KR102391217B1 - Prefabricated 3D Food Printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 사용자가 직접 조립하여 초컬릿과 같은 응고되는 음식의 형상을 자유롭게 조성할 수 있는 조립식 3D 푸드 프린터에 관한 것으로서, 기초 프레임(10)과, 제1내지 제3구동부(23)로 이루어지는 3D 프린터 본체와, 제3구동부(23)에 설치되고 호퍼(34)와, 호퍼 하부(343)를 통해 식품을 용융 상태로 토출시키는 토출수단이 마련되는 엔드 이펙터(30) 및, 판 형태의 부재로서 상면에는 엔드 이펙터(30)에서 토출되는 성형 재료가 안착되는 스테이지(40);로 구성되되, 상기 토출수단은 호퍼(34)의 중심을 따라 하부를 관통하는 형태로 설치되고, 소정 부위부터 호퍼 하부(343)를 관통하는 지점까지 나선형 블레이드가 외주면을 따라 형성됨으로써, 토출수단의 회전에 따라 식품이 나선형 블레이드를 따라 일정한 속도로 강제 토출되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터를 제공하고자 한다.In particular, the present invention relates to a prefabricated 3D food printer that can freely form the shape of solidified food such as chocolate by assembling it directly by a user. An end effector 30 provided with a printer body, a discharging means installed in the third driving unit 23 and discharging food in a molten state through a hopper 34 and a hopper lower portion 343, and a plate-shaped member On the upper surface, the stage 40 on which the molding material discharged from the end effector 30 is seated; the discharging means is installed in the form of penetrating the lower part along the center of the hopper 34, and from a predetermined portion to the lower part of the hopper To provide a prefabricated 3D food printer characterized in that the spiral blade is formed along the outer circumferential surface to a point penetrating 343, so that the food is forcibly discharged at a constant speed along the spiral blade according to the rotation of the dispensing means.
Description
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 특히 사용자가 직접 조립하여 초컬릿과 같은 응고되는 음식의 형상을 자유롭게 조성할 수 있는 조립식 3D 푸드 프린터에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printer, and more particularly, to a prefabricated 3D food printer in which a user can freely form the shape of coagulated food such as chocolate by assembling it himself.
3D 프린터는 기술의 발전으로 인해 구조가 단순해지면서 대량으로 보급 가능하여 그 용도가 단순 조형물 뿐만아니라 건축, 의료, 각종 제조업 분야에 널리 사용되며, 특히 응고와 용해가 가역적으로 일어날 수 있는 초컬릿과 같은 식품 영역까지 확장되었다.3D printers are widely used not only in simple sculptures but also in construction, medical care, and various manufacturing fields as their structure is simplified due to the development of technology. extended to the food sector.
식품영역의 경우에는 영업용 식당뿐만 아니라 일반 가정에서도 사용될 수 있으며, 가정에서 하나의 3D 프린터가 다양한 용도에 사용될 수 있도록 모듈식으로 제작되어 수요자가 직접 3D 프린터의 부속품이나 모듈을 구매하여 스스로의 용도에 맞게 맞춤형으로 조립 제작할 수 있게 판매되기도 한다.In the case of the food area, it can be used not only in commercial restaurants but also in general homes, and it is manufactured in a modular format so that one 3D printer can be used for various purposes at home. They are also sold so that they can be assembled and manufactured to fit your needs.
그런데 특히 식품영역의 경우 최근 개발 및 사용되는 3D 프린터 모델은 대부분 도 1에 도시된 종래기술인 등록특허 제10-1655091호와 같이 주사기 형식의 피스톤-실린더 형태로 재료인 식품을 토출시키는 방식이 채택된다.However, in particular, in the case of the food area, most of the 3D printer models developed and used recently have a syringe-type piston-cylinder type, as in the prior art No. 10-1655091 shown in FIG. .
이처럼 피스톤-실린더 형태로 토출이 이루어질 경우, 실린더 내부 용적의 한계로 인해 1회 연속 토출량이 제한되고, 한 번의 토출이 끝나면 재료가 굳어지는 관계로 중간 세척이 이루어져야 하며, 재료 투입의 연속성이 단절되어, 작업이 중단된 부위가 부자연스런 형태로 마무리될 우려가 있다.When discharge is made in the piston-cylinder form, one continuous discharge amount is limited due to the limitation of the internal volume of the cylinder. , There is a risk that the part where the work was stopped may be finished in an unnatural shape.
특허등록공보 제10-1655091호(공고일자: 2016. 09. 07)Patent Registration Publication No. 10-1655091 (Announcement Date: 2016. 09. 07)
이에 본 발명은 성형물 재료의 토출이 연속적으로 이루어질 수 있고 성형물 재료의 공급 또한 중단없이 연속적으로 이루어질 수 있는 구조를 가지며, 또한 소비자가 가정에서 조립하는 과정에서 미세한 조립 오차가 발생되더라도 토출이 정상적으로 이루어져 균일한 품질의 출력이 가능한 조립식 3D 푸드 프린터를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has a structure in which discharge of the molding material can be made continuously and the supply of the molding material can also be made continuously without interruption. Also, even if a small assembly error occurs in the process of assembling by a consumer at home, the discharge is performed normally and uniformly We want to provide a prefabricated 3D food printer that can print high quality.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조립식 3D 푸드 프린터는 견고한 바닥에 안착되는 기초 프레임(10)과, 기초 프레임(10) 상부에 수평 방향으로 설치되는 제1레일(212)과 제1구동모터(211) 및 제1운동전달부재로 이루어지는 제1구동부(21)와, 제1구동부(21)로 구동되어 가변되며 제2레일(222)과 제2구동모터(221) 및 제2운동전달부재로 이루어지는 제2구동부(22)와, 제2구동부(22)로 가변되며 제3레일(232)과 제3구동모터(231) 및 제3운동전달부재로 이루어지는 제3구동부(23)로 구성되며, 상기 제1 내지 제3레일(232)의 방향 중에서 두 개는 서로 직교되는 두 개의 수평축을 이루고 나머지 하나는 수직축이 되도록 배치되는 3D 프린터 본체와, 제3구동부(23)로 가변되며, 응고 및 용융이 가역적으로 발생되는 식품이 내부로 공급되는 호퍼(34)와, 호퍼 하부(343)를 통해 상기 식품을 용융 상태로 일정한 속도로 토출시키는 토출수단으로 이루어지는 엔드 이펙터(30); 토출수단을 통해 토출되는 용융 상태의 식품이 엔드 이펙터(30)의 가변 경로를 따라 적층되면서 응고되어 성형이 상면에서 이루어지는 판 형태의 부재인 적층 스테이지(40)로 구성되되, 토출수단은 호퍼(34)의 중심을 따라 하부를 관통하는 형태로 설치되고, 소정 부위부터 호퍼 하부(343)를 관통하는 지점까지 나선형 블레이드가 외주면을 따라 형성됨으로써, 토출수단의 회전에 따라 식품이 나선형 블레이드를 따라 일정한 속도로 강제 토출된다.The prefabricated 3D food printer according to the present invention for achieving this object includes a
여기서 상기 호퍼(34)는 바람직하게는 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 수평 직경이 감소되며, 호퍼(34)의 하단에서 수평 직경이 최소가 되는 지점 부터는 하부를 향해 소정의 길이만큼 수평 직경이 일정하게 형성되는 강제 이송구간이 형성되어, 식품이 강제 이송구간을 통과하면서 균일하게 혼합됨으로써, 토출 압력이 일정하게 유지된다.Here, the
이 경우 상기 강제 이송구간을 이루는 부재는 바람직하게는 호퍼(34) 하단에 탈착 가능하게 결합되고, 부재의 하단에는 토출되는 식품의 토출 굵기가 결정되는 노즐이 설치되며, 상기 부재는 복수개가 세트로 구비되고, 복수개 각각의 노즐은 구경이 서로 다르다.In this case, the member constituting the forced transport section is preferably detachably coupled to the lower end of the
또한 상기 엔드이펙터는 호퍼(34)와, 호퍼(34)가 거치 가능하게 안착되는 부위가 형성되면서 제3레일(232)을 따라 가변 가능하게 설치되는 브래킷(31)과, 브래킷(31)에 고정 설치되어 상기 나선형 블레이드를 회전시키는 토출 모터(32)로 구성되며, 브래킷(31)은 바람직하게는 강탄성 재질로 이루어지고, 호퍼(34)가 브래킷(31)에 안착되는 부위와 토출 모터(32)가 브래킷(31)에 설치되는 부위는 서로 이격되어, 브래킷(31)의 탄성변형으로 호퍼(34)와 토출 모터(32) 간의 상대 위치가 가변 가능하다.In addition, the end effector is fixed to the
여기서 브래킷(31)은 메인 수직판(312)과, 메인 수직판(312)의 상부가 수평 방향으로 절곡되어 이루어지는 모터 안착판(311)과, 메인 수직판(312)의 하부에 수평 방향으로 설치되는 호퍼 거치대(313)로 이루어지며, 토출 모터(32)는 바람직하게는 모터 안착판(311)에 설치되고, 호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 안착됨으로써, 토출 모터(32)와 호퍼(34) 간에 상대 가변이 가능하여, 상기 엔드 이펙터(30)의 조립 과정에서 발생되는 토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차가 토출 모터(32)의 구동 중에 브래킷(31)의 탄성력으로 보정된다.Here, the
이때 토출수단은 바람직하게는 토출 모터(32)의 하부로부터 호퍼(34) 중심을 향해 돌출되는 모터 샤프트(331)와, 모터 샤프트(331)에 나란하게 하부로 연결되어 호퍼(34) 중심에 배치되며 외주면을 따라 상기 나선형 블레이드가 형성되는 토출 스크루(334) 및, 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334) 간의 결합 각도가 가변 가능하도록 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334)를 결합시키는 탄성 링크(332)로 이루어짐으로써, 토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차가 탄성 링크(332)의 탄성 변형으로 보정된다.At this time, the discharging means is preferably connected to the
또한 호퍼(34)는 일정한 수평 직경이 형성되는 호퍼 몸체(342)와, 호퍼 몸체(342) 상부에 형성되며 호퍼 몸체(342)보다 수평 직경이 더 큰 호퍼 상부(341)와, 호퍼 몸체(342) 하부에 형성되며 수평 직경이 하부로 갈수록 점진적으로 감소되는 호퍼 하부(343)로 구성되며, 호퍼 몸체(342)의 외주면과 호퍼 상부(341)의 외주면 사이에는 바람직하게는 호퍼 상부(341) 측의 수평 직경이 확장되는 형태의 수평 단차가 형성되며, 호퍼 거치대(313)는 수평 단차의 저면에 대응되는 형태로 형성됨으로써, 호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 용이하게 탈착 가능하도록 안착된다.In addition, the
본 발명에 따른 조립식 3D 푸드 프린터는 성형물 재료의 토출이 연속적으로 이루어질 수 있고 성형물 재료의 공급 또한 중단없이 연속적으로 이루어질 수 있는 구조를 가지며, 또한 소비자가 가정에서 조립하는 과정에서 미세한 조립 오차가 발생되더라도 토출이 정상적으로 이루어져 균일한 품질의 출력이 가능한 효과가 있다.The prefabricated 3D food printer according to the present invention has a structure in which the ejection of the molding material can be made continuously and the supply of the molding material can also be made continuously without interruption. It has the effect of enabling the output of uniform quality as the discharge is performed normally.
도 1은 종래의 3D 푸드 프린터의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 3D 푸드 프린터의 사시도,
도 3은 도 2의 정면도,
도 4는 도 2의 측면도,
도 5a는 도 2에서 엔드 이펙터(30)의 확대 사시도,
도 5b는 도 5a의 측면도,
도 5c는 도 5a의 정면도,
도 6은 도 5a의 분해 사시도,
도 7은 도 5a의 작용 상태도,
도 8은 도 5a의 사진,1 is a perspective view of a conventional 3D food printer;
2 is a perspective view of a 3D food printer according to the present invention;
3 is a front view of FIG. 2;
Figure 4 is a side view of Figure 2;
Figure 5a is an enlarged perspective view of the
Fig. 5b is a side view of Fig. 5a;
Fig. 5c is a front view of Fig. 5a;
Figure 6 is an exploded perspective view of Figure 5a;
7 is an operational state diagram of FIG. 5A;
Figure 8 is a photograph of Figure 5a;
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 조립식 3D 푸드 프린터는 도 2에 도시된 바와 같이 기초 프레임(10)과, 3D 프린터 본체와, 엔드 이펙터(30)와, 스테이지(40)로 구성된다.As shown in FIG. 2 , the prefabricated 3D food printer according to the present invention includes a
기초 프레임(10)은 상기 본체와 엔드 이펙터(30) 및 스테이지(40)가 상부에 견고하게 설치될 수 있게 지지하는 부재이다.The
기초 프레임(10)은 후술하게 될 3D 프린터 본체를 지지하는 구조물이다. 따라서 3D 프린터 본체를 바닥에 대해 안정적으로 지지할 수 있다면 구조상의 특별한 제한은 없다. 다만 도 2 내지 도 4의 실시예에서는 서로 평행하는 두 개의 가로대(11)와, 가로대(11)를 서로 연결시키는 하부 연결대(12) 및, 제3레일(232)의 상단을 연결시키는 상부 연결대로 구성될 수 있다.The
3D 프린터 본체는 후술하게 될 엔드 이펙터(30)를 3차원 공간 내에서 자유롭게 이동시킬 수 있도록, x축과, y축 및, z축 각각을 이동시키는 수단이 서로 조합된 기구이다. 따라서 xyz의 세 축을 따라 엔드이펙터를 이동시키는 구성이라면 구체적인 형태나 종류에는 제한은 없다.The 3D printer body is a mechanism in which means for moving each of the x-axis, y-axis, and z-axis are combined with each other so that the
도 2 내지 도 4의 실시예에서는 수평 깊이방향을 제1방향, 수평 폭 방향을 제2방향, 높이방향을 제3방향이라고 둘 때, 제1방향으로 가변되는 구성을 제1구동부(21)라 하고, 제2방향으로 가변되는 구성을 제2구동부(22)라 하며, 제3방향으로 가변되는 구성을 제3구동부(23)라 칭한다.2 to 4, when the horizontal depth direction is the first direction, the horizontal width direction is the second direction, and the height direction is the third direction, the configuration that changes in the first direction is called the
여기서 제1구동부(21)는 도 2에 도시된 실시예에서는 기초 프레임(10) 상부에 서로 평행하게 설치되는 두 개의 제1레일(212)과, 제1레일(212) 측면에 설치되는 제1구동모터(211)와, 제1구동모터(211)로 회전되는 풀리(213) 및, 풀리(213)를 따라 이동되는 제1암(214)으로 구성된다. 여기서 도 2의 실시예에서는 제1암(214)은 제1레일(212)을 따라 풀리(213)의 이동 방향으로 가변된다. 다만 경우에 제1구동부(21)는 도 2의 실시예와 달리 스테핑 모터로 구성될 수도 있고, 기타 수평 방향의 직선 운동을 가능하게 하는 공지의 기술이라면 어떤 것이든 채택 가능하다.Here, the
제2구동부(22) 또한 제1구동부(21)와 동일하거나 유사한 구성으로 이루어진다. 도 2 내지 도 4의 실시예에서 제2구동부(22)가 제1구동부(21)와 다른 점은 제2구동부(22)에는 두 개의 레일 측면에 각각 스크루 가이드(223)가 설치되어, 제1구동부(21)의 풀리(213) 대신에 스크루 가이드(223)가 회전되면서 제2암(225)을 승강시키는 것이다.The
제3구동부(23)는 도 2 내지 도 4의 실시예에 따르면, 두 개의 제2암(225)을 연결시키는 제3레일(232)과, 제3구동모터(231)와, 제3레일(232)을 따라 횡단되는 제3암(233)으로 구성된다.According to the embodiment of FIGS. 2 to 4 , the
제3암(233)에는 엔드 이펙터(30)가 설치된다.The
엔드 이펙터(30)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 제3구동부(23)에 설치되고, 응고 및 용융이 가역적으로 발생되는 식품이 내부로 공급되는 호퍼(34)와, 호퍼 하부(343)를 통해 상기 식품을 용융 상태로 일정한 속도로 토출시키는 토출수단이 마련된다. 또한 제1 내지 제3구동부(23)로 인해 입체 경로를 따라 이동될 수 있다.The
여기서 상기 토출수단은 호퍼(34)의 중심을 따라 호퍼 하부(343)를 관통하는 형태로 설치되고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 소정 부위부터 호퍼 하부(343)를 관통하는 지점까지 나선형 블레이드가 외주면을 따라 형성됨으로써, 토출수단의 회전에 따라 식품이 나선형 블레이드를 따라 일정한 속도로 강제 토출될 수 있다.Here, the discharging means is installed in the form of penetrating the
종래 푸드 프린터는 도 1의 종래기술에서 볼 수 있듯이 실린더에 출력될 식품을 채운 후에 피스톤이 일정 속도로 실린더에 삽입됨으로써 식품이 출력되는 방식이 대부분이다.As can be seen in the prior art of FIG. 1, most of the conventional food printers output food by inserting a piston into the cylinder at a constant speed after filling the cylinder with food to be output.
그런데 이 경우 실린더의 용적 자체가 한계가 있고, 노즐 내부에 약간의 응고만 일어나도 피스톤에 큰 부하가 걸리게 되며, 새로운 충전 때 마다 재료의 소진과 충전 과정에서 발생되는 응고로 인해 노즐 청소가 이루어져야 할 수도 있다.However, in this case, the volume of the cylinder itself is limited, and even a small amount of solidification inside the nozzle places a large load on the piston. there is.
이러한 문제를 원천적으로 해결시키고자 본 발명에서는 나선형 블레이드가 외주면에 형성된 토출 스크루(334)를 초컬릿과 같은 식품에 적용하여 지속적으로 재료가 공급되는 과정에서도 토출이 연속적으로 수행될 수 있고, 약간의 점도 변화가 일어나더라도 상대적으로 적은 힘만 소요되는 토출 스크루(334)의 회전으로 균일한 토출이 유지될 수 있다.In order to fundamentally solve this problem, in the present invention, the
특히 호퍼(34)는 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 수평 직경이 감소되며, 호퍼(34)의 하단에서 수평 직경이 최소가 되는 지점 부터는 하부를 향해 소정의 길이만큼 수평 직경이 일정하게 형성되는 강제 이송구간이 형성되어, 식품이 강제 이송구간을 통과하면서 균일하게 혼합됨으로써, 토출 압력이 일정하게 유지된다.In particular, the horizontal diameter of the
여기서 강제 이송구간을 이루는 부재는 도 6에 도시된 바와 같이 호퍼(34) 하단에 탈착 가능하게 결합되도록 제작되는 노즐 모듈(345)이고, 노즐 모듈(345)의 하단에는 토출되는 식품의 토출 굵기가 결정되는 노즐이 설치되며, 노즐 모듈(345)은 복수개가 세트로 구비되고, 복수개의 노즐 모듈(345)의 노즐 각각은 구경이 서로 다르게 구비된다.Here, the member constituting the forced transfer section is a
노즐 모듈(345)은 도 6에 도시된 것처럼 호퍼(34) 하단에 일체로 결합된 노즐 교체 유닛(344)에 탈착 될 수 있다. 노즐 교체 유닛(344)은 도 6에서는 양 측에 나사가 조립되어 노즐 모듈(345)을 파지하는 형태로 형성된다. 다만 노즐 모듈(345)의 장착이 가능할 수 있는 구조라면 노즐 교체 유닛(344)의 형태는 반드시 도 6의 형태에 한정되지 않고 공지의 다른 교체 가능한 구조의 유닛이 얼마든지 채택 가능하다.The
한편 엔드이펙터는 보다 구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이 호퍼(34)와, 호퍼(34)가 거치 가능하게 안착되는 부위가 형성되면서 제3레일(232)을 따라 가변 가능하게 설치되는 브래킷(31)과, 브래킷(31)에 고정 설치되어 토출 스크루(334)를 회전시키는 토출 모터(32)로 구성될 수 있다.On the other hand, the end effector is more specifically, as shown in FIG. 6 , a
여기서 브래킷(31)은 강탄성 재질로 이루어지고, 호퍼(34)가 브래킷(31)에 안착되는 부위와 토출 모터(32)가 브래킷(31)에 설치되는 부위는 서로 이격되어, 브래킷(31)의 탄성변형으로 호퍼(34)와 토출 모터(32) 간의 상대 위치가 가변 가능한 구조를 가진다.Here, the
브래킷(31)의 구조는 보다 구체적으로 도 5a에 도시된 것처럼 메인 수직판(312)과, 메인 수직판(312)의 상부가 수평 방향으로 절곡되어 이루어지는 모터 안착판(311)과, 메인 수직판(312)의 하부에 수평 방향으로 설치되는 호퍼 거치대(313)로 이루어진다.The structure of the
이때 토출 모터(32)는 모터 안착판(311)에 설치되고, 호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 안착됨으로써, 토출 모터(32)와 호퍼(34) 간에 상대 가변이 가능하여, 상기 엔드 이펙터(30)의 조립 과정에서 발생되는 토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차가 토출 모터(32)의 구동 중에 브래킷(31)의 탄성력으로 보정될 수 있다.At this time, the
특히 본 발명은 사용자가 직접 부품 키트를 구매하여 조립함으로써 완성될 수 있는 제품에 적용될 수 있는 것이므로, 사용자의 조립 과정에서 미세한 오차가 발생될 수 있다. In particular, since the present invention can be applied to a product that can be completed by a user directly purchasing a component kit and assembling it, a minute error may occur in the user's assembly process.
예를 들어 브래킷(31)의 상부에 토출 모터(32)를 설치하는 과정과, 토출 스크루(334)를 설치하는 과정에서 고정 위치가 미세하게 어긋날 수가 있다. 이 경우 호퍼(34)가 토출 스크루(334)의 외곽에 거치되면 토출 스크루(334)의 하단이 호퍼(34) 하단의 중심으로부터 미세하게 벗어날 수 있다.For example, the fixing position may be slightly shifted between the process of installing the
이때 동작이 시작되고 재료가 호퍼(34) 내부로 투입되면 일시적으로 토출 스크루(334)가 정지상태가 잠깐 지속되다가 토출 스크루(334)가 브래킷(31)의 탄성에 의해 호퍼(34) 중심에 자동으로 자리잡게 되면서 원활한 동작이 시작될 수 있다. 이러한 동작은 브래킷(31)이 일정한 탄성을 가지는 재질로 이루어지고, 토출 모터(32)가 설치된 부위와 호퍼(34)가 안착되는 부위가 메인 수직판(312)으로부터 절곡되거나 연결되는 별개의 부위에 안치됨으로써 미세 위치 보정이 더욱 용이해짐으로써 가능하다.At this time, when the operation starts and the material is put into the
또한 토출 스크루(334)는 토출 모터(32)의 저면에 설치된 모터 샤프트(331)로부터 나란하게 설치되는 탄성 링크(332)에 연결되어, 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334) 간에도 미세하게나마 각도의 가변이 허용될 수 있다.In addition, the
여기서 탄성 링크(332)는 복원력이 있는 유니버설 조인트일 수도 있고, 또는 헬리컬 조인트 등 일정범위까지의 각도 가변이 허용되면서도 일자로 나란하게 만드는 탄성 복귀력도 가지는 부재일 수 있다.Here, the
따라서 토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차는 탄성 링크(332)의 탄성 변형으로도 일정한 보정이 이루어질 수 있다. 이러한 보정은 도 7에 도시된 바와 같이 검은 화살표 방향으로 토출 모터 위치가 조절 가능함과 함께 노즐 모듈(345)의 위치 또한 검은 화살표 방향으로 조절 될 수 있는 형태로 이루어진다. Therefore, the minute error between the discharging means and the center of the
이러한 가변은 브래킷의 재질과, 형태 및, 탄성 링크(332)가 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334) 사이에 설치되며, 토출 모터(32)가 설치되는 위치는 메인 수직판(312)의 상부이면서 메인 수직판(312)으로부터 한번 절곡된 부위이고, 호퍼(34)의 안착 위치는 메인 수직판(312)의 하부이면서 메인 수직판(312)과 연결된 호퍼 거치대(313)이어서, 서로 위치가 이격될 뿐만 아니라 두 단계의 가변 가능한 마디가 형성됨에도, 서로의 수직 위치는 중심이 동일 선상에 위치하므로 가능한 것이다.These variations include the material and shape of the bracket, the
또한 도 6에 도시된 바와 같이 토출 스크루(334)와 탄성 링크(332) 사이에는 파지 섹터(333)가 형성될 수 있다. 파지 섹터(333)는 명확하게 도시되진 않았지만 원통형의 부재로서 내부와 외부 사이에 베어링이 설치되어, 토출 스크루(334)와 탄성 링크(332)가 함께 회전되는 와중에도 손으로 잡을 수 있게 형성되어, 수동으로 조절이 가능할 수 있다.Also, as shown in FIG. 6 , a gripping
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 호퍼(34)는 일정한 수평 직경이 형성되는 호퍼 몸체(342)와, 호퍼 몸체(342) 상부에 형성되며 호퍼 몸체(342)보다 수평 직경이 더 큰 호퍼 상부(341)와, 호퍼 몸체(342) 하부에 형성되며 수평 직경이 하부로 갈수록 점진적으로 감소되는 호퍼 하부(343)로 구성되며, 호퍼 몸체(342)의 외주면과 호퍼 상부(341)의 외주면 사이에는 호퍼 상부(341) 측의 수평 직경이 확장되는 형태의 수평 단차가 형성되며, 상기 호퍼 거치대(313)는 수평 단차의 저면에 대응되는 형태로 형성됨으로써, 호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 용이하게 탈착 가능하도록 안착될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 6, the
그리고 도시되진 않았지만, 호퍼(34)의 외주면에는 열선이 호퍼(34) 외주면의 상부 또는 중심부터 하부에 걸쳐 설치될 수 있다. 열선은 호퍼(34) 내부의 초컬릿과 같은 식재료가 호퍼 하부(343)로 갈수록 점차 용융되어 호퍼(34) 하단의 노즐 모듈(345)에서 토출되는 순간에 적절한 점도가 될 수 있게 온도 조건을 만들어 준다.And although not shown, on the outer peripheral surface of the
이 경우 도시되진 않았지만, 소형 팬 또는 그와 유사한 온도 조절 기구가 이격되는 위치에 설치되어 식재료가 토출되는 순간, 주위 환경의 온도 여건에 따라 적절한 속도로 응고될 수 있게 도와주는 작용을 할 수 있다.In this case, although not shown, a small fan or similar temperature control mechanism may be installed at a spaced apart position to help solidify at an appropriate speed according to the temperature conditions of the surrounding environment at the moment the ingredients are discharged.
한편, 도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 토출 스크루의 소정 지점에는 파쇄 블레이드(335)가 설치될 수 있다. 파쇄 블레이드(335)는 수평 방향으로 연장되는 날개 형태의 교반 기구이다. 호퍼(34)에 투입되는 식품 재료는 호퍼(34) 외주면에 설치되는 열선으로 인해 호퍼(34) 하부로 갈수록 용융되긴 하지만 투입되는 초기에는 고체 상태 내지는 점도가 높은 상태이다. 따라서 호퍼(34)에 투입된 후 용융과정에서 신속하게 균일한 점도로 형성되는 변화를 촉진시키기 위해, 본 발명에서는 물리적인 파쇄 및 혼합 작용을 하는 파쇄 블레이드(335)가 설치된다.Meanwhile, referring to the embodiment shown in FIG. 6 , a crushing
또한 파쇄 블레이드(335)로 인해 식품 재료인 초컬릿 등이 파쇄되면 가열되는 표면적이 급격히 증가되어 용융과정이 훨씬 신속하게 진행될 수 있는 효과 또한 있다.In addition, when chocolate, etc., which is a food material, is crushed by the crushing
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes can be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of
10 : 기초 프레임 11 : 가로대
12 : 하부 연결대 13 : 상단 연결대
14 : 다리 21 : 제1구동부
22 : 제2구동부 23 : 제3구동부
30 : 엔드 이펙터 31 : 브래킷
32 : 토출 모터 33 : 토출 수단
34 : 호퍼 40 : 스테이지
211 : 제1구동모터 212 : 제1레일
213 : 풀리 214 : 제1암
221 : 제2구동모터 222 : 제2레일
223 : 스크루 가이드 224 : 스크루 가변 링크
225 : 제2암 231 : 제3구동모터
232 : 제3레일 233 : 제3암
311 : 모터 안착판 312 : 메인 수직판
313 : 호퍼 거치대 331 : 모터 샤프트
332 : 탄성 링크 333 : 파지 섹터
334 : 토출 스크루 335 : 파쇄 블레이드
341 : 호퍼 상부 342 : 호퍼 몸체
343 : 호퍼 하부 344 : 노즐 교체 유닛
345 : 노즐 모듈10: foundation frame 11: crosspiece
12: lower connecting rod 13: upper connecting rod
14: leg 21: first driving unit
22: second driving unit 23: third driving unit
30: end effector 31: bracket
32: discharge motor 33: discharge means
34: hopper 40: stage
211: first drive motor 212: first rail
213: pulley 214: first arm
221: second drive motor 222: second rail
223: screw guide 224: screw variable link
225: second arm 231: third driving motor
232: third rail 233: third arm
311: motor seating plate 312: main vertical plate
313: hopper holder 331: motor shaft
332: elastic link 333: gripping sector
334: discharge screw 335: crushing blade
341: hopper top 342: hopper body
343: hopper lower 344: nozzle replacement unit
345: nozzle module
Claims (7)
제1구동부(21)와, 제2구동부(22)와, 제3구동부(23)로 구성되며, 상기 제1 내지 제3레일(232)의 방향 중에서 두 개는 서로 직교되는 두 개의 수평축을 이루고 나머지 하나는 수직축이 되도록 배치되는 3D 프린터 본체와;
상기 제3구동부(23)에 설치되고, 응고 및 용융이 가역적으로 발생되는 식품이 내부로 공급되는 호퍼(34)와, 호퍼 하부(343)를 통해 상기 식품을 용융 상태로 일정한 속도로 토출시키는 토출수단이 마련되며, 상기 제1 내지 제3구동부(23)로 인해 3차원 공간에서 가변 가능한 엔드 이펙터(30); 및, 판 형태의 부재로서 상면에는 엔드 이펙터(30)에서 토출되는 성형 재료가 안착되는 스테이지(40);로 구성되되,
상기 제1구동부(21)는 도 2에 도시된 실시예에서는 기초 프레임(10) 상부에 서로 평행하게 설치되는 두 개의 제1레일(212)과, 두 개의 제1레일(212) 각각의 일단에 하나씩 설치되는 두 개의 제1구동모터(211)와, 두 개의 제1구동모터(211) 마다 설치되어 제1구동모터(211)로 회전되는 두 개의 풀리(213) 및, 상기 두 개의 제1레일(212) 각각에 설치되어 풀리(213)의 이동에 따라 함께 이동되는 두 개의 제1암(214)으로 구성되고,
상기 제2구동부(22)는 상기 두 개의 제1암(214) 각각에 하나씩 직립 자세로 설치되어 제1암(214)과 함께 일체로 상기 두 개의 제1레일(214)을 따라 수평 방향으로 가변되는 두 개의 제2레일(222)과, 두 개의 제2레일(222) 각각에 하나씩 설치되어 제2레일(222)로 안내되며 승강되는 두 개의 제2암(225)과, 두 개의 제2레일(222)마다 하나씩 설치되어 상기 제2암(225)이 승강되도록 구동시키는 두 개의 제2구동모터(221)와, 상기 두 개의 제2암(225)마다 하나씩 구비되어 제2구동모터(221)의 회전운동을 제2암(225)의 승강운동으로 변환하여 전달하는 두 개의 운동전달수단으로 구성되며,
상기 제3구동부(23)는 상기 두 개의 제2암(225)을 수평 방향으로 연결시키는 하나의 제3레일(232)과, 제3레일(232)을 따라 수평 방향으로 가변되는 제3암(233)과, 제3암(233)이 수평 방향으로 가변되도록 구동하는 제3구동모터(231)로 구성되고,
상기 토출수단은 호퍼(34)의 중심을 따라 하부를 관통하는 형태로 설치되고,
소정 부위부터 호퍼 하부(343)를 관통하는 지점까지 나선형 블레이드가 외주면을 따라 형성되며, 호퍼(34)에는 열선이 설치되고, 토출수단의 소정 부위에는 수평 방향으로 두 개의 날개가 연장형성되는 형태의 파쇄 블레이드(335)가 마련되어, 토출수단의 회전에 따라 호퍼(34)에 투입되는 식품이 파쇄되면서 표면적이 확장되어 상기 열선에서 전달되는 열로 신속하게 용융됨으로써, 나선형 블레이드를 따라 균일한 점도를 가지면서 일정한 속도로 강제 토출되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.a base frame 10 that is seated on a solid floor;
It consists of a first driving part 21, a second driving part 22, and a third driving part 23, and two of the first to third rails 232 form two horizontal axes orthogonal to each other. The other is a 3D printer body arranged so as to be a vertical axis;
Discharge for discharging the food in a molten state at a constant speed through a hopper 34 installed in the third driving unit 23 and supplied with food in which solidification and melting reversibly occur, and a lower portion of the hopper 343 an end effector (30) provided with a means and variable in a three-dimensional space due to the first to third driving units (23); and a stage 40 on which the molding material discharged from the end effector 30 is seated on the upper surface as a plate-shaped member;
In the embodiment shown in FIG. 2 , the first driving part 21 includes two first rails 212 installed in parallel to each other on the upper part of the base frame 10 , and one end of each of the two first rails 212 . Two first drive motors 211 installed one by one, two pulleys 213 installed for each of the two first drive motors 211 and rotated by the first drive motor 211, and the two first rails It is installed on each of the 212 and consists of two first arms 214 that are moved together according to the movement of the pulley 213,
The second driving unit 22 is installed in an upright position on each of the two first arms 214 , and is integrally with the first arm 214 and is variable in the horizontal direction along the two first rails 214 . Two second rails 222 that become two second rails 222, two second arms 225 installed one on each Two second driving motors 221 are installed for each 222 to drive the second arm 225 to be raised and lowered, and one second driving motor 221 is provided for each of the two second arms 225 . It is composed of two motion transmission means for converting and transmitting the rotational motion of the second arm 225 into the lifting motion of the arm 225,
The third driving unit 23 includes one third rail 232 connecting the two second arms 225 in a horizontal direction, and a third arm variable in the horizontal direction along the third rail 232 ( 233) and a third driving motor 231 for driving the third arm 233 to be variable in the horizontal direction,
The discharge means is installed in the form of penetrating the lower part along the center of the hopper (34),
A spiral blade is formed along the outer circumferential surface from a predetermined portion to a point penetrating the lower hopper 343, a heating wire is installed in the hopper 34, and two blades are extended in the horizontal direction at a predetermined portion of the discharge means. A crushing blade 335 is provided, and as the food input to the hopper 34 is crushed according to the rotation of the discharging means, the surface area is expanded and rapidly melted with the heat transferred from the hot wire, while having a uniform viscosity along the spiral blade. Prefabricated 3D food printer, characterized in that the forced discharge at a constant speed.
상기 제2구동부(22)에 설치되는 상기 운동전달수단은 상기 두 개의 제2레일(222)마다 제2레일(222)에 일정한 간격으로 이격되면서 제2레일(222)에 평행하도록 직립 형태로 설치되는 두 개의 스크루 가이드(223)와, 두 개의 스크루 가이드(223)의 하단 마다 하나씩 설치되어 제2구동모터(221)의 회전운동을 스크루 가이드(223)에 전달하는 두 개의 스크루 가변 링크(224)로 이루어지고, 상기 제2암(225)은 일측은 상기 제2레일(222)에 안내되면서 상하로 슬라이딩 가능하고 타측은 상기 스크루 가이드(223)에 나사결합되어 스크루 가이드(223)의 회전에 따라 승강 구동되며,
상기 호퍼(34)는 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 수평 직경이 감소되며, 호퍼(34)의 하단에서 수평 직경이 최소가 되는 지점 부터는 하부를 향해 소정의 길이만큼 수평 직경이 일정하게 형성되는 강제 이송구간이 형성되어, 식품이 강제 이송구간을 통과하면서 균일하게 혼합됨으로써, 토출 압력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.According to claim 1,
The motion transmission means installed in the second driving unit 22 is installed in an upright form so as to be parallel to the second rail 222 while being spaced apart from the second rail 222 at regular intervals for each of the two second rails 222 . two screw guides 223 to be used, and two variable screw links 224 installed one at each lower end of the two screw guides 223 to transmit the rotational motion of the second driving motor 221 to the screw guide 223. One side of the second arm 225 is slidable up and down while being guided by the second rail 222, and the other side is screwed to the screw guide 223 according to the rotation of the screw guide 223. lift driven,
The horizontal diameter of the hopper 34 is gradually reduced from the top to the bottom, and from the point where the horizontal diameter becomes the minimum at the bottom of the hopper 34, the horizontal diameter is constantly formed by a predetermined length toward the bottom. A section is formed so that the food is uniformly mixed while passing through the forced transfer section, whereby the discharge pressure is maintained constant.
상기 강제 이송구간을 이루는 부재는 호퍼(34) 하단에 탈착 가능하게 결합되도록 제작되는 노즐 모듈(345)이고, 노즐 모듈(345)의 하단에는 토출되는 식품의 토출 굵기가 결정되는 노즐이 설치되며, 노즐 모듈(345)은 복수개가 세트로 구비되고, 복수개의 노즐 모듈(345)의 노즐 각각은 구경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.3. The method of claim 2,
The member constituting the forced transfer section is a nozzle module 345 manufactured to be detachably coupled to the lower end of the hopper 34, and a nozzle for determining the discharge thickness of the discharged food is installed at the lower end of the nozzle module 345, A plurality of nozzle modules 345 are provided as a set, and each of the nozzles of the plurality of nozzle modules 345 has a different caliber.
상기 엔드이펙터는 호퍼(34)와, 호퍼(34)가 거치 가능하게 안착되는 부위가 형성되면서 제3레일(232)을 따라 가변 가능하게 설치되는 브래킷(31)과, 브래킷(31)에 고정 설치되어 상기 나선형 블레이드를 회전시키는 토출 모터(32)로 구성되며,
상기 브래킷(31)은 강탄성 재질로 이루어지고, 호퍼(34)가 브래킷(31)에 안착되는 부위와 토출 모터(32)가 브래킷(31)에 설치되는 부위는 서로 이격되어, 브래킷(31)의 탄성변형으로 호퍼(34)와 토출 모터(32) 간의 상대 위치가 가변 가능한 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.3. The method of claim 2,
The end effector includes a hopper 34, a bracket 31 that is variably installed along the third rail 232, and a fixed installation on the bracket 31 while a portion on which the hopper 34 can be mounted is formed. It is composed of a discharge motor 32 that rotates the spiral blade,
The bracket 31 is made of a strong elastic material, and the portion where the hopper 34 is seated on the bracket 31 and the portion where the discharge motor 32 is installed on the bracket 31 are spaced apart from each other. Prefabricated 3D food printer, characterized in that the relative position between the hopper (34) and the discharge motor (32) is variable due to the elastic deformation of the.
상기 브래킷(31)은 메인 수직판(312)과, 메인 수직판(312)의 상부가 수평 방향으로 절곡되어 이루어지는 모터 안착판(311)과, 메인 수직판(312)의 하부에 수평 방향으로 설치되는 호퍼 거치대(313)로 이루어지며,
상기 토출 모터(32)는 모터 안착판(311)에 설치되고, 호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 안착됨으로써, 토출 모터(32)와 호퍼(34) 간에 상대 가변이 가능하여, 상기 엔드 이펙터(30)의 조립 과정에서 발생되는 토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차가 토출 모터(32)의 구동 중에 브래킷(31)의 탄성력으로 보정되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.5. The method of claim 4,
The bracket 31 includes a main vertical plate 312 , a motor seating plate 311 in which an upper portion of the main vertical plate 312 is bent in a horizontal direction, and a lower portion of the main vertical plate 312 in the horizontal direction. It consists of a hopper holder (313) that becomes
The discharge motor 32 is installed on the motor mounting plate 311, and the hopper 34 is mounted on the hopper holder 313, so that a relative variable between the discharge motor 32 and the hopper 34 is possible, and the end A prefabricated 3D food printer, characterized in that a minute error between the discharging means and the center of the hopper (34) generated during the assembly process of the effector (30) is corrected by the elastic force of the bracket (31) while the discharging motor (32) is driven.
상기 토출수단은 토출 모터(32)의 하부로부터 호퍼(34) 중심을 향해 돌출되는 모터 샤프트(331)와, 모터 샤프트(331)에 나란하게 하부로 연결되어 호퍼(34) 중심에 배치되며 외주면을 따라 상기 나선형 블레이드가 형성되는 토출 스크루(334) 및, 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334) 간의 결합 각도가 가변 가능하도록 모터 샤프트(331)와 토출 스크루(334)를 결합시키는 탄성 링크(332)로 이루어짐으로써,
토출수단과 호퍼(34) 중심 간의 미세 오차가 탄성 링크(332)의 탄성 변형으로 보정되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.6. The method of claim 5,
The discharging means includes a motor shaft 331 protruding from the lower portion of the discharging motor 32 toward the center of the hopper 34, and the motor shaft 331 is connected to the lower portion in parallel to the hopper 34 and is disposed at the center of the outer circumferential surface. Accordingly, the discharge screw 334 on which the spiral blade is formed, and the elastic link 332 for coupling the motor shaft 331 and the discharge screw 334 so that the coupling angle between the motor shaft 331 and the discharge screw 334 is variable. ) by being
Prefabricated 3D food printer, characterized in that the minute error between the discharge means and the center of the hopper (34) is corrected by the elastic deformation of the elastic link (332).
상기 호퍼(34)는 일정한 수평 직경이 형성되는 호퍼 몸체(342)와, 호퍼 몸체(342) 상부에 형성되며 호퍼 몸체(342)보다 수평 직경이 더 큰 호퍼 상부(341)와, 호퍼 몸체(342) 하부에 형성되며 수평 직경이 하부로 갈수록 점진적으로 감소되는 호퍼 하부(343)로 구성되며,
호퍼 몸체(342)의 외주면과 호퍼 상부(341)의 외주면 사이에는 호퍼 상부(341) 측의 수평 직경이 확장되는 형태의 수평 단차가 형성되며, 상기 호퍼 거치대(313)는 수평 단차의 저면에 대응되는 형태로 형성됨으로써,
호퍼(34)는 호퍼 거치대(313)에 용이하게 탈착 가능하도록 안착되는 것을 특징으로 하는 조립식 3D 푸드 프린터.6. The method of claim 5,
The hopper 34 includes a hopper body 342 having a constant horizontal diameter, a hopper upper portion 341 formed on the upper portion of the hopper body 342 and having a larger horizontal diameter than the hopper body 342, and a hopper body 342 ) is formed in the lower part and is composed of a hopper lower part 343 whose horizontal diameter is gradually reduced toward the lower part,
Between the outer peripheral surface of the hopper body 342 and the outer peripheral surface of the hopper upper part 341, a horizontal step is formed in the form of an enlarged horizontal diameter of the hopper upper part 341 side, and the hopper holder 313 corresponds to the bottom surface of the horizontal step difference By being formed in a form that becomes
The hopper (34) is a prefabricated 3D food printer, characterized in that it is easily detachably seated on the hopper holder (313).
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