KR102245414B1 - 크레인을 이용한 3ｄ 프린팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

3D 프린팅 시스템이 개시된다. 3D 프린팅 시스템은 제작품에 대한 3D 모델을 작업 코드로 변경하고, 변경된 작업 코드에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력하는 원격 통제 장치; 원격 통제 장치와 통신하는 통신 장치; 및 통신 장치와 전기적으로 연결되는 제어 장치를 포함하고, 제어 장치는 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 원격 작업 지시 신호를 수신받고, 수신된 원격 작업 지시 신호에 응답하여 작업 수행 신호를 출력하고, 수신된 작업 수행 신호에 기초하여 작업 수행 장치에 의해 3D 프린팅 작업을 수행할 때에, 가이드 레일을 따라 이동하는 크레인을 이용하여 작업 좌표에 원료를 분사하는 분사 노즐의 위치를 이동시키고, 분사 노즐에 의해 3D 프린팅 작업을 수행하도록 작업 수행 장치를 제어하는 것을 포함할 수 있다.

Description

크레인을 이용한 3Ｄ 프린팅 시스템{3Ｄ PRINTING SYSTEM}
개시된 발명은 3D 프린팅 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현하고, 간단한 구조로 설치 및 유지 보수가 용이하고, 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감할 수 있는 3D 프린팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 3D 프린팅(3D printing)은 3D 입체 모델링을 플라스틱 액체 혹은 기타 원료를 사출하거나 적층, 응고시켜 3차원 형태의 고체 제품을 제작하는 기술을 말하며, 전통적인 재료 가공 기술에 비해 속도, 가격, 사용 편리성등 다양한 측면에서 우위를 나타내고 있다.
3D 프린팅은 원료에 따라 액체, 파우더, 고체로 나뉘며, 레이저, 열, 빛 등의 소스를 기반으로 응고, 적층하는 다양한 방식이 존재하는데, 3D 프린팅 방식은 현재까지 다양하게 개발되어 왔으며 각각의 방식은 제품 제작에 있어 장단점을 가지고 있다.
3D 프린팅 방식은 각각의 분야마다 다른 형태의 방식이 사용될 수 있으며, 크게 FDM(Fused Deposition Modelling), DLP(Digital Light Processing), SLA(Stereolithography), SLS(Selective Laser Sintering), PolyJet(Photopolymer Jetting Technology), DMT(Direct Metal Tooling), PBP(Powder Bed & inkjet head 3d printing), LOM(Laminated Object Manufacturing)등의 방식으로 구분될 수 있다.
이러한, 3D 프린팅은 입체 구조물의 3D 모델을 3D 프린터에 입력하고, 컴퓨터를 통해 3D 프린터를 자동으로 제어하여 입체 구조물을 제조할 수 있도록 함으로써, 정교한 작업이나, 작업 환경이 열악한 곳에서 큰 역할을 수행할 수 있다.
또한, 3D 프린팅은 기계 절삭, 밀링 또는 성형등 기존의 제조 방식을 탈피하여, 일괄된 방식으로 어떠한 형태의 제품도 만들어 낼 수 있기 때문에 모든 산업 분야에서 골고루 사용할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래 3D 프린팅 시스템은 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현하는데에 한계가 있었고, 복잡한 구조로 설치되면서 유지 보수가 용이하지 않았으며, 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감하지 못하였다.
이상의 이유로, 개시된 발명의 일 측면은 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 다른 측면은 간단한 구조로 설치 및 유지 보수가 용이한 3D 프린팅 시스템을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 또 다른 측면은 다수 크레인의 분업 과정 또는 협업 과정을 이용하여 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 제공하고자 한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 3D 프린팅 시스템은, 제작품에 대한 3D 모델을 작업 코드로 변경하고, 상기 변경된 작업 코드에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력하는 원격 통제 장치; 상기 원격 통제 장치와 통신하는 통신 장치; 및 상기 통신 장치와 전기적으로 연결되는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 통신 장치를 통해 상기 원격 통제 장치로부터 상기 원격 작업 지시 신호를 수신받고, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호에 응답하여 작업 수행 신호를 출력하고, 상기 수신된 작업 수행 신호에 기초하여 작업 수행 장치에 의해 3D 프린팅 작업을 수행할 때에, 가이드 레일을 따라 이동하는 크레인을 이용하여 작업 좌표에 원료를 분사하는 분사 노즐의 위치를 이동시키고, 상기 분사 노즐에 의해 상기 3D 프린팅 작업을 수행하도록 상기 작업 수행 장치를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 X축 위치 제어 지시 신호이면, 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 정방향 모터를 제어 또는 X축 역방향 모터를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 X축 정방향 모터를 제어 또는 X축 역방향 모터를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 Y축 위치 제어 지시 신호이면, 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 상기 크레인의 상부에 마련된 제 1 크랩과 제 2 크랩을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어 또는 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 제 1 크랩에 장착된 제 1 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 제 1 거리 센서에 의해 측정된 제 1 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 제 1 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 제 2 크랩에 장착된 제 2 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 제 2 거리 센서에 의해 측정된 제 2 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 제 2 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 Z축 위치 제어 지시 신호이면, 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키도록 상기 크레인의 상부에 마련된 제 1 크랩과 제 2 크랩을 상기 크레인의 가장 자리 방향으로 각각 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어 또는 상기 제 1 크랩과 상기 제 2 크랩을 상기 크레인의 중심 방향으로 각각 이동시키기 위한 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어하는 제 3 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 협업 제어 지시 신호이면, 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 메인 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 4 작업 수행 신호와, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 적어도 하나의 보조 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 5 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 4 작업 수행 신호를 출력하고, 상기 적어도 하나의 보조 크레인중 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 5 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 적어도 하나의 보조 크레인중 다른 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 하나의 보조 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 6 작업 수행 신호를 더 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 분업 제어 지시 신호이면, 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 메인 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 7 작업 수행 신호와, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 적어도 하나의 보조 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 7 작업 수행 신호를 출력하고, 상기 적어도 하나의 보조 크레인중 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 적어도 하나의 보조 크레인중 다른 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 하나의 보조 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고, 상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 9 작업 수행 신호를 더 출력할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 다른 측면에 따르면, 간단한 구조로 설치 및 유지 보수가 용이한 3D 프린팅 시스템을 제공할 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수 크레인의 분업 과정 또는 협업 과정을 이용하여 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 제어 장치와 작업 수행 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 인버터와 모터의 구성을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 측면도이다.
도 8은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 협업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 협업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 다른 일예로 나타낸 평면도이다.
도 10은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시켜 3D 프린팅 작업을 협업하는 것을 일예로 나타낸 측면도이다.
도 11은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
이하에서는 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현하고, 간단한 구조로 설치 및 유지 보수가 용이하고, 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 살펴보기로 한다.
도 1은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템의 구성을 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅 시스템(100)은 원격 통제 장치(110), 통신 장치(120), 제어 장치(130)를 포함할 수 있다.
원격 통제 장치(110)는 제작품에 대한 3D 모델을 작업 코드로 변경하고, 변경된 작업 코드에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 원격 통제 장치(110)는 작업 생성 장치와, 작업 지시 장치를 포함할 수 있다.
작업 생성 장치는 작업 지시 장치에 접속하거나, 제작품에 대한 3D 모델을 작업 코드로 변경할 수 있다. 작업 생성 단말기는 컴퓨터와 노트북과 태블릿 PC와 스마트폰중 어느 하나일 수 있다.
작업 지시 장치는 작업 코드에 대한 원격 작업 지시 신호인 PLC 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 작업 지시 장치는 3D 프린팅 작업을 수행하기 위한 크레인의 위치 이동 또는 크레인의 상부에 마련된 제 1 크랩과 제 2 크랩의 위치 이동에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 작업 지시 장치는 3D 프린팅 작업을 수행하기 위한 다수의 크레인의 협업 또는 분업에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 작업 지시 장치는 3D 프린팅 작업을 수행할 시에 크레인에 장착된 거리 센서에 기초하여 크레인 충돌 방지 또는 장애물 회피등과 같은 크레인 간섭 제어에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 작업 지시 장치는 통신 장치(120)를 통해 제어 장치(130)로부터 작업 수행 장치(200)의 작업 수행 상태 정보를 수신받을 수 있다. 작업 지시 장치는 컴퓨터 또는 임베디드 컴퓨터일 수 있다.
원격 통제 장치(110)는 원격 작업 지시 신호를 통신 장치(120)로 전송하기 위한 무선 액세스 포인트와 무선 액세스 포인트에 연결된 무선 안테나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 원격 작업 지시 신호는 분사 노즐의 X축 위치 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 제어 지시 신호일 수 있다. 원격 작업 지시 신호는 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 협업 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 협업 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 협업 제어 지시 신호일 수 있다. 원격 작업 지시 신호는 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 분업 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 분업 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 분업 제어 지시 신호일 수 있다.
통신 장치(120)는 원격 통제 장치(110)와 통신할 수 있다. 통신 장치(120)는 원격 통제 장치(110)의 무선 안테나로부터 원격 작업 지시 신호를 수신받아 제어 장치(130)로 전송하기 위한 무선 안테나와 무선 안테나에 연결된 무선 액세스 포인트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 무선 안테나와 무선 안테나에 연결된 무선 액세스 포인트는 원격 통제 장치(110)의 무선 안테나로부터 분사 노즐의 X축 위치 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 제어 지시 신호인 원격 작업 지시 신호를 수신받아 제어 장치(130)로 전송할 수 있다.
무선 안테나와 무선 안테나에 연결된 무선 액세스 포인트는 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 협업 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 협업 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 협업 제어 지시 신호인 원격 작업 지시 신호를 수신받아 제어 장치(130)로 전송할 수 있다.
무선 안테나와 무선 안테나에 연결된 무선 액세스 포인트는 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 분업 제어 지시 신호 또는 Y축 위치 분업 제어 지시 신호 또는 Z축 위치 분업 제어 지시 신호인 원격 작업 지시 신호를 수신받아 제어 장치(130)로 전송할 수 있다.
원격 통제 장치(110)와 제어 장치(130)의 통신 방식은 크레인의 기계 구조상 외부로부터 전원 및 통신을 유선으로 연결하는데에 한계가 있으므로, 무선으로 연결하는 통신 장치(120)가 적용될 수 있다. 통신 장치(120)는 무선 액세스 포인트를 다수 설치하여 통신 커버리지를 높일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 제어 장치와 작업 수행 장치의 구성을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어 장치(130)는 통신 장치(120)와 전기적으로 연결되고, 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 원격 작업 지시 신호를 수신받을 수 있다. 제어 장치(130)는 PLC(Programmable Logic Controller, 131)를 포함할 수 있다. PLC(131)는 프로세서와 메모리를 포함하여 작업 수행 장치(200)를 제어할 수 있다.
PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호에 응답하여 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. PLC(131)는 수신된 작업 수행 신호에 기초하여 작업 수행 장치(200)에 의해 3D 프린팅 작업을 수행할 때에, 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 크레인(220)을 이용하여 작업 좌표에 원료를 분사하는 분사 노즐(230)의 위치를 이동시키고, 분사 노즐(230)에 의해 3D 프린팅 작업을 수행하도록 작업 수행 장치(200)를 제어할 수 있다. 작업 수행 장치(200)는 PLC(131)로부터 작업 수행 신호를 수신받아 가이드 레일(210), 크레인(220), 분사 노즐(230), 모터(240), 제 1 크랩(250), 제 2 크랩(260), 리플렉터(270), 거리 센서(280)를 이용하여 3D 프린팅 작업을 수행할 수 있다. 작업 수행 장치(200)의 구성은 이하에서 설명하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 인버터와 모터의 구성을 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 인버터(132)는 모터(240)의 주파수 제어를 통하여 분사 노즐(230)의 X축 위치를 이동시키기 위한 크레인(220)의 속도 또는 분사 노즐(230)의 Y축 위치를 이동시키기 위한 제 1 크랩(250)의 속도와 제 2 크랩(260)의 속도를 제어할 수 있다. 인버터(132)는 속도 제어 커브 모델을 이용하여 부드럽고 정밀한 위치 제어를 수행할 수 있다.
인버터(132)는 X축 인버터(132a), 제 1 Y축 인버터(132b), 제 2 Y축 인버터(132c)를 포함할 수 있다. 모터(240)는 X축 정방향 모터(241), X축 역방향 모터(242), 제 1 Y축 정방향 모터(243), 제 1 Y축 역방향 모터(244), 제 2 Y축 정방향 모터(245), 제 2 Y축 역방향 모터(246)를 포함할 수 있다. X축 인버터(132a)는 X축 정방향 모터(241)의 속도 또는 X축 역방향 모터(242)의 속도를 제어할 수 있다. 제 1 Y축 인버터(132b)는 제 1 Y축 정방향 모터(243)의 속도 또는 제 1 Y축 역방향 모터(244)의 속도를 제어할 수 있다. 제 2 Y축 인버터(132c)는 제 2 Y축 정방향 모터(245)의 속도 또는 제 2 Y축 역방향 모터(246)의 속도를 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐(230)의 X축 위치 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 크레인(221)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 정방향 모터(241)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 역방향 모터(242)를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. X축 정방향 모터(241)는 크레인(221)의 일측에 마련될 수 있고, X축 역방향 모터(242)는 크레인(221)의 타측에 마련될 수 있다.
PLC(131)는 가이드 레일(210)에 장착된 리플렉터(271)와 크레인(221)에 장착된 거리 센서(281)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230)의 X- 축 위치를 이동시키도록 X축 정방향 모터(241)를 제어 또는 X축 역방향 모터(242)를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 거리 센서(281)는 레이저 거리 센서일 수 있다. 레이저 거리 센서는 0.1mm 이하의 분해능을 가지며 정밀도 향상을 위해 레이저 리플렉터가 필요할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(271)와 거리 센서(281)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 크레인(221)의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(281)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
X축 정방향 모터(241)는 PLC(131)로부터 제 1 작업 수행 신호를 수신받아 크레인(221)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 역방향 모터(242)는 PLC(131)로부터 제 1 작업 수행 신호를 수신받아 크레인(221)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 X축 정방향 모터(241)의 속도 또는 X축 역방향 모터(242)의 속도를 제어할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐(230)의 Y축 위치 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Y축 위치를 이동시키도록 크레인(221)의 상부에 마련된 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)을 Y+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)를 동시에 제어 또는 Y- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 제 1 Y축 정방향 모터(243)는 제 1 크랩(251)의 일측에 마련될 수 있고, 제 1 Y축 역방향 모터(244)는 제 1 크랩(251)의 타측에 마련될 수 있다. 제 2 Y축 정방향 모터(245)는 제 2 크랩(261)의 일측에 마련될 수 있고, 제 2 Y축 역방향 모터(246)는 제 2 크랩(261)의 타측에 마련될 수 있다.
PLC(131)는 제 1 크랩(251)에 장착된 제 1 리플렉터(272a)와 크레인(221)에 장착된 제 1 거리 센서(282a)에 의해 측정된 제 1 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 제 1 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Y+ 축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 1 거리 센서(282a)는 레이저 거리 센서일 수 있다. 레이저 거리 센서는 0.1mm 이하의 분해능을 가지며 정밀도 향상을 위해 레이저 리플렉터가 필요할 수 있다.
PLC(131)는 제 1 리플렉터(272a)와 제 1 거리 센서(282a)에 의해 측정된 제 1 상대 거리에 기초하여 제 1 크랩(251)의 충돌을 방지할 수 있다. 제 1 거리 센서(282a)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)는 PLC(131)로부터 제 2 작업 수행 신호를 수신받아 크레인(221)을 Y+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Y+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 Y축 인버터(132b)는 제 1 Y축 정방향 모터(243)의 속도를 제어할 수 있고, 제 2 Y축 인버터(132c)는 제 2 Y축 정방향 모터(245)의 속도를 제어할 수 있다.
PLC(131)는 제 2 크랩(261)에 장착된 제 2 리플렉터(272b)와 크레인(221)에 장착된 제 2 거리 센서(282b)에 의해 측정된 제 2 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 제 2 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Y- 축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 2 거리 센서(282b)는 레이저 거리 센서일 수 있다. 레이저 거리 센서는 0.1mm 이하의 분해능을 가지며 정밀도 향상을 위해 레이저 리플렉터가 필요할 수 있다.
PLC(131)는 제 2 리플렉터(272b)와 제 2 거리 센서(282b)에 의해 측정된 제 2 상대 거리에 기초하여 제 2 크랩(261)의 충돌을 방지할 수 있다. 제 2 거리 센서(282b)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)는 PLC(131)로부터 제 2 작업 수행 신호를 수신받아 크레인(221)을 Y- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Y- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 Y축 인버터(132b)는 제 1 Y축 역방향 모터(244)의 속도를 제어할 수 있고, 제 2 Y축 인버터(132c)는 제 2 Y축 역방향 모터(246)의 속도를 제어할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다. 도 7은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키는 것을 일예로 나타낸 측면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐(230)의 Z축 위치 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Z축 위치를 이동시키도록 크레인(221)의 상부에 마련된 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)을 크레인(221)의 가장 자리 방향으로 각각 이동시켜 분사 노즐(230)을 Z- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)를 동시에 제어 또는 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)을 크레인(221)의 중심 방향으로 각각 이동시켜 분사 노즐(230)을 Z+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)를 동시에 제어하는 제 3 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
분사 노즐(230)은 높이 조절 부재(293)에 마련될 수 있다. 높이 조절 부재(293)는 제 1 크랩(251)에 연결된 제 1 지지 부재(291)에 지지되고, 제 2 크랩(261)에 연결된 제 2 지지 부재(292)에 지지될 수 있다. 높이 조절 부재(293)는 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)이 크레인(221)의 가장 자리 방향으로 각각 이동할수록 분사 노즐(230)을 위로 올려 Z- 축 방향으로 이동시킬 수 있고, 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)이 크레인(221)의 중심 방향으로 각각 이동할수록 분사 노즐(230)을 아래로 내려 Z+ 축 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 높이 조절 부재(293)는 자바라 대문 형태일 수 있다.
PLC(131)는 제 2 크랩(261)에 장착된 리플렉터(273)와 제 1 크랩(251)에 장착된 거리 센서(283)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Z- 축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)를 동시에 제어하는 제 3 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Z+ 축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)를 동시에 제어하는 제 3 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 거리 센서(283)는 레이저 거리 센서일 수 있다. 레이저 거리 센서는 0.1mm 이하의 분해능을 가지며 정밀도 향상을 위해 레이저 리플렉터가 필요할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(273)와 거리 센서(283)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 제 1 크랩(251)과 제 2 크랩(261)간의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(283)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 1 Y축 정방향 모터(243)와 제 2 Y축 역방향 모터(246)는 PLC(131)로부터 제 3 작업 수행 신호를 수신받아 분사 노즐(230)을 Z- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Z- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 Y축 인버터(132b)는 제 1 Y축 정방향 모터(243)의 속도를 제어할 수 있고, 제 2 Y축 인버터(132c)는 제 2 Y축 역방향 모터(246)의 속도를 제어할 수 있다.
제 1 Y축 역방향 모터(244)와 제 2 Y축 정방향 모터(245)는 PLC(131)로부터 제 3 작업 수행 신호를 수신받아 분사 노즐(230)을 Z+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230)의 Z+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 Y축 인버터(132b)는 제 1 Y축 역방향 모터(244)의 속도를 제어할 수 있고, 제 2 Y축 인버터(132c)는 제 2 Y축 정방향 모터(245)의 속도를 제어할 수 있다.
이때, 분사 노즐(230)과 원료 공급 라인으로 구성된 원료분사부는 작업 좌표에 원료를 분사할 수 있다. 분사 노즐(230)은 원격 통제 장치(110)로부터 분사 위치와 분사 시기에 대한 원격 작업 지시 신호를 수신받아 접점 제어하는 PLC(131)에 의해 작업 좌표에 원료를 분사하여 3D 프린팅 작업을 수행할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 협업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230a)의 X축 위치 협업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 메인 크레인(221a)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)를 제어하는 제 4 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)는 메인 크레인(221a)의 일측에 마련될 수 있고, X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)는 메인 크레인(221a)의 타측에 마련될 수 있다.
PLC(131)는 가이드 레일(210)에 장착된 리플렉터(271)와 메인 크레인(221a)에 장착된 거리 센서(281)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230a)의 X- 축 위치를 이동시키도록 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)를 제어하는 제 4 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)는 PLC(131)로부터 제 4 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221a)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)는 PLC(131)로부터 제 4 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)의 속도 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)의 속도를 제어할 수 있다.
PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230b)의 X축 위치 협업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 제 1 보조 메인 크레인(221b)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)를 제어하는 제 5 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)는 제 1 보조 크레인(221b)의 일측에 마련될 수 있고, 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)는 제 1 보조 크레인(221b)의 타측에 마련될 수 있다.
PLC(131)는 제 1 보조 크레인(221b)에 장착된 리플렉터(274)와 메인 크레인(221a)에 장착된 거리 센서(284)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. 거리 센서(284)는 제 1 거리 센서(282a)의 영향을 받지 않도록 메인 크레인(221a)에 제 1 거리 센서(282a)와 이격되어 장착될 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230b)의 X- 축 위치를 이동시키도록 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)를 제어하는 제 5 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(274)와 거리 센서(284)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 메인 크레인(221a)과 제 1 보조 크레인(221b)의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(284)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)는 PLC(131)로부터 제 5 작업 수행 신호를 수신받아 제 1 보조 크레인(221b)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)는 PLC(131)로부터 제 5 작업 수행 신호를 수신받아 제 1 보조 크레인(221b)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)의 속도 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)의 속도를 제어할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 협업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 다른 일예로 나타낸 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230c)의 X축 위치 협업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 제 2 보조 메인 크레인(221c)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)를 제어하는 제 6 작업 수행 신호를 출력할 수 있다. 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)는 제 2 보조 크레인(221c)의 일측에 마련될 수 있고, 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)는 제 2 보조 크레인(221c)의 타측에 마련될 수 있다.
PLC(131)는 제 2 보조 크레인(221c)에 장착된 리플렉터(275)와 제 1 보조 크레인(221b)에 장착된 거리 센서(285)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. 거리 센서(285)는 제 1 거리 센서(282a)의 영향을 받지 않도록 제 1 보조 크레인(221b)에 제 1 거리 센서(282a)와 이격되어 장착될 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)를 제어하는 제 6 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(275)와 거리 센서(285)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)의 충돌을 방지할 수 있다. PLC(131)는 교차 작업 영역에서 제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(285)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)는 PLC(131)로부터 제 6 작업 수행 신호를 수신받아 제 2 보조 크레인(221c)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)는 PLC(131)로부터 제 6 작업 수행 신호를 수신받아 제 2 보조 크레인(221c)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)의 속도 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)의 속도를 제어할 수 있다.
제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)을 이용하여 분사 노즐(230b, 230c)의 Y 축 위치와 Z 축 위치를 이동시키는 과정은 도 5에 도시된 같이 분사 노즐(230)의 Y 축 위치를 이동시키는 과정과, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 분사 노즐(230)의 Z 축 위치를 이동시키는 과정과 동일하므로, 이것에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 10은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시켜 3D 프린팅 작업을 협업하는 것을 일예로 나타낸 측면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)와 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)와 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)는 PLC(131)로부터 제 4 작업 수행 신호와 제 5 작업 수행 신호와 제 6 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221a)과 제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a, 230b, 230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 분사 노즐(230a, 230b, 230c)은 시작점에 위치하고 있다가, 원격 통제 장치(110)로부터 분사 위치와 분사 시기에 대한 원격 작업 지시 신호를 수신받아 접점 제어하는 PLC(131)에 의해 작업 좌표에 원료를 각각 분사(P1, P2, P3)하여 3D 프린팅 작업을 협업할 수 있다. 이러한, 3D 프린팅 작업은 동일한 제작품을 협업하여 제작할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 의한 3D 프린팅 시스템에서 분업을 위해 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키는 것을 일예로 나타낸 평면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230a)의 X축 위치 분업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 메인 크레인(221a)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)를 제어하는 제 7 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 가이드 레일(210)에 장착된 리플렉터(271)와 메인 크레인(221a)에 장착된 거리 센서(281)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230a)의 X- 축 위치를 이동시키도록 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)를 제어하는 제 7 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)는 PLC(131)로부터 제 7 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221a)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)는 PLC(131)로부터 제 7 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 X축 메인 크레인 정방향 모터(241a)의 속도 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)의 속도를 제어할 수 있다.
PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230b)의 X축 위치 분업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 제 1 보조 메인 크레인(221b)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 제 1 보조 크레인(221b)에 장착된 리플렉터(274)와 메인 크레인(221a)에 장착된 거리 센서(284)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230b)의 X- 축 위치를 이동시키도록 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(274)와 거리 센서(284)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 메인 크레인(221a)과 제 1 보조 크레인(221b)의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(285)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)는 PLC(131)로부터 제 8 작업 수행 신호를 수신받아 제 1 보조 크레인(221b)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)는 PLC(131)로부터 제 8 작업 수행 신호를 수신받아 제 1 보조 크레인(221b)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230b)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터(241b)의 속도 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)의 속도를 제어할 수 있다.
PLC(131)는 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐(230b)의 X축 위치 분업 제어 지시 신호이면, 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X축 위치를 이동시키도록 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 제 2 보조 메인 크레인(221c)을 X+ 축 방향으로 이동시키기 위한 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)를 제어 또는 X- 축 방향으로 이동시키기 위한 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)를 제어하는 제 9 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 제 2 보조 크레인(221c)에 장착된 리플렉터(275)와 제 1 보조 크레인(221b)에 장착된 거리 센서(285)에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로부터 수신받을 수 있다. PLC(131)는 수신된 상대 거리에 기초하여 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X+ 축 위치 또는 분사 노즐(230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)를 제어하는 제 9 작업 수행 신호를 출력할 수 있다.
PLC(131)는 리플렉터(275)와 거리 센서(285)에 의해 측정된 상대 거리에 기초하여 제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)의 충돌을 방지할 수 있다. 거리 센서(285)는 감지된 충돌 위험 상태 정보를 PLC(131)와 전기적으로 연결되는 통신 장치(120)를 통해 원격 통제 장치(110)로 전송할 수 있다.
제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)는 PLC(131)로부터 제 9 작업 수행 신호를 수신받아 제 2 보조 크레인(221c)을 X+ 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X+ 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)는 PLC(131)로부터 제 9 작업 수행 신호를 수신받아 제 2 보조 크레인(221c)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. X축 인버터(132a)는 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터(241c)의 속도 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)의 속도를 제어할 수 있다.
제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)을 이용하여 분사 노즐(230b, 230c)의 Y 축 위치와 Z 축 위치를 이동시키는 과정은 도 5에 도시된 같이 분사 노즐(230)의 Y 축 위치를 이동시키는 과정과, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 분사 노즐(230)의 Z 축 위치를 이동시키는 과정과 동일하므로, 이것에 대한 설명은 생략하기로 한다.
X축 메인 크레인 역방향 모터(242a)와 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터(242b)와 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터(242c)는 PLC(131)로부터 제 7 작업 수행 신호와 제 8 작업 수행 신호와 제 9 작업 수행 신호를 수신받아 메인 크레인(221a)과 제 1 보조 크레인(221b)과 제 2 보조 크레인(221c)을 X- 축 방향으로 이동시켜 작업 좌표에 분사 노즐(230a, 230b, 230c)의 X- 축 위치를 이동시키도록 구동할 수 있다. 분사 노즐(230a, 230b, 230c)은 시작점에 위치하고 있다가, 원격 통제 장치(110)로부터 분사 위치와 분사 시기에 대한 원격 작업 지시 신호를 수신받아 접점 제어하는 PLC(131)에 의해 작업 좌표에 원료를 각각 분사(P4, P5, P6)하여 3D 프린팅 작업을 분업할 수 있다. 이러한, 3D 프린팅 작업은 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작할 수 있다.
이상과 같이, 일 실시예에 따른 3D 프린팅 시스템(100)은 저렴한 비용으로 초대형 3D 프린터를 구현할 수 있고, 간단한 구조로 설치 및 유지 보수가 용이하고, 다수 크레인의 분업 과정 또는 협업 과정을 이용하여 제작품의 제작 시간과 제작 비용을 절감할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록 매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
100: 3D 프린팅 시스템 110: 원격 통제 장치
120: 통신 장치 130: 제어 장치
131: PLC 132: 인버터
200: 작업 수행 장치 210: 가이드 레일
220: 크레인 230: 분사 노즐
240: 모터 250: 제 1 크랩
260: 제 2 크랩 270: 리플렉터
280: 거리 센서

Claims (13)

  1. 제작품에 대한 3D 모델을 작업 코드로 변경하고, 상기 변경된 작업 코드에 대한 원격 작업 지시 신호를 생성하여 출력하는 원격 통제 장치;
    상기 원격 통제 장치와 통신하는 통신 장치; 및
    상기 통신 장치와 전기적으로 연결되는 제어 장치를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 통신 장치를 통해 상기 원격 통제 장치로부터 상기 원격 작업 지시 신호를 수신받고,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호에 응답하여 작업 수행 신호를 출력하고,
    상기 수신된 작업 수행 신호에 기초하여 작업 수행 장치에 의해 3D 프린팅 작업을 수행할 때에, 가이드 레일을 따라 이동하는 크레인을 이용하여 작업 좌표에 원료를 분사하는 분사 노즐의 위치를 이동시키고, 상기 분사 노즐에 의해 상기 3D 프린팅 작업을 수행하도록 상기 작업 수행 장치를 제어하고,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 협업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 협업 제어 지시 신호이면, 상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 크레인중 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 상기 통신 장치를 통해 상기 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 메인 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 4 작업 수행 신호를 출력하고,
    상기 크레인중 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 상기 통신 장치를 통해 상기 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 하나의 보조 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 5 작업 수행 신호를 출력하는 것을 포함하는 3D 프린팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 X축 위치 제어 지시 신호이면,
    상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 정방향 모터를 제어 또는 X축 역방향 모터를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 X축 정방향 모터를 제어 또는 X축 역방향 모터를 제어하는 제 1 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 Y축 위치 제어 지시 신호이면,
    상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 상기 크레인의 상부에 마련된 제 1 크랩과 제 2 크랩을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어 또는 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 제 1 크랩에 장착된 제 1 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 제 1 거리 센서에 의해 측정된 제 1 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 제 1 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 제 2 크랩에 장착된 제 2 리플렉터와 상기 크레인에 장착된 제 2 거리 센서에 의해 측정된 제 2 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 제 2 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Y축 위치를 이동시키도록 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어하는 제 2 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 분사 노즐의 Z축 위치 제어 지시 신호이면,
    상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 Z축 위치를 이동시키도록 상기 크레인의 상부에 마련된 제 1 크랩과 제 2 크랩을 상기 크레인의 가장 자리 방향으로 각각 이동시키기 위한 제 1 Y축 정방향 모터와 제 2 Y축 역방향 모터를 동시에 제어 또는 상기 제 1 크랩과 상기 제 2 크랩을 상기 크레인의 중심 방향으로 각각 이동시키기 위한 제 1 Y축 역방향 모터와 제 2 Y축 정방향 모터를 동시에 제어하는 제 3 작업 수행 신호를 출력하는 것을 포함하고,
    상기 분사 노즐은 자바라 대문 형태인 높이 조절 부재에 마련되고,
    상기 높이 조절 부재는 상기 제 1 크랩에 연결된 제 1 지지 부재에 지지되고, 상기 제 2 크랩에 연결된 제 2 지지 부재에 지지되고,
    상기 분사 노즐은,
    상기 제 1 크랩과 상기 제 2 크랩이 상기 크레인의 가장 자리 방향으로 각각 이동할수록 상기 높이 조절 부재의 자바라 대문 접힘 동작에 의해 위로 올려져 Z- 축 방향으로 이동되고,
    상기 제 1 크랩과 상기 제 2 크랩이 상기 크레인의 중심 방향으로 각각 이동할수록 상기 높이 조절 부재의 자바라 대문 펼침 동작에 의해 아래로 내려져 Z+ 축 방향으로 이동되는 3D 프린팅 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 크레인중 다른 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 하나의 보조 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 6 작업 수행 신호를 더 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 수신된 원격 작업 지시 신호가 동일한 제작품을 분업 또는 개별 작업 좌표로 작업되는 제작품을 분업하여 제작하기 위한 분사 노즐의 X축 위치 분업 제어 지시 신호이면,
    상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 각각 이동시키도록 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 메인 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 7 작업 수행 신호와, 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 적어도 하나의 보조 크레인을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 가이드 레일에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 X축 메인 크레인 정방향 모터를 제어 또는 X축 메인 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 7 작업 수행 신호를 출력하고,
    상기 적어도 하나의 보조 크레인중 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 메인 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 1 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 1 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 8 작업 수행 신호를 출력하는 3D 프린팅 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 적어도 하나의 보조 크레인중 다른 하나의 보조 크레인에 장착된 리플렉터와 상기 하나의 보조 크레인에 장착된 거리 센서에 의해 측정된 상대 거리를 통신 장치를 통해 원격 통제 장치로부터 수신받고,
    상기 수신된 상대 거리에 기초하여 상기 작업 좌표에 상기 분사 노즐의 X축 위치를 이동시키도록 제 2 X축 보조 크레인 정방향 모터를 제어 또는 제 2 X축 보조 크레인 역방향 모터를 제어하는 제 9 작업 수행 신호를 더 출력하는 3D 프린팅 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20160144569A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 Matthew H. Martin 3-d printer
KR101636673B1 (ko) * 2014-12-05 2016-07-06 주식회사 포스코 3차원 프린팅 장치
KR20200021782A (ko) * 2018-08-21 2020-03-02 단국대학교 산학협력단 원격 3d 프린터의 제어방법

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