KR20150134185A

KR20150134185A - 확장 가능한 3d 프린터

Info

Publication number: KR20150134185A
Application number: KR1020140061207A
Authority: KR
Inventors: 이동엽
Original assignee: 이동엽
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-01

Abstract

본 발명은 모서리에 배치된 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)와, 상하단 각각에서 상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 사이에 연결되는 수평 프레임 부재(12, 13)들에 의해 직육면체 형상을 이루는 프레임(10)과; 상기 프레임(10)의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 상에 설치되는 것으로, 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 X 방향 가이드봉(20, 21), 및 상기 X방향 가이드봉(20, 21)과 수직하게 교차하는 방향으로 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 Y방향 가이드봉(30, 31)과; 상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에 설치되어 상기 각 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 각 단부를 지지하는 서포트 베어링(15);을 포함하되, 상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)는 단부와 연통된 프로파일 홈(11)이 형성되고, 상기 프로파일 홈(11)의 연장경로 상에 상기 서포트 베어링(15)이 설치되는 베어링홈(14)이 형성되며, 성형소재가 용융되어 배출되는 노즐(61)을 장착되고 서로 높이차를 이루며 서로 수직한 방향으로 관통하여 연장되는 제1 및 제2 이송봉(64, 66)을 구비하며, 상기 제1 및 제2 이송봉(64, 66)을 따라 X, Y 방향으로 이송이 가능한 헤드(60)와, 상기 제1 및 제2 이송봉(64, 66)의 양단 각각을 상기 Y방향 가이드봉 또는 상기 X방향 가이드봉에 이동가능하게 지지되어 이송력을 제공하는 헤드 이송부를 구비한 3D 프린터를 제공한다.

Description

확장 가능한 3D 프린터{EXPANDABLE 3D PRINTER}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조립이 용이하고 부품 변경을 최소화하면서 크기를 용이하게 확장할 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.

근래에 물체에 대한 3D데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터가 개발되어 그 사용이 증대되고 있다.

일반적으로 3D 프린터의 프린팅 방식은 FDM 방식, DLP 방식, SLA 방식, SLS 방식으로 구분되어 지며, 그 사용 재료로 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되어 지고 있다.

이 중 FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어 가는 방식이다. 구체적으로 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 노즐을 통해 용융시켜 배출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형한다.

이러한 종래의 3D 프린터에서 노즐을 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절하는 3차원 이송구조는, 노즐을 구비한 이송블록을 X방향으로 이송시키는 X방향 이송기구와, 작업대를 Z방향으로 이송시키는 Z방향 이송기구를 포함하고, 이송블록에 노즐을 Y방향으로 이송시키는 Y방향 이송기구를 포함한다.

그런데, 이러한 종래의 3D 프린터는, 이송블록에, 이송블록을 X방향으로 연장된 가이드블록을 따라 이동시키는 모터와 이송블록 상에서 노즐을 Y방향으로 이송시키기 위해 필요한 구동기구를 포함하는 등 이송블록 내에 일체화된 다수의 부품을 포함하여 그 구조가 복잡한 단점이 있다. 이러한 구조의 복잡성으로 인해 전문가가 아닌 경우 부품별로 제공되더라도 조립이 어려운 단점이 있다.

특히, 근래에는 3D 프린터의 보급이 증대되면서 교육 목적으로 3D프린터가 활용되는 경우가 증대되고 있는 바, 매뉴얼을 참조하여 비전문가의 입장에서도 용이하게 조립할 수 있으며, 필요에 따라 사용자가 더 큰 성형물을 성형하고자 하는 경우 부품 교체를 최소화하면서 더 큰 성형물이 성형 가능한 형태를 크기를 확장할 수 있는 3D 프린터에 대한 요구가 있다.

한국등록특허 제10-1346704호(2013. 12. 31. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 성형물의 성형을 위해 이송되는 부분의 구조가 단순화되어 조립이 상대적으로 용이하고 적은 부품의 교체만으로 그 크기를 확장하는 것이 가능하게 구성된, 확장이 가능한 3D프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 모서리에 배치된 4개의 수직 프레임 부재와, 상하단 각각에서 상기 수직 프레임 부재 사이에 연결되는 수평 프레임 부재들에 의해 직육면체 형상을 이루는 프레임과; 상기 프레임의 수직 프레임 부재 상에 설치되는 것으로, 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 X 방향 가이드봉, 및 상기 X방향 가이드봉과 수직하게 교차하는 방향으로 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 Y방향 가이드봉과; 상기 수직 프레임 부재에 설치되어 상기 각 가이드봉의 각 단부를 지지하는 서포트 베어링;을 포함하되, 상기 수직 프레임 부재는 단부와 연통된 프로파일 홈이 형성되고, 상기 프로파일 홈의 연장경로 상에 상기 프로파일 홈과 연통되어 상기 서포트 베어링이 설치되는 베어링홈이 형성되며, 성형소재가 용융되어 배출되는 노즐을 장착되고 서로 높이차를 이루며 서로 수직한 방향으로 관통하여 연장되는 제1 및 제2 이송봉을 구비하며, 상기 제1 및 제2 이송봉의 움직임에 따라 X, Y 방향으로 이송이 가능한 헤드와, 상기 제1 및 제2 이송봉의 양단 각각을 상기 Y방향 가이드봉 또는 상기 X방향 가이드봉에 이동가능하게 지지하면서 이송력을 제공하는 헤드 이송부를 포함하는 3D 프린터를 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 헤드 이송부는 상기 X방향 가이드봉 및 상기 Y방향 가이드봉 각각에 설치되어 상기 제1 또는 제2 이송봉의 단부가 고정되며, 구동력을 제공하기 위해 설치된 X방향 이송벨트 및 Y방향 이송벨트를 홀딩하여 상기 제1 및 제2 이송봉을 이송시키는 벨트 홀더를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 X방향 가이드봉과 상기 Y방향 가이드봉과 서로 높이차를 이루고 배치되며, 상기 X 방향 가이드봉 및 상기 Y방향 가이드봉의 양단부측에는 벨트풀리가 각각 결합되되, 상기 벨트풀리는 고정구에 의해 각 가이드봉의 설정 위치로 이동시켜 고정가능하게 형성되고, 각 쌍의 가이드봉에서 서로 마주보는 벨트풀리 사이에 환형의 이송벨트가 각각 장착되어, 상기 X방향 가이드봉과 나란하게 연장되는 X방향 이송벨트와 상기 Y방향 가이드봉과 나란하게 연장된 Y방향 이송벨트가 제공되고, 상기 벨트 홀더가 X방향 이송벨트 또는 Y방향 이송벨트를 홀딩한다.

본 발명에 의하면, 상기 각 쌍의 가이드봉의 상기 벨트풀리들 중 어느 하나는 구동벨트용 벨트풀리가 일체로 형성되고, 상기 프레임에 설치된 제1 또는 제2 모터의 벨트풀리축과의 사이에 설치된 환형의 구동벨트를 통해 상기 벨트풀리는 회전력을 전달받는다.

본 발명에 의하면, 상기 프레임의 수직 및 수평 프레임 부재는 측면에 길이 방향으로 연장된 프로파일을 홈을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 성형물의 성형을 위해 이송되는 노즐이 장착된 헤드의 구조가 단순화되어 조립이 상대적으로 용이하다.

또한, 본 발명에 의하면, 헤드의 이송에 관련된 이송력을 제공하는 부품, 예컨대, 모터, 이송벨트 등이 헤드와 분리되어 배치되므로, 조립이 용이하고, 헤드를 경량으로 구성하는 것이 가능하여 고속 성형에 유리하다.

또한, 본 발명에 의하면, 크기 확장이 필요한 경우에 확장된 길이에 맞는 가이드봉, 이송봉, 이송벨트 등으로 교체하여 조립하는 것으로 확장이 가능하므로, 확장이 용이하다.

도 1 은 본 발명에 따른 3D 프린터의 사시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 수직 프레임 부재의 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 부분 분해 사시도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 3D 프린터에서 수직 프레임 부재에 가이드봉의 조립 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 벨트풀리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 측면도이다
도 7 는 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 다른 측면도이다.
도 8 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드의 사시도이다.
도 9 은 본 발명에 따른 3D 프린터의 벨트 홀더를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 또 다른 측면도이다.
도 11 및 도 12 는 본 발명에 따른 3D 프린터 조립 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 는 본 발명에 따른 3D프린터에서 수평 방향 일측으로 확장된 형태를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 3D 프린터의 사시도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 수직 프레임 부재의 사시도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 부분 분해 사시도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 3D 프린터에서 수직 프레임 부재에 가이드봉을 조립하는 과정을 설명하기 위한 도면이고 도 5, 도 8, 도 9 는 본 발명에 따른 3D 프린터의 벨트풀리, 헤드 및 벨트홀더를 각각 설명하기 위한 도면이고, 도 6, 도 7 및 도 10 은 본 발명에 따른 3D 프린터를 설명하기 위한 측면도들이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터는 프레임(10)과, X방향 및 Y 방향 가이드봉(20, 21, 30, 31), 서포트 베어링(15), 헤드(60), 헤드 이송부를 포함하며, 헤드 이송부는 벨트 홀더(70), 이송 벨트(44, 46) 및 상기 이송 벨트(44, 46)에 구동력을 전달하는 제1 및 제2 모터(50, 55)를 포함한다.

프레임(10)은 측면에 길이 방향으로 연장된 프로파일 홈(11)이 형성된 프로파일 부재를 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 및 수평 프레임 부재(12, 13)로 사용하여 조립된다.

프레임(10)의 측면을 따라 프로파일 홈(11)이 형성되므로, 모터들(50, 55, 96), 익스트루더(80) 등을 브라켓(85)을 이용하여 프레임(10)에 용이하게 장착할 수 있다.

프레임(10)은 프로파일로 된 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)가 모서리에 배치되고, 상하단 각각에서 수평 프레임 부재(12, 13)를 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 사이에 연결하여 전체적으로 직육면체 형태를 이루도록 조립된다. 본 명세서에서는 하단에 배치된 수평 프레임 부재를 하단 수평 프레임 부재(12), 상단에 배치된 수평 프레임 부재를 상단 수평 프레임 부재(13)로 지칭한다.

프레임(10)은 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 각각의 사이에 설치된 한 쌍의 X방향 가이드봉(20, 21)과 한 쌍의 Y방향 가이드봉(30, 31)을 포함한다.

프레임(10)의 둘레 방향으로 X방향 및 Y방향 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 설치 상태를 살펴보면, 프레임(10)의 일 측면에서 2개의 수직 프레임 부재(16, 17) 상부에 일측 X방향 가이드봉(20)이 설치되고, 대향하는 측면의 2개의 수직 프레임 부재(18, 19) 상부에 타측 X방향 가이드봉(21)이 설치된다. 그리고 프레임(10)의 상기 일 측면과 둘레 방향으로 인접한 교차 측면에서 X방향 가이브봉(20)과 낮은 높이로 2개의 수직 프레임 부재(17, 18) 상부에 일측 Y방향 가이드봉(30)이 설치되고, 대향하는 측면의 2개의 수직 프레임 부재(19, 16) 상부에 타측 Y방향 가이드봉(31)이 설치된다.

이에 따라 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 사이에서 한 쌍의 X방향 가이드봉(20, 21)이 서로 이격하여 동일한 높이로 나란하게 연장되고, 한 쌍의 Y방향 가이드봉(30, 31)이 서로 이격하여 동일한 높이로 나란하게 연장되고, X방향 가이드봉과 어긋난 높이로 배치된다. 본 명세서에서는 상대적으로 높은 위치로 설치된 가이드봉을 X방향 가이드봉(20, 21)라 지칭한다.

X방향 가이드봉(20, 21) 및 Y방향 가이드봉(30, 31)은 서포트 베어링(15)에 의해 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에 지지된다.

이를 위해, 각 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에는 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 대응하여 가이드봉(20, 21, 30, 21)의 양단을 지지하는 서포트 베어링(15)이 삽입되는 베어링홈(14)이 형성된다. 베어링 홈(14)은 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)의 프로파일 홈(11)의 경로 상에 프로파일 홈(11)과 연통되어 형성된다.

서포트 베어링(15)는 X방항 및 Y방향 가이드봉(20, 21, 30, 31)을 회전자유롭게 지지한다.

본 발명에 의하면 수직 프레임 부재의 프로파일 홈(11)은 베어링홈(14)과 연통된다. 따라서 서포트 베어링(15)의 설치시 서포트 베어링(15) 등 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 설치되는 부품들을 가이드봉(20, 21, 30, 31) 내측으로 끼운 상태로 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 양단을 프로파일 홈(11)을 따라 이동시키고, 베어링홈(14) 위치에서 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 끼워진 서포트 베어링(15)을 베어링홈(14) 방향으로 이동시켜 베어링홈(14)에 끼우는 것으로 서포트 베어링(15) 및 가이드봉(20, 21, 30, 31)을 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에 용이하게 조립할 수 있다.

본 발명에 의하면 3D 프린터 조립시에 골격이 되는 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)의 조립 상태에서 서포트 베어링(15) 및 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 조립이 가능하므로, 조립이 간편하고 분해가 용이하다.

각 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 양 단부측에 벨트풀리(40)가 구속적으로 설치된다. 벨트풀리(40)에는 벨트풀리(40)를 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 구속으로 결합시키기 위한 고정구(40a)가 구비되어 있다. 고정구(40a)의 풀림에 따라 벨트풀리(40)는 가이드봉(20, 21, 30, 31)을 따라 움직여 질 수 있고, 고정구(40a)의 조임에 따라 벨트풀리(40)는 가이드봉(20, 21, 30, 31)과 구속적으로 결합되어 함께 회전할 수 있다.

그리고 각 쌍의 가이드봉(20, 21, 30, 31)에서 서로 마주보는 벨트풀리(40)들 사이에는 환형의 이송벨트(42, 44)가 장착된다. 이송벨트(42, 44)는 내측면에 폭 방향으로 연장된 홈과 돌기가 길이방향으로 연속하게 반복된 패턴을 지닌 형태의 것이 사용되는 것이 바람직하다. 벨트풀리(40)의 외주면에 이송벨트(42, 44)의 내측 형상에 대응 형상을 형성함으로써 슬립 이동이 일어나지 않도록 한다.

이송벨트(42, 44)는 한 쌍의 가이드봉 사이를 수직하게 가로지르는 방향으로 연결되므로, X방향 가이드봉(21, 21)의 벨트풀리(40) 사이에 연결된 이송벨트는 Y방향 이송벨트(42), Y방향 가이드봉(30, 31)의 벨트풀리(40) 사이에 연결된 이송벨트는 X방향 이송벨트(44)가 된다. Y방향 및 X방향 이송벨트(42, 44)는 Y방향 가이드봉(30, 31)및 X방향 가이드봉(20, 21)과 서로 높이차를 가지며, Y방향 가이드봉(30, 31) 및 X방향 가이드봉(20, 21)과 나란하게 연장된다.

그리고, X방향 가이드봉(20, 21) 및 Y방향 가이드봉(30, 31) 각각의 어느 하나의 벨트풀리(40)에는 구동벨트용 벨트풀리(41)가 일체로 형성된다. 그리고 각 구동벨트용 벨트풀리(41)는 프레임(10)의 하단 수평 프레임 부재(12) 상에 장착된 설치된 모터(50, 55)의 벨트풀리축(51, 56)과 구동벨트(52, 57)로 연결된다.

도 6 을 참조하면, 프레임(10)의 하단에서 하단 수평 프레임 부재(12)에 설치된 제1 모터(50)의 벨트풀리축(51)과 X방향 가이드봉(20, 21)의 어느 하나의 벨트풀리(40)와 일체화된 구동벨트용 벨트풀리(41)가 구동벨트(52)로 연결되고, X 방향 가이드봉(20, 21)에 설치된 각 벨트풀리(40)는 X방향 가이드봉 상의 마주보는 벨트풀리(40)와 Y방향 이송벨트(42)로 서로 연결된다. 따라서 제1 모터(50)의 회전의 제어하여 양측 Y방향 이송벨트(42)의 구동을 제어할 수 있다. X방향 가이드봉(20, 21)의 하부로 X방향 이송벨트(44)가 나란하게 연장된다.

도 7를 참조하면, 하단 수평 프레임 부재(12)에 설치된 제2 모터(55)의 벨트풀리축(56)과 Y방향 가이드봉(30, 31)의 어느 하나의 벨트풀리(40)와 일체화된 구동벨트용 벨트풀리(41)가 구동벨트(57)로 연결되고, Y 방향 가이드봉(30, 31)에 설치된 각 벨트풀리(40)는 Y방향 가이드봉 상의 마주보는 벨트풀리(40)와 X방향 이송벨트(44)로 서로 연결된다. 따라서 제2 모터(55)의 회전의 제어하여 양측 X방향 이송벨트(44)의 구동을 제어할 수 있다. Y방향 가이드봉(30, 31)의 상부로 Y방향 이송벨트(42)가 나란하게 연장된다.

제1 모터 및 제2 모터(50, 55)는 콘트롤러(100)에 의해 그 구동이 제어된다.

도 1, 도 3 및 도 8 를 참조하면, 헤드(60)에는 노즐(61)이 장착되는 노즐공(62)이 형성되며, 서로 수직하게 교차하는 방향으로 높이차를 지니면 수평하게 연장된 제1 관통공(63)과 제2 관통공(65)이 형성된다. 제1 관통공(63)은 X방향으로 연장되며, 제2 관통공(65)은 Y방향으로 연장된다. 제1 관통공(63) 및 제2 관통공(65)에는 각각 내부를 관통하여 지나는 이송봉(64, 66)을 지지하는 베어링(68)이 내장된다.

제1 이송봉(64)은 X방향으로 연장된 제1 관통공(63)을 관통하여 설치되며, 양단이 Y방향 가이드봉(30, 31)에 결합된 벨트 홀더(70)에 고정되고, 제2 이송봉(66)은 Y방향으로 연장된 제2 관통공(64)을 관통하여 설치되며, 양단이 X방향 가이드봉(30, 31)에 결합된 벨트 홀더(70)에 고정된다. 이송봉(64, 66)은 헤드(60)을 지지하여 움직이면서 헤드(60)를 X, Y방향으로 이송시키는 기능을 한다.

도 1, 도 3 및 도 9 를 참조하면, 벨트 홀더(70)는 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 삽입되는 가이드봉 홀(72)이 형성된다. 가이드봉 홀(72) 내부에는 가이드봉(20, 21, 30, 31)과의 상대 이동이 유연하게 이루어지도록 베어링(72a)이 삽입된다.

가이드봉 홀(72)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 이송봉(64, 66)이 삽입 고정되는 이송봉 결합홀(74)이 형성된다. 벨트 홀더(70)의 측면에는 이송봉 결합홀(74)에 삽입된 이송봉(64, 66)을 고정하기 위한 고정구(70a)가 형성된다. 고정구(70a)의 조임에 의해 이송봉(64, 66)이 이송봉 결합홀(74)에 구속적으로 결합된다.

벨트 홀더(70)에는 벨트 홀더(70)가 장착된 가이드봉(20, 21, 30, 31)과 나란하게 지나는 이송벨트(42, 44)를 홀딩하는 벨트 홀딩부(76)를 포함한다. 벨트 홀딩부(76)는 이송벨트(42, 44)가 폭 방향으로 삽입되는 삽입홈(77)을 구비한다. 이송벨트(42, 44)가 폭 방향으로 벨트 홀딩부(76)의 삽입홈(77) 삽입되는 간단한 동작으로 이송벨트(42, 44)와 벨트 홀더(70)가 조립된다.

벨트홀더(70)는 이송봉(64, 66)과 고정적으로 결합되고 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 이동가능하게 장착되며, 장착된 가이드봉(20, 21, 30, 31)에 나란하게 연장된 이송벨트(42, 44)를 홀딩함으로, 이송벨트(42, 44)의 이동에 따라 이송봉(64, 66)을 움직이며, 이에 따라 헤드(60)가 이송된다.

따라서 제1 모터(50)가 구동하여 Y방향 이송벨트(42)를 회전시키면, Y방향 이송벨트(42)를 홀딩한 벨트 홀더(70)에 지지된 제1 이송봉(64)이 헤드(60)를 Y방향으로 이송시키며, 제2 모터(55)가 구동하여 X방향 이송벨트(44)를 회전시키면, X방향 이송벨트(44)를 홀딩한 벨트 홀더(70)에 의해 지지된 제2 이송봉(66)이 헤드(60)를 X방향으로 이송시킨다.

본 발명에 따르면 헤드(60)는 노즐(61)을 구비한 상태로 제1 및 제2 이송봉(64, 66)에 의해 동작되고, 헤드(60)의 이동은 프레임(10)에 설치된 제1 모터 및 제2 모터(50, 55)에 의해 제어된다.

헤드(60)의 노즐공(62)에서는 노즐(61)이 설치되는 데, 노즐(61)은 익스트루더(80)를 통해 공급된 필라멘트를 용융시켜 성형을 한다. 필라멘트를 공급하는 익스트루더(80)는 프레임(10)에 부착되며, 호스(82)를 통해 노즐(61)과 연결된다.

도 1 및 도 10을 참조하면, 프레임(10)의 내측에 헤드(60) 하부에는 성형물이 성형되는 베드(90)가 구비된다.

본 발명에 따르면 베드(90)는 상부 베드(90a)와 하부 베드(90b)로 이루어지며, 하부 베드(90b)가 Z방향 이송부에 의해 Z 방향 이송이 제어된다. Z방향 이송부는 하단 수평 프레임 부재(12)에 수직 설치된 가이드포스트(92)와 상기 가이드포스트(92)를 따라 승강되는 승강블록(94) 및 승강블록(94)을 상하 이송시키는 제3 모터(96)를 포함한다. 가이드포스트(92)가 나사 형태로 형성되고, 제3모터(96)의 회전에 의해 가이드포스트(92)에 나사결합된 승강블록(94)이 승강하여 하부 베드(90b)를 승강 동작시킨다. 베드(90)의 Z 방향 이송을 지지하기 위해 가이드포스트(92)의 양측으로 하부 베드(90b)를 관통하여 지나는 안내봉(97)이 더 포함될 수 있으며, 가이드포스트(92) 및 안내봉(97)의 상단을 지지하기 위하여 수직 프레임 부재(18, 19) 사이에 X방향 이송벨트(44) 하측으로 수평 지지 프레임 부재(99)가 설치된다. 가이드포스트(92)는 수평지지 프레임 부재(99)의 프로파일 홈(11)에 결합되는 브라켓(98)을 매개로 결합된다.

본 발명에 의하면, 제1 및 제2 모터(50, 55)의 구동에 의해 헤드(60)가 XY 방향으로 이송하면서 2차원 평면 형태로 성형이 이루어지고, 제3 모터(96)의 구동에 의해 작업대(90)가 Z방향으로 이송하면서 3차원 형태로 적층이 이루어져 3차원의 성형물이 성형되는 것이 가능하다.

프레임(10)의 일측에는 컨트롤러(100)가 구비되어 3D 프린터의 전체 동작을 제어한다.

이하 도 1 내지 도 13 를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터의 조립 및 크기 확장 방법을 설명한다.

도 11 및 도 12 는 본 발명에 따른 3D 프린터에서 가이드봉을 조립하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터는 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 및 하단 수평 프레임 부재(12)을 조립하여 직육면체의 골격을 형성한 상태에서 조립이 이루어진다. 한 쌍의 X 방향 가이드봉(20, 21)은 동시에 조립되는 데, X방향 가이드봉(20, 21)에 서포트 베어링(15), 벨트풀리(40), 벨트 홀더(70) 등을 끼운다. 그리고 X방향 가이드봉(20, 21)을 서로 근접시킨 상태로 Y방향 이송벨트(42)를 벨트풀리(40) 사이에 장착한다. 이때 일측 X방향 가이드봉(20, 21)에는 이송벨트 내측으로 구동벨트(52)를 삽입시켜 놓는다.

이 상태에서 X방향 가이드봉(20, 21)들을 수직 프레임 부재의 프로파일 홈(11)을 따라 위에서 아래로 끼우고 베어링홈(14) 위치에서 서포트 베어링(15)을 베어링홈(14)에 끼워 넣으면 X방향 가이드봉(20, 21)의 설치가 완료된다. 이후, 양측 X방향 가이드봉(20, 21)에서 벨트풀리(40), 벨트 홀더(70) 등의 위치를 조절하며, 고정구(40a)를 조여 벨트풀리(40)를 설치 위치에 고정한다.

이후, 구동벨트(52)를 구동벨트용 벨트풀리(41)에 위치시킨 상태로 제1 모터(50)의 벨트풀리축(51)에 걸고 제1 모터(50)를 움직여, 도 12에서 보이는 바와 같이, 하단 수평 프레임 부재(12) 상의 설정 위치에서 제1 모터(50)를 고정시킨다. 동일한 과정으로 Y방향 가이드봉(30, 31)이 설치되며, 이와 같은 과정을 통해 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 설치가 완료되면, 제1 및 제2 이송봉을 벨트 홀더(70)에 조립하여 헤드(60)을 설치한다. 조립이 완료되면 상단 수평 프레임 부재(13)를 수직 프레임 부재 들 상에 조립한다.

본 발명에 따르면 규격의 환형의 이송벨트 및 구동벨트를 장착 위치에 걸친 상태에서 조립이 완료되므로, 조립 완료후 별도의 벨트 장력 조절이 없이도 설정된 장력으로 구동력을 전달하게 되므로, 벨트 장력 조절 공정을 삭제할 수 있는 장점이 있다.

도 13 는 본 발명에 따른 3D프린터에서 수평 방향 일측으로 확장된 형태를 개략적으로 도시하고 있다.

도 1 에 도시된 프레임과 대비하면, 일측 수평 방향으로 배치된 상단 및 하단 수평 프레임 방향으로 2개의 수평 프레임 부재(12, 13)를 연결부재(10a)를 이용하여 연결 일측 수평 방향 길이를 확장한 상태를 보여준다.

본 발명에서는 이와 같이 프레임이 수평 방향으로 확장된 경우 확장된 방향의 길이에 맞게 가이드봉, 이송벨트, 이송봉을 교체하는 것으로 확장이 가능하다. 이때 상부 베트(90a)의 교체 및 가이드포스트(92)의 위치 조절이 함께 이루어질 수 있다. 수직 방향으로 프레임이 확장된 경우 수직 방향으로 확장된 길이에 맞게 가이드포스트(92), 안내봉(97)을 교체하는 것으로 확장이 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 헤드(60)의 이송에 관련된 이송력을 제공하는 부품, 예컨대, 모터, 이송벨트 등이 헤드(60)과 분리되어 배치되고, 헤드(60)는 서로 교차하는 제1 및 제2 이송봉(64, 66)에 의해 XY 방향 이송이 이루어지므로, 성형을 위해 이송되는 부분인 헤드(60)에서 노즐(61)외에 고장이 발생할 가능성이 없고, 헤드를 경량으로 구성하는 것이 가능하고, 조립이 간단하다.

그리고 크기 확장이 필요한 경우에 확장된 길이에 맞는 가이드봉, 이송봉, 이송벨트 등으로 교체하여 조립하는 것으로 확장이 가능하므로, 확장이 용이하다.

본 발명의 3D 프린터에 의하면 경량의 헤드가 X, Y방향으로 위치조절되므로 고속 동작을 하면서 성형을 하는 것이 가능하다. 또한 모터, 익스트루더 등의 중량성 부품들이 프레임에 별도로 고정되므로, 조립이 용이하고 수리가 용이하게 된다.

Claims

모서리에 배치된 4개의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)와, 상하단 각각에서 상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19) 사이에 연결되는 수평 프레임 부재(12, 13)들에 의해 직육면체 형상을 이루는 프레임(10)과;
상기 프레임(10)의 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에 설치되는 것으로, 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 X 방향 가이드봉(20, 21), 및 상기 X방향 가이드봉(20, 21)과 수직하게 교차하는 방향으로 서로 이격하여 나란하게 연장되는 한 쌍의 Y방향 가이드봉(30, 31)과;
상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)에 설치되어 상기 각 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 각 단부를 지지하는 서포트 베어링(15);을 포함하되,
상기 수직 프레임 부재(16, 17, 18, 19)는 단부와 연통된 프로파일 홈(11)이 형성되고, 상기 프로파일 홈(11)의 연장경로 상에 상기 서포트 베어링(15)이 설치되는 베어링홈(14)이 형성되며,
성형소재가 용융되어 배출되는 노즐(61)을 장착되고 서로 높이차를 이루며 서로 수직한 방향으로 관통하여 연장되는 제1 및 제2 이송봉(64, 66)을 구비하며, 상기 제1 및 제2 이송봉(64, 66)의 움직임에 따라 X, Y 방향으로 이송이 가능한 헤드(60)와,
상기 제1 및 제2 이송봉(64, 66)의 양단 각각을 상기 Y방향 가이드봉 또는 상기 X방향 가이드봉에 이동가능하게 지지되면서 이송력을 제공하는 헤드 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 헤드 이송부는 상기 X방향 가이드봉(20, 21) 및 상기 Y방향 가이드봉(30, 31) 각각에 설치되어 상기 제1 또는 제2 이송봉(64, 66)의 단부가 고정되며, 구동력을 제공하기 위해 설치된 X방향 이송벨트 및 Y방향 이송벨트를 홀딩하여 상기 제1 및 제2 이송봉을 이송시키는 벨트 홀더(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 2 항에 있어서,
상기 X방향 가이드봉(20, 21)과 상기 Y방향 가이드봉(30, 31)과 서로 높이차를 이루고 배치되며,
상기 X 방향 가이드봉(20, 21) 및 상기 Y방향 가이드봉(30, 31)의 양단부측에는 벨트풀리(40)가 각각 결합되되, 상기 벨트풀리(40)는 고정구(40a)에 의해 각 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 설정 위치로 이동시켜 고정가능하게 형성되고,
각 쌍의 가이드봉(20, 21, 30, 31)에서 서로 마주보는 벨트풀리(40) 사이에 환형의 이송벨트가 각각 장착되어, 상기 X방향 가이드봉(20, 21)과 나란하게 연장되는 X방향 이송벨트(44)와 상기 Y방향 가이드봉(30, 31)과 나란하게 연장된 Y방향 이송벨트(46)가 제공되고,
상기 벨트 홀더(70)가 X방향 이송벨트(44) 또는 Y방향 이송벨트(46)를 홀딩하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 3 항에 있어서,
상기 각 쌍의 가이드봉(20, 21, 30, 31)의 상기 벨트풀리(40)들 중 어느 하나는 구동벨트용 벨트풀리(41)가 일체로 형성되고,
상기 프레임(10)에 설치된 제1 또는 제2 모터(50, 55)의 벨트풀리축(51, 56)과의 사이에 설치된 환형의 구동벨트(52, 57)를 통해 상기 벨트 풀리(40)는 회전력을 전달받는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 1 항에 있어서,
상기 프레임(10)의 수직 및 수평 프레임 부재(12, 13, 16, 17, 18, 19)는 측면에 길이 방향으로 연장된 프로파일을 홈(11)을 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.