KR102214717B1 - 코딩교육용 3d프린터 교구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린팅에서의 코딩과정과 이에 따른 프린팅 구현동작의 연계 과정을 직관적으로 교육할 수 있는 교구에 대한 것으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 3D 프린팅을 구현하는 코딩작업을 피교육자가 수행한 후, 코딩정보를 반영하여 3D프린팅을 위한 익스트루더의 X, Y, Z 축이동을 실제로 구현할 수 있도록 하여, 프로그램화하여 구동되는 3D프린팅의 코딩프로세스를 효율적으로 이해할 수 있도록 한다.

Description

코딩교육용 3D프린터 교구{Education tool of 3D Printer for coding education}

본 발명은 3D 프린팅에서의 코딩과정과 이에 따른 프린팅 구현동작의 연계 과정을 직관적으로 교육할 수 있는 교구에 대한 것이다.

3D 프린팅은 3차원으로 설계된 데이터를 기반으로 다양한 원료를 사출해 입체적인 형태의 물체를 만들어내는 기술을 말한다. 3D 프린팅은 제조 분야를 포함하여 여러 분야에서 기술 패러다임을 바꿈으로써 혁명에 가까운 산업 혁신을 가져올 것으로 기대된다.

입체적인 형태의 물체를 만드는 방법은 고체 형태의 특정 물질을 한 층씩쌓아올려 3차원 형태의 입체물을 제조하는 적층 (AM:Additive Manufacturing)제조 방식과 입체물을 기계 가공 등을 통하여 자르거나 깎는 절삭 가공(Subtractive Manufacturing) 제조 방식으로 나뉜다.

적층 제조 방식은 작동 방식이나 재료에 따라 구분된다. 　FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식이다. 다른 3D 프린터보다 가격이 월등히 저렴하고 재료의 소모가 적다는 특징이 있다. SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 분말 재료를 필드에 얇게 깔고 레이저로 선택된 부분만 소결하여 제품을 만드는 방식이다. 또한, 3DP(3 Dimension Printing)방식은 SLS 방식과 비슷하게 분말재료를 얇게 깔지만 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식이다. 이외에도 금속 재료를 이용한 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, 광경화성 수지를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.

3D 프린팅은 3D 모델링(3D modeling) 후 STL(Standard Tessellation Language) 또는 AMF(Additive Manufacturing Format) 파일 변환, 지코드(G-code) 변환, 호스트를 이용한 실물 프린팅의 과정으로 진행된다.

3D 모델링은 CAD(Computer Aided Design) 소프트웨어, Maya, MAX 등의 애니메이션 모델링 소프트웨어, 3D 스캐너 등을 활용할 수 있다. 이 후 3D 모델링 데이터는 3D 프린터가 이해할 수 있는 STL 파일로 변환되어야 한다.STL 파일로의 변환은 대중적인 CAD 소프트웨어에서 지원하고 있다.변환된 STL 파일은 다양한 슬라이서(Slicer) 프로그램을 활용하여 지코드로 변환된다. 슬라이서는 CAD 소프트 웨어 등으로 받은 3D 모델링 데이터를 슬라이싱한 후 지코드로 변환해 주는 프로그램으로서, 슬라이서는 모델을 프린트하기 위해 원료를 쌓기 위한 경로와 속도, 압출량 등을 계산해서 지코드를 만들어 내기 때문에 그 능력에 따라 같은 프린터로도 많은 품질의 차이를 만들어 낼 수 있다. 슬라이서 프로그램으로서 Cura, Slic3r,KISSlicer 등이 이용되고 있다.

이와 같이, 3D 프린팅을 위해서는 복잡하고 다양한 복합 기술이 요구되며, 상술한 3D 모델링의 핵심이 되는 코딩과정 등은 내부적인 프로그램으로 구현되는 부분이므로, 사용자나 이용자가 이를 이해하는 것은 상당히 어려운 실정이다.

보다 초보자의 입장에서 3D 프린팅에 적용되는 코딩과정과 이후 구현동작을 직관적으로 이해할 수 있는 교육 도구는 현재 존재하지 않는 실정이다.

현재, 3D 프린팅을 교육하기 위한 교구는 한국 등록특허 제10-1879355호의 '교육용 3D 프린터'의 내용이 공개되어 있으나, 이는 조립이 용이한 블록형태의 구조물을 조립하여 3D 프린터를 조립하는 과정을 이해시키는 것에 그치고 있으며,실제 3D 프린팅의 코딩 과정과 이에 따른 3D 프린팅의 구현 연계 과정에 대한 직관적인 교육이 이루어지기에는 부족한 한계를 보이고 있다.

특히, 한국 등록특허 제10-1879355호의 교구 구조물에서 3D 프린팅을 구현하기 위한 구동모듈은, 익스트루더 블록(33)이라는 구조물을 배치하고, 각각 별객의 구조물로 X축모듈(300)이 익스트루더 블록과 연계하여 X축 방향을 이동하는 구성을 구현하고 있으며,이와는 독립된 구조물로 Y축모듈(100)을 바닥판의 상부 전후 측에 전측 블록(110) 및 후측 블록(120)이 각각 배치하고, 상기 전측 블록과 후측 블록 사이에 환봉으로 연결되어 y축 모터구동에 의한 벨트로 전후 이동하는 구조물로 구비하도록 하고 있다. 또한, Z축모듈(200)의 경우,바닥판의 좌우측에 좌측 블록(210) 및 우측 블록(220)이 배치되고, 상기 좌우측 블록에 각각 환봉과 지지대가 연결되어 z축 모터구동에 의해 상하이동하는 구성을 구현하도록 하고 있다. 나아가, x축 모듈(300)은 z축 모듈의 각 환봉과 지지대에 연결되는 제2 좌측 블록(310) 및 제2 우측 블록(320)이 x축 방향으로 환봉으로 연결되어 x축 모터구동에 의한 벨트로 이동하는 익스트루더 블록이 설치되는 구성으로 구현된다. 이러한 구조는 3D프린터의 축이동 구동모듈의 일반적인 설계 구조로 각각 독립적인 구동 모듈을 통해 설계된 정보에 따른 이동 동작이 구현되게 되는바, 피교육자가 코딩에 따른 이동 원리를 직관적으로 이해하는 데에는 한계가 있다.

한국등록특허공보 제10-1879355호 한국공개특허공보 제2016-0042724호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3D 프린팅 과정을 구현하는 코딩작업[도면을 그리고(모델링) 어떤 장치(3D프린터)에서 그 도면대로 수행할 수 있도록 알고리즘과 코드화하는 과정] 을 피교육자가 수행한 후, 코딩정보를 반영하여 3D프린팅을 위한 익스트루더의 X, Y, Z 축이동을 실제로 구현할 수 있도록 하여, 3D프린팅의 코딩프로세스를 직관적으로 이해할 수 있도록 하는 교육용 교구를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 내지 도 3에 게시된 구조와 같이 3D프린팅에서의 X, Y, Z 축방향의 이동이 가능하도록 하는 익스트루더 유닛을 포함하되, 익스트루더 유닛은 몸체의 표면에 이송바가 결합하여, 몸체의 X축방향 및 Y축방향 이동을 구현하는 익스트루더와 익스트루더의 몸체 중심부에 결합하고, 토출용액을 분사하는 토출노즐부를 구비하며, Z축방향 이동을 구현하는 실리더 타입의 Z축이동 피드모듈을 포함하고, 익스트루더 유닛은 중심부가 관통구조로 형성되며, 내표면에 Z축방향 이동을 제어하는 Z축간격조절부가 구현되는 몸체의 외표면에 제1이송바가 끼움결합하는 구조로 결합하여 제1방향 이동을 구현하는 X축가이드부와, 제2이송바가 끼움결합구조로 결합하여 몸체의 제2방향 이동을 구현하는 Y축가이드부가 마련되는 익스트루더; 몸체의 관통구조에 내삽되는 구조로 결합되며, Z축간격조절부에 대응되는 입력패턴을 구비하는 Z축간격입력부가 외표면에 마련되며, 내측면은 관통홀이 구현되며, 말단에는 토출노즐부가 마련되는 Z축이동 피드모듈; 및 Z축이동 피드모듈의 관통홀 구조의 토출가이드부에 내삽되는 구조로 결합되어 토출물질을 하방으로 가압하는 가압부를 구비하는 토출가압바를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 3D 프린팅을 구현하는 코딩작업을 피교육자가 수행한 후, 코딩정보를 반영하여 3D프린팅을 위한 익스트루더의 X, Y, Z 축이동을 실제로 구현할 수 있도록 하여, 프로그램화하여 구동되는 3D프린팅의 코딩프로세스를 효율적으로 이해할 수 있도록 하는 효과가 있다.

특히, 익스트루더에 X, Y, Z 축이동을 동시에 인가할 수 있는 이동기능을 부가하여, 코딩 정보에 따른 익스트루더의 이동성을 보다 명확하게 확인할 수 있도록 한다. 나아가, 익스트루더를 X, Y축으로 이동하는 이송바에 코딩 정보의 표시를 하도록 하여 보다 코딩 정보 반영결과를 확인할 수 있도록 하는 장점이 구현된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코딩교육용 3D프린터 교구의 요부를 도시한 사시개념도이고, 도 2는 도 1의 측단면 개념도, 도 3은 도 1의 분리사시 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 수직프레임과 수팽프레임의 구성과 결합방식을 예시한 작용상태도이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 익스트루더에 이송바가 결합하는 원리를 설명한 개념도이다.
도 8은 제1이송바 및 제2이송바가 결합하는 익스트루더에 Z축이동을 구현하는 Z축이동 피드모듈이 결합하는 상태를 도시한 개념도이다.
도 9는 도 4 내지 도 8에서 상술한 주요 구성이 결합한 결합개념도를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 익스트루더와 이송바의 결합구조 및 제1 및 제2 이송바 표면에 코딩 입력값을 확인가능하도록 위치 표시부가 구현되는 것을 예시한 이미지이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 코딩정보에 연동하여 구현할 수 있는 결과 이미지의 구현상태를 이미지로 예시한 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서모듈을 구비한 구조의 교구를 예시한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코딩교육용 3D프린터 교구(이하, '본 발명'이라 한다.)의 요부를 도시한 사시개념도이고, 도 2는 도 1의 측단면 개념도, 도 3은 도 1의 분리사시 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 3D프린팅에서의 X, Y, Z 축방향 이동이 가능하도록 하는 익스트루더 유닛(100)을 포함하여 3D 프린팅에서 구현하는 코딩과정과 이에 따른 3D 프린팅과정의 연동을 직관적으로 이해할 수 있도록 하는 교구를 제공한다.

특히, 상기 익스트루더 유닛(100)의 경우, 배경기술 등에서 설명한 종래의 3D 프린팅 장치에서 적용되는 대응 구성(종래 기술 구성의 경우, X축 구동모듈 또는 Y축 구동모듈, Z축 구동모듈이 독립적인 모터 구동으로 이동을 구현하는 방식임)의 기능과는 달리, 그 자체로 분사노즐을 포함하는 익스트루더가 X, Y, Z 축으로 이동할 수 있도록 하여, 코딩 적용의 여부를 보다 용이하게 파악할 수 있도록 하는 장점이 있다.

3D 프린팅을 구현하기 위한 코딩정보와 이에 따른 프린팅과정을 적용하기 위해서는 모터 구동에 따른 익스트루더의 상하,좌우이동 등의 이동이 구현되어야 하나,이러한 복잡한 장치와 회로,모터 구동을 위한 전원 공급 유닛 등의 구성은 3D 프린팅을 위한 코딩과 이에 따른 연동과정을 직관적으로 반영하여 이해시키는 과정을 더욱 난해하게 하는 요인으로 작용한다. 이에 본 발명은 상기 익스트루더 유닛(100)은 몸체(112)의 표면에 이송바(142, 144)가 결합하여, 상기 몸체(112)의 X축방향 및 Y축방향 이동을 구현하며, 상기 몸체(112)의 중심부에 결합하고, 토출 재료용액을 분사하는 토출노즐을 구비하여 Z축방향 이동을 구현하는 실린더 타입의 Z축이동 피드모듈(120)을 포함하고,이송바 자체에 코딩 정보의 입력과정을 구현할 수 있도록 하여 코딩 프로세스의 직관적인 이해도를 높일 수 있도록 하는 장비 구성을 구현한다.

구체적으로, 본 발명은 전체적으로 4개의 수평프레임(210)과, 상기 수평프레임(210)의 말단에 결합하는 4개의 수직프레임(A)을 기본 골격으로 하는 구성을 중심으로, 내부에 익스트루더 유닛(100)을 구비하는 구성을 마련한다.

상기 익스트루더 유닛(100)은, 중심부가 관통구조로 형성되며, 내표면에 Z축방향 이동을 제어하는 Z축간격조절부(118)가 구현되는 몸체(112)의 외표면에 제1이송바(142)가 끼움결합하는 구조로 결합하여 제1방향 이동을 구현하는 X축가이드부(114)와, 제2이송바(144)가 끼움결합구조로 결합하여 상기 몸체(112)의 제2방향 이동을 구현하는 Y축가이드부(116)가 마련되는 익스트루더(110)를 포함한다.

특히, 본 발명의 경우, 상기 몸체(112)의 관통구조에 내삽되는 구조로 결합되며, 상기 Z축간격조절부(118)에 대응되는 입력패턴을 구비하는 Z축간격입력부(122)가 외표면에 마련되며, 내측면은 관통홀(123)이 구현되며, 말단에는 토출노즐부(125)가 마련되는 Z축이동 피드모듈(120)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 Z축이동 피드모듈(120)의 관통홀(123)에 내삽되는 구조로 결합되어 토출물질을 하방으로 가압하는 가압부(131)를 구비하는 토출가압바(130)를 포함한다.

이상의 구성에서 본 발명의 익스트루더 유닛(100)은 도 3에 도시된 구조와 같이,독특한 구조의 익스트루더(110)의 몸체(112)를 구비한다. 상기 몸체(112)는 중심부과 관통되는 구조로 구현되어 있으며,상기 몸체(112)의 내표면에는 Z축간격조절부(118)가 패턴형태(이하,'입력패턴')로 구현되어 있다. 상기 입력패턴은 본 발명의 실시예에서는 나사구조로 결합될 수 있는 나사산 구조를 패턴으로 구현하였으나,이에 한정되는 것은 아니며,후술하는 Z축이동 피드모듈(120)의 관통홀 구조의 토출가이드부(121)의 외표면에 구현되는 Z축간격입력부(122)에의 조절패턴과 맞물려 Z축이동 피드모듈(120) 자체가 Z축방향으로 상하 이동을 구현할 수 있도록 한다. 따라서 상호 나사결합을 할 수 있는 구조로 패턴을 구현하거나, 단계적 결합으로 상하 이동이 구현될 수 있는 위치 조절 패턴 구조는 모두 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 익스트루더(110)에는 코딩 과정이 적용되는 것을 직관적으로 확인할 수 있도록 X축, Y축 이동이 동시에 구현되도록 하는 모듈도 함께 구현되는 점에서 특징적인 구성을 제시한다. 이는, 익스트루더(110)의 몸체(112)의 외표면에 X축가이드부(114)와, Y축가이드부(116)가 배치되며,코딩정보 입력에 따른 위치 이동을 구현하도록 가이드홀(h1, h2)가 마련되어 각각의 이송바가 결합하게 된다.

구체적으로, 익스트루더(110)의 몸체(112) 외표면에 마련되는, X축가이드부(114)와, Y축가이드부(116)는, 중심부가 관통구조로 형성되며, 내표면에 Z축방향 이동을 제어하는 Z축간격조절부(118)가 구현되는 제1이송바(142)가 끼움 결합하는 구조로 결합하여 제1방향 이동을 구현하는 X축가이드부(114)와, 제2이송바(144)가 끼움 결합구조로 결합하여 몸체의 제2방향 이동을 구현하는 Y축가이드부(116)로 구현된다. 이 경우, 상기 X축가이드부(114) 및 Y축가이드부(116)에 결합하는 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 상호 접촉하지 않는 상태로 직교하는 구조로 교차하도록 배치되며, 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 위치 코딩용 표시가 구현(도 10 참조)되도록 함이 더욱 바람직하다.

또한, Z축이동 피드모듈(120)의 경우, 상기 몸체(112)의 관통구조에 내삽되는 구조로 결합되며, 상기 Z축간격조절부(118)에 대응되는 입력패턴을 구비하는 Z축간격입력부(122)가 외표면에 마련되며, 내측면은 관통홀(123)이 구현되며, 말단에는 토출노즐부(125)가 마련되는 구조로 구현될 수 있도록 한다.

이를 통해, X축가이드부(114)와 Y축가이드부(116)를 통해서 수평방향의 이동성을 확보하고, 동시에 Z축이동 피드모듈(120)을 통해 Z축방향의 이동을 구현하게 된다. 나아가, Z축이동 피드모듈(120)의 관통홀 구조의 토출가이드부(121)에 내삽되는 구조로 결합되어 토출물질을 하방으로 가압하는 가압부(131)를 구비하는 토출가압바(130)를 통해 토출물질(프린팅 재료)를 토출할 수 있도록 해, 하부의 플레이트(P) 상에 원하는 코딩 정보에 따른 토출결과를 직접 확인할 수 있도록 할 수 있다.

나아가, 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단 각각이 끼움결합되는 가이드부재(214)를 내부에 수용하는 수평프레임(210)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 수평프레임(210)은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 상기 수평프레임(210)의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 가이드홈(212)이 마련되는 구조로 구현됨이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 각각의 요부 구성별로 구성과 결합방식을 단계적으로 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 수직프레임과 수평프레임의 구성과 결합방식을 예시한 작용상태도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명은 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 결합하는 수평프레임(210) 구조물을 구비할 수 있도록 한다. 나아가 상기 수평프레임(210)의 말단에 결합하는 4개의 수직프레임(A)을 포함하여 도 1과 같은 구조의 결합물을 교구로 이용할 수 있도록 한다.

상기 수평프레임(210)은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 상기 수평프레임(210)의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 가이드홈(212)이 마련되며,상기 가이드홈(212)은 도 4 및 도 5에 도시된 구조와 같이,표면에 노출되는 입구(G1)의 폭은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 직경에 대응되는 폭으로 구현되나,내측부(G2) 부분은 상기 입구(G1)의 직경보다 넓은 직경을 가지는 구조로 구현되며, 상기 내측부(G2)에는 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 결합될 수 있도록 하는 결합홈(216)을 구비한 가이드부재(214)가 수용되는 구조로 안착된다. 상기 가이드부재(214)는 상기 내측부(G2)를 따라서 이동하게 되며,이에 따라 결합되어 있는 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)가 X축, Y축 이동이 이루어지게 된다.

상기 수직프레임(A)은 기둥구조의 형상을 가지게 되며, 상기 수평프레임(210)이 결합하는 안착홈(A')을 상부에 구비하도록 하는 구조로 구현된다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 익스트루더에 이송바가 결합하는 원리를 설명한 개념도이다.

본 발명의 익스트루더 유닛(100: 도 1)은 주요 구성으로 익스트루더(110)를 구비하며, 도시된 것과 같이 상기 익스트루더(110)는 중심부가 관통구조로 형성되며, 내표면에 Z축방향 이동을 제어하는 Z축간격조절부(118)가 구현되는 몸체(112)의 외표면에 제1이송바(142)가 끼움결합하는 구조로 결합하여 제1방향 이동을 구현하는 X축가이드부(114)와, 제2이송바(144)가 끼움결합구조로 결합하여 몸체의 제2방향 이동을 구현하는 Y축가이드부(116)가 형성된다.

상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 코딩 정보 설계시 위치 지정을 할 수 있는 좌표값이 표시되도록 구현될 수 있으며(도 10 참조), 이에 따라 이용자는 이를 수동으로 움직이며, 좌표값의 변동에 따라 이동하는 익스트루더를 확인할 수 있으며, 정해진 위치에서 이동하여 Z축 이동을구현하며 재료 토출이 이루어지는 것을 통해 코딩정보 입력에 상응하는 결과를 육안으로 확인할 수 있게 된다. 특히, 제1이송바 및 제2이송바의 표면에 마련되는 위치 코딩용 표시는 상기 X축가이드부(114) 및 상기 Y축가이드부(116)의 확인홀(113, 115)를 통해 노출되어 육안확인이 가능하도록 함이 바람직하다.

도 8은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)가 결합하는 익스트루더(110)에 Z축이동을 구현하는 Z축이동 피드모듈(120)이 결합하는 상태를 도시한 개념도이다.

도 8을 참조하면, 상기 Z축이동 피드모듈(120)은 몸체(112)의 관통구조에 내삽되는 구조로 결합되며, 상기 Z축간격조절부(118)에 대응되는 입력패턴을 구비하는 Z축간격입력부(122)가 외표면에 마련되며, 내측면은 관통홀(123)이 구현되며, 말단에는 토출노즐부(125)가 마련된다.

익스트루더의 X, Y축이동을 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)를 매개로 구현함과 동시에, Z축이동을 상기 Z축이동 피드모듈(120)을 통해 구현함으로서, 피교육자는 X, Y, Z 축의 코딩정보 입력에 실현과정을 실시간으로 확인할 수 있게 되는 것이다.

특히, 상기 Z축이동 피드모듈(120)의 관통홀 구조의 토출가이드부(121)에 내삽되는 구조로 결합되어 토출물질을 하방으로 가압하는 가압부(131)를 구비하는 토출가압바(130)를 통해 내부의 토출가이드부(121)에 수용되는 재료물질을 가압에 의해 토출하게 되면, 지정 위치에 토출이 이루어지게 된다.

Z축 이동은 상술한바와 같이, Z축간격조절부(118)에 대응되는 입력패턴(이를 테면, 나사산 패턴)과 Z축간격입력부(122)에 구현되는 대응 조절패턴이 상호 결합하면서, 상기 Z축이동 피드모듈(120)이 단계적으로 Z축방향으로 상승 또는 하강하게 하는 동작을 수행하게 된다.

아울러 상기 익스트루더 유닛(100)은, 상기 X축가이드부(114) 및 Y축가이드부(116)에 결합하는 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 상호 접촉하지 않는 상태로 직교하는 구조로 교차하도록 배치되도록 함이 바람직하다. 이는 효과적으로 X축이동과 Y축이동이 구현될 수 있도록 하기 위함이다.

도 9는 도 4 내지 도 8에서 상술한 주요 구성이 결합한 결합개념도를 도시한 것이다. 도 10은 본 발명의 익스트루더와 이송바의 결합구조 및 제1이송바및 제2이송바 표면에 코딩 입력값을 확인 가능하도록 위치 표시부가 구현되는 것을 예시한 이미지이다.

도 11 내지 도 13은 도 10에서의 제1이송바및 제2이송바의 표시부 눈금을 통해 현재 코딩된 위치정보에 따라 구현되는 실제 이미지의 구현(이동)경로를 표시한 예시도이다.

즉, 도 10에서와 같이, X축 제1이송바(142)에 표시된 좌표가 “3”에 지정되고, Y축에 현재 표시된 좌표가 '0''에 표시된 상태의 초기 코딩입력 좌표는 (3,0)에 해당하게 된다.

사용자는 도 11과 같은 사각형의 외각을 따라 이동하는 코딩정보를 구현하고자 하는 경우에는, (3,0)의 좌표에서 (3,3)-

(3, 6)

(6,6)

(6,3)

(3,3)으로 이어지는 고정좌표의 연결 선을 따라서 이동이 이루어지게 됨을 확인할 수 있으며, 실제 토출의 과정은 Z축의 이동을 위한 입력패턴의 변동값을 주어 이동시키면서 실제 토출되는 재료물질을 통해 확인을 할 수 있게 된다.

도 12 및 도 13 역시 도 11에서처럼 원하는 코딩값을 수평, 수직 좌표에 주요포인트를 입력하고, 이를 육안으로 확인하면서 원하는 이미지의 구현을 확인하게 된다.

이와 같이, 3D 프린터의 코딩과정이 내부적인 프로그램으로 처리되는 부분을 실제 교육생들이 수동으로 입력하며 변동하는 코딩과정과 토출 실현과정을 통해 직관적으로 이해할 수 있도록 한다는 점에서 본 발명의 교구는 매우 효율적인 장점을 구현할 수 있다.

나아가, 모터구동이나 회로 구동의 장치가 연계하지 않아도, X, Y, Z 축의 이동을 익스트루더 자체에 결합하는 이동 모듈 구조를 통해 수동으로 이동시킬 수 있게 되는바, 간단한 구성으로 3D 프린터의 코딩과 연동하는 토출작업을 이해할 수 있도록 한다.

도 15는 본 발명에 따른 확장된 실시예에 따른 교구 실시예를 도시한 것이다.

본 발명은 도 1 내지 도 11에서 상술한 실시예에 따른 구조의 교구에, 센서모듈을 구비한 데이터처리모듈(S)을 장착하는 구조로 구현할 수 있다.

상기 데이터처리모듈(S)은 본 발명에 따른 교구를 적용하여 익스트루더의 이동을 통해 3D 프린팅을 구현하는 과정에 대한 정보를 실시간으로 센싱하고, 이를 저장하는 과정을 수행할 수 있도록 하는 센서모듈과 데이터처리회로를 포함하여 구현될 수 있다. 이러한 센서모듈이 예로는 길이측정센서나 각도센서, 시간과 3D 좌표데이터를 감지하여 센싱할 수 있는 3D길이측정센서등을 포함할 수 있으며,별개의 외부 장치와 통신할 수 있는 통신모듈이나 실장 회로등을 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 교구를 이용하여 피교육자가 스스로 입력하는 좌표에 따른 익스트루더의 이동과 움직임을 수동으로 구현하는 과정을 직관적으로 이해하는 과정에서 더 나아가, 이상의 움직임과 실제 토출에 따른 입체물의 형성과정에 대한 정보를 실시간으로 감지하여 저장하고, 이를 재구현하거나 수정할 수 있는 정보로 구현할 수 있도록 할 수 있다.

이러한 과정은 입체물의 생성과정 내의 익스트루더의 움직임이나 설정과정, 토출의 속도와 시간 등의 정보까지 정밀하게 센싱하여 데이터처리를 하게 할 수 있게 하고, 이를 추후 피교육자가 확인하거나 수정할 수 있도록 하여, 더욱 진보한 교육과정으로 발전할 수 있게 할 수 있다.

특히, 상기 데이터처리모듈(S)의 경우, 3D프린팅 과정을 통해 제작되는 입체물에서 실시간으로 추출이 가능한 데이터를 스캔하여 재구성할 수 있게 되는바, 제작 중의 입체물에 대한 내부 및 외부의 특성 3D 데이터를 정량화하여 저장처리할 수 있게 되며, 이러한 정보는 바탕으로 반복적인 동일 결과물을 구현할 수 있게 된다. 이러한 본 발명의 교구와 데이터처리모듈(S)이 결합 구성은,추후 부정형 입체물을 활용한 산업분야,이를테면 요리, 케익, 즉석요리 등의 푸드 프린팅이나, 핸드메이드 수제품을 구현하는 분야, 예술품이나 역설계 분야에 접목이 가능하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 익스트루더 유닛
110: 익스트루더
112: 몸체
114: X축가이드부
116: Y축가이드부
118: Z축간격조절부
120: Z축이동 피드모듈
121: 토출가이드부
122: Z축간격입력부
123: 관통홀
124: 걸림턱
130: 토출가압바
210, 220: 수평프레임
A: 수직프레임

Claims (5)

1. 코딩교육용 3D프린터 교구에 있어서,
   3D프린팅에서의 X, Y, Z 축방향의 이동이 가능하도록 하는 익스트루더 유닛(100)을 포함하되, 상기 익스트루더 유닛(100)은,
   몸체(112)의 표면에 이송바(142, 144)가 결합하여, 상기 몸체의 X축방향 및 Y축방향 이동을 구현하는 익스트루더(110)와,
   상기 익스트루더(110)의 몸체(112) 중심부에 결합하고, 토출용액을 분사하는 토출노즐부(125)를 구비하며, Z축방향 이동을 구현하는 실리더 타입의 Z축이동 피드모듈(120)을 포함하고,
   상기 익스트루더 유닛(100)은,
   중심부가 관통구조로 형성되며, 내표면에 Z축방향 이동을 제어하는 Z축간격조절부(118)가 구현되는 몸체(112)의 외표면에 제1이송바(142)가 끼움결합하는 구조로 결합하여 제1방향 이동을 구현하는 X축가이드부(114)와, 제2이송바(144)가 끼움결합구조로 결합하여 몸체의 제2방향 이동을 구현하는 Y축가이드부(116)가 마련되는 익스트루더(110);
   상기 몸체(112)의 관통구조에 내삽되는 구조로 결합되며, 상기 Z축간격조절부(118)에 대응되는 입력패턴을 구비하는 Z축간격입력부(122)가 외표면에 마련되며, 내측면은 관통홀(123)이 구현되며, 말단에는 토출노즐부(125)가 마련되는 Z축이동 피드모듈(120); 및
   상기 Z축이동 피드모듈(120)의 관통홀 구조의 토출가이드부(121)에 내삽되는 구조로 결합되어 토출물질을 하방으로 가압하는 가압부(131)를 구비하는 토출가압바(130);를 포함하는,
   코딩교육용 3D프린터 교구.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 익스트루더 유닛(100)은,
   상기 X축가이드부(114) 및 Y축가이드부(116)에 결합하는 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 상호 접촉하지 않는 상태로 직교하는 구조로 교차하도록 배치되며,
   상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)는 위치 코딩용 표시가 구현되며,상기 위치 코딩용 표시는 상기 X축가이드부(114) 및 상기 Y축가이드부(116)의 확인홀(113, 115)를 통해 노출되는,
   코딩교육용 3D프린터 교구.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 익스트루더 유닛(100)은,
   상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단 각각이 끼움결합되는 가이드부재(214)를 포함하는 수평프레임(210)을 더 포함하며,
   상기 수평프레임(210)은 상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 상기 수평프레임(210)의 길이방향을 따라 이동하도록 하는 가이드홈(212)이 마련되는 구조인,
   코딩교육용 3D프린터 교구.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 익스트루더 유닛(100)은,
   상기 제1이송바(142) 및 상기 제2이송바(144)의 말단이 결합하는 4개의 수평프레임(210)과,
   상기 수평프레임(210)의 말단에 결합하는 4개의 수직프레임(A)을 포함하는,
   코딩교육용 3D프린터 교구.

Images