KR20150102296A

KR20150102296A - 3d 프린터

Info

Publication number: KR20150102296A
Application number: KR1020140024019A
Authority: KR
Inventors: 김승운
Original assignee: 김승운
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-07

Abstract

본 발명에 따른 3D 프린터는, 프레임; 상기 프레임에 설치되며, ±Y축방향으로 이동하는 무한궤도배드를 구비한 Y축구동유닛; 상기 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하여, 3차원 입체물을 만드는 헤드유닛; 상기 헤드유닛으로 상기 필라멘트를 공급하는 공급유닛; 상기 헤드유닛을 ±X축방향으로 이동시키는 X축구동유닛; 및 상기 헤드유닛을 ±Z축방향으로 이동시키는 Z축구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3D 프린터{THREE-DIMENSIONAL PRINTER}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것이다.

본 발명의 배경이 되는 기술은, 공개특허(공개번호:10-2009-0119904)에 개시되어 있다.

3D 프린터는, 3차원 입체물을 만들어 내는 프린터이다.

3D 프린터는, 절삭형 3D 프린터와 적층형 3D 프린터로 구분된다.

절삭형 3D 프린터는 큰 덩어리를 조각하듯 깎아내 3차원 입체물을 만들어 내는 프린터이고, 적층형 3D 프린터는 재료를 층층히 쌓아올려 3차원 입체물을 만들어 내는 프린터이다.

절삭형 3D 프린터는 큰 덩어리를 깎아내 3차원 입체물을 만들어 내므로, 재료의 손실이 발생하나, 적층형 3D 프린터는 재료를 배드위에 층층히 쌓아올려 3차원 입체물을 만들어 내므로 재료의 손실이 없다.

이러한 장점으로 인해, 최근 출시되는 3D 프린터 대부분은 적층형 3D 프린터이다.

적층형 3D 프린터의 종류는, 고체형 재료를 사용하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터, 액체형 재료를 사용하는 SLA(SeteroLithography Appartus) 방식의 3D 프린터, 파우더형 재료를 사용하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3D 프린터가 있다.

적층형 3D 프린터 중 FDM 방식의 3D 프린터는, 필라멘트라고 불리는 얇은 플라스틱 실을 녹여, 배드위에 층층히 쌓아 올리는 방식으로, 3차원 입체물을 만들어내는 프린터이다.

본 발명 3D 프린터도, FDM 방식의 3D 프린터에 해당된다.

한편, 종전 FDM 3D 프린터는, 먼저 만들어진 3차원 입체물을 배드로부터 분리해 내지 않으면, 다른 3차원 입체물을 배드 위에 만들 수 없다. 그 이유는, 배드 위에 3차원 입체물이 있는 상태로, 다른 3차원 입체물을 만들게 되면, 2개의 3차원 입체물이 서로 겹쳐져 둘다 사용할 수 없기 때문이다.

이러한 이유로, 작업자는 먼저 번 3차원 입체물이 만들어질 때까지 기다렸다가, 3차원 입체물이 만들어지면, 배드로부터 3차원 입체물을 분리해 내고, 다음 번 3차원 입체물 만드는 작업을 시작하였다. 3D 프린터에서 3차원 입체물이 만들어지는 시간은 일반프린터에서 종이로 프린팅하는 시간에 비해 매우 길므로, 작업자는 3차원 입체물이 만들어질 때까지 장시간 기다릴 수 밖에 없었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 3D 프린터에 3차원 입체물의 한쪽을 밀어 배드로부터 분리하는 푸셔를 설치할 수도 있다. 그러나, 푸셔로 3차원 입체물의 한쪽을 밀 경우, 3차원 입체물이 한쪽으로 힘을 받아 변형되는 문제가 발생한다. 또한, 3차원 입체물이 배드에서 잘 떨어지지 않을 경우, 배드가 비틀려지는 문제도 발생한다.

이러한 문제들로 인해, 종전 3D 프린터로는, 먼저 만들어진 3차원 입체물을 배드로부터 작업자가 분리해 주지 않는 이상, 다음 번 3차원 입체물을 계속해서 만들어 낼 수 없었다.

본 발명의 목적은, 먼저 만들어진 3차원 입체물을 배드로부터 작업자가 분리해 주지 않고도, 다음 번 3차원 입체물을 계속해서 만들어 낼 수 있는 3D 프린터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 3D 프린터는,

프레임;

상기 프레임에 설치되며, ±Y축방향으로 이동하는 무한궤도배드를 구비한 Y축구동유닛;

상기 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하여, 3차원 입체물을 만드는 헤드유닛;

상기 헤드유닛으로 상기 필라멘트를 공급하는 공급유닛;

상기 헤드유닛을 ±X축방향으로 이동시키는 X축구동유닛; 및

상기 헤드유닛을 ±Z축방향으로 이동시키는 Z축구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 헤드유닛이 ±X축방향과 ±Z축방향으로 이동하고 무한궤도배드가 ±Y축방향으로 이동하면서 3차원 입체물을 만들어 낸다. 3차원 입체물이 만들어지면 무환궤도배드는 3차원 입체물을 끝단으로 이동시켜, 3차원 입체물을 자중에 의해 떨어뜨린다. 이로 인해, 3차원 입체물이 무한궤도배드로부터 분리된다.

본 발명을 사용하면, 작업자는 다음 번 작업을 위해 먼저 번 3차원 입체물이 만들어질 때까지 장시간 기다릴 필요가 없다. 일 예로, 작업자는 3차원 입체물 각각에 대한 데이타(G코드)를 3D 프린터에 입력하고 퇴근하면, 다음날 출근해서 만들어진 3차원 입체물들을 한꺼번에 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 3차원 입체물을 푸셔에 의해 한쪽으로 미는 방식이 아닌, 3차원 입체물을 무한궤도배드의 끝단에서 자중에 의해 떨어뜨리는 방식을 사용하므로, 3차원 입체물이 변형되거나 배드가 비틀리는 것을 방지할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 무한궤도배드를 나타낸 도면이다.
도 3은, 무한궤도배드의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 1에 도시된 무한궤도배드의 끝단 아래에 바구니가 위치된 도면이다.
도 5는, 도 4에 도시된 바구니 안에 미끄럼틀이 설치된 도면이다.
도 6은, 도 4에 도시된 바구니 바닥면에 스폰지가 설치된 도면이다.
도 7은, 도 1에 도시된 무한궤도배드의 끝단 부근에 감지센서가 위치된 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 작동을 설명하기 위한 도면으로, 도 8(a)는 헤드유닛이 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 무한궤도배드 위에 3차원 입체물이 놓여진 상태를 나타낸 도면이고, 도 8(c)는 무한궤도배드의 끝단에서 3차원 입체물이 자중에 의해 떨어지는 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 사시도이다. 도 2는, 도 1에 도시된 무한궤도배드를 나타낸 도면이다. 도 3은, 무한궤도배드의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(10)는, 프레임(110), Y축구동유닛(120), 헤드유닛(130), 공급유닛(140), X축구동유닛(150), Z축구동유닛(160)으로 구성된다. 부호 F는 3차원 입체물을 나타낸다.

프레임(110)은 외관을 형성한다. 프레임(11)은 알루미늄 프로파일로 만들어진다. 프레임(110)에, Y축구동유닛(120), 헤드유닛(130), 공급유닛(140), X축구동유닛(150), Z축구동유닛(160)이 설치된다.

Y축구동유닛(120)은, 무한궤도배드(121), 롤러(122), Y축모터(123)로 구성된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 무한궤도배드(121)는 직선부(121a)와 곡선부(121b)로 구성된다.

무한궤도배드(121)의 끝단은, 직선부(121a)에서 곡선부(121b)으로 바뀌는 지점을 가리킨다.

무한궤도배드(121)는, 홈이 없는 컨베이어벨트 타입이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 무한궤도배드(121)를, 군데군데 홈(121c)이 나 있는 캐터필러 타입으로 만들 수도 있다. 홈(121c)의 방향과 형상은 다양할 수 있다.

홈(121c)으로 인해, 무한궤도배드(121) 위에 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 흔들리지 않고 안정적으로 만들어질 수 있다. 다만, 홈(121c)으로 인해, 무한궤도배드(121)의 끝단에서 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 잘 떨어지지 않을 수 있다. 이러한 문제는, 무한궤도배드(121)을 순간적으로 가감속시켜, 3차원 입체물(F, 도 1참조)에 큰 관성력을 줌으로써 해결할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 롤러(122)는 무한궤도배드(121)의 양끝단 안쪽에 설치된다. 좌측에 위치한 롤러(122)는 Y축모터(123)의 축에 연결된다.

Y축모터(123)는 롤러(122)를 회전시킨다. Y축모터(123)의 종류는 스탭모터 또는 서보모터이다.

Y축모터(123)가 롤러(122)를 회전시키는 방향에 따라, 무한궤도배드(121)는 ±Y축방향으로 이동한다.

도 4는, 도 1에 도시된 무한궤도배드의 끝단 아래에 바구니가 위치된 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 무한궤도배드(121)의 끝단 아래에 바구니(125)가 위치된다. 바구니(125)는 프레임(110)에 연결되거나, 프레임(110)과 연결되지 않고 프레임(110)과 분리되어 독립적으로 놓여질 수 있다.

바구니(125)는, 무한궤도배드(121)의 끝단에서 떨어지는 3차원 입체물(F, 도 1참조)을 받아낸다.

도 5는, 도 4에 도시된 바구니 안에 미끄럼틀이 설치된 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 바구니(125) 안에 미끄럼틀(126)을 설치하면, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 미끄럼틀(126)을 타고 바구니(125)으로 들어올 수 있다.

미끄럼틀(126)로 인해, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 무한궤도배드(121)의 끝단에서 바구니(125) 안으로 떨어질 때, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 받는 충격을 완화시킬 수 있다.

도 6은, 도 4에 도시된 바구니 바닥면에 스폰지가 설치된 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 바구니(125) 바닥면에 스폰지(127)를 설치할 수도 있다. 스폰지(127)로 인해, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 무한궤도배드(121)의 끝단에서 바구니(125) 안으로 떨어질 때, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 받는 충격을 완화시킬 수 있다.

도 7은, 도 1에 도시된 무한궤도배드의 끝단 부근에 감지센서가 위치된 도면이다. 도 7에 도시된 점선화살표는 발광부에서 수광부로 방출되는 빛을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 무한궤도배드(121)의 끝단 부근에, 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 떨어지는 것을 감지하는 감지센서(128)를 위치시킬 수 있다. 감지센서(128)는 프레임(110)에 설치된다. 감지센서(128)는 발광부(128a)와 수광부(128b)로 구성된다.

감지센서(128)는, 무한궤도배드(121)의 끝단에서 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 떨어지는 것을 감지한다. 무한궤도배드(121)의 끝단에서 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 떨어지면서, 발광부(128a)와 수광부(128b) 사이를 통과하면, 발광부(128a)로부터 수광부(128b)로 방출되는 빛이 순간적으로 차단된다. 이러한 원리로, 감지센서(128)는 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 떨어지는 것을 감지할 수 있다.

감지센서(128)로 인해, 무한궤도배드(121)의 끝단에서 3차원 입체물(F, 도 1참조)이 떨어지는 것을 정확히 알 수 있다.

도 1을 참조하면, 헤드유닛(130)은, 무한궤도배드(110) 위에 필라멘트(L)를 녹여서 적층하여, 3차원 입체물(F)을 만든다.

헤드유닛(130)은, 몸체(131), 모터(132), 톱니롤러(133), 아이들롤러(134), 히터(135), 노즐(136)로 구성된다.

몸체(131)에는, 몸체(131)의 상면과 하면을 관통하는 필라멘트공(131a)이 구비된다. 필라멘트공(131a) 안으로 필라멘트(L)가 들어간다.

모터(132)는 톱니롤러(133)를 회전시킨다.

톱니롤러(133)와 아이들롤러(134) 사이로 필라멘트(L)가 지나간다.

톱니롤러(133)가 회전하면서, 적재롤(141)에 감긴 필라멘트(L)를 잡아당겨 필라멘트공(131a)으로 집어넣는다.

아이들롤러(134)는, 필라멘트공(131a)으로 들어가는 필라멘트(L)를 가이드한다.

히터(135)는 필라멘트공(131)과 연결되도록 몸체(131)의 하면에 설치된다. 히터(135)의 내부에는 필라멘트(L)가 통과하는 히터공(미도시)이 구비된다.

히터(135)는 열을 발생시켜, 히터공(미도시)을 통과하는 필라멘트(L)를 녹인다.

노즐(136)은 히터공(미도시)과 연결되도록 히터(135)의 하면에 설치된다. 노즐(136)은 녹은 필라멘트를 방출한다.

공급유닛(140)은, 헤드유닛(130)으로 필라멘트(L)를 공급한다.

공급유닛(140)은, 적재롤(141), 중심축(142), 지지대(143)로 구성된다.

적재롤(141)에는 필라멘트(L)가 감겨진다.

필라멘트(L)는 얇은 플라스틱 실이다.

필라멘트(L)는, PLA(폴리락틱산Poly Lactic Acid) 플라스틱 또는, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 플라스틱으로 만들어진다.

중심축(142)에 적재롤(141)이 회전가능하게 설치된다.

지지대(143)는 프레임(110)에 설치된다. 지지대(143)는 중심축(142)의 양 끝단을 지지한다.

X축구동유닛(150)은, 헤드유닛(130)을 X축방향으로 이동시킨다. X축구동유닛(150)은, 베이스판(151), 레일(152), 벨트(153), 풀리(154), X축모터(155)로 구성된다.

베이스판(151)위에 레일(152)이 설치된다.

레일(152)에 헤드유닛(130)이 ±X축방향으로 이동가능하게 결합된다.

벨트(153)의 일부분에 헤드유닛(130)이 결합된다.

벨트(153)의 양 끝단 안쪽에 풀리(154)가 각각 설치된다.

좌측에 위치한 풀리(154)는 X축모터(155)의 축에 결합된다.

X축모터(155)는 풀리(154)를 회전시킨다. X축모터(155)의 종류는 스탭모터 또는 서보모터이다.

X축모터(155)가 풀리(154)를 회전시키는 방향에 따라 벨트(153)가 ±X축방향으로 이동한다. 벨트(153)가 ±X축방향으로 이동하면 헤드유닛(130)도 ±X축방향으로 이동한다. 레일(152)은 헤드유닛(130)을 ±X축방향으로 가이드한다.

X축구동유닛(150)은, 헤드유닛(130)을 ±X축방향으로 이동시킬 수 있다면, 다양한 변형이 가능할 것이다.

Z축구동유닛(160)은, 헤드유닛(130)을 ±Z축방향으로 이동시킨다. Z축구동유닛(160)은, 볼스크류(161), Z축모터(162), 부시(163), 봉(164)으로 구성된다.

볼스크류(161)의 몸통은 베이스판(151)에 나사결합된다. 볼스크류(161)의 일끝단은 프레임(110)에 회전가능하게 설치된다. 볼스크류(161)의 타끝단은 Z축모터(162)의 축에 결합된다.

Z축모터(162)는 볼스크류(161)를 회전시킨다. Z축모터(162)의 종류는 스탭모터 또는 서보모터이다.

부시(163)는 베이스판(151)에 설치된다.

봉(164)은 부시(163)에 삽입된다. 봉(164)의 일끝단과 타끝단은 프래임(110)에 각각 고정된다.

Z축모터(162)가 볼스크류(161)를 회전시키는 방향에 따라, 베이스판(151)은 ±Z축 방향으로 이동하고, 헤드유닛(130)도 ±Z축 방향으로 이동한다. 봉(164)은 베이스판(151)을 가이드한다.

Z축구동유닛(160)은, 헤드유닛(130)을 ±Z축방향으로 이동시킬 수 있다면, 다양한 변형이 가능할 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 작동을 설명한다.

작업자는 만들어 낼 3차원 입체물들 각각에 대한 데이타를 한꺼번에 3D 프린터(10)에 입력한다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 작동을 설명하기 위한 도면으로, 도 8(a)는 헤드유닛이 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 무한궤도배드 위에 3차원 입체물이 놓여진 상태를 나타낸 도면이고, 도 8(c)는 무한궤도배드의 끝단에서 3차원 입체물이 자중에 의해 떨어지는 상태를 나타낸 도면이다. 도 8(a)에 도시된 X축 방향 화살표는 헤드유닛이 ±X축으로 이동하는 방향을 나타내고, Z축 방향 화살표는 헤드유닛이 ±Z축으로 이동하는 방향을 나타내고, Y축 방향 화살표는 무한궤도배드가 ±Y축으로 이동하는 방향을 나타낸다. 도 8(c)에 도시된 화살표는 무한궤도배드의 끝단에서 3차원 입체물이 자중에 의해 떨어지는 상태를 나타낸다.

도 1 및 도 8(a)를 참조하면,

입력된 3차원 입체물 데이타에 따라, X축구동유닛(150)은 헤드유닛(130)을 ±X방향으로 이동시키고, Y축구동유닛(120)은 무한궤도배드(121)를 ±Y방향으로 이동시키고, Z축구동유닛(160)은 헤드유닛(130)을 ±Z축방향으로 이동시키고, 헤드유닛(130)은 공급유닛(140)으로부터 공급받은 필라멘트(L)를 녹여서 무한궤도배드(121) 위에 적층한다.

그러면, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 무한궤도배드(121) 위에 3차원 입체물(F)이 만들어진다.

3차원 입체물(F)이 만들어지면, 도 8(c)에 도시된 바와 같이, Y축구동유닛(120)은 3차원 입체물(F)을 무한궤도배드(121) 끝단까지 이동시킨다. 그러면, 3차원 입체물(F)은 무한궤도배드(121) 끝단에서 자중에 의해 떨어진다.

무한궤도배드(121)에서 3차원 입체물(F)이 분리되면, 다른 3차원 입체물을 만드는 작업을 진행한다. 이러한 작업을 반복하여, 3차원 입체물들이 계속해서 만든다.

Claims

프레임;
상기 프레임에 설치되며, ±Y축방향으로 이동하는 무한궤도배드를 구비한 Y축구동유닛;
상기 무한궤도배드 위에 필라멘트를 녹여서 적층하여, 3차원 입체물을 만드는 헤드유닛;
상기 헤드유닛으로 상기 필라멘트를 공급하는 공급유닛;
상기 헤드유닛을 ±X축방향으로 이동시키는 X축구동유닛; 및
상기 헤드유닛을 ±Z축방향으로 이동시키는 Z축구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 무한궤도배드는 컨베이어벨트 타입인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 무한궤도배드는 캐터필러 타입인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서, 상기 무한궤도배드의 끝단 아래에는 바구니가 위치된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제4항에 있어서, 상기 바구니에는 미끄럼틀이 설치된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제4항에 있어서, 상기 바구니의 바닥면에는 스폰지가 설치된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서, 상기 무한궤도배드의 끝단 부근에는, 상기 무한궤도배드의 끝단에서 상기 3차원 입체물이 떨어지는 것을 감지하는 감지센서가 위치된 것을 특징으로 3D 프린터.