KR20140121034A - 플랙시블 섀프트를 이용한 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트 공급 방법 - Google Patents

플랙시블 섀프트를 이용한 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트 공급 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 프린터 장치는, 동력모터에 연결되어 동력을 전달하는 플랙시블 샤프트(flexible shaft); 상기 플랙시블 샤프트에 연결되어 회전 가능하도록 구성된 피더롤러(feeder roller); 및 상기 피더롤러의 회전에 의하여 필라멘트(filament)가 공급되며, 공급된 필라멘트를 용융하여 분무하도록 구성된 핫엔드 노즐(hot-end nozzle)을 포함할 수 있다. 상대적으로 큰 무게를 차지하는 동력모터 부분이 실제 움직이며 프린팅을 수행할 핫엔드 부분과 분리되므로 빠르게 프린팅을 수행할 수 있다. 또한, 플랙시블 샤프트를 이용함으로써, 원격 위치에서 힘을 가하는 것으로 인하여 발생하는 동력의 손실을 줄이고, 필라멘트를 균일하고 안정적이며 빠른 속도로 공급할 수 있다.

Description

플랙시블 섀프트를 이용한 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트 공급 방법{3-DIMENSIONAL PRINTER APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING FILAMENT THERETO USING FLEXIBLE SHAFT}
실시예들은 플랙시블 섀프트(flexible shaft)를 이용한 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트(filament) 공급 방법에 관한 것이다.
3차원의 입체 형상을 가진 시제품(Prototype)을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작방식과 CNC 밀링에 의한 제작방식 등이 있다. 그러나, 목합 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공하기 어려운 형상이 많다. 최근에는, 제품의 디자이너 및 설계자가 만들어낸 3차원 모델링에서 생성된 데이터를 저장한 컴퓨터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린터 방식이 등장하였다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프린팅을 빠르게 수행할 수 있으며 동력의 손실을 줄이고 필라멘트(filament)를 균일하고 안정적이며 빠른 속도로 할 수 있는 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트 공급 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치는, 동력모터에 연결되어 동력을 전달하는 플랙시블 샤프트(flexible shaft); 상기 플랙시블 샤프트에 연결되어 회전 가능하도록 구성된 피더롤러(feeder roller); 및 상기 피더롤러의 회전에 의하여 필라멘트(filament)가 공급되며, 공급된 필라멘트를 용융하여 분무하도록 구성된 핫엔드 노즐(hot-end nozzle)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치의 필라멘트 공급 방법은, 적어도 부분적으로 플랙시블 샤프트를 통하여, 피더롤러와 동력모터를 연결시키는 단계; 상기 동력모터를 구동시킴으로써 상기 피더롤러를 회전시키는 단계; 및 회전하는 상기 피더롤러에 의하여 핫엔드 노즐에 필라멘트를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 3차원 프린터 장치 및 이에 대한 필라멘트(filament) 공급 방법에 의하면, 필라멘트 공급을 위한 동력모터가 익스트루더(extruder)에 장착되는 종래의 장치에 비해, 상대적으로 큰 무게를 차지하는 동력모터 부분이 실제 움직이며 프린팅을 수행할 핫엔드(hot-end) 부분과 분리되므로 익스트루더의 무게를 감소시키고 이동 속도를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 종래에 비해 빠르게 프린팅을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면 동력모터로부터 플랙시블 샤프트(flexible shaft)를 이용하여 필라멘트 공급부에 동력이 전달되므로, 동력모터가 원격 위치에서 힘을 가하는 것으로 인하여 발생하는 동력의 손실을 줄이고, 필라멘트를 균일하고 안정적이며 빠른 속도로 핫엔드에 공급할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치의 개략적인 구성도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1은 일 실시예에 따른 3차원 프린터 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 3차원 프린터 장치는 형성하고자 하는 3차원 입체 형상에 대응되도록 이동하면서 물질을 분사하기 위한 익스트루더(extruder)(7) 및 분사될 물질의 필라멘트(filament)(5)를 익스트루더(7)에 공급하기 위하여 제공되는 동력모터(1)를 포함할 수 있다.
익스트루더(7)는 물질을 분사하기 위한 핫엔드 노즐(hot-end nozzle)(6)을 가질 수 있으며, 필라멘트(5)는 핫엔드 노즐(6)에 공급될 수 있다. 핫엔드 노즐(6)에서는 공급된 필라멘트(5)를 가열하여 용융시킨 후 용융된 물질을 기판에 분무함으로써 프린팅이 이루어진다. 물질을 분무하면서 익스트루더(7)가 하나 이상의 방향으로 이동하는 것에 의하여, 분무된 물질로 이루어지는 3차원 입체 형상을 생성할 수 있다.
익스트루더(7) 내에서, 필라멘트(5)는 피더베어링(feeder bearing)(7)과 피더롤러(feeder roller)(4) 사이에 삽입될 수 있다. 피더롤러(4)는 회전하면서 필라멘트(5)를 핫엔드 노즐(6)에 공급하기 위한 부분이며, 피더베어링(7)은 피더롤러(4)가 회전함에 따라 필라멘트(5)가 이동할 수 있도록 하는 지지 부재이다. 피더롤러(4)는 피더롤러 샤프트(shaft)(3)에 연결될 수 있다. 피더롤러 샤프트(3)가 회전 축을 중심으로 회전하는 것에 의하여, 피더롤러 샤프트(3)에 연결된 피더롤러(4)가 회전하면서 필라멘트(5)를 핫엔드 노즐(6)에 밀어넣을 수 있다.
동력모터(1)는 익스트루더(7)의 외부에 위치하며, 적어도 부분적으로 플랙시블 샤프트(2)를 통하여 익스트루더(7)에 결합될 수 있다. 플랙시블 샤프트(2)는 동력모터(1)에 의한 회전 동력을 피더롤러 샤프트(3)에 전달하도록 동력모터(1)와 피더롤러 샤프트(3) 사이에 연결될 수 있다. 플랙시블 샤프트(2)는 동력모터(1)에 의한 회전 동력을 전달하면서도 익스트루더(7)의 자유로운 이동이 가능하도록 휘어질 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 플랙시블 샤프트(2)는 심선이나 주축의 둘레에 나선형의 코일 스프링을 여러 겹으로 감은 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
동력모터(1)는 전원(미도시)에 의하여 전력을 공급받고, 공급된 전력을 이용하여 플랙시블 샤프트(2)를 회전시킬 수 있다. 플랙시블 샤프트(2)는 회전 동력을 피더롤러 샤프트(3)에 전달하며, 그 결과 피더롤러 샤프트(3)에 연결된 피더롤러(4)가 회전됨으로써 필라멘트(5)를 핫엔드 노즐(6)로 공급할 수 있다. 3차원 프린터 장치에서 상대적으로 큰 무게를 차지하는 동력모터(1)가, 실제로 이동하면서 프린팅을 수행하는 익스트루더(7)와 결합되어 있지 않으므로, 익스트루더(7)의 무게를 감소시키고 이동 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 종래에 비해 프린팅을 빠르게 수행할 수 있다.
또한, 실시예들에서는 동력모터(1)가 플랙시블 샤프트(2)에 의하여 피더롤러 샤프트(3)에 연결되어 있다. 원격 위치에 있는 동력모터(1)에 직접 필라멘트(5)를 연결하여 필라멘트(5)를 밀어내는 방식과 비교하면, 플랙시블 샤프트(2)를 이용하여 동력을 필라멘트(5) 공급부 근방까지 끌어옴으로써 원격 위치에서 회전 동력을 가하는 데에서 발생하는 동력의 손실을 줄이고 필라멘트(5)를 균일하고 안정적이며 빠른 속도로 핫엔드 노즐(6)에 공급할 수 있다. 나아가, 필라멘트(5)의 교체가 용이하다.
일 실시예에서, 3차원 프린터 장치는 동력 모터(1)와 별개로 익스트루더(7) 내에 위치하는 추가적인 동력원(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이상과 같이 구성할 경우, 동력모터(1)에 의하여 익스트루더(7)와 원격 위치에서 회전 동력을 공급하는 것과 병행하여, 익스트루더(7) 내에서 필라멘트(5)를 공급하기 위한 추가적인 회전 동력을 제공함으로써 프린팅 속도를 더욱 증가시킬 수 있다. 이 경우, 익스트루더(7) 내에 위치하는 추가적인 동력원은 동력모터(1)에 비해 상대적으로 작은 회전 동력만을 제공하더라도 무방하며, 익스투르더(7)가 용이하게 이동할 수 있을 정도의 작은 무게를 가질 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 동력모터에 연결되어 동력을 전달하는 플랙시블 샤프트;
    상기 플랙시블 샤프트에 연결되어 회전 가능하도록 구성된 피더롤러; 및
    상기 피더롤러의 회전에 의하여 필라멘트가 공급되며, 공급된 필라멘트를 용융하여 분무하도록 구성된 핫엔드 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터 장치.
  2. 적어도 부분적으로 플랙시블 샤프트를 통하여, 피더롤러와 동력모터를 연결시키는 단계;
    상기 동력모터를 구동시킴으로써 상기 피더롤러를 회전시키는 단계; 및
    회전하는 상기 피더롤러에 의하여 핫엔드 노즐에 필라멘트를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터 장치의 필라멘트 공급 방법.
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