KR102289167B1 - 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법 - Google Patents

3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법 Download PDF

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이정훈
김억수
최지환
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Abstract

본 발명은 3차원 형상의 입체 조형물을 조형할 수 있는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로서, 3차원의 입체 조형물이 조형될 수 있도록, 분말 소재층이 복수의 레이어(Layer)로 적층될 수 있는 조형 스테이지의 상방에서 선형으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 상기 조형 스테이지 상에 접착 물질을 분사하는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리에 있어서, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드가 적어도 하나 이상 설치되는 헤드 모듈과, 상기 헤드 모듈을 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 선형 이동시키는 이동 장치 및 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 상기 복수개의 노즐 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 제어신호를 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법{Head module assembly of 3D printer and 3D printer and 3D printing method including same}
본 발명은 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 형상의 입체 조형물을 조형할 수 있는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법에 관한 것이다.
3차원 프린팅 기술은 3차원 입체 도면을 기반으로 3차원 공간 안에 인쇄하듯 물품을 만들어내는 제조기술을 말한다. 개발 초기에는 플라스틱 소재에만 국한되고 제한된 용도로 사용되었지만 나일론과 금속 등으로 범위가 확대되고, 휴대전화 케이스, 자동차 부속품까지 출력할 수 있는 정도로 전 산업분야에 응용되고 있는 추세이다. 종래의 대다수 산업용 금속 3D 프린터는 금속 분말을 도포하고 원하는 부분만 레이저로 용융시켜 제품을 만드는 선택적 레이저 소결(SLS) 방식을 따르고 있다. 그러나, 선택적 레이저 소결 방식은, 정교한 제품 제작은 가능하지만 대형 제품 제작이 어렵고 생산 속도가 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는, 금속이나 플라스틱 분말을 조형 스테이지 상에 도포하고 원하는 부분에 접착 물질(Binder)을 분사해 제품을 만드는 바인더 젯(Binder-Jet) 방식이 부각되고 있다. 바인더 젯 방식은 더 빠른 속도로 많은 제품을 한 번에 출력할 수 있으며 제품 크기의 제약도 SLS 방식에 비해 적다는 장점이 있다.
이러한, 바인더 젯 방식에서 접착 물질을 분사하는 프린터 헤드(Printer Head)는, 조형 스테이지(Bed) 상에 특정 형태를 인쇄할 수 있도록, 접착 물질이 선택적으로 분사되는 노즐이 복수개가 사각 형태로 배열되어 있다. 일반적으로, 조형 스테이지의 폭이 프린터 헤드의 폭 보다 넓기 때문에 복수의 헤드가 헤드 모듈을 이루어 조형 스테이지를 스캐닝하여 프린트하게 된다. 이때, 적절하지 못한 사용 환경(온도, 습도)이나, 접착 물질의 경화나, 노즐의 노후에 의해 노즐이 막히거나 비정상 작동하는 경우가 발생하며, 이에 의해 다수의 2차원 수평 공백 선 및 3차원 수직 공백 선이 초래될 수 있다. 이러한, 공백 라인은 선, 면, 공간 결함을 발생시켜 최종 입체 조형물의 건전성과 특성에 손상을 미치게 되어 품질에 영향을 줄 수 있다.
이에 따라, 종래의 3차원 프린터 및 3차원 프린팅 방법은, 막힘 노즐을 카메라 등을 통해 신호를 인지 및 검출한 후 이웃한 인접 노즐에서 과대 토출 등의 보상을 통한 결함 보정 방법이 사용되었으나, 실제 프린트 장치의 실행 시 막힘 노즐 인지의 정확도 및 속도와 결함 보정의 부족 등이 여전히 상존하는 문제점이 있었다. 이러한, 문제는 조형 스테이지의 크기가 커질수록, 즉, 노즐의 수가 많아질수록 더 보완이 어려울 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 막힘 노즐의 사전 인지 및 검출 과정을 생략하고 전체 프린팅 과정을 그대로 유지한 채 결함을 최소화할 수 있는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리가 제공된다. 상기 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리는, 3차원의 입체 조형물이 조형될 수 있도록, 분말 소재층이 복수의 레이어(Layer)로 적층될 수 있는 조형 스테이지의 상방에서 선형으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 상기 조형 스테이지 상에 접착 물질을 분사하는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리에 있어서, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드가 적어도 하나 이상 설치되는 헤드 모듈; 상기 헤드 모듈을 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 선형 이동시키는 이동 장치; 및 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 상기 복수개의 노즐 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이동 장치는, 상기 조형 스테이지의 양측에 상기 X축 방향으로 길게 연장되게 형성되는 한 쌍의 제 1 리니어축; 및 상기 Y축 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 상기 한 쌍의 제 1 리니어축 상에서 상기 X축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 제 2 리니어축;을 포함하고, 상기 헤드 모듈은, 상기 제 2 리니어축 상에서 상기 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에서 상기 X축 방향 또는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 상기 이동 장치에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 사전에 설정된 상기 헤드 모듈의 사용 횟수 또는 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 상기 복수개의 노즐의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이동 장치의 일측에 설치되어 상기 헤드 모듈을 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향과 수직한 Z축을 기준으로 회전시키는 회전 장치;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층 마다 상기 헤드 모듈의 이동 방향 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 다르게 제어할 수 있도록, 상기 이동 장치 및 상기 회전 장치 중 적어도 어느 하나에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 상기 이동 장치에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 헤드 모듈이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 상기 헤드 모듈의 전면이 제 1 방향을 향하고, 상기 헤드 모듈이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 상기 헤드 모듈의 전면이 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 향할 수 있도록, 상기 회전 장치에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린터가 제공된다. 상기 3차원 프린터는, 3차원의 입체 조형물의 단면층을 이루는 복수의 레이어가 상면에 적층되어 상기 입체 조형물로 조형되는 조형 스테이지; 상기 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포하는 분말 도포 장치; 상기 조형 스테이지 상에 도포된 상기 분말 소재층에 접착 물질을 잉크젯 방식으로 분사하는 헤드 모듈 어셈블리; 및 상기 조형 스테이지의 하부에 설치되어 상기 조형 스테이지를 승하강 시키는 승하강 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 3차원 프린팅 방법이 제공된다. 상기 3차원 프린팅 방법은, 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포하는 분말 도포 단계; 및 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드가 적어도 하나 이상 설치된 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지의 상방에서 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 왕복 이동하면서 상기 접착 물질을 분사하는 접착 물질 분사 단계;를 반복하여 상기 조형 스테이지 상에 3차원의 입체 조형물을 조형하는 3차원 프린팅 방법에 있어서, 상기 접착 물질 분사 단계는, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 상기 복수개의 노즐 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 접착 물질 분사 단계는, 사전에 설정된 상기 헤드 모듈의 사용 횟수 또는 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 상기 복수개의 노즐의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 상기 규칙적 패턴 또는 상기 무작위 패턴으로 선택할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 접착 물질 분사 단계는, 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층 마다 상기 헤드 모듈의 이동 방향 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 다르게 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 접착 물질 분사 단계에서, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 접착 물질 분사 단계에서,
상기 헤드 모듈이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 상기 헤드 모듈의 전면이 제 1 방향을 향하고, 상기 헤드 모듈이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 상기 헤드 모듈의 전면이 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 향할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부가적인 장치나 공정의 추가 없이 헤드 모듈에 배치된 프린터 헤드의 노즐 제어만으로 결함 발생을 사전에 방지 및 최소화할 수 있는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 3차원 프린터와 3차원 프린팅 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 3차원 프린터의 헤드 모듈에 배치된 프린터 헤드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 프린터 헤드의 복수개의 노즐의 토출을 제어하는 실시예 들을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터에서 헤드 모듈 어셈블리가 접착 물질을 분사하는 실시예를 나타내는 단면도들이다.
도 11 내지 도 13은 도 9 및 도 10의 과정에 의해 헤드 모듈 어셈블리가 각 분말 소재층에 접착 물질을 분사한 상태를 나타내는 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 3차원 프린터의 헤드 모듈(100)에 배치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 복수개의 노즐(N)의 토출을 제어하는 실시예 들을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터는, 크게, 헤드 모듈 어셈블리(100)와, 조형 스테이지(200)와, 분말 도포 장치(300) 및 승하강 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조형 스테이지(200)는, 3차원의 입체 조형물의 단면층을 이루는 복수의 레이어가 상면에 적층되어 상기 입체 조형물로 조형될 수 있도록, 상면이 평평한 사각의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
이러한, 조형 스테이지(200)는, 도시되진 않았지만, 하부에 설치된 상기 승하강 장치에 의해 승하강될 수 있다. 예컨대, 조형 스테이지(200) 상에 한 개의 레이어층을 적층하여 프린팅 한 후 다음 레이어층을 적층할 수 있도록, 상기 승하강 장치가 구동하여 상기 레이어층의 두께에 대응되는 높이 만큼 조형 스테이지(200)를 하강시킬 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 승하강 장치는, 조형 스테이지(200)를 선형으로 승하강시킬 수 있는 다양한 구동 장치가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 승하강 장치는, 전기 실린더나, 공압 실린더나, 유압 실린더와 같이, 조형 스테이지(200)를 직접적으로 승하강 구동시킬 수 있는 리니어 액츄에이터 장치가 사용되거나, 구동 모터 및 상기 구동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해줄 수 있는 랙과 피니언의 기어 조합이나, 벨트와 풀리의 조합이나, 체인과 스프로켓의 조합 등으로 구성될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분말 도포 장치(300)는, 조형 스테이지(200) 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포할 수 있다. 예컨대, 분말 도포 장치(300)는, 조형 스테이지(200) 상에서 선형으로 왕복 이동 가능하게 설치됨으로써, 조형 스테이지(200) 상에서 이동하면서 내부에 수용된 상기 분말 소재를 조형 스테이지(200)의 상면에 일정한 두께로 정량 도포할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드 모듈 어셈블리(100)는, 조형 스테이지(200)의 상방에서 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 선형으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 분말 도포 장치(300)에 의해 조형 스테이지(200)의 상면에 도포된 상기 분말 소재층에 상기 입체 조형물의 어느 한 단면층과 대응되는 형상으로 접착 물질을 잉크젯 방식으로 분사할 수 있다.
이러한, 헤드 모듈 어셈블리(100)는, 크게, 헤드 모듈(10)과, 이동 장치(20)와, 회전 장치(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동 장치(20)는, 헤드 모듈(10)을 상기 X축 방향 또는 상기 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 이동 장치(20)는, 조형 스테이지(200)의 양측에 상기 X축 방향으로 길게 연장되게 형성되는 한 쌍의 제 1 리니어축(21) 및 상기 Y축 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 한 쌍의 제 1 리니어축(21) 상에서 상기 X축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 제 2 리니어축(22)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 헤드 모듈(10)은, 한 쌍의 제 1 리니어축(21)을 타고 조형 스테이지(200) 상에서 상기 X축 방향으로 선형 이동 가능한 제 2 리니어축(22)에 상기 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치됨으로써, 조형 스테이지(200) 상에서 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향으로 이동 가능할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 헤드 모듈(10)은, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
예컨대, 헤드 모듈(10)은, 복수개의 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)가 적어도 2열 이상의 복수열로 배치되고, 어느 한 열에 배치된 프린터 헤드(P1, P3)와 그와 이웃하는 열에 배치된 프린터 헤드(P2, P4)가 지그재그 형식으로 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 또한, 복수개의 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4) 각각에는, 복수개의 노즐(N)이 n개의 행과 m개의 열로 구성되는 사각 배열로 배치될 수 있다.
이러한, 복수개의 노즐(N)의 개수와 배열 형태 및 헤드 모듈(10)에 배치되는 프린터 헤드의 개수 및 배열 형태는, 반드시 도 2에 국한되지 않고, 헤드 모듈(10)이 설치되는 3차원 프린터 형태나 크기에 따라 매우 다양한 개수와 다양한 형태의 배열로 배치될 수 있다.
제어부(40)는, 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 제어하여, 복수개의 노즐(N) 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있도록, 헤드 모듈(10)에 제어신호를 인가할 수 있다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(40)는, 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴으로 선택하여, 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)을 구분한 후, 선택된 분사 노즐(N1)을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있다.
이외에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(40)는, 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 무작위 패턴으로 선택하여, 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)을 구분한 후, 선택된 분사 노즐(N1)을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수도 있다.
그러나, 복수개의 노즐(N)의 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)을 구분하는 패턴은, 반드시 도 3 및 도 4에 국한되지 않고, 복수개의 노즐(N)의 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)을 구분하는 패턴은 매우 다양한 배치로 선택될 수 있다.
이에 따라, 제어부(40)가 이동 장치(20)에 제어신호를 인가하여, 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200) 상에서 상기 X축 방향 또는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 조형 스테이지(200) 상에 접착 물질을 분사하는 공정에서, 헤드 모듈(10)에도 제어신호를 인가하여 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패?? 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있다.
이러한, 헤드 모듈(10)의 상기 접착 물질 분사 과정에서, 상기 접착 물질을 분사하는 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)의 패턴은 규칙을 가지는 패턴 또는 불규칙한 무작위 패턴으로 수시로 변경될 수 있다.
예컨대, 헤드 모듈(10)이 하나의 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사하는 동안에는 동일한 분사 패턴을 유지하다가 다음 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사할 때 상기 분사 패턴을 변경할 수 있다. 그러나, 헤드 모듈(10)의 상기 분사 패턴의 변경은, 반드시 이에 국한되지 않고, 하나의 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사하는 동안에도 수시로 변경될 수도 있다.
아울러, 제어부(40)는, 사전에 설정된 헤드 모듈(10)의 사용 횟수 또는 하나의 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 헤드 모듈(10)에 제어신호를 인가할 수 있다.
예컨대, 복수개의 노즐(N) 중 어느 특정 노즐의 사용량만 높다면 그 특정 노즐의 수명이 더욱 빨리 도래하여 상기 입체 조형물의 결함을 더욱 쉽게 유발할 수 있다. 이에 따라, 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하되, 모든 노즐의 사용량이 비슷하게 동일한 수준으로 유지될 수 있도록 이를 감안하여 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)의 패턴을 수시로 변경하면서 설정할 수 있다.
이때, 복수개의 노즐(N)의 사용량은, 사전에 설정한 소정의 사용 횟수나, 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정이나, 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 중 하나를 설정하여 그 기간 동안의 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 사용량이 동일하도록 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린터는, 헤드 모듈(10)의 상기 접착 물질 분사 시, 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)에 형성된 복수개의 노즐(N) 모두를 사용하지 않고, 일부 노즐만 선택적으로 번갈아 가면서 사용함으로써, 개별 노즐의 사용량을 줄여서 노즐의 막힘 가능성을 낮출 수 있다. 이에 따라, 부가적인 장치의 추가 없이 막힘 노즐에 의해 발생하는 출력물의 특성 저하를 사전에 최소화할 수 있다.
또한, 각 개별 노즐 당 상기 접착 물질의 토출 횟수를 대폭 감소시킴으로써, 복수개의 노즐(N) 및 이를 포함하는 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)가 배치된 헤드 모듈(10)의 수명을 증가시키고, 헤드 모듈(10)의 소모 및 구입 비용을 낮추는 효과를 가질 수 있다. 아울러, 토출되는 상기 접착 물질의 사용량 또한 감소될 수 있으므로, 상기 접착 물질의 제조 및 보관 비용 뿐만 아니라 유기 용액 처리량 최소화에 의한 오염도를 낮출 수 있는 환경적 이점을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리(100)를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도들이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터에서 헤드 모듈 어셈블리(100)가 접착 물질을 분사하는 실시예를 나타내는 단면도들이며, 도 11 내지 도 13은 도 9 및 도 10의 과정에 의해 헤드 모듈 어셈블리(100)가 각 분말 소재층에 접착 물질을 분사한 상태를 나타내는 단면도들이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 회전 장치(30)는, 이동 장치(20)의 일측에 설치되어 헤드 모듈(10)을 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향과 수직한 Z축을 기준으로 회전시킬 수 있다.
예컨대, 회전 장치(30)는, 이동 장치(20)의 제 2 리니어축(22) 상에서 상기 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치될 수 있다. 이에 따라, 헤드 모듈(10)이 설치되어 헤드 모듈(10)을 회전시키는 회전 장치(30)는, 한 쌍의 제 1 리니어축(21)을 타고 조형 스테이지(200) 상에서 상기 X축 방향으로 선형 이동 가능한 제 2 리니어축(22)에 상기 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치됨으로써, 조형 스테이지(200) 상에서 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향으로 이동 가능할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 장치(30)는, 제 2 리니어축(22) 상에서 선형 이동 가능하게 설치되고, 하면에 헤드 모듈(10)이 회전 가능하게 설치되는 회전 플레이트(31) 및 회전 플레이트(31)의 상면에 설치되어 헤드 모듈(10)에 회전 구동력을 인가하는 구동 모터(32)를 포함할 수 있다.
또한, 회전 장치(30)는, 헤드 모듈(10)이 안정적으로 회전 구동할 수 있도록, 헤드 모듈(10)의 회전 궤적을 가이드할 수 있다.
예컨대, 회전 장치(30)의 회전 플레이트(31)에는, 헤드 모듈(10)의 회전축(Z)을 중심으로 원호 형상으로 형성되는 적어도 하나의 가이드 슬롯(31a)이 형성될 수 있다. 또한, 헤드 모듈(10)은, 헤드 모듈(10)의 측부에 헤드 모듈(10)의 높이 방향으로 길게 봉 형상으로 연장되게 형성되고, 적어도 일부분이 가이드 슬롯(31a)에 삽입되어 헤드 모듈(10)의 회전 구동을 가이드하는 적어도 하나의 가이드 봉(11)이 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 헤드 모듈(10)의 양측면에 가이드 봉(11)이 한 쌍씩 설치되고, 가이드 봉(11)의 상부의 일부분이 회전 플레이트(31)의 가이드 슬롯(31a)에 삽입됨으로써, 헤드 모듈(10)의 회전 시 가이드 봉(11)이 가이드 슬롯(31a)의 궤적을 따라 이동하여, 헤드 모듈(10)의 회전 운동이 안정적으로 가이드될 수 있다.
상술한, 헤드 모듈 어셈블리(100)에서 헤드 모듈(10)을 이동 및 회전 시키는 이동 장치(20) 및 회전 장치(30)는, 제어부(40)에 의해 제어될 수 있다.
예컨대, 제어부(40)는, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층 마다 헤드 모듈(10)의 이동 방향 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 다르게 제어할 수 있도록, 이동 장치(20) 및 회전 장치(30) 중 적어도 어느 하나에 제어신호를 인가할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어부(40)는, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 이동 장치(20)에 제어신호를 인가할 수 있다.
예컨대, 상기 n번째 층은, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층의 홀수번째 층이고, 상기 n+1번째 층은, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 분말 소재층의 짝수번째 층일 수 있다.
이때, 제어부(40)는, 상기 분말 소재층의 상기 홀수번째 층 마다 헤드 모듈(10)이 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 반복하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 상기 짝수번째 층 마다 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 반복하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 이동 장치(20)에 제어신호를 인가할 수 있다.
더불어, 제어부(40)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 헤드 모듈(10)이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 헤드 모듈(10)의 전면이 상기 X축 방향과 평행한 제 1 방향을 향할 수 있도록 회전 장치(30)에 제어신호를 인가할 수 있다.
또한, 제어부(40)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 헤드 모듈(10)의 전면이 상기 X축 방향과 수직하고 상기 Y축 방향과는 평행한 제 2 방향을 향할 수 있도록 회전 장치(30)에 제어신호를 인가할 수 있다.
이와 같은, 제어부(40)의 이동 장치(20) 및 회전 장치(30)의 제어에 의해, 헤드 모듈(10)의 전면은 항상 헤드 모듈(10)의 이동 방향을 향하는 방향으로 위치할 수 있다.
그러나, 반드시 도 9 및 도 10에 국한되지 않고, 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는, 헤드 모듈(10)의 전면이 상기 제 1 방향을 기준으로 소정 각도로 경사진 제 3 방향을 향할 수 있도록, 회전 장치(30)에 제어신호를 인가할 수도 있다. 여기서, 상기 소정 각도는, 상기 제 1 방향을 기준으로 0도를 초과하고 90도 미만인 각도 중 어느 하나의 각도일 수 있다. 이와 같은, 제어부(40)의 회전 장치(30)의 제어에 의해, 헤드 모듈(10)의 전면은 헤드 모듈(10)의 이동 방향을 기준으로 경사진 방향으로 위치할 수도 있다.
이와 같이, 헤드 모듈(10)의 전면이 헤드 모듈(10)의 이동 방향을 기준으로 경사진 방향으로 위치할 경우, 헤드 모듈(10)에 배치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)에 사각 배열로 형성된 복수개의 노즐(N) 또한 헤드 모듈(10)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 배치될 수 있다.
이에 따라, 복수개의 노즐(N)이 헤드 모듈(10)의 이동 방향을 기준으로 경사지게 배치될 경우, 헤드 모듈(10)의 이동 방향에서 봤을 때 복수개의 노즐(N)이 더욱 촘촘하게 배치된 효과를 가지게 되어, 상기 접착 물질의 인쇄 해상도를 더욱 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 이러한, 헤드 모듈(10)의 경사진 상기 소정 각도는 상기 입체 조형물의 조형 시 요구되는 해상도에 따라 0도를 초과하고 90도 미만인 범위 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 접착 물질을 분사하는 헤드 모듈(10)의 복수개의 노즐(N)의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수를 초과하여, 복수개의 노즐(N) 중 어느 하나의 노즐에 막힘이 발생한 상태에서 홀수층 레이어(L1)의 인쇄 시, 헤드 모듈(10)이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 접착 물질을 분사하면 X축 방향으로의 선 결함(D1)이 발생할 수 있다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 짝수층 레이어(L2)의 인쇄 시, 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 접착 물질을 분사하면 Y축 방향으로의 선 결함(D2)이 발생할 수 있다.
이러한 과정으로, 홀수층 레이어(L1)와 짝수층 레이어(L2)의 인쇄를 반복하면, 도 13에 도시된 바와 같이, 최종적으로 결함은, X축 방향으로의 선 결함(D1)과 Y축 방향으로의 선 결합(D2)이 교차되게 적층되면서 상기 입체 조형물의 수직 방향을 따라 점 결함(D3)으로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린터는, 상기 입체 조형물의 인쇄 중, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수를 초과한 상태로 계속해서 사용을 하다가, 복수의 노즐(N) 중 어느 한 노즐의 막힘으로 발생할 수 있는 선 결함(D1, D2)이, 홀수층 레이어(L1)와 짝수층 레이어(L2) 마다 서로 수직하게 교차하도록 형성될 수 있도록 헤드 모듈(10)의 이동 방향 및 회전 방향을 홀수층 레이어(L1)와 짝수층 레이어(L2) 마다 다르게 조절함으로써, 최종적으로 상기 입체 조형물에 발생하는 결함을 점 결함(D3) 형태로 최소화할 수 있다.
그러므로, 3차원 프린터에 부가적인 장치나 공정의 추가 없이 막힘 노즐에 의해 발생하는 공백 선 및 공백 공간에 의한 결함으로 발생하는 상기 입체 조형물의 특정 저하를 인쇄 과정에서 사전에 최소화하는 효과를 가질 수 있다.
이하에서는 상술한 3차원 프린터를 이용한 3차원 프린팅 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 조형 스테이지(200) 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포하는 분말 도포 단계(S10) 및 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)가 적어도 하나 이상 설치된 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200)의 상방에서 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 왕복 이동하면서 상기 접착 물질을 분사하는 접착 물질 분사 단계(S20)를 반복하면서, 조형 스테이지(200) 상에 3차원의 입체 조형물을 조형할 수 있다.
이러한, 분말 도포 단계(S10) 및 접착 물질 분사 단계(S20)는, 상기 입체 조형물을 소정의 두께로 슬라이싱하여 형성된 레이어층의 개수에 도달할 때 까지 계속해서 반복될 수 있으며, 상기 입체 조형물의 모든 레이어층을 형성하면 프린팅 과정이 종료될 수 있다.
또한, 상술한 3차원 프린팅 과정에서, 접착 물질 분사 단계(S20)는, 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사하는 동안, 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하고 이를 수시로 변경하여, 복수개의 노즐(N) 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있다.
아울러, 접착 물질 분사 단계(S20)는, 사전에 설정된 헤드 모듈(10)의 사용 횟수 또는 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 헤드 모듈(10)에 설치된 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 상기 규칙적 패턴 또는 상기 무작위 패턴으로 선택할 수도 있다.
예컨대, 복수개의 노즐(N) 중 어느 특정 노즐의 사용량만 높다면 그 특정 노즐의 수명이 더욱 빨리 도래하여 상기 입체 조형물의 결함을 더욱 쉽게 유발할 수 있다. 이에 따라, 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하되, 모든 노즐의 사용량이 비슷하게 동일한 수준으로 유지될 수 있도록 이를 감안하여 분사 노즐(N1)과 비분사 노즐(N2)의 패턴을 수시로 변경하면서 설정할 수 있다.
이때, 복수개의 노즐(N)의 사용량은, 사전에 설정한 소정의 사용 횟수나, 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정이나, 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 중 하나를 설정하여 그 기간 동안의 복수개의 노즐(N)의 각 개별 노즐의 사용량이 동일하도록 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 헤드 모듈(10)의 상기 접착 물질 분사 시, 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)에 형성된 복수개의 노즐(N) 모두를 사용하지 않고, 일부 노즐만 선택적으로 번갈아 가면서 사용함으로써, 개별 노즐의 사용량을 줄여서 노즐의 막힘 가능성을 낮출 수 있다. 이에 따라, 부가적인 장치의 추가 없이 막힘 노즐에 의해 발생하는 출력물의 특성 저하를 사전에 최소화할 수 있다.
또한, 각 개별 노즐 당 상기 접착 물질의 토출 횟수를 대폭 감소시킴으로써, 복수개의 노즐(N) 및 이를 포함하는 프린터 헤드(P1, P2, P3, P4)가 배치된 헤드 모듈(10)의 수명을 증가시키고, 헤드 모듈(10)의 소모 및 구입 비용을 낮추는 효과를 가질 수 있다. 아울러, 토출되는 상기 접착 물질의 사용량 또한 감소될 수 있으므로, 상기 접착 물질의 제조 및 보관 비용 뿐만 아니라 유기 용액 처리량 최소화에 의한 오염도를 낮출 수 있는 환경적 이점을 가질 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법에서, 접착 물질 분사 단계(S20)는, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층 마다 헤드 모듈(10)의 이동 방향 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 다르게 제어할 수 있다.
예컨대, 접착 물질 분사 단계(S20)에서, 복수의 노즐(N) 중에서 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 상기 접착 물질의 분사 노즐을 선택하여 상기 접착 물질을 분사하다가, 복수개의 노즐(N)의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 헤드 모듈(10)이 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있다.
예컨대, 상기 n번째 층은, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 상기 분말 소재층의 홀수번째 층이고, 상기 n+1번째 층은, 조형 스테이지(200) 상에 적층된 분말 소재층의 짝수번째 층일 수 있다.
이에 따라, 접착 물질 분사 단계(S20)에서, 상기 분말 소재층의 상기 홀수번째 층 마다 헤드 모듈(10)이 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 반복하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 상기 짝수번째 층 마다 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 반복하면서 조형 스테이지(200) 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있다.
이때, 접착 물질 분사 단계(S20)에서, 헤드 모듈(10)이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 헤드 모듈(10)의 전면이 제 1 방향을 향하고, 헤드 모듈(10)이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때는 헤드 모듈(10)의 전면이 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 향할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 상기 입체 조형물의 인쇄 중, 상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐(N)의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수를 초과한 상태로 계속해서 사용을 하다가, 복수의 노즐(N) 중 어느 한 노즐의 막힘으로 발생할 수 있는 선 결함(D1, D2)이, 홀수층 레이어(L1)와 짝수층 레이어(L2) 마다 서로 수직하게 교차하도록 형성될 수 있도록 헤드 모듈(10)의 이동 방향 및 회전 방향을 홀수층 레이어(L1)와 짝수층 레이어(L2) 마다 다르게 조절함으로써, 최종적으로 상기 입체 조형물에 발생하는 결함을 점 결함(D3) 형태로 최소화할 수 있다.
그러므로, 3차원 프린터에 부가적인 장치나 공정의 추가 없이 막힘 노즐에 의해 발생하는 공백 선 및 공백 공간에 의한 결함으로 발생하는 상기 입체 조형물의 특정 저하를 인쇄 과정에서 사전에 최소화하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 헤드 모듈
11: 가이드 봉
20: 이동 장치
21: 한 쌍의 제 1 리니어축
22: 제 2 리니어축
30: 회전 장치
31: 회전 플레이트
31a: 가이드 슬롯
32: 구동 모터
40: 제어부
100: 헤드 모듈 어셈블리
200: 조형 스테이지
300: 분말 도포 장치
P1, P2, P3, P4: 프린터 헤드
N: 복수개의 노즐
N1: 분사 노즐
N2: 비분사 노즐

Claims (13)

  1. 3차원의 입체 조형물이 조형될 수 있도록, 분말 소재층이 복수의 레이어(Layer)로 적층될 수 있는 조형 스테이지의 상방에서 선형으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 상기 조형 스테이지 상에 접착 물질을 분사하는 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리에 있어서,
    상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드가 적어도 하나 이상 설치되는 헤드 모듈;
    상기 헤드 모듈을 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 선형 이동시키는 이동 장치;
    상기 이동 장치의 일측에 설치되어 상기 헤드 모듈을 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향과 수직한 Z축을 기준으로 회전시키는 회전 장치; 및
    상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 상기 복수개의 노즐 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 상기 이동 장치에 제어신호를 인가하고,
    상기 헤드 모듈이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때와 상기 헤드 모듈이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때의 상기 헤드 모듈의 전면이 향하는 방향이 서로 다를 수 있도록, 상기 회전 장치에 제어신호를 인가하는, 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 장치는,
    상기 조형 스테이지의 양측에 상기 X축 방향으로 길게 연장되게 형성되는 한 쌍의 제 1 리니어축; 및
    상기 Y축 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 상기 한 쌍의 제 1 리니어축 상에서 상기 X축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는 제 2 리니어축;을 포함하고,
    상기 헤드 모듈은,
    상기 제 2 리니어축 상에서 상기 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 설치되는, 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    사전에 설정된 상기 헤드 모듈의 사용 횟수 또는 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 상기 복수개의 노즐의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 제어신호를 인가하는, 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 상기 n번째 층과 상기 n+1번째 층의 지그재그 왕복 이동 방향을 다르게 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사할 수 있도록, 상기 이동 장치에 제어신호를 인가하는, 3차원 프린터의 헤드 모듈 어셈블리.
  7. 삭제
  8. 3차원의 입체 조형물의 단면층을 이루는 복수의 레이어가 상면에 적층되어 상기 입체 조형물로 조형되는 조형 스테이지;
    상기 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포하는 분말 도포 장치;
    상기 조형 스테이지 상에 도포된 상기 분말 소재층에 접착 물질을 잉크젯 방식으로 분사하는 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 헤드 모듈 어셈블리; 및
    상기 조형 스테이지의 하부에 설치되어 상기 조형 스테이지를 승하강 시키는 승하강 장치;
    를 포함하는, 3차원 프린터.
  9. 조형 스테이지 상에 소정 두께의 분말 소재층이 형성될 수 있도록 분말 소재를 도포하는 분말 도포 단계; 및 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐이 사각 배열로 배치된 프린터 헤드가 적어도 하나 이상 설치된 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지의 상방에서 X축 방향 또는 상기 X축 방향과 수직한 Y축 방향으로 왕복 이동하면서 상기 접착 물질을 분사하는 접착 물질 분사 단계;를 반복하여 상기 조형 스테이지 상에 3차원의 입체 조형물을 조형하는 3차원 프린팅 방법에 있어서,
    상기 접착 물질 분사 단계는,
    상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층에 상기 접착 물질을 분사 시, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 규칙적 패턴 또는 무작위 패턴으로 선택하여, 상기 복수개의 노즐 중 일부 선택된 개별 노즐을 통해서만 상기 접착 물질을 선택적으로 분사하고,
    상기 접착 물질 분사 단계에서,
    상기 헤드 모듈은, 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 n번째 층에서는 상기 X축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하고, 상기 분말 소재층의 n+1번째 층에서는 상기 Y축 방향을 기준으로 지그재그 왕복 이동을 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하고,
    상기 헤드 모듈이 상기 X축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때와 상기 헤드 모듈이 상기 Y축 방향으로 지그재그 왕복 이동을 할때의 상기 헤드 모듈의 전면이 향하는 방향이 서로 다르게 형성되는, 3차원 프린팅 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접착 물질 분사 단계는,
    사전에 설정된 상기 헤드 모듈의 사용 횟수 또는 하나의 상기 분말 소재층을 조형하는 공정 또는 상기 입체 조형물을 조형하는 전체 공정 동안에, 상기 접착 물질을 분사하는 상기 복수개의 노즐의 각 개별 노즐의 사용량이 동일할 수 있도록, 상기 헤드 모듈에 설치된 상기 프린터 헤드의 각 개별 노즐의 토출 여부를 상기 규칙적 패턴 또는 상기 무작위 패턴으로 선택하는, 3차원 프린팅 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 접착 물질 분사 단계에서,
    상기 접착 물질을 분사하는 복수개의 노즐의 사용량이 사전에 설정된 결함 위험 횟수까지 도달하면, 상기 헤드 모듈이 상기 조형 스테이지 상에 적층된 상기 분말 소재층의 상기 n번째 층과 상기 n+1번째 층의 지그재그 왕복 이동 방향을 다르게 하면서 상기 조형 스테이지 상에 상기 접착 물질을 분사하는, 3차원 프린팅 방법.
  13. 삭제
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