수용홈(630)이 상측으로 함몰되게 형성되며, 상기 수용홈(630)의 좌우 양단에는 블록경사면(342)과 대응되는 경사를 가지는 작동경사면(632)이 형성됨을 특징으로 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐조립체(300)는,
    서로 이격되게 구비되며, 상기 중심기어(200)와 좌기어(202) 또는 상기 중심기어(200)와 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')가 각각 외부로 토출되도록 안내하는 좌노즐(310) 및 우노즐(310')과;
    상기 좌노즐(310) 및 우노즐(310')에 결합되며, 상기 필라멘트(210,210')에 열을 가하는 좌히터블록(320) 및 우히터블록(320')과;
    상기 좌기어(202) 또는 우기어(204)에 의해 공급되는 필라멘트(210,210')를 상기 좌노즐(310) 또는 우노즐(310')로 안내하는 좌가이드(330) 및 우가이드(330')와;
    상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')에 고정 장착되며, 상기 작동부재(600)의 좌우 이동에 따라 간섭되어 하측으로 이동하는 좌블록(340) 및 우블록(340');을 포함하는 것을 특징으로 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 좌블록(340)과 우블록(340')은 상기 고정브라켓(110)의 일측에 서로 대칭되는 형상으로 설치되며, 상단에는 일정 폭을 가지는 접촉면(344)이 형성되고, 접촉면(344)으로부터 좌측 또는 우측에는 점차 높이가 낮아지도록 형성되는 블록경사면(342)이 형성되며, 내측에는 상기 좌가이드(330) 또는 우가이드(330')가 삽입 고정되는 가이드홀(346)이 상하로 관통되게 형성되고, 측면에는 상하 이동을 안내하는 슬라이딩홈(348)이 내측으로 함몰되게 형성됨을 특징으로 하는 출력노즐의 수직 높낮이가 조정되는 듀얼노즐이 구비된 3D프린터용 헤드.
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