KR102144967B1 - 필라멘트 선택 및 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린터용 필라멘트가 공급 중단되지 않도록 자동으로 필라멘트를 선택하고 공급할 수 있는 필라멘트 선택 및 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 복수의 필라멘트 보빈을 구비하고 필라멘트의 공급 유무를 감지해 필라멘트 보빈을 선택하고 자동으로 필라멘트를 3D 프린터로 공급함으로써 필라멘트의 공급이 중단되지 않는 장점이 있다. 따라서 사용자가 원격지에 있더라도 필라멘트의 공급이 중단되지 않아 사용자의 편의성이 향상된다.

Description

필라멘트 선택 및 공급 장치{Filament selection and supplying device}
본 발명은 복수의 필라멘트를 자동으로 선택하고 끊김 없이 3D 프린터로 공급할 수 있는 필라멘트 자동 선택 및 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 특정 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 입체적으로 출력하는 프린터이다. 과거에는 제품 출시 전 제품의 테스트 등을 위해 시제품을 생산하는데 3D 프린터를 사용하는 경우가 대부분이었다. 그러나 최근에는 다양한 산업 분야의 실제 제품의 성형에도 3D 프린터 가 사용되고 있다. 또한, 의료 분야와 같은 전문 분야 등에도 3D 프린터의 활용이 증가하고 있는 추세이다.
3D 프린터는 캐드 시스템과 같은 3차원 설계 소프트웨어를 통해 모델링된 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후, 슬라이스 데이터를 사용해 판형 시트를 조형한다. 그 후 판형 시트를 적층해 조형물을 완성한다.
3D 프린터의 종류는 석고나 금속파우더 등의 이용하는 방식 및 광경화성 플라스틱을 녹인 레진을 사용하는 방식, 열가소성 재질을 사용하는 방식 등이 있다.
열가소성 재질의 일종인 필라멘트를 이용한 방식에는 FDM(FusedDeposition Modeling 또는 FFF(Fused Filament Fabrication))이 대표적이다.
FDM 방식의 3D 프린터는 필라멘트를 노즐 안에서 녹인 후 압출하여 적층하면서 제품을 만든다. 레이저가 필요 없어 상대적으로 저렴하게 3D 프린터를 구성할 수 있어 대다수의 3D 프린터가 FDM 방식으로 이루어진다.
FDM 방식의 3D 프린터는 필라멘트를 녹여 압출하는 익스트루더(extruder)를 구비한다. 3D 프린터용 익스트루더의 일 예가 한국특허등록 제10-1853431호(등록일 2018.04.24)에 개시되어 있다. 팔라멘트는 익스트루더에 의해 압출 방향으로 강제 이송되며, 용융된 후 배출되어 제품 성형에 사용된다.
전술한 바와 같은 일반적인 3D 프린터의 경우, 필라멘트가 소진되면 사용자가 수동으로 필라멘트를 교체해야 하는 구조이다. 사용자가 원격지에 있는 경우, 필라멘트의 교체가 바로 이루어지기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 필라멘트가 소진되면 자동으로 추가 필라멘트를 공급할 수 있는 자동 공급 기능을 갖는 3D 프린터가 개발되었다.
그러나 필라멘트 자동 공급이 가능한 3D 프린터의 경우에도 추가로 구비된 필라멘트가 소진되면 사용자가 필라멘트를 보충해야 하는 문제가 여전히 존재한다.
또한, 필라멘트 자동 공급을 위한 구조가 3D 프린터 내부에 존재하므로, 구동 방식이 다른 3D 프린터에 적용하기 위해서는 각 3D 프린터에 적용할 수 있는 각기 다른 구조의 필라멘트 자동 공급 구조가 구비되어야 한다.
따라서 필라멘트 자동 공급을 위한 구성품을 범용으로 사용할 수 없어 제조 원가가 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 3D 프린터용 필라멘트가 공급 중단되지 않도록 자동으로 필라멘트를 선택하고 공급할 수 있는 필라멘트 선택 및 공급 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 3D 프린터의 종류에 상관없이 필라멘트가 공급 중단되지 않도록 자동으로 필라멘트를 선택하고 공급할 수 있는 필라멘트 선택 및 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 필라멘트 선택 및 공급 장치는 3D 프린터의 외부에 설치되며, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징 내부 일측에 삽입되며, 상기 3D 프린터에 공급되는 필라멘트가 각각 감긴 복수의 필라멘트 보빈; 상기 하우징 내부 타측에 설치되며, 상기 필라멘트를 상기 3D 프린터 방향으로 이송하거나 상기 필라멘트 보빈 방향으로 후퇴시키는 제1 구동부; 상기 제1 구동부에 인접하게 설치되며, 상기 복수의 필라멘트 보빈에 감긴 상기 필라멘트 중 하나의 필라멘트가 상기 3D 프린터 쪽으로 공급되도록 상기 필라멘트를 선택하는 제2 구동부; 상기 하우징 내부에 설치되되 상기 필라멘트 보빈에 대향되는 방향에 설치되며, 상기 제2 구동부에 의해 선택된 상기 필라멘트를 상기 하우징의 외부로 안내하는 필라멘트 공급부; 상기 제2 구동부와 상기 필라멘트 공급부 사이에 설치되며, 상기 제2 구동부로부터 공급되는 상기 필라멘트를 수용해 상기 필라멘트가 이송되는 경로를 형성하는 연결부재; 및 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하는 컨트롤러;를 포함한다.
상기 컨트롤러는 상기 제2 구동부에서 선택된 상기 필라멘트가 소진되면, 상기 복수의 필라멘트 보빈 중 어느 하나로부터 공급되는 상기 필라멘트를 선택해 상기 필라멘트 공급부로 공급시키는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징은 외골격을 형성하는 복수의 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 일측에서 타측까지 연결하는 판(plate) 형상의 서브 프레임을 포함한다.
상기 제1 구동부는 상기 서브 프레임의 일측에 설치되며, 정방향 및 역방향으로 회전하는 제1 구동모터; 일단이 상기 제1 구동모터의 회전축에 연결되고 타단은 상기 제1 구동모터에 대향되는 방향으로 연장되며, 상기 제1 구동모터의 회전 방향에 대응하는 방향으로 회전하는 이송 샤프트; 및 상기 서브 프레임의 타측에 설치되어 상기 이송 샤프트의 타단을 회전 가능하게 지지하는 샤프트 지지부;를 포함한다.
상기 제1 구동부는 상기 이송 샤프트 상에 결합되며, 외주면에 복수의 기어 이가 형성되어 상기 제2 구동부에 의해 상기 필라멘트에 선택적으로 접촉되어 상기 필라멘트를 회전 방향으로 이동시키는 복수의 회전 기어; 및 상기 이송 샤프트 상에 결합되며, 상기 회전 기어와 이격된 복수의 고정부;를 더 포함한다.
상기 제1 구동부는 상기 제1 구동모터의 회전축과 상기 이송 샤프트의 일단을 결합하는 커플링; 및 상기 제1 구동모터를 수용하여 상기 서브 프레임에 결합시키는 모터 프레임;을 더 포함한다.
상기 제2 구동부는 상기 필라멘트 보빈의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 상기 서브 프레임 상에 설치되며, 일방향 및 타방향으로 직선 운동하고, 상기 직선 운동 방향에 따라 이동하는 가압 헤드가 구비된 제2 구동모터; 일측이 상기 서브 프레임에 결합되고, 타측에 상기 이송 샤프트가 관통 삽입되되 상기 회전 기어와 상기 고정부의 사이에 각각 배치되는 복수의 레버 지지부; 상기 가압 헤드에 의해 일 방향으로 가압되는 가동 레버와, 상기 가동 레버에 일체로 형성되되 상기 가동 레버에 의해 상기 회전 기어 쪽으로 이동되거나 멀어지는 가압 레버와, 상기 가동 레버 및 상기 가압 레버의 사이에 배치되어 상기 가동 레버 및 상기 가압 레버를 상기 레버 지지부에 대해 회전 가능하게 지지하는 힌지축을 구비한 레버부재; 및 상기 레버 지지부와 상기 가동 레버의 일단 사이에 결합되어 상기 가동 레버를 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함한다.
복수의 상기 필라멘트 보빈으로부터 인출된 상기 필라멘트는 상기 회전 기어와 상기 가압 레버의 사이를 통과하도록 배치되는 것이 특징이다.
상기 컨트롤러는 상기 필라멘트의 공급 시 상기 제1 구동모터를 정방향으로 회전시키고, 상기 제2 구동모터 중 어느 하나를 선택해 일 방향으로 구동시켜 상기 가압 헤드가 상기 가동 레버를 가압하도록 제어하고, 상기 가동 레버의 회전에 따라 상기 가압 레버가 상기 회전 기어 쪽으로 상기 필라멘트를 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기 필라멘트의 공급 시 상기 제1 구동모터의 정방향 회전에 따라 상기 회전 기어가 정방향으로 회전하고, 상기 필라멘트는 상기 필라멘트 공급부를 거쳐 상기 3D 프린터로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 상기 3D 프린터의 프린팅 완료 시 상기 제1 구동모터가 역방향으로 회전하도록 제어하고, 상기 3D 프린터의 프린팅 완료 시 상기 3D 프린터로 공급된 상기 필라멘트는 상기 필라멘트 공급부로 후퇴하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 상기 필라멘트의 공급 중 소진 시 소진된 상기 필라멘트에 해당하는 상기 제2 구동모터를 타 방향으로 구동시켜 상기 가압 헤드가 상기 가동 레버를 가압하는 힘을 해제하도록 제어하고, 상기 가동 레버의 회전에 따라 상기 가압 레버가 상기 회전 기어로부터 멀어지는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는 소진된 상기 필라멘트에 해당하는 상기 제2 구동모터의 타 방향 구동 후, 복수의 상기 필라멘트 보빈 중 상기 필라멘트가 소진되지 않은 어느 하나로부터 공급되는 상기 필라멘트에 대응하는 상기 제2 구동모터를 일 방향으로 구동시켜 상기 필라멘트의 공급을 재개하도록 상기 제2 구동모터를 제어하는 것이 특징이다.
상기 연결부재는 각각의 상기 레버부재와 상기 회전 기어에 의해 이동되는 상기 필라멘트를 각각 수용하는 복수의 튜브; 및 상기 튜브의 양단에 각각 결합되어 상기 튜브를 상기 레버부재 및 상기 필라멘트 공급부에 결합시키는 복수의 커넥터;를 포함한다.
상기 필라멘트 공급부는 상기 복수의 커넥터가 각각 결합되는 복수의 유입구; 상기 유입구에 대향되는 방향에 구비되며, 상기 커넥터에 의해 상기 3D 프린터와 연결되는 상기 연결부재와 결합되는 하나의 배출구; 및 상기 유입구 및 상기 배출구를 연통시키며 상기 유입구로 유입된 상기 필라멘트를 상기 배출구로 안내하는 안내 유로를 포함한다.
상기 안내 유로는 상기 유입구 쪽에서 상기 배출구 쪽으로 갈수록 그 크기가 감소되는 형상인 것이 특징이다.
상기 필라멘트 공급부는 상기 배출구에 결합되는 상기 연결부재의 단부에 결합되어 상기 연결부재를 상기 3D 프린터에 결합시키는 프린터 연결부재를 더 포함한다.
상기 안내 유로 내부에 설치되어 상기 필라멘트의 유무를 감지하는 필라멘트 감지 센서를 더 포함한다.
상기 하우징 내부에 설치되어 상기 하우징 내부의 온도 및 습도를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서 및 습도 센서; 상기 하우징 상에 설치되어 상기 하우징 외부의 공기를 상기 하우징 내부로 순환시키는 쿨링 팬; 및 상기 하우징 상에 개폐 가능하게 설치되어 상기 하우징 내부 공기를 외부로 배출하는 배출부;를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 복수의 필라멘트 보빈을 구비하고 필라멘트의 공급 유무를 감지해 필라멘트 보빈을 선택하고 자동으로 필라멘트를 3D 프린터로 공급함으로써 필라멘트의 공급이 중단되지 않는 장점이 있다. 따라서 사용자가 원격지에 있더라도 필라멘트의 공급이 중단되지 않아 사용자의 편의성이 향상된다.
또한, 본 발명의 필라멘트 선택 및 공급 장치는 3D 프린터와 별도로 설치되어 3D 프린터에 연결되므로 필라멘트를 사용하는 타입이라면 3D 프린터의 종류에 상관없이 필라멘트를 지속적으로 공급할 수 있는 장점이 있다. 이에 복수의 3D 프린터를 사용하는 경우에도 본 발명의 필라멘트 선택 및 공급 장치를 적용할 수 있어 3D 프린터의 제조 비용이나 유지 비용이 증가하지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복수의 필라멘트 보빈 중 어떤 필라멘트를 선택할지 자동 제어가 가능하므로 사용자가 수동으로 필라멘트를 교체하지 않아도 다양한 색상의 필라멘트를 3D 프린터로 공급할 수 있어 편리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 내부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 내부를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 제1 구동부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 3에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 제2 구동부를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 따른 제2 구동부의 작동 상태를 도시한 평면도이다.
도 8은 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 필라멘트 공급부를 도시한 사시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치(10)는 3D 프린터(1)로 필라멘트(230)를 공급하는 장치이다. 필라멘트 선택 및 공급 장치(10)는 3D 프린터(1)의 외부에 별도로 설치되는 장치이다. 필라멘트 선택 및 공급 장치(10)는 열가소성 재질을 사용해 제품을 성형하는 3D 프린터(1)라면 구동 방식이나 종류에 상관없이 적용될 수 있다.
본 발명에서 '필라멘트'는 어느 하나의 재질을 한정하는 것이 아닌, 열가소성 재질로 만들어진 선재를 대표하는 용어로 정의하고 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 결합 사시도이다. 도 2는 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 일부를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 내부를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 내부를 도시한 평면도이다. 도 5는 도 3에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 제1 구동부를 도시한 사시도이다. 도 6은 도 3에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 제2 구동부를 도시한 평면도이다. 도 7은 도 6에 따른 제2 구동부의 작동 상태를 도시한 평면도이다. 도 8은 도 1에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치의 필라멘트 공급부를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치(10)는 외관을 형성하는 하우징(100)과, 내골격을 형성하는 메인 프레임(110)과, 각종 부품이 장착되거나 지지되는 서브 프레임(120)을 포함한다. 하우징(100) 내부에는 필라멘트(230)를 3D 프린터(1)로 공급하기 위한 구성품들이 수용된다.
하우징(100) 내부에는 복수의 필라멘트(230)가 수납된다. 필라멘트(230)는 제1 구동부(300)에 의해 이송된다. 각각의 필라멘트(230)는 제2 구동부(400)에 연결된다. 제2 구동부(400)는 연결된 필라멘트(230)가 공급 또는 공급 중단되도록 한다. 제2 구동부(400)는 필라멘트 공급부(600)와 연결되어 필라멘트 공급부(600)로 필라멘트(230)를 공급한다. 필라멘트 공급부(600)는 유입된 필라멘트(230)를 3D 프린터(1)로 공급하는 역할을 한다. 제2 구동부(400)는 연결부재(500)에 의해 필라멘트 공급부(600)와 연결되어 필라멘트(230)를 이송한다. 필라멘트 공급부(600)를 거쳐 필라멘트(230)가 3D 프린터(1)로 공급될 수 있다. 하우징(100) 내부에는 복수의 센서부가 구비된다. 또한, 하우징(100) 내부에는 각 구성품들에 전원 공급을 위한 전원 공급부(800)가 구비된다.
하우징(100)은 필라멘트 선택 및 공급 장치(10)의 외관을 형성한다. 하우징(100)은 대략 육면체 형상을 가질 수 있다. 하우징(100)의 일측에는 내부 공기 순환을 위한 쿨링 팬(130)이 설치된다. 또한, 하우징(100)의 일측에는 제어 및 모니터링을 위한 컨트롤러(150)가 설치된다. 하우징(100)의 타측에는 개폐 가능한 형태의 도어(160)가 설치된다.
쿨링 팬(130)은 하우징(100)의 일측에 설치되며 외부 공기를 하우징(100) 내부로 유입시켜 하우징(100) 내부 공기를 순환시킨다. 외부 공기의 순환으로 하우징(100) 내부의 온도가 낮아질 수 있다. 하우징(100)의 상측 또는 쿨링 팬(130)에 대향되는 위치에는 하우징(100) 내부 공기가 배출되는 배출부(140)가 형성될 수 있다.
배출부(140)는 개방된 관통홀이 아닌, 내부의 공기압이 일정 이상 상승하면 자동으로 개방되는 플랩(flap) 형태로 형성될 수 있다. 배출부(140)는 하우징(100) 내부의 온도 및 습도 유지를 위해 관통홀 형태 보다는 특정 조건에서만 개방되는 형태인 것이 바람직하다.
컨트롤러(150)는 터치 입력 방식의 스크린을 구비한 초소형 컴퓨터로 구성될 수 있다. 컨트롤러(150)는 제어를 위한 마이크로 칩과 컨트롤 패널, 전압이나 전류 변환을 위한 각종 컨버터나 인버터, 각종 표시를 위한 스크린 등을 구비할 수 있다. 컨트롤러(150)는 주요 부품과 전기적으로 연결되어 통신하고 각종 부품들을 제어한다. 컨트롤러(150)는 제어를 위한 각종 메뉴와 필라멘트 공급 상태, 필라멘트 잔량 등을 스크린에 표시할 수 있다. 사용자는 스크린에 표시된 메뉴의 조작을 통해 수동으로 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)를 제어할 수 있다. 또한, 사용자는 스크린을 통해 필라멘트 공급 상태와 잔량, 교체까지 남은 시간 등을 파악하고 각종 설정을 변경하거나 제어 명령을 입력할 수 있다. 사용자는 컨트롤러(150)를 설정해 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400), 필라멘트(230)의 공급을 자동으로 제어하도록 설정할 수 있다.
도어(160)는 하우징(100)의 측면에 회전 가능하게 또는 탈착 가능하게 결합된다. 도어(160)는 필라멘트 보빈(210)의 교체 시 개방되는 부분이다. 이를 위해, 도어(160)는 필라멘트 보빈(210)의 위치에 대응하는 하우징(100)의 일면에 설치된다. 하우징(100)의 내부에는 메인 프레임(110) 및 서브 프레임(120), 복수의 필라멘트 보빈(210) 및 각종 구성품이 수용된다. 도어(160)는 사용자의 편의를 위해 투명하게 만들어질 수 있다. 하우징(100)은 도어(160)가 사용자가 개폐하기 편리한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
메인 프레임(110)은 하우징(100)의 내부에 결합되며, 내골격을 형성한다. 메인 프레임(110)은 하우징(100)이 육면체 형상을 유지할 수 있도록 육면체의 각 모서리에 대응하는 부분을 지지한다. 메인 프레임(110)은 복수의 일자형 프레임이 상호 결합되어 하나의 내골격을 구성한다. 메인 프레임(110)의 일측에는 각종 구성품이 결합되는 서브 프레임(120)이 결합될 수 있다. 서브 프레임(120)은 메인 프레임(110)의 일측에서 타측을 연결하는 형태로 설치될 수 있다.
서브 프레임(120)은 메인 프레임(110)의 일측면에서 타측면을 가로질러 설치된다. 서브 프레임(120)의 양면에는 필라멘트(230)의 공급을 위한 각종 부품들이 설치될 수 있다. 서브 프레임(120)은 부품들의 실장을 위해 판(plate) 형상을 가질 수 있다. 서브 프레임(120)은 하우징(100) 내부에 수용되어야 하므로 메인 프레임(110)의 길이 방향 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 서브 프레임(120)을 사이에 두고 하우징(100) 내부 일측에는 복수의 필라멘트 케이스(200)가 삽입된다. 서브 프레임(120)은 필라멘트 케이스(200)로부터 필라멘트(230)가 인출되는 방향 쪽에 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 필라멘트 케이스(200)는 내부에 필라멘트 보빈(210)이 회전 가능하게 결합된다. 필라멘트 보빈(210)에는 고체 상태의 필라멘트(230)가 선재 형태로 감겨있다. 필라멘트(230)의 일단은 필라멘트 보빈(210)에 고정되고, 타단은 제2 구동부(400)로 연결된다. 필라멘트(230)는 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)에 의해 선택적으로 필라멘트 공급부(600)로 공급된다. 그러나 필라멘트 케이스(200) 없이 필라멘트 보빈(210)을 회전 가능하게 지지하는 지지축 등이 설치될 수도 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(300)는 구동력을 제공하는 제1 구동모터(310)와, 제1 구동모터(310)의 구동력을 제2 구동부(400)로 전달하는 커플링(330) 및 이송 샤프트(350)와, 이송 샤프트(350) 상에 설치되어 필라멘트(230)를 이송하는 복수의 회전 기어(352)를 포함한다. 또한, 제1 구동부(300)는 제1 구동모터(310)를 지지하는 모터 프레임(370)과, 이송 샤프트(350)를 회전 가능하게 지지하는 샤프트 지지부(390)를 더 포함한다. 제1 구동모터(310)는 컨트롤러(150)와 전기적으로 연결된다.
제1 구동모터(310)는 필라멘트(230)를 3D 프린터(1) 방향으로 밀어내거나 후퇴시키는 구동력을 제공하는 모터이다. 제1 구동모터(310)는 모터 프레임(370)에 의해 서브 프레임(120)에 장착된다. 제1 구동모터(310)는 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있는 스텝모터로 구비되는 것이 바람직하다. 제1 구동모터(310)는 컨트롤러(150)의 제어에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전한다. 제1 구동모터(310)가 정방향으로 회전하면 필라멘트(230)가 3D 프린터(1) 방향으로 이송된다. 제1 구동모터(310)가 역방향으로 회전하면 필라멘트(230)가 필라멘트 보빈(210) 쪽으로 후퇴한다. 제1 구동모터(310)의 회전축(312)의 일부는 제1 구동모터(310)의 외부로 돌출된다. 돌출된 회전축(312)은 커플링(330)에 의해 이송 샤프트(350)와 결합된다.
커플링(330)은 제1 구동모터(310)의 회전축(312)과 이송 샤프트(350)를 물리적으로 연결하는 기구이다. 커플링(330)은 제1 구동모터(310)의 회전력을 이송 샤프트(350)로 전달한다. 본 발명의 커플링(330)으로 리지드형(Rigid Type) 커플링이 사용될 수 있다.
이송 샤프트(350)는 원통형의 바(bar) 형태이다. 이송 샤프트(350)는 일단이 커플링(330)에 결합되고 타단은 제2 구동부(400)를 지나도록 연장되어 샤프트 지지부(390)에 회전 가능하게 결합된다. 이송 샤프트(350)는 제2 구동부(400)의 제2 구동 모터(410)를 모두 거쳐갈 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 이송 샤프트(350)에는 제2 구동부(400)의 제2 구동모터(410) 위치에 대응하여 복수의 회전 기어(352) 및 고정부(354)가 삽입된다.
이송 샤프트(350)는 제1 구동모터(310)가 정방향으로 회전할 때 회전축(312)의 회전력을 전달받아 회전축(312)과 동일한 방향으로 회전된다. 이송 샤프트(350)는 제1 구동모터(310)가 역방향으로 회전할 때 회전축(312)의 회전력을 전달받아 회전축(312)과 동일한 방향으로 회전된다.
회전 기어(352)는 이송 샤프트(350) 상에 고정된다. 회전 기어(352)는 이송 샤프트(350)가 정방향으로 회전될 때 필라멘트(230)에 접촉해 필라멘트(230)를 3D 프린터(1) 방향으로 밀어낸다. 회전 기어(352)는 이송 샤프트(350)가 역방향으로 회전될 때 필라멘트(230)로부터 멀어져 비접촉 상태가 된다. 회전 기어(352)와 인접하여 고정부(354)가 구비된다.
고정부(354)는 회전 기어(352)와 소정 간격 이격되어 설치된다. 고정부(354)는 제2 구동부(400)의 일부 구성품이 이송 샤프트(350) 상에 결합된 상태에서 구성품의 이동을 제한하는 역할을 한다. 고정부(354)에 의해 제2 구동부(400)의 일부 구성품이 결합 위치를 이탈하지 않게 된다.
모터 프레임(370)은 제1 구동모터(310)를 서브 프레임(120) 상에 결합시킨다. 모터 프레임(370)은 제1 구동모터(310)를 수납하며, 'ㄷ'자나 'ㅁ'자 등의 형태를 가질 수 있다. 모터 프레임(370)은 일측에 관통홀(432)이 형성될 수 있다. 관통홀(432)을 통해 제1 구동모터(310)의 회전축(312) 일부가 외부로 노출된다.
샤프트 지지부(390)는 모터 프레임(370)과 대향되는 방향에 배치되어 서브 프레임(120) 상에 결합된다. 샤프트 지지부(390)는 중공 또는 관통홀을 구비하며, 중공 또는 관통홀에 이송 샤프트(350)의 단부가 삽입된다. 이송 샤프트(350)의 단부는 중공 또는 관통홀에 의해 회전 가능하게 지지된다.
전술한 구성을 갖는 제1 구동부(300)에 의해 필라멘트(230)가 이송 또는 후퇴된다. 필라멘트(230)를 필라멘트 공급부(600)로 선택적으로 공급하기 위해서 제2 구동부(400)가 구비된다.
도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 구동부(400)는 복수의 제2 구동모터(410)와, 제2 구동모터(410)를 지지하는 지지 프레임(430)과, 제2 구동모터(410)에 의해 회전하는 레버부재(450)를 포함한다. 레버부재(450)는 레버 지지부(470)에 의해 지지되고, 레버부재(450)와 레버 지지부(470) 사이에는 탄성부재(490)가 설치된다. 레버 지지부(470)에는 필라멘트 공급부(600)와 연결되는 연결부재(500)가 결합된다.
제2 구동모터(410)는 레버부재(450)를 가동하는 모터이다. 제2 구동모터(410)는 직선 운동하는 구동축(412)과, 구동축(412)의 노출된 단부에 결합되는 가압 헤드(414)를 포함한다. 제2 구동모터(410)는 구동축(412)의 직선 운동을 위해 솔레노이드 모터 등 리니어 타입의 모터로 구성될 수 있다.
가압 헤드(414)는 제2 구동 모터(410)의 돌출된 구동축(412)의 단부에 결합된다. 가압 헤드(414)는 제2 구동모터(410)의 동작에 따라 전진 또는 후진하는 직선 운동을 한다. 가압 헤드(414)는 레버부재(450)를 가압하는 역할을 한다.
지지 프레임(430)은 제2 구동모터(410)를 서브 프레임(120)에 결합시키는 역할을 한다. 지지 프레임(430)은 제2 구동모터(410)를 수납하며, 'ㄷ'자나 'ㅁ'자 등의 형태를 가질 수 있다. 지지 프레임(430)의 개방된 일측에 제2 구동모터(410)의 구동축(412)이 돌출된다. 따라서 지지 프레임(430)은 레버부재(450)를 향하는 방향 쪽이 개구된다.
레버부재(450)는 레버 지지부(470) 상에 결합되는 힌지축(452)과, 가압 헤드(414)에 의해 가압되는 가동 레버(454)와, 가동 레버(454)에 의해 회전하는 가압 레버(456)를 포함한다. 가동 레버(454)는 탄성부재(490)에 의해 레버 지지부(470)에 대해 탄성 지지된다.
힌지축(452)은 레버 지지부(470) 상에 회전 가능하게 결합되어 레버 지지부(470)에 대해 레버부재(450)를 회전 가능하게 지지한다. 힌지축(452)을 중심으로 일측에 가동 레버(454)가 위치하고 타측에 가압 레버(456)가 위치한다. 가동 레버(454)와 가압 레버(456)는 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
가동 레버(454)는 가압 헤드(414)에 접촉 또는 비접촉되는 부분이다. 가동 레버(454)의 일단은 가압 헤드(414)에 접촉되어 가압될 때 레버 지지부(470)의 일면에 가까워진다. 가동 레버(454)는 가압 헤드(414)의 가압력이 해제되면 탄성부재(490)에 의해 레버 지지부(470)의 일면으로부터 이격된다.
가동 레버(454)의 타단에는 필라멘트(230)가 관통 삽입되는 필라멘트 삽입홀(454b)이 형성된다. 필라멘트(230)는 필라멘트 삽입홀(454b)을 통과해 레버 지지부(470) 쪽에 삽입된다. 가동 레버(454)는 가압 레버(456)와 일체로 형성된다.
가압 레버(456)는 가동 레버(454)가 레버 지지부(470)에 가까워지면 전술한 이송 샤프트(350)의 회전 기어(352)와 가까워진다. 반대로 가압 레버(456)는 가동 레버(454)가 레버 지지부(470)로부터 멀어지면 회전 기어(352)로부터 멀어진다.
회전 기어(352)와 가압 레버(456)의 사이에 필라멘트(230)가 삽입된다. 따라서 가압 레버(456)와 회전 기어(352)의 거리에 따라 필라멘트(230)의 이송 여부가 결정된다. 가압 레버(456)는 회전 기어(352)를 향하는 방향에 돌출 형성된 가압 돌기(456a)를 포함할 수 있다. 가압 돌기(456a)에 의해 필라멘트(230)가 회전 기어(352)와 밀착되도록 가압될 수 있다.
가동 레버(454)에 의해 가압 레버(456)가 회전 기어(352)에 밀착되면, 필라멘트(230)가 가압 돌기(456a)에 의해 회전 기어(352) 쪽으로 밀착된다. 회전 기어(352)는 제1 구동모터(310)에 의해 회전하는 이송 샤프트(350) 상에 고정되어 있다. 따라서 회전 기어(352)의 회전에 의해 필라멘트(230)가 이송될 수 있다. 회전 기어(352)가 일방향으로 회전하면 필라멘트(230)가 필라멘트 공급부(600)를 향해 이동된다. 회전 기어(352)가 타방향으로 회전하면 필라멘트(230)가 필라멘트 보빈(210) 쪽으로 후퇴된다. 따라서 필라멘트(230)가 공급되는 동안에는 가압 헤드(414)가 지속적으로 가동 레버(454)를 가압해 가압 레버(456)가 필라멘트(230)를 회전 기어(352) 쪽으로 밀도록 제어된다.
전술한 바와 같이 가압 레버(456)는 가동 레버(454)에 의해 필라멘트(230)에 접촉 또는 비접촉 상태가 된다. 가동 레버(454)는 탄성부재(490) 및 힌지축(452)에 의해 레버 지지부(470)와 결합된다.
레버 지지부(470)는 회전 기어(352)와 고정부(354) 사이에서 레버부재(450)를 회동 가능하게 지지한다. 레버 지지부(470)는 레버부재(450)의 크기보다 큰 크기를 갖는 일종의 플레이트(plate)로, 서브 프레임(120) 상에 결합된다. 레버 지지부(470)의 일측에는 레버부재(450)의 힌지축(452)이 회전 가능하게 삽입되는 힌지 삽입홈(472)이 형성된다. 레버 지지부(470)의 타측에는 탄성부재(490)가 삽입되는 스프링 삽입홈(454a)이 형성된다. 레버 지지부(470)의 판면에는 이송 샤프트(350)가 관통 삽입되는 제1 관통홀(476)이 형성된다. 또한, 레버 지지부(470)의 판면에는 필라멘트(230)가 빠져나가는 제2 관통홀(478)이 형성된다.
힌지 삽입홈(472)은 레버부재(450)의 힌지축(452)의 위치에 대응하여 형성된다.
스프링 삽입홈(454a)은 가동 레버(454)의 단부 위치에 대응하는 위치에 형성된다.
제1 관통홀(476)은 힌지 삽입홈(472)이나 스프링 삽입홈(454a)과 이격된 위치에 형성된다.
제2 관통홀(478)은 스프링 삽입홈(454a)이 형성된 면과 동일한 면에 형성되되 스프링 삽입홈(454a)과 이격되어 형성된다. 제2 관통홀(478)과 마주보는 부분에는 필라멘트(230)가 삽입 위치를 이탈하지 않도록 안내하는 안내부(479)가 형성될 수 있다.
안내부(479)는 레버 지지부(470)의 판면으로부터 돌출 형성되고 중앙에 중공을 구비할 수 있다. 상기 중공을 관통하여 필라멘트(230)가 삽입된 후, 필라멘트(230)는 가동 레버(454)의 필라멘트 삽입홀(454b)을 거쳐 레버 지지부(470)의 제2 관통홀(478)까지 삽입될 수 있다. 필라멘트(230)가 안내부(479), 필라멘트 삽입홀(454b) 및 제2 관통홀(478)을 순차적으로 통과해 그 단부가 연결부재(500)로 삽입된다. 필라멘트(230)의 이러한 삽입은 사용자에 의해 수동으로 진행된다.
탄성부재(490)는 코일 스프링이다. 탄성부재(490)는 일단이 가동 레버(454)의 스프링 삽입홈(454a)에 고정되고, 타단이 레버 지지부(470)의 스프링 삽입홈(474)에 고정된다. 전술한 바와 같이, 탄성부재(490)는 가동 레버(454)의 단부를 탄성 지지한다.
전술한 구조에 따라, 가압 레버(456)와 회전 기어(352)에 의해 3D 프린터(1) 쪽으로 이송되는 필라멘트(230)는 바로 3D 프린터(1)로 공급되지 않고 필라멘트 공급부(600)로 이송된다. 제2 구동부(400)와 필라멘트 공급부(600)는 연결부재(500)에 의해 연결된다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 연결부재(500)는 각 구성품과 결합되기 위한 복수의 커넥터(510)와, 커넥터(510)에 결합되어 필라멘트(230)가 이송되는 경로를 형성하는 복수의 튜브(530)를 포함할 수 있다.
커넥터(510)는 레버 지지부(470)와 튜브(530)를 연결한다. 제2 구동부(400)가 복수 개로 구비되므로 레버 지지부(470) 역시 복수 개로 구비된다. 커넥터(510) 역시 복수 개로 구비되어 레버 지지부(470)와 튜브(530)를 연결한다. 커넥터(510)는 제2 관통홀(478)과 튜브(530) 사이에 삽입된다. 커넥터(510)는 제2 관통홀(478)에 삽입될 수도 있고, 제2 관통홀(478) 외측에 커넥터(510)가 장착되는 장착부(미도시)가 돌출 형성되어 장착부에 결합될 수도 있다. 또는 커넥터(510)는 용접이나 접착제 도포 등의 방법으로 레버 지지부(470)에 결합될 수도 있다. 커넥터(510)는 레버 지지부(470)와 튜브(530) 사이를 연결할 수 있다면 어떤 결합 방법에 의해 결합되어도 무방하다.
커넥터(510)는 필라멘트 공급부(600)와 튜브(530) 사이에도 삽입되어 필라멘트 공급부(600)와 튜브(530)를 연결한다.
튜브(530)는 일단과 타단이 상호 연통되는 관상체로, 유연하게 구부러지는 재질로 만들어질 수 있다. 튜브(530)는 그 내부에 필라멘트(230)가 삽입되며, 필라멘트(230)가 이동하는 이동 공간을 형성한다. 따라서 튜브(530)는 설치 환경에 따라 구부러지는 형상으로 설치될 수 있다. 그러나 튜브(530)는 필라멘트(230)의 이동을 방해하지 않아야 하므로 쉽게 접히지 않을 정도로 적당히 변형될 수 있어야 한다. 튜브(530)는 복수 개로 구비되어 필라멘트(230)를 필라멘트 공급부(600)로 안내한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 필라멘트 공급부(600)는 소정의 두께와 크기를 갖는 블록(block)으로, 하우징(100)의 일측에 설치된다. 필라멘트 공급부(600)는 제2 구동부(400)로부터 이송되는 필라멘트(230)를 3D 프린터(1) 쪽으로 공급하는 부분이다. 따라서 필라멘트 공급부(600)는 하우징(100) 내부에 설치되되 필라멘트 케이스(200)에 대향되는 방향 쪽에 설치된다. 필라멘트 공급부(600)는 내부에 필라멘트(230)가 지나가는 공간(후술할 안내 유로)이 필요하므로 소정의 두께와 크기를 갖는다.
필라멘트 공급부(600)는 일측에 복수 개의 커넥터(510)가 결합되고, 타측에 한 개의 커넥터(510)가 결합된다. 각 커넥터(510)에는 튜브(530)가 각각 결합되어 있다. 편의상 복수 개의 커넥터(510)가 결합되는 쪽을 유입구(610), 한 개의 커넥터(510)가 결합되는 쪽을 배출구(630)로 정의한다. 유입구(610)와 배출구(630)는 서로 대향되는 방향에 형성된다. 필라멘트 공급부(600)의 내부에는 유입구(610)와 배출구(630)를 연결하는 안내 유로(650)가 형성된다.
유입구(610)는 필라멘트 공급부(600)의 여러 면 중 필라멘트 케이스(200)를 향하는 방향 쪽에 형성된다. 유입구(610)는 커넥터(510)의 개수에 대응하는 개수로 형성된다. 유입구(610)는 커넥터(510)가 결합될 수 있도록 필라멘트 공급부(600)의 일면으로부터 돌출 형성된다. 필라멘트 공급부(600)는 커넥터(510)의 형상에 대응하는 형상으로 돌출된다. 복수의 유입구(610)를 통해 복수의 필라멘트(230)가 공급될 수 있으나, 제2 구동부(400)에 의해 필요한 필라멘트(230) 하나만 배출구(630)로 이동하게 된다.
배출구(630)는 필라멘트 공급부(600)의 여러 면 중 3D 프린터(1)를 향하는 방향 쪽에 형성된다. 배출구(630)는 커넥터(510)가 결합될 수 있도록 필라멘트 공급부(600)의 타면으로부터 돌출 형성된다. 필라멘트 공급부(600)는 커넥터(510)의 형상에 대응하는 형상으로 돌출된다. 배출구(630)를 통해 필라멘트(230)가 3D 프린터(1) 쪽으로 안내된다.
안내 유로(650)는 유입구(610)와 배출구(630)를 연결하는 통로이다. 안내 유로(650)를 통해 유입구(610)로 유입된 필라멘트(230)가 배출구(630)로 안내된다. 안내 유로(650)는 복수의 유입구(610) 중 어느 쪽으로 필라멘트(230)가 유입되더라도 배출구(630)로 안내할 수 있어야 한다. 따라서 안내 유로(650)는 유입구(610) 쪽의 크기가 배출구(630) 쪽의 크기보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 안내 유로(650)는 유입구(610) 방향에서 배출구(630) 방향으로 갈수록 그 크기가 감소되는 형태를 가질 수 있다.
안내 유로(650)를 거쳐 배출구(630)로 빠져나간 필라멘트(230)는 튜브(530) 내부를 지나 3D 프린터(1)로 공급된다. 3D 프린터(1)에는 필라멘트(230)를 익스트루더(미도시)로 안내하기 위해 필라멘트(230)가 삽입되는 삽입부(미도시)가 구비된다. 필라멘트를 사용하는 3D 프린터라면 모두 삽입부를 갖는다. 삽입부를 통해 필라멘트(230)가 3D 프린터(1) 내부로 안내될 때 필라멘트(230)의 안정적인 삽입을 위해 프린터 연결부재(670)가 추가로 구비될 수 있다.
프린터 연결부재(670)는 3D 프린터(1)의 삽입부에 결합되는 커넥터(510)가 외부 충격 등에 의해 이탈되지 않도록 고정하는 역할을 한다. 프린터 연결부재(670)는 연결할 3D 프린터(1)의 삽입부 형상에 따라 다양하게 구비될 수 있다. 도 8에서와 같이 프린터 연결부재(670)는 플라스틱재질의 원뿔형 삽입체 형태를 가질 수 있다. 또는 프린터 연결부재가 집게 형태로 형성될 수도 있고(미도시), 중공이 형성된 나사 형태를 가질 수도 있다(미도시). 프린터 연결부재(670)는 커넥터(510)를 3D 프린터에 연결시킬 수 있다면 그 형상에 제한되지 않는다.
한편, 필라멘트 공급부(600)를 통해 3D 프린터(1)로 필라멘트(230)가 공급될 때, 필라멘트(230)가 소진되면 필라멘트(230)의 공급이 중단되어 프린팅이 중단될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 센서부가 구비된다.
센서부는 복수의 센서를 구비한다. 센서부는 하우징(100) 내부에 온도를 감지하는 온도 센서, 습도를 감지하는 습도 센서, 필라멘트 공급부(600) 상에 필라멘트(230)가 있는지의 여부를 감지하는 필라멘트 감지 센서를 포함할 수 있다.
온도 센서는 복수 개로 구비될 수 있다. 온도 센서는 하우징(100) 내부의 복수 개소에 설치되어 온도를 감지한다.
습도 센서 역시 복수 개로 구비되어 하우징(100) 내부의 습도를 감지할 수 있다.
예를 들어, 온도 센서 및 습도 센서는 필라멘트 케이스(200)와 필라멘트 공급부(600)에 인접하여 설치될 수 있다. 또한, 온도 센서 및 습도 센서는 온도 및 습도의 감지가 필요한 부분에 추가로 설치될 수 있다. 하우징(100)의 크기가 커지는 경우 온도 센서 및 습도 센서가 추가될 수 있다.
필라멘트 감지 센서는 필라멘트(230)의 위치를 감지하는 센서로, 필라멘트 공급부(600) 내부에 설치될 수 있다. 필라멘트 감지 센서는 필라멘트(230)가 지나가면서 감지를 위한 부분이 눌리면 컨트롤러(150)로 신호를 보내는 물리적 센서가 사용될 수 있다. 필라멘트 감지 센서는 필라멘트(230)의 존재 유무에 따라 신호 발생 여부가 달라져야 한다. 따라서 필라멘트 감지 센서의 감지를 위한 부분은 필라멘트 공급부(600)의 안내 유로(650) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 필라멘트 감지 센서에 의해 필라멘트(230)의 존재 유무가 감지되면, 그에 따라 제2 구동부(400)가 선택적으로 구동된다. 제2 구동부(400)의 선택적 구동에 따라 필라멘트(230)가 필라멘트 공급부(600)로 선택적으로 공급된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(100)의 내부에는 전원 공급부(800)가 설치될 수 있다. 전원 공급부(800)는 외부 전원과 연결된다. 전원 공급부(800)는 쿨링 팬(130), 컨트롤러(150), 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400), 센서부에 전력을 공급한다. 이를 위해, 전원 공급부(800)는 쿨링 팬(130), 컨트롤러(150), 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400), 센서부와 전기적으로 연결될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치에 있어서, 복수의 필라멘트 중 하나가 선택되어 3D 프린터로 공급되는 과정은 다음과 같다(따로 언급하지 않아도 다음 각 과정의 제어 주체는 컨트롤러이다).
먼저 사용자가 복수의 필라멘트 보빈(210)으로부터 각각 필라멘트(230)를 인출한다. 제2 구동부(400)는 필라멘트 보빈(210)의 개수만큼 구비된다. 사용자는 각 필라멘트(230)의 단부를 제2 구동부(400)와 연결한다.
사용자는 필라멘트(230)가 안내부(479), 필라멘트 삽입홀(454b) 및 제2 관통홀(478)을 순차적으로 통과하도록 필라멘트(230)를 삽입한다. 필라멘트(230)의 일단이 제2 관통홀(478)을 통과하면 필라멘트(230)의 공급 준비가 완료된다.
컨트롤러(150)는 미리 설정된 순서로 필라멘트(230)가 공급되도록 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 보빈(210)은 6개가 구비될 수 있다. 첫번째 필라멘트 보빈(210)에 감긴 필라멘트(230)가 가장 먼저 3D 프린터(1)로 공급될 수 있다. 첫번째 필라멘트 보빈(210)에 감긴 필라멘트(230)가 소진되면 2번째, 3번째… 순으로 필라멘트(230)가 순차적으로 공급될 수 있다.
각 필라멘트(230)의 단부가 제2 구동부(400)와 연결된 후, 사용자에 의해 필라멘트 공급 명령이 입력될 수 있다. 컨트롤러(150)는 필라멘트 공급 명령에 따라 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)를 구동시킨다.
최초 구동 시 제2 구동부(400)의 모든 제2 구동모터(410)가 구동되어 각 필라멘트(230)의 단부를 연결부재(500)로 이동시킬 수 있다. 제2 구동모터(410)의 동작에 의해 레버부재(450)가 가동되어 가압 레버(456)가 필라멘트(230)를 이송 샤프트(350)의 회전 기어(352) 쪽으로 가압할 수 있다. 제1 구동부(300)의 구동으로 복수의 회전 기어(352)가 동시에 정방향으로 회전하면서 필라멘트(230)를 필라멘트 공급부(600) 쪽으로 이송한다. 필라멘트(230)가 튜브(530) 내부를 따라 필라멘트 공급부(600)의 유입구(610) 근처까지 이송되면, 컨트롤러(150)에 의해 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)의 구동이 일시 중지될 수 있다.
그 후 컨트롤러(150)에 의해 미리 설정된 순서의 필라멘트(230)가 유입구(610)를 거쳐 안내 유로(650)로 삽입된 후, 배출구(630)를 거쳐 3D 프린터(1)로 공급될 수 있다. 첫번째로 공급되는 필라멘트(230)가 소진되면 필라멘트 감지 센서에 의해 컨트롤러(150)로 신호가 전송된다.
컨트롤러(150)는 필라멘트 감지 센서의 신호를 받은 후 두번째로 공급될 필라멘트(230)가 이송되도록 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)의 제2 구동모터(410)를 구동시킨다. 이때 구동되는 제2 구동모터(410)는 두번째로 공급될 필라멘트(230)를 이송하는 모터이다.
두번째로 공급될 필라멘트(230)의 단부는 필라멘트 공급부(600)의 유입구(610) 근처에 위치하므로, 해당 제2 구동모터(410)가 작동되면 여러 필라멘트(230) 중 두번째로 공급될 필라멘트(230)가 유입구(610)로 삽입된다. 동일한 방법에 의해 필라멘트(230)가 소진되면 순차적으로 다음 필라멘트(230)가 3D 프린터(1)로 공급될 수 있다.
3D 프린터(1)로 필라멘트(230)를 공급할 때, 필라멘트(230)의 공급이 중간에 중단되지 않아야 프린팅 품질이 저하되지 않는다. 따라서 하나의 필라멘트(230)가 소진된 후 다음 필라멘트(230)가 바로 공급되어야 한다. 이를 위해, 복수의 제2 구동부(400)에 연결된 각각의 필라멘트(230)의 단부가 유입구(610) 근처까지 공급된 상태로 대기되는 것이 바람직하다.
배출구(630)를 통해 필라멘트 공급부(600)를 빠져나간 필라멘트(230)는 튜브(530)를 따라 프린터 연결부재(670) 쪽으로 계속 이동된다. 컨트롤러(150)는 프린팅이 종료될 때까지 필라멘트(230)가 지속적으로 공급되도록 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)를 제어한다.
필라멘트(230)는 프린터 연결부재(670)를 거쳐 3D 프린터(1)의 익스트루더(미도시)로 공급된다. 이때, 필라멘트(230)는 자동 또는 수동으로 구동되는 레버(미도시)가 작동되면 익스트루더로 유입될 수 있다. 익스트루더에서 필라멘트(230)를 가열해 녹인 후 프린팅을 하게 된다.
프린팅이 완료되면 3D 프린터(1)로 공급된 필라멘트(230)가 3D 프린터(1) 외부로 다시 회수될 수 있다. 프린팅의 완료 신호는 컨트롤러(150)와의 통신을 통해 자동으로 전달될 수도 있고, 사용자의 입력에 의해 수동으로 이루어질 수도 있다.
프린팅 완료 신호에 따라 컨트롤러(150)는 제1 구동부(300)의 제1 구동모터(310)를 역방향으로 회전시킨다. 제1 구동모터(310)의 역방향 회전에 따라 이송 샤프트(350)가 역방향으로 회전하면서 회전 기어(352) 역시 역방향으로 회전하게 된다. 이때 레버부재(450)에 의해 필라멘트(230)는 회전 기어(352)에 밀착된 상태이므로, 회전 기어(352)의 역방향 회전에 따라 필라멘트(230)가 후퇴하게 된다. 즉, 필라멘트(230)는 필라멘트 공급부(600) 방향이 아닌 필라멘트 케이스(200) 방향으로 이동하게 된다.
필라멘트(230)가 후퇴함에 따라 3D 프린터(1) 내부로 공급된 필라멘트(230)가 프린터 연결부재(670)를 거쳐 필라멘트 공급부(600)의 배출구(630) 쪽으로 후퇴한다. 컨트롤러(150)는 필라멘트(230)가 유입구(610)까지 후퇴하면 필라멘트(230)의 이송이 중단되도록 제어한다. 필라멘트(230)가 필라멘트 공급부(600) 내부의 안내 유로(650) 내에 위치하면 필라멘트 감지 센서에 의해 감지될 수 있다. 필라멘트(230)가 필라멘트 감지 센서에서 감지되지 않으면 필라멘트(230)가 안내 유로(650) 상에 있지 않은 것이다. 따라서 컨트롤러(150)는 필라멘트(230)가 유입구(610)까지 후퇴한 것으로 판단해 제1 구동부(300) 및 제2 구동부(400)의 구동을 중지할 수 있다.
전술한 과정을 거쳐 프린팅이 진행되는 동안 필라멘트(230)를 3D 프린터(1)로 끊김 없이 공급할 수 있다.
한편, 전술한 과정이 반복되면, 프린팅이 진행되는 동안 하나의 필라멘트 보빈(210)에 감긴 필라멘트(230)가 소진될 수 있다. 이 경우, 필라멘트(230)가 필라멘트 공급부(600)의 안내 유로(650)를 지난 후 필라멘트 감지 센서에 의해 필라멘트(230)가 존재하지 않는 것으로 감지될 수 있다.
컨트롤러(150)는 필라멘트(230)의 공급 중 필라멘트(230)가 없다고 판단되면, 두번째 필라멘트 보빈(210)에 감긴 필라멘트(230)가 안내 유로(650)로 유입되도록 제2 구동부(400)를 제어한다. 즉, 두번째 필라멘트 보빈(210)에 감긴 필라멘트(230)를 공급하기 위한 제2 구동 모터(410)를 구동해 필라멘트(230)가 다시 공급될 수 있도록 한다.
필라멘트(230)는 1cm만으로도 수m의 프린팅이 가능하므로, 필라멘트(230)가 소진되더라도 필라멘트 공급부(600)의 배출구(630)와 3D 프린터(1)의 익스트루더 사이에 남은 양으로 프린팅이 지속될 수 있다. 따라서 첫번째 필라멘트(230)의 소진 후 유입구(610)에 대기중인 두번째 필라멘트(230)를 바로 공급하면 끊김 없이 필라멘트(230)를 공급할 수 있다.
이와 동일한 맥락으로, 각기 다른 색상의 필라멘트(230)를 구비한 후 필요에 따라 선택적으로 제2 구동부(400)를 구동함으로써 3D 프린터(1)에 여러 색상의 필라멘트(230)를 교차 공급할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치는 복수의 필라멘트를 구비하고 하나의 필라멘트가 소진되면 다음 필라멘트를 즉시 공급할 수 있어 필라멘트를 끊김 없이 3D 프린터로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치는 3D 프린터의 외부에 별도로 설치되는 장치이므로, 필라멘트를 사용하는 3D 프린터라면 그 구동 타입에 관계없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필라멘트 선택 및 공급 장치는 복수의 필라멘트를 구비하고 필라멘트가 자동으로 3D 프린터로 공급되므로 필라멘트가 소진되더라도 사용자가 필라멘트를 수시로 교체할 필요가 없어 편리하다. 필라멘트 구비 개수에 따라 교체 시기는 증가되며, 자동 제어되는 컨트롤러가 있어 원격지에서의 제어가 가능한 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 하우징 110: 메인 프레임
120: 서브 프레임 130: 쿨링 팬
150: 컨트롤러 200: 필라멘트 케이스
230: 필라멘트 300: 제1 구동부
310: 제1 구동모터 350: 이송 샤프트
400: 제2 구동부 410: 제2 구동모터
414: 가압 헤드 450: 레버부재
452: 힌지축 454: 가동 레버
456: 가압 레버 470: 레버 지지부
490: 탄성부재 500: 연결부재
510: 커넥터 530: 튜브
600: 필라멘트 공급부 800: 전원공급부

Claims (19)

  1. 3D 프린터의 외부에 설치되며, 외관을 형성하는 하우징;
    상기 하우징 내부 일측에 삽입되며, 외골격을 형성하는 복수의 메인 프레임과 상기 메인 프레임의 일측에서 타측까지 연결하는 판(plate) 형상의 서브 프레임을 포함하며, 상기 3D 프린터에 공급되는 필라멘트가 각각 감긴 복수의 필라멘트 보빈;
    상기 하우징 내부 타측에 설치되며, 상기 필라멘트를 상기 3D 프린터 방향으로 이송하거나 상기 필라멘트 보빈 방향으로 후퇴시키는 제1 구동부;
    상기 제1 구동부에 인접하게 설치되며, 상기 복수의 필라멘트 보빈에 감긴 상기 필라멘트 중 하나의 필라멘트가 상기 3D 프린터 쪽으로 공급되도록 상기 필라멘트를 선택하는 제2 구동부;
    상기 하우징 내부에 설치되되 상기 필라멘트 보빈에 대향되는 방향에 설치되며, 상기 제2 구동부에 의해 선택된 상기 필라멘트를 상기 하우징의 외부로 안내하는 필라멘트 공급부;
    상기 제2 구동부와 상기 필라멘트 공급부 사이에 설치되며, 상기 제2 구동부로부터 공급되는 상기 필라멘트를 수용해 상기 필라멘트가 이송되는 경로를 형성하는 연결부재; 및
    상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부를 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 제1 구동부는
    상기 서브 프레임의 일측에 설치되며, 정방향 및 역방향으로 회전하는 제1 구동모터;
    일단이 상기 제1 구동모터의 회전축에 연결되고 타단은 상기 제1 구동모터에 대향되는 방향으로 연장되며, 상기 제1 구동모터의 회전 방향에 대응하는 방향으로 회전하는 이송 샤프트;
    상기 서브 프레임의 타측에 설치되어 상기 이송 샤프트의 타단을 회전 가능하게 지지하는 샤프트 지지부;
    상기 이송 샤프트 상에 결합되며, 외주면에 복수의 기어 이가 형성되어 상기 제2 구동부에 의해 상기 필라멘트에 선택적으로 접촉되어 상기 필라멘트를 회전 방향으로 이동시키는 복수의 회전 기어; 및
    상기 이송 샤프트 상에 결합되며, 상기 회전 기어와 이격된 복수의 고정부;
    를 포함하고
    상기 제2 구동부는
    상기 필라멘트 보빈의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 상기 서브 프레임 상에 설치되며, 일방향 및 타방향으로 직선 운동하고, 상기 직선 운동 방향에 따라 이동하는 가압 헤드가 구비된 복수의 제2 구동모터;
    일측이 상기 서브 프레임에 결합되고, 타측에 상기 이송 샤프트가 관통 삽입되되 상기 회전 기어와 상기 고정부의 사이에 각각 배치되는 복수의 레버 지지부;
    상기 가압 헤드에 의해 일 방향으로 가압되는 가동 레버와, 상기 가동 레버에 일체로 형성되되 상기 가동 레버에 의해 상기 회전 기어 쪽으로 이동되거나 멀어지는 가압 레버와, 상기 가동 레버 및 상기 가압 레버의 사이에 배치되어 상기 가동 레버 및 상기 가압 레버를 상기 레버 지지부에 대해 회전 가능하게 지지하는 힌지축을 구비한 복수의 레버부재; 및
    상기 레버 지지부와 상기 가동 레버의 일단 사이에 결합되어 상기 가동 레버를 탄성 지지하는 복수의 탄성부재;
    를 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 제2 구동부에서 선택된 상기 필라멘트가 소진되면, 상기 복수의 필라멘트 보빈 중 어느 하나로부터 공급되는 상기 필라멘트를 선택해 상기 필라멘트 공급부로 공급시키는 것을 특징으로 하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동부는
    상기 제1 구동모터의 회전축과 상기 이송 샤프트의 일단을 결합하는 커플링; 및
    상기 제1 구동모터를 수용하여 상기 서브 프레임에 결합시키는 모터 프레임;
    을 더 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 필라멘트 보빈으로부터 인출된 상기 필라멘트는 상기 회전 기어와 상기 가압 레버의 사이를 통과하도록 배치되는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 필라멘트의 공급 시 상기 제1 구동모터를 정방향으로 회전시키고, 상기 제2 구동모터 중 어느 하나를 선택해 일 방향으로 구동시켜 상기 가압 헤드가 상기 가동 레버를 가압하도록 제어하고,
    상기 가동 레버의 회전에 따라 상기 가압 레버가 상기 회전 기어 쪽으로 상기 필라멘트를 가압하는 것을 특징으로 하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필라멘트의 공급 시 상기 제1 구동모터의 정방향 회전에 따라 상기 회전 기어가 정방향으로 회전하고, 상기 필라멘트는 상기 필라멘트 공급부를 거쳐 상기 3D 프린터로 공급되는 것을 특징으로 하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 3D 프린터의 프린팅 완료 시 상기 제1 구동모터가 역방향으로 회전하도록 제어하고,
    상기 3D 프린터의 프린팅 완료 시 상기 3D 프린터로 공급된 상기 필라멘트는 상기 필라멘트 공급부로 후퇴하는 것을 특징으로 하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 필라멘트의 공급 중 소진 시 소진된 상기 필라멘트에 해당하는 상기 제2 구동모터를 타 방향으로 구동시켜 상기 가압 헤드가 상기 가동 레버를 가압하는 힘을 해제하도록 제어하고,
    상기 가동 레버의 회전에 따라 상기 가압 레버가 상기 회전 기어로부터 멀어지는 것을 특징으로 하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    소진된 상기 필라멘트에 해당하는 상기 제2 구동모터의 타 방향 구동 후, 복수의 상기 필라멘트 보빈 중 상기 필라멘트가 소진되지 않은 어느 하나로부터 공급되는 상기 필라멘트에 대응하는 상기 제2 구동모터를 일 방향으로 구동시켜 상기 필라멘트의 공급을 재개하도록 상기 제2 구동모터를 제어하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는
    각각의 상기 레버부재와 상기 회전 기어에 의해 이동되는 상기 필라멘트를 각각 수용하는 복수의 튜브; 및
    상기 튜브의 양단에 각각 결합되어 상기 튜브를 상기 레버부재 및 상기 필라멘트 공급부에 결합시키는 복수의 커넥터;
    를 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필라멘트 공급부는
    상기 복수의 커넥터가 각각 결합되는 복수의 유입구;
    상기 유입구에 대향되는 방향에 구비되며, 상기 커넥터에 의해 상기 3D 프린터와 연결되는 상기 연결부재와 결합되는 하나의 배출구; 및
    상기 유입구 및 상기 배출구를 연통시키며 상기 유입구로 유입된 상기 필라멘트를 상기 배출구로 안내하는 안내 유로를 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 안내 유로는
    상기 유입구 쪽에서 상기 배출구 쪽으로 갈수록 그 크기가 감소되는 형상인
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 필라멘트 공급부는
    상기 배출구에 결합되는 상기 연결부재의 단부에 결합되어 상기 연결부재를 상기 3D 프린터에 결합시키는 프린터 연결부재를 더 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 안내 유로 내부에 설치되어 상기 필라멘트의 유무를 감지하는 필라멘트 감지 센서를 더 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 설치되어 상기 하우징 내부의 온도 및 습도를 측정하는 적어도 하나의 온도 센서 및 습도 센서;
    상기 하우징 상에 설치되어 상기 하우징 외부의 공기를 상기 하우징 내부로 순환시키는 쿨링 팬; 및
    상기 하우징 상에 개폐 가능하게 설치되어 상기 하우징 내부 공기를 외부로 배출하는 배출부;
    를 더 포함하는
    필라멘트 선택 및 공급 장치.
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