KR20150098337A - 3차원 프린터 - Google Patents

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Abstract

3차원 인쇄물이 형성되는 플레이트; 및 제 1 지지부재를 중심으로 상기 플레이트의 상부를 회전하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 1 재료 토출 유닛;을 포함하되, 상기 플레이트는, 상기 3차원 인쇄물을 형성시, 전후 방향 및 상하 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터가 개시된다.
개시된 3차원 프린터에 따르면, 다양한 재질 및 다양한 색상이 포함된 3차원 인쇄물을 용이하게 제조할 수 있다.

Description

3차원 프린터{THREE DIMENSIONAL PRINTER}
본 발명은 3차원 인쇄물을 형성할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 재질 및 다양한 색상이 조합된 3차원 인쇄물을 형성할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것이다.
3차원 인쇄물을 형성할 수 있는 3차원 프린팅은, CAD 또는 3D 모델링 프로그램을 이용하여 작성된 3차원 도면을 바탕으로, 3차원 인쇄물을 생성하는 기술이다.
이러한 3차원 프린팅 기술은, 별도의 금형 없이도 다양한 3차원 인쇄물을 용이하게 제작　가능하여, 전기, 전자, 기계, 건축, 의료, 자동차 등 제품 제조의 근간이 되는 모든 산업 분야에서 적용이 가능하며, 대체의료 융합기술 분야에도 많은 활용의 확대가 기대되고 있다.
일반적으로 3차원 프린팅 기술을 크게　나누면, 플라스틱 계통의 고체를 녹여가면서 한 층씩 적층하는 방법, 분말이나 액체를 레이저 또는 경화기로 굳혀가며 한 층씩 적층하는 방법과 커다란 합성수지를 둥근 날로 깎아가며 모양을 만드는 방법 등이 있으나, 현재는 한 층씩 적층하는 방법이 주로 사용되고 있다.
국내특허등록공보 제10-0606457호(3차원 프린팅 조형시스템) 등에는 첨가형 방식에 의한 3차원 프린팅 기술이 개시되어 있으나, 종래의 3차원 프린팅 기술에서는 한두 종류의 색의 3차원 인쇄물에 한정되는 경우가 대부분이어서, 다양한 재질 및 다양한 색상이 포함된 3차원 인쇄물의 제조에는 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 다양한 재질 및 다양한 색상이 포함된 3차원 인쇄물을 용이하게 제조할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 3차원 프린터는, 3차원 인쇄물이 형성되는 플레이트; 및 제 1 지지부재를 중심으로 상기 플레이트의 상부를 회전하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 1 재료 토출 유닛;을 포함하되, 상기 플레이트는, 상기 3차원 인쇄물을 형성시, 전후 방향 및 상하 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 제 1 재료 토출 유닛은, 다수의 날개를 가진 형상으로, 날개 각각에 적어도 하나의 재료 저장기를 탑재할 수 있는 제 1 재료 공급부; 및 상기 제 1 재료 공급부의 하부에 위치하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 제 1 재료 공급부의 적어도 하나의 재료 저장기로부터 재료를 공급받아 적어도 하나의 헤드를 통해 토출하는 제 1 토출부;를 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 적어도 하나의 헤드는, 상기 3차원 인쇄물을 형성시, 해당 헤드가 위치한 상기 제 1 토출부의 날개의 축을 따라 좌우 방향으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 적어도 하나의 헤드 각각은, 상하, 좌우 및 전후로 미세 이동 가능한 것이 바람직하다.
바람직하게는 본 발명의 3차원 프린터는, 상기 제 1 재료 공급부의 날개 각각의 하부에 위치하는 상기 제 1 토출부의 날개의 일단과 해당 제 1 재료 공급부의 날개의 일단을 연결하는 제 1-1 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 재료 공급부의 날개의 타단은 상기 제 1 지지부재에 연결되고, 본 발명의 3차원 프린터는, 상기 제 1 재료 공급부의 날개의 타단으로부터 일정 거리 이격된 상기 제 1 재료 공급부의 제 1 지점과 상기 제 1 토출부의 날개의 타단을 연결하는 제 1-2 연결부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 3차원 프린터는, 상기 제 1 재료 공급부의 날개 또는 상기 제 1 토출부의 날개 중 적어도 하나의 날개의 위치를 감지하는 위치 센서부;를 더 포함하되, 상기 위치 센서부는, 적어도 하나의 위치 신호 발생 센서를 구비한 위치 신호 발생부; 및 상기 위치 신호 발생부로부터의 신호를 검출하는 위치 신호 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 3차원 프린터는, 제 2 지지부재를 중심으로 상기 플레이트의 상부를 회전하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 2 재료 토출 유닛;을 더 포함하되, 상기 제 1 지지부재 및 상기 제 2 지지부재 사이에 상기 플레이트가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3차원 인쇄물을 형성시, 상기 제 1 재료 토출 유닛 및 상기 제 2 재료 토출 유닛은 동시에 회전하고, 상기 제 1 재료 토출 유닛의 각 날개와 상기 제 2 재료 토출 유닛의 각 날개는 상기 플레이트 상에 교대로 위치하게 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 3차원 프린터에 따르면, 다양한 재질 및 다양한 색상이 포함된 3차원 인쇄물을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터의 정면도.
도 1b는 도 1a의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터의 평면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터의 날개의 예시도.
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터의 정면도.
도 3b는 도 3a의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터의 평면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터의 날개의 예시도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 프린터의 정면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 프린터에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1a 및 도 1b는 각각, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 정면도 및 평면도를 나타낸다. 다만, 도 1a 및 도 1b에서 일부 구성은 생략되어 도시되었다.
도 1a 및 도 1b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는, 3차원 인쇄물이 형성되는 플레이트(PL) 및 제 1 지지부재(110)를 중심으로 플레이트(PL)의 상부를 회전 구동체에 의해 회전하며, 다수의 날개(W141, W142)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 1 재료 토출 유닛(140)을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 재료 토출 유닛(140)은 2개의 층(141, 142)으로 구성되며, 각 층(141, 142)은 모두 다수의 날개(W141, W142)를 가진 회전체인 프로펠러 형상인 것을 특징으로 한다. 또한, 제 1 재료 토출 유닛(140)은 제 1 지지부재(110)의 회전에 따라 회전하게 된다. 이러한 회전을 위해, 제 1 지지부재(110)는 회전 가능한 회전축을 구성하는 것이 바람직하다. 아울러, 제 1 지지부재(110)는, 플레이트(PL)를 사이에 두고 제 1 지지부재(110)와 대향하는 위치에 구비된 제 2 지지부재(120)와 제 3 연결부재(130)를 통해 연결되게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는 제 1 재료 토출 유닛(140), 플레이트(PL) 및 위치 센서부(미도시) 등 3차원 프린터(100)의 각 구성 요소의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
플레이트(PL)는, 도 1a의 정면도 상의 상대적 방향을 기준으로 전후 방향(Y축 방향)으로 베이스(BS) 위를 이동 가능한 구동 장치(DA) 및 구동 지지대(DS)상에 탑재되어, 전후 방향으로 이동 가능하다. 또한, 본 발명의 플레이트(PL)는, 상하 방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있는 것이 바람직하다.
구체적으로, 제 1 재료 토출 유닛(140)은 제 1 재료 공급부(141) 및 제 1 토출부(142)를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 재료 공급부(141)는, 다수의 날개(W141)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 날개 각각에 적어도 하나의 재료 저장기(ST)가 탑재되어 재료 저장기(ST)와 연결된 통로(미도시)를 통해 제 1 토출부(142)의 헤드(HD)로 재료를 공급한다.
또한, 제 1 토출부(142)는, 제 1 재료 공급부(141)의 하부에 위치하고, 다수의 날개(W142)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 제 1 재료 공급부(141)의 적어도 하나의 재료 저장기(ST)로부터 재료를 공급받아 적어도 하나의 헤드(HD)를 통해 재료를 토출하는 역할을 한다. 또한, 각 헤드(HD)는 적어도 하나의 노즐을 포함한다. 참고로, 본 발명의 '토출'의 의미는 '분사'등의 의미도 내포하며, 재료를 내부로부터 외부로 내보내는 개념으로 사용하였다. 아울러, 제 1 토출부(142)의 각 날개(W142)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수는, 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수와 동일할 수 있다. 즉, 하나의 재료 저장기(ST)에 하나의 헤드(HD)가 할당되어 재료를 공급하게 된다. 또한, 재료 저장기(ST) 별로 다양한 재질 및/또는 각기 다른 색상의 3차원 인쇄물의 재료를 담을 수 있어, 다양한 재질 및 다양한 색상의 3차원 인쇄물의 제작이 가능해짐을 알 수 있다.
또는, 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W152)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 재료 저장기(ST)를 서로 혼합(Mixing)하여 제 1 토출부(142)의 헤드(HD)로 재료를 공급하도록 설계할 수 있다. 이 경우에는 제 1 토출부(142)의 각 날개(W142)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수는, 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수와 상이할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 제 1 토출부(142)의 각 날개(W142)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수가, 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수 보다 적을 수 있다.
아울러, 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 하나의 재료 저장기(ST)로부터 다수의 헤드(HD)로 재료를 공급할 수도 있어, 제 1 토출부(142)의 각 날개(W142)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수가 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)의 상부에 위치하는 제 1 재료 공급부(141)의 해당 날개(W141)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수 보다 많을 수도 있다.
정리하자면, 제 1 토출부(142)는, 제 1 재료 공급부(141)의 적어도 하나의 재료 저장기(ST)로부터 재료를 공급받아 적어도 하나의 헤드(HD)를 통해 재료를 토출한다.
도 1b에서는, 제 1 재료 공급부(141) 및 제 1 토출부(142)의 날개(W141, W142)를 각각 8개로 도시하였을 지라도, 각 날개(W141, W142)의 개수는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있음은 물론이다.
제 1 토출부(142)의 헤드(HD) 각각은, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개(W142)의 축을 따라, 즉 도 1a의 정면도 상에서 상대적으로 X축, 즉 좌우 방향을 따라 이동하도록 제어될 수 있다. 이때, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개(W142)에 구비된 다른 헤드(HD) 또한, 동시에 X축을 따라 이동하도록 제어할 수도 있다. 아울러, 제 1 토출부(142)의 헤드(HD) 각각은, 미세 이동을 위한 블록에 탑재되어 상하, 좌우 및 전후로 미세 이동 가능하여 정확한 토출 위치에 위치시킬 수 있다. 이때, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개(W142)에 구비된 다른 헤드(HD) 또한, 동시에 미세 이동하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 각각의 하부에 위치하는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)의 말단과 해당 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141)의 말단을 서로 연결하여 확장되는 제 1-1 연결부재(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141)와 제 1 토출부(142)의 날개(W142)는 제 1-1 연결부재(160)에 의해 고정되어, 그 회전 등의 움직임이 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다. 제 1-1 연결부재(160) 부재는, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)의 상하 운동을 지원할 필요가 없어, 제 1 토출부(142)의 날개(W142)의 말단과 해당 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141)의 말단을 서로 연결하면 족하므로, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)의 상하 운동을 지원할 경우에 비해 상당히 짧은 길이에 의해서도 구현할 수 있다.
또한, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141)와 제 1 토출부(142)의 날개(W142) 각각은 제 1 지지부재(110)를 중심으로 대칭을 이루는 날개를 구비하도록 구성되는 것이 바람직하지만, 이에 한하는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)는, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)의 위치를 감지하는 위치 센서부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
위치 센서부는 다양한 방법에 의해 구현될 수 있을 것이다. 예를 들면, 카메라를 이용하여 제 1 토출부(142)의 영상을 취득한 후, 영상 처리에 의해 희망하는 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)가 희망하는 위치에 위치해 있는 지를 판단할 수 있다.
또 다른 위치 센서부는, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141)별 또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)별로 적어도 하나의 위치 신호 발생 센서를 구비한 위치 신호 발생부 및 위치 신호 발생부로부터의 신호를 검출하는 위치 신호 검출부를 포함하여 구현될 수 있다.
구체적으로 위치 신호 발생 센서로는 발광 소자를, 신호를 검출하는 소자로는 수광 소자를 이용하는 방법이 있다. 즉, 위치 센서부는, 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)별로 적어도 하나의 구비된 발광 소자를 포함하는 발광 소자부 및 발광 소자부로부터의 빛을 수광하는 수광 소자부를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)별로 적어도 하나의 구비된 발광 소자의 탑재 방법으로는, 제 1 지지부재(110)에 날개(W141, W142)별로 대응하는 발광 소자를 탑재하는 방법이 있을 수 있다. 또 다른 발광 소자의 탑재 방법으로는, 제 1-1 연결부재(160)에 날개(W141, W142)별로 대응하는 발광 소자를 탑재하는 방법이 있을 수 있다. 또는 전자와 후자 방법 모두를 채택할 수도 있다. 제 1 재료 공급부(141)의 날개(W141) 및/또는 제 1 토출부(142)의 날개(W142)가 회전 시, 각 날개(W141, W142)별로 할당된 발광 소자로부터의 빛은 정해진 위치에 각 날개(W141, W142)가 도달 시, 수광 소자부의 수광 소자에 도달하여 검출되어, 제어부에 의한 정확한 날개(W141, W142)의 위치 제어가 이루어질 수 있게 된다.
수광 소자부의 수광 소자는 다수일 필요는 없으며, 베이스(BS)의 일정 위치에 고정 장착될 수 있다.
또한, 상술한 수광 소자부 및 발광 소자부는 서로 짝을 이루면 되는 까닭에, 발광 소자의 위치에 수광 소자가 수광 소자의 위치에 발광 소자가 장착되더라도 위치 센서부는 동일한 동작이 가능함은 물론이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 날개의 예시도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c의 각 도면에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 먼저, 도 2a는 제 1 재료 공급부(141) 및 제 1 토출부(142)는 각각 4개의 날개(W141, W142)를 구비하고, 각 날개(W141, W142)는 다른 날개(W141, W142)와 대칭을 이루고 있음을 알 수 있다. 다음으로 도 2b는, 제 1 재료 공급부(141) 및 제 1 토출부(142)는 각각 3개의 날개(W141, W142)를 구비하며, 그 중 한 쌍의 날개(W141, W142)만이 대칭을 이루고 있음을 알 수 있다. 아울러, 도 2c의 경우, 제 1 재료 공급부(141) 및 제 1 토출부(142)는 각각 수직을 이루는 2개의 날개(W141, W142)를 구비하고 있는 것을 알 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 날개(W141, W142)는 다양한 방법에 의해 배치될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 동작을，하기에 다시 한번 설명하기로 한다.
3차원 인쇄물 형성시, 플레이트(PL)를 수직 방향의 상하 운동으로 이동하도록 제어하고, 플레이트(PL)를 Y축 방향(전후 방향)으로 이동하도록 제어하여 희망 위치로 이동한다. 또한, 사용자가 희망하는 재질 및 색상의 재료가 저장된 재료 저장기(ST)가 탑재된 제 1 토출부(142)의 해당 날개(W142)를 따라 해당 헤드(HD)를 좌우 운동(X축 방향)에 의해 희망 위치로 이동하게 된다. 아울러, 해당 헤드(HD)의 미세 조정에 의해 위치의 정밀도를 높이게 된다. 즉, 본 발명에 따르면, 3차원 인쇄물은, 플레이트(PL)의 상하 및 전후 운동, 그리고, 헤드(HD)의 좌우 운동에 의해 형성되게 된다.
결론적으로, 3차원 인쇄물은, 사용자가 희망하는 재질 및 색상의 재료가 포함된 재료 저장기(ST)와 연결된 헤드(HD)에서의 재료 토출에 의해 정밀하게 제어되며, 토출되게 된다.
도 3a 및 도 3b는 각각, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 정면도 및 평면도를 나타낸다. 다만, 도 3a 및 도 3b에서 일부 구성은 생략되어 도시되었다.
도 3a 및 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3차원 프린터(100)의 모든 구성 요소들을 포함하고 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예의 3차원 프린터(200)는, 제 2 지지부재(220)를 중심으로 플레이트(PL)의 상부를 회전 구동체(미도시)에 의해 회전하고, 다수의 날개(W251, W252)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 2 재료 토출 유닛(250)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 제 2 재료 토출 유닛(250)은 2개의 층(251, 252)으로 구성되며, 각 층(251, 252)은 모두 다수의 날개(W251, W252)를 가진 회전체인 프로펠러 형상인 것을 특징으로 한다. 아울러, 제 2 지지부재(220)의 일부 구간 또한, 제 1 지지부재(210)와 마찬가지로 회전 가능한 회전축을 구성하는 것이 바람직하다.
아울러, 제 1 지지부재(210) 및 제 2 지지부재(220)의 사이에 플레이트(PL)가 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 제어부(미도시)는, 제 1 재료 토출 유닛(240), 제 2 재료 토출 유닛(250), 플레이트(PL) 및 위치 센서부(미도시) 등 3차원 프린터(200)의 각 구성 요소의 동작을 제어하게 된다.
구체적으로, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는, 3차원 인쇄물을 형성시, 제 1 재료 토출 유닛(240) 및 제 2 재료 토출 유닛(250)이 동시에 회전하고, 제 1 재료 토출 유닛(240)의 각 날개(W241, W242)와 제 2 재료 토출 유닛(250)의 각 날개(W251, W252)는 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이 플레이트(PL) 상에 교대로 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는, 2개의 재료 토출 유닛(240, 250)을 구비하는 것에 의해, 더욱 많은 수의 날개를 구비할 수 있어, 더욱 다양한 재질 및 색상으로 구성된 3차원 입체 인쇄를 가능하게 할 수 있다.
구체적으로, 제 2 재료 토출 유닛(250)은 제 2 재료 공급부(251) 및 제 2 토출부(252)를 포함하는 것이 바람직하다.
제 2 재료 공급부(251) 또한 제 1 재료 공급부(241)와 마찬가지로, 다수의 날개(W251)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 날개(W251) 각각에 적어도 하나의 재료 저장기(ST)가 탑재되어 재료 저장기(ST)와 연결된 통로(미도시)를 통해 제 2 토출부(252)의 헤드(HD)로 재료를 공급하되, 각 헤드(HD)는 적어도 하나의 노즐을 포함한다.
또한, 제 2 토출부(252)는, 제 2 재료 공급부(251)의 하부에 위치하고, 다수의 날개(W251，W252)를 가진 회전체인 프로펠러 형상으로, 제 2 재료 공급부(251)의 적어도 하나의 재료 저장기(ST)로부터 재료를 공급받아，적어도 하나의 헤드(HD)를 통해 재료를 토출하는 역할을 한다. 아울러, 제 2 토출부(252)의 각 날개(W252)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수는, 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수와 동일한 것이 바람직하다. 즉, 하나의 재료 저장기(ST)에 하나의 헤드(HD)가 할당되어 재료를 공급하게 된다. 또한, 재료 저장기(ST) 별로 각기 다른 색상의 3차원 인쇄물의 재료를 담아, 다양한 색상의 3차원 인쇄물의 제작이 가능해 짐을 알 수 있다.
또는, 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 재료 저장기(ST)를 서로 혼합(Mixing)하여 제 2 토출부(252)의 헤드(HD)로 재료를 공급하도록 설계할 수 있다. 이 경우에는 제 2 토출부(252)의 각 날개(W252)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수는, 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수와 상이할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 제 2 토출부(252)의 각 날개(W252)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수가, 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수 보다 적을 수 있다.
아울러, 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 하나의 재료 저장기(ST)로부터 다수의 헤드(HD)로 재료를 공급할 수도 있어, 제 2 토출부(252)의 각 날개(W252)별로 구비되는 헤드(HD)의 개수가 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W252)의 상부에 위치하는 제 2 재료 공급부(251)의 해당 날개(W251)에 탑재된 재료 저장기(ST)의 개수 보다 많을 수도 있다.
정리하자면, 제 2 토출부(242)는, 제 2 재료 공급부(241)의 적어도 하나의 재료 저장기(ST)로부터 재료를 공급받아 적어도 하나의 헤드(HD)를 통해 재료를 토출한다.
도 3a 및 도 3b에서는, 제 1 재료 공급부(241) 및 제 1 토출부(242)의 날개(W241, W242), 그리고 제 2 재료 공급부(251) 및 제 2 토출부(252)의 날개(W251, W252)를 각각 4개로 도시하였을 지라도, 각 날개(W241, W242, W251, W252)의 개수는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있음은 물론이다.
아울러, 제 2 토출부(252)의 헤드(HD) 각각은, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개(W252)의 축을 따라 이동, 즉 좌우로　이동하도록 제어될 수 있다. 이때, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개(W252)에 구비된 다른 헤드(HD) 또한, 동시에 해당 날개(W252)의 축을 따라 이동하도록 제어되게 된다. 아울러, 제 2 토출부(252)의 헤드(HD) 각각은, 미세 이동을 위한 블록에 탑재되어 상하, 좌우 및 전후로 미세 이동 가능하여 정확한 토출 위치에 위치시킬 수 있다. 이때, 해당 헤드(HD)가 위치한 날개에 구비된 다른 헤드(HD) 또한, 동시에 미세 이동하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는, 제 2 재료 공급부(251)의 날개(W251) 각각의 하부에 위치하는 제 2 토출부(252)의 날개(W252)의 말단과 해당 제 2 재료 공급부(251)의 날개(W251) 말단을 서로 연결하여 확장되는 제 2-1 연결부재(270)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 재료 공급부(251)의 날개(W251)와 제 2 토출부(252)의 날개(W252)는 제 2-1 연결부재(270)에 고정되어, 그 회전이 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 된다. 제 2-1 연결부재(260) 부재는, 제 2 재료 공급부(241)의 날개(W241) 및/또는 제 2 토출부(242)의 날개(W242)의 상하 운동을 지원할 필요가 없어, 제 2 토출부(242)의 날개(W242)의 말단과 해당 제 2 재료 공급부(241)의 날개(W241)의 말단을 서로 연결하면 족하므로, 제 2 재료 공급부(241)의 날개(W241) 및/또는 제 2 토출부(242)의 날개(W242)의 상하 운동을 지원할 경우에 비해 폭넓은 입체물을 구현할 수 있다.
또한, 제 2 재료 공급부(251)의 날개(W251)와 제 2 토출부(252)의 날개(W252) 각각은 제 2 지지부재(220)를 중심으로 대칭을 이루는 날개(W251, W252)를 구비하도록 구성되는 것이 바람직하지만, 이에 한하는 것은 아니다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는, 제 1 토출부(242)의 날개(W242) 및/또는 제 2 토출부(252)의 날개(W252)의 위치를 감지하는 위치 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
위치 센서부는 다양한 방법에 의해 구현될 수 있을 것이다. 예를 들면, 카메라를 이용하여 제 1 재료 분사 유닛(240) 및/또는 제 2 재료 분사 유닛(250)의 영상을 취득한 후, 영상 처리에 의해 희망하는 제 1 재료 분사 유닛(240)의 날개(W241, W242) 및/또는 제 2 재료 분사 유닛(250)의 날개(W251, W252)가 희망하는 위치에 위치해 있는 지를 판단할 수 있다.
또 다른 위치 센서부는, 각 날개(W241, W242, W251, W252)별로 적어도 하나의 위치 신호 발생 센서를 구비한 위치 신호 발생부 및 위치 신호 발생부로부터의 신호를 검출하는 위치 신호 검출부를 포함하여 구현될 수 있다.
구체적으로 위치 신호 발생 센서로는 발광 소자를, 신호를 검출하는 소자로는 수광 소자를 이용하는 방법이 있다. 즉, 위치 센서부는, 각 날개(W241, W242, W251, W252)별로 적어도 하나의 구비된 발광 소자를 포함하는 발광 소자부 및 발광 소자부로부터의 빛을 수광하는 수광 소자부를 포함하여 구성될 수 있다.
각 날개(W241, W242, W251, W252)별로 적어도 하나의 구비된 발광 소자의 탑재 방법으로는, 제 1 지지부재(210) 및 제 2 지지부재(220)에 각 날개(W241, W242, W251, W252)의 위치에 대응하는 위치에 날개(W241, W242, W251, W252)별로 발광 소자를 탑재하는 방법이 있을 수 있다. 또 다른 발광 소자의 탑재 방법으로는, 제 1-1 연결부재(260) 및 제 2-1 연결부재(270)에 각 날개(W241, W242, W251, W252)의 위치에 대응하는 위치에 날개(W241, W242, W251, W252)별로 발광 소자를 탑재하는 방법이 있을 수 있다. 또는 전자와 후자 방법 모두를 채택할 수도 있다. 날개(W241, W242, W251, W252)가 회전 시, 각 날개(W241, W242, W251, W252)별로 할당된 발광 소자로부터의 빛은 정해진 위치에 각 날개(W241, W242, W251, W252)가 도달 시, 수광 소자부의 수광 소자에 도달하여 검출되어, 제어부에 의한 정확한 날개(W241, W242, W251, W252)의 위치 제어가 이루어질 수 있게 된다.
수광 소자부의 수광 소자는 베이스(BS)의 일정 위치에 제 1 재료 분사 유닛(240)의 날개(W241, W242)용 및/또는 제 2 재료 분사 유닛(250)의 날개(W251, W252)용으로 각각 적어도 하나 고정 장착될 수 있다.
또한, 상술한 수광 소자부 및 발광 소자부는 서로 짝을 이루면 되는 까닭에, 발광 소자의 위치에 수광 소자가 수광 소자의 위치에 발광 소자가 장착되더라도 위치 센서부는 동일한 동작이 가능함은 물론이다.
위치 센서부에 의해 제 1 재료 분사 유닛(240)의 날개(W241, W242) 및/또는 제 2 재료 분사 유닛(250)의 날개(W251, W252)가 이루는 각도도 보다 정확하게 제어가능하게 됨은 물론이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 날개의 예시도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4d의 각 도면에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 먼저, 도 4a는 제 1 재료 공급부(241) 및 제 1 토출부(242)의 날개(W241, W242), 그리고 제 2 재료 공급부(251) 및 제 2 토출부(252)의 날개(W251, W252)는 각각 3개씩 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 다음으로 도 4b 및 도 4c는, 제 1 재료 공급부(241) 및 제 1 토출부(242)의 날개(W241, W242), 그리고 제 2 재료 공급부(251) 및 제 2 토출부(252)의 날개(W251, W252)는 각 2개로, 각각 수직 및 120도를 이룬다. 도 4d는, 제 1 재료 공급부(241) 및 제 1 토출부(242)의 날개(W241, W242), 그리고 제 2 재료 공급부(251) 및 제 2 토출부(252)의 날개(W251, W252)는 각 2개로, 180도를 이룬다.
도 3a, 도 3b 및 도 4a 내지 도 4d로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 날개간의 각도는 90도, 120도 등 다양한 방법에 의해 배치될 수 있다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 동작을 하기에 다시 한번 설명하기로 한다.
3차원 인쇄물 형성시, 플레이트(PL)를 수직 방향의 상하 운동으로 이동하도록 제어하고, 플레이트(PL)를 Y축 방향(전후 방향)으로 이동하도록 제어하여 희망 위치로 이동한다. 또한, 사용자가 희망하는 재질 및 색상의 재료가 저장된 재료 저장기(ST)가 탑재된 제 1 토출부(242) 또는 제 2 토출부(252)의 해당 날개(W242, W252)의 해당 헤드(HD)를 해당 날개(W242, W252)를 따라 좌우 운동(X축 방향)에 의해 희망 위치로 이동하게 된다. 아울러, 해당 헤드(HD)의 미세 조정에 의해 위치의 정밀도를 높이게 된다. 즉, 본 발명에 따르면, 3차원 인쇄물은, 플레이트(PL)의 상하 및 전후 운동, 그리고, 헤드(HD)의 좌우 운동에 의해 형성되게 된다.
결론적으로, 3차원 인쇄물은, 사용자가 희망하는 재질 및 색상의 재료가 포함된 재료 저장기(ST)와 연결된 헤드(HD)에서의 재료의 토출에 의해 형성되게 된다.
도 5는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 프린터(300)의 정면도를 나타낸다. 다만, 도 5에서 일부 구성은 생략되어 도시되었다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(300)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)의 모든 구성 요소들을 포함하고 있다. 다만, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3차원 프린터(300)에서, 제 1 재료 공급부(341) 및 제 2 재료 공급부(351)의 날개(W341, W351) 각각의 하부에 위치하는 제 1 토출부(352) 및 제 2 토출부(352)의 날개의 일단(W342, W352)과 해당 제 1 재료 공급부(341) 및 제 2 재료 공급부(351)의 날개(W341, W351)의 일단을 각각 연결하는 제 1-1 연결부재(360) 및 제 2-1 연결부재(370)의 구성은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3차원 프린터(200)와 동일하지만, 제 1 재료 공급부(341) 및 제 2 재료 공급부(351)의 날개(W341, W351)의 타단의 구성이 다음과 같이 상이하다.
즉, 제 1 재료 공급부(341)의 날개(W341)의 타단은 제 1 지지부재(310)에 연결되고, 제 1-2 연결부재(380)가 제 1 재료 공급부(341)의 날개(W341)의 타단으로부터 일정 거리 이격된 제 1 재료 공급부(341)의 제 1 지점과 제 1 토출부(342)의 날개(W342)의 타단을 연결한다. 마찬가지로, 제 2 재료 공급부(351)의 날개(W351)의 타단은 제 2 지지부재(320)에 연결되고, 제 2-2 연결부재(390)가 제 2 재료 공급부(351)의 날개(W351)의 타단으로부터 일정 거리 이격된 제 2 재료 공급부(351)의 제 2 지점과 제 2 토출부(352)의 날개(W352)의 타단을 연결한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들의 3차원 프린터(100, 200, 300)의 특징을 정리해 보면 다음과 같다.
(1) 플레이트(PL)의 상하 운동 및 전후 운동, 그리고, 헤드(HD)의 좌우 운동에 의해 3차원 인쇄물이 형성된다.
3차원 인쇄물 형성시, 헤드(HD)는 좌우 운동만으로 충분하므로, 다수의 헤드(HD)가 포함된 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)의 상하 운동 및 전후 운동을 수반하지 않고, 하나의 플레이트(PL)의 상하 운동 및 전후 운동만을 요구하므로, 하드웨어적으로 간단하게 구현할 수 있고, 제어 또한 간단하다.
예를 들어, 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)가 상하 운동을 할 경우, 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)에 포함된 하나의 날개(W142, W242, W342, W252, W352)만이 상하 운동을 하게 된다면, 다른 날개(W142, W242, W342, W252, W352)로 3차원 인쇄물의 인쇄를 하고자 하면, 하나의 날개(W142, W242, W342, W252, W352)는 원위치로 돌아간 후, 다른 날개(W142, W242, W342, W252, W352)는 3차원 인쇄물의 인쇄 위치로 움직여야 하는 번거로움이 발생하게 된다.
또한, 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)에 포함된 모든 날개(W142, W242, W342, W252, W352)를 동시에 상하 운동하도록 하면, 각 날개(W142, W242, W342, W252, W352)별로 구비된 모터를 동시에 움직여야 하여 제어 등에 어려움이 있게 된다.
따라서 플레이트(PL)를 상하 운동하도록 제어하면, 다수의 날개((W142, W242, W342, W252, W352)를 제어하는 번거로움이 한결 간단하게 된다.
(2) 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)가 상하 운동을 할 경우, 제 1-1 연결부재(160, 260, 360), 제 2-1 연결부재(270, 370), 제 1-2 연결부재(380) 및/또는 제 2-2 연결부재(390)가 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)가 상하 운동이 가능한 길을 만들기 위한 긴 기둥을 구성할 필요가 있다. 이에 따라 기둥을 이루는 공간 내에서 3차원 인쇄물을 형성하여야 하는 까닭에, 실제 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 공간은 상대적으로 좁아진다. 아울러, 제 1-1 연결부재(160, 260, 360), 제 2-1 연결부재(270, 370), 제 1-2 연결부재(380) 및/또는 제 2-2 연결부재(390)에 의해, 헤드(HD)가 좌우 운동 가능한 거리도 감소하여, 실제 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 공간은 상대적으로 좁아지게 된다.
반면, 본 발명과 같이 플레이트(PL)를 상하 운동하도록 제어하면, 제 1-1 연결부재(160, 260, 360), 제 2-1 연결부재(270, 370), 제 1-2 연결부재(380) 및/또는 제 2-2 연결부재(390)가 긴 기둥을 구성할 필요도 없고 헤드(HD)가 좌우 운동 가능한 거리의 감소도 없어, 1-1 연결부재(160, 260, 360), 제 2-1 연결부재(270, 370), 제 1-2 연결부재(380) 및/또는 제 2-2 연결부재(390)에 의해 실제 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 공간이 감소하는 문제가 발생하지 않는다.
(3) 제 1 토출부(142, 242, 342) 및/또는 제 2 토출부(252, 352)가 상하 운동을 할 경우, 헤드(HD) 및 헤드(HD)와 연결된 재료 저장기(ST)의 이동에 의해 헤드(HD) 및 재료 저장기(ST)에 담긴 재료에 기포가 발생하거나 요동하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
반면, 본 발명과 같이 플레이트(PL)를 상하 운동하도록 제어하면, 헤드(HD) 및 재료 저장기(ST)에 담긴 재료에 기포가 발생하거나 요동하는 등의 문제를 최대한 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들의 3차원 프린터(100, 200, 300)에 따르면, 다양한 재질 및 색상이 포함된 3차원 인쇄물을 용이하게 제조할 수 있음을 알 수 있다.
100, 200, 300 : 3차원 프린터
110, 210, 310 : 제 1 지지부재 120, 220, 320 : 제 2 지지부재
130, 230, 330 : 제 3 연결부재 140, 240, 340 : 제 1 재료 토출 유닛
250, 350 : 제 2 재료 토출 유닛 141, 241, 341 : 제 1 재료 공급부
142, 242, 342 : 제 1 토출부 251, 351 : 제 2 재료 공급부
252, 352 : 제 2 토출부 160, 260, 360 : 제 1-1 연결부재
270, 370 : 제 2-1 연결부재 380 : 제 1-2 연결부재
390 : 제 2-2 연결부재
W141, W241, W341, W142, W242, W342, W251, W351, W252, W352 : 날개
ST : 재료 저장기 HD : 헤드
PL : 플레이트 DA : 구동 장치
DS : 구동 지지대　 BS : 베이스

Claims (11)

  1. 3차원 인쇄물이 형성되는 플레이트; 및
    제 1 지지부재를 중심으로 상기 플레이트의 상부를 회전하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 1 재료 토출 유닛;을 포함하되,
    상기 플레이트는,
    상기 3차원 인쇄물을 형성시, 전후 방향 및 상하 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 재료 토출 유닛은,
    다수의 날개를 가진 형상으로, 날개 각각에 적어도 하나의 재료 저장기를 탑재할 수 있는 제 1 재료 공급부; 및
    상기 제 1 재료 공급부의 하부에 위치하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 제 1 재료 공급부의 적어도 하나의 재료 저장기로부터 재료를 공급받아 적어도 하나의 헤드를 통해 토출하는 제 1 토출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 헤드는,
    상기 3차원 인쇄물을 형성시, 해당 헤드가 위치한 상기 제 1 토출부의 날개의 축을 따라 좌우 방향으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 헤드 각각은,
    상하, 좌우 및 전후로 미세 이동 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 3차원 프린터는,
    상기 제 1 재료 공급부의 날개 각각의 하부에 위치하는 상기 제 1 토출부의 날개의 일단과 해당 제 1 재료 공급부의 날개의 일단을 연결하는 제 1-1 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 재료 공급부의 날개의 타단은 상기 제 1 지지부재에 연결되고,
    상기 3차원 프린터는,
    상기 제 1 재료 공급부의 날개의 타단으로부터 일정 거리 이격된 상기 제 1 재료 공급부의 제 1 지점과 상기 제 1 토출부의 날개의 타단을 연결하는 제 1-2 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 3차원 프린터는,
    상기 제 1 재료 공급부의 날개 또는 상기 제 1 토출부의 날개 중 적어도 하나의 날개의 위치를 감지하는 위치 센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 센서부는,
    적어도 하나의 위치 신호 발생 센서를 구비한 위치 신호 발생부; 및
    상기 위치 신호 발생부로부터의 신호를 검출하는 위치 신호 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 프린터는,
    제 2 지지부재를 중심으로 상기 플레이트의 상부를 회전하고, 다수의 날개를 가진 형상으로, 상기 3차원 인쇄물을 형성하기 위한 재료를 토출하는 제 2 재료 토출 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 1 지지부재 및 상기 제 2 지지부재 사이에 상기 플레이트가 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 3차원 인쇄물을 형성시, 상기 제 1 재료 토출 유닛 및 상기 제 2 재료 토출 유닛은 동시에 회전하고, 상기 제 1 재료 토출 유닛의 각 날개와 상기 제 2 재료 토출 유닛의 각 날개는 상기 플레이트 상에 교대로 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
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