KR20160022532A - 3d 프린터용 베드, 이를 구비한 3d 프린트 및 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 조형물이 적층되는 3D 프린터의 베드 및 이를 이용한 프린팅 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 베드는 일정 간격으로 이격되는 관통홀을 갖는 플랫폼과, 상기 플랫폼의 하부에 설치되고 상기 관통홀에 끼워지는 돌기를 갖는 리프트를 포함하여 구성되며, 상기 리프트에는 가열되며 그 열은 리프트에 형성된 돌기로 전달되고, 돌기로부터 방출되는 열은 돌기의 상부에 적층되는 조형물의 변형을 방지하며, 또한 조형물과 접촉하지 않는 돌기에서 방출되는 열은 대류에 의해 3D 프린터의 작업온도를 상승시킨다.

Description

3D 프린터용 베드, 이를 구비한 3D 프린트 및 프린팅 방법{PRINTING BED FOR 3D PRINTER, 3D PRINTER HAVING THEREOF AND PRINTING METHOD}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄 조형물이 적층되는 3D 프린터의 베드 및 이를 이용한 프린팅 방법에 관한 것이다.

3D 프린팅이란 입체로 디자인된 설계도를 이용하여 플라스틱, 금속, 세라믹 등 각종 소재를 층층이 쌓아 제조하는 것을 말한다. 3D 프린터는 소재를 출력하는 방식에 따라 구분되는데, 분말로 된 소재를 레이저로 소결하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 빛으로 소재를 굳히는 SLA(Stereolithography) 방식, 플라스틱 필라멘트를 용융하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 널리 사용되고 있다.

도 1은 FDM 방식의 3D 프린터를 나타낸 것이다. FDM 방식을 이용한 3D 프린터는 X-Y축으로 이동하는 이송 헤드(100)와, 이 이송 헤드에 장착되는 압출기(200)와, 베드(500)를 포함하여 구성되고, 상기 압출기에는 필라멘트(F)가 공급된다. FDM 방식은 필라멘트를 토출시켜 베드의 바닥에서부터 순차적으로 적층하면서 디자인된 형상을 조형한다.

도면을 참조하면, 필라멘트는 공급릴에 감겨져 있고, 이송 헤드에 장착된 한 쌍의 드라이버 휠(DW: Drive Wheel)로부터 가이드되어 압출기로 공급된다. 압출기에 형성된 노즐로부터 토출되는 용융된 필라멘트는 베드의 상부에 순차적으로 적층된다.

필라멘트를 용융하여 적층하는 3D 프린터는 주로 열가소성 플라스틱 재료인 ABS 또는 PLA 등을 필라멘트로 사용한다. ABS는 PLA에 비해 상대적으로 강도가 높으며 열에 강한 뿐만 아니라 가격이 저렴하다. 그러나 프린팅 도중에 열에 의한 수축으로 조형물의 변형을 가져온다는 단점이 있다. 반면 PLA는 열에 의한 수축으로 조형물의 변형이 작아 정밀한 성형이 가능하지만 내구성이 약하고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 최근에는 열수축으로 인한 변형으로 인해 ABS를 사용하지 않는 PLA 전용 제품이 출시되기도 한다.

하지만 조형물의 크기가 커질수록 열변형으로 인한 문제는 여전히 남아있다. 예컨대, 적층 중에 열변형이 발생하여 조형물이 휘거나 플랫폼으로부터 조형물이 분리되기도 한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 3D 프린터의 베드에 발열체를 설치하여 히팅한다. 베드가 가열되면 적층도중에 조형물의 상측과 하측 사이의 열적 차이가 감소하여 플랫폼으로부터 조형물이 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 이와 같은 방법은 적층 중에 사용자가 화상을 입을 수 있으며, 프링팅이 완료된 후 조형물을 분리하기 위하여 베드의 온도가 낮아질 때까지 기다려야 하는 문제점이 있다.

등록특허 제10-1346704호의 멀티칼라 제품성형이 가능한 3D 프린터는 복수개의 필라멘트를 개별적으로 공급된 후 단일의 통로로 합류되도록 구성하여, 필라멘트가 충분한 예열 상태에 있으므로 배출시 적층 이음매가 매끄러운 FDM 방식의 3D 프린터를 제공한다. 공개특허공보 제10-2014-0036285호의 3D 프린트 반액상소재용 카트리지 및 압출장치는 카트리지 상단 일부에 기체층을 충진하고 그 하단에 식품소재 이외의 비식품 반액상소재를 충진하여 압출종류 후 카트리지에 잔여물이 남지않는 3D 프린터를 제공한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 조형 중에 조형물의 변형을 방지하고 조형 후에 베드로부터 용이하게 분리할 수 있는 구조의 3D 프린터용 베드를 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 베드는 일정 간격으로 이격되는 관통홀을 갖는 플랫폼과, 상기 플랫폼의 하부에 설치되고 상기 관통홀에 끼워지는 돌기를 갖는 리프트를 포함하여 구성되며, 상기 리프트에는 가열되며 그 열은 리프트에 형성된 돌기로 전달되고, 돌기로부터 방출되는 열은 돌기의 상부에 적층되는 조형물의 변형을 방지하며, 또한 조형물과 접촉하지 않는 돌기에서 방출되는 열은 대류에 의해 3D 프린터의 작업온도를 상승시킨다.

또한, 상기 리프트의 돌기 사이에는 에어 홀이 더욱 부가된다.

또한, 상기 돌기는 관통홀에 끼워지는 정도에 따라 음각 요철, 평면 및 양각 요철이 형성된다.

또한, 상기 관통홀과 돌기의 결합이나 분리는 플랫폼이 이동하거나 리프트가 이동하여 이루어진다.

또한, 상기 돌기는 머리부와 이 머리부의 아래에 결합되는 자루부를 갖는 '자 형상이며, 상기 관통홀은 상부 관통홀과 하부 관통홀을 갖으며, 상부 관통홀과 하부 관통홀 사이에 단턱부가 형성되고, 상기 머리부는 단턱부에 의해 하측 방향으로 이동이 제한되도록 구성된다.

또한, 상기 관통홀의 하측 입구가 좁고 상측 출구가 넓은 깔데기 형상이거나 단턱부를 형성하며, 상기 돌기는 하측 입구의 크기와 동일하도록 형성된다.

또한, 상기 3D 프린터 내부 또는 리프트의 하측에는 에어 펌프가 더욱 부가된다.

본 발명에 따른 프린팅하는 방법은 리프트를 가열하는 제1 단계와, 리프트에 형성된 돌기가 플랫폼의 관통홀에 끼워지는 제2 단계와, 플랫폼의 상측으로 리프트의 돌기가 이동하는 제3 단계와, 용융된 필라멘트를 적층하여 조형물을 형성하는 제4 단계와, 조형물이 완성되면, 상기 리프트의 돌기를 플랫폼의 관통홀로부터 분리시키는 제5 단계를 포함한다.

또한, 상기 제3 단계의 이동에 따른 베드는 상기 돌기가 관통홀에 끼워지는 정도에 따라 음각 요철, 평면 및 양각 요철이 형성된다.

또한, 상기 관통홀과 돌기의 결합이나 분리는 플랫폼이 이동하거나 리프트가 이동하여 이루어진다.

또한, 상기 제2 단계 이전에는 관통홀에 형성된 통로로 뜨거운 공기를 유출하여, 프린터 내부의 온도를 상승시켜 프린팅 분위기를 형성한다.

또한, 상기 제2 단계 이전과 제5 단계 이후에는 관통홀에 형성된 통로로 공기를 흡입하여 3D 프린터 내부와 플랫폼 상부 및 관통홀에 남아있는 이물질을 제거한다.

본 발명에 따르면, 플랫폼에 일정한 간격으로 이격되는 관통홀을 형성하고 상기 관통홀에 돌기를 갖는 리프트를 형성하여 이들을 상호 결합하고, 프린팅 시에 요철을 형성하도록 하여 조형물과 베드 사이의 접촉면적을 확장토록 하여 조형물이 분리되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한 프린팅이 완료된 후 돌기가 관통홀로부터 이동하도록 하여 베드로부터 조형물의 분리를 용이하게 한다.

아울러, 돌기를 갖는 리프트가 발열체의 역할을 수행하도록 하여 적층 도중에 조형물의 열변형을 감소시킬 수 있다.

도 1은 FDM 방식의 3D 프린터를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 베드를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 베드 형상과 위치를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드에서 프린팅이 이루어지는 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 프리 프린팅부를 형성하지 않은 베드로부터 조형물을 분리하는 것을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 따른 베드의 다양한 형태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 조형물을 형성할 때, 베드와 조형물의 열적 흐름을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드에서의 공기 흐름을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 베드를 상세히 설명하기로 한다. 또한 도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

우선, 본 발명에 따른 3D 프린터는 X-Y축으로 이동하는 이송 헤드와, 상기 이송 헤드에 장착되는 압출기와 그리고 Z축으로 승강하는 베드를 포함하여 구성되고, 상기 압출기에는 필라멘트가 공급된다.

상기 필라멘트는 와이어 형태로 공급되며, 그 재료로서 ABS, PLA, PC, PVA 수지 등을 예로 들 수 있으나, 이 외에도 적합한 물성을 갖는 수지, 세라믹, 금속, 또는 신소재 등이 사용될 수 있다.

상기 이송 헤드는 압출기를 고정지지하고 X축과 Y축으로 수평 이동할 수 있다. 이러한 이동은 수평 구동부에 의해 이루어진다. 또한 이송 헤드의 일측에는 한 쌍의 드라이브 휠(DW)이 구비되어 있어 필라멘트(F)를 압출기로 가이드한다.

상기 압출기는 필라멘트를 토출하는 노즐, 이 노즐의 상단에서 노즐과 일체로 결합되는 노즐바디, 필라멘트를 가열하는 히트블럭을 포함한다.

상기 베드는 Z축 방향으로 승강한다. 상기 승강은 수직 구동부에 의하여 상승 또는 하강할 수 있다. 한편 상기 베드상에는 적층이 이루어진다. 조형물의 적층이 진행됨에 따라 베드는 상승한다. 본 발명은 적층이 이루어짐에 따라 베드가 상승하는 것을 실시예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정하지 아니하고 노즐부가 승강하여 적층하는 방식에서도 적용이 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 베드를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 베드(500)는 일정 간격으로 이격되는 관통홀(511)을 갖는 플랫폼(510)과 이 플랫폼의 하부에 설치되고 상기 관통홀에 끼워지는 돌기(521)를 갖는 리프트(520)를 포함한다. 또한 상기 리프트에는 발열체를 부가하여 돌기에 사용자가 원하는 온도로 열을 가할 수 있다. 이에 따라, 조형물의 하부는 사용자가 원하는 온도를 유지할 수 있다. 돌기의 형상은 원기둥, 사각기둥 등 다양한 형상으로 제조되며, 관통홀의 형상은 상기 돌기와 대응되는 동일한 크기 및 동일한 형상이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 또한 상기 돌기의 상부에는 조형물과의 접촉면적을 넓히기 위하여 그 표면에 거칠기(roughness)를 부가할 수 있다.

한편, 3D 프린터 내부 또는 리프트의 하측에는 에어 펌프가 구비될 수 있다. 그리고 리프트에서 돌기가 형성되어 있지 않은 부분에는 에어 홀이 형성될 수 있다. 에어 펌프와 에어홀에 대하여는 공기 흐름을 설명하는 부분에서 후술한다.

플랫폼의 관통홀에는 리프트의 돌기가 끼워지는데, 리프트가 상승하게 되면 돌기가 관통홀의 상측 방향으로 이동하고, 리프트가 하강하게 되면 돌기가 관통홀의 하측 방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 관통홀과 돌기의 결합은 리프트의 이동으로 이루어지거나 플랫폼의 이동으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 베드 형상과 위치를 설명하는 도면이다.

도 3(a)는 리프트가 부가되지 않은 플랫폼을 나타낸 것으로, 베드의 상부에는 일정 간격으로 요철 형상을 갖는다. 이와 같은 구성에 따르면 플랫폼의 상부에 조형물이 적층되면 조형물의 바닥면이 요철 형상으로 형성된다. 따라서 조형 중에 조형물은 쉽게 유동되지 않는다.

도 3(b) 내지 도 3(d)는 본 발명에 따른 분리된 구조를 갖는 베드를 나타낸 것이다. 이에 따른 베드는 플랫폼과 리프트로 이루어지고, 리프트에는 별도의 발열수단이 설치되며 리프트의 상측에 형성된 돌기는 사용자가 원하는 일정한 온도를 유지할 수 있다.

도 3(b)는 플랫폼의 관통홀에 리프트의 돌기가 끼워진 음각 형상의 요철을 나타낸 것이다. 관통홀의 형상은 상기 돌기와 대응되는 동일한 크기 및 동일한 형상이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니며, 관통홀과 돌기 사이에 이격공간을 형성하여 필라멘트의 일부가 이격공간으로 흘러들어가 조형물과 베드의 접촉 표면적을 넓힐 수 있다.

도 3(c)는 플랫폼의 관통홀에 리프트의 돌기가 상승하여 플랫폼의 상부면과 돌기의 상면이 요철이 없는 수평면을 이룬다. 요철의 형성없이 수평을 형성할 경우에는 조형물과 베드 사이의 접촉면의 확장은 없지만 돌기의 온도로 인하여 조형물의 열적 변형을 방지할 수 있다.

그리고 도 3(d)는 플랫폼의 관통홀에 리프트의 돌기가 더욱 상승하여 완전히 끼워진 상태로서 돌기가 플랫폼의 상부면의 상측으로 돌출된다. 이에 따라 양각 형상을 갖는 요철이 형성된다.

이와 같이, 플랫폼의 관통홀에는 리프트의 돌기가 상승 또는 하강하여 양각 돌기를 형성하거나 음각 돌기를 형성할 수 있으며, 이는 조형물과 베드의 접촉 표면적을 확장시켜 준다. 또한 플랫폼의 상부면과 돌기의 상면이 동일한 수평면을 이루게 형성할 수 있다.

이하, 이와 같이 형성된 베드에 프린팅이 이루어지는 것을 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드에서 프린팅이 이루어지는 과정을 나타낸 것이다.

도 4(a)를 참조하면, 프린팅이 이루어지기 이전에는 상기 플랫폼은 고정된 상태를 유지하고 있다가 상기 리프트는 하측에서 플랫폼이 위치한 상측으로 이동한다. 이어서 플랫폼의 관통홀에 리프트의 돌기가 끼워져 플랫폼과 리프트는 상호 결합을 이루게 된다(도 4(b) 참조).

이때 리프트는 가열되는데, 리프트의 온도 상승은 리프트 이동 이전에 가열될 수 있고, 리프트 이동과 동시에 가열될 수 있으며, 플랫폼과 결합 후 프린팅 이전에 가열될 수 있다. 그리고 온도의 상승은 서서히 이루어지므로, 리프트가 이동하기 전에 시작되어 이동 중에도 지속적으로 상승한 후 플랫폼과 결합한 상태에서 끝나는 것이 바람직하다.

도 4(c)에서, 리프트의 돌기가 플랫폼의 상부면으로 돌출하게 되면, 양각 요철을 이루게 되고, 베드의 상부에 프리 프린팅부를 조형할 수 있다. 이를 통해 좀 더 품질이 좋은 조형물을 만들 수 있다. 프리 프린팅부는 완성된 조형물의 크기를 고려하여 조형물의 인쇄 면적보다 다소 넓게 형성하는 것이 바람직하다. 프리 프린팅부의 높이는 플랫폼으로부터 돌출되는 돌기의 높이와 동일하게 형성할 수 있다. 이에 따라 조형물의 하부는 완전한 수평을 이룰 수 있다. 여기서 프리 프린팅부는 디자인된 조형물의 하부에 형성되는 부분이 되며, 이 부분은 프린팅부가 형성된 후 조형물로부터 프리 프린팅부를 커팅하여 원하는 조형물을 완성하게 된다.

이어서, 도 4(d)를 참조하면, 프리 프린팅부의 상부에 필라멘트를 적층하여 조형물을 형성한다. 조형물이 적층될 때 결합된 플랫폼과 리프트는 동시에 Z축 이동할 수 있고, 고정된 상태에서 노즐이 Z축 이동할 수도 있다. 한편, 조형 중에는 베드의 상부에서 용융 상태의 필라멘트가 적층되는데, 더욱 적층을 진행하면 적층된 조형물의 하부는 점차적으로 온도가 낮아져 경화된다. 이와 같은 경화는 적층 진행 중인 상부와 온도 차이가 발생하게 되고, 조형물의 변형이 일어날 수 있다. 이에 따라 리프트의 돌기에는 지속적인 열을 가하여 전체 조형물의 온도 변화를 감소시킬 수 있다.

도 4(e)에서, 조형물이 완성되면, 플랫폼으로부터 리프트를 하강시킨다. 리프트의 돌기가 하강하면, 프리 프린팅부에는 돌기에 상응하는 구멍이 형성된다. 따라서 프리 프린팅부와 완성된 조형물은 플랫폼과의 접촉면을 상당히 줄일 수 있어 완성된 조형물로부터 프리 프린팅부를 쉽게 제거할 수 있다. 본 발명에서는 플랫폼과 리프트의 결합과 분리를 위해 리프트가 아닌 플랫폼이 이동할 수도 있으며, 2개 판이 동시에 움직일 수 있다.

상기 실시예에서는 프리 프린팅부를 형성하여 완성된 조형물의 하부에 요철을 형성하지 않고 평면을 형성할 수 있다. 또한 프리 프린팅부를 형성하지 않고 적층할 수도 있다.

도 5는 프리 프린팅부를 형성하지 않은 베드로부터 조형물을 분리하는 것을 나타낸 것이다.

도 5(a)는 프리 프린팅부를 형성하지 않은 상태로 필라멘트를 적층하여 조형물을 완성한 것을 나타낸 것이다. 조형물이 완성되면 플랫폼으로부터 리프트의 돌기를 하강시켜 조형물을 베드와 분리시킬 수 있다(도 5(b) 참조). 또한 도 5(c)에서처럼 리프트의 돌기를 상승시켜 조형물을 플랫폼의 상부면으로부터 상측으로 분리시킬 수 있다.

이때, 리프트의 상승 또는 하강을 통하여 조형물과 플랫폼과의 접촉면을 줄여 플랫폼으로부터 조형물을 쉽게 분리할 수 있다.

도 6은 본 발명의 따른 베드의 다양한 형태를 나타낸 것이다.

도 6(a)를 참조하면, 상기 플랫폼에는 관통홀이 형성되어 있으며, 리프트에는 돌기가 일체로 형성된다. 이와 달리, 도 6(b)는 리프트와 돌기를 별도로 제작하여 상호 결합하여 형성한 것을 보여준다.

도 6(c)와 도 6(d)의 실시예에 따른 관통홀은 돌기의 형상과 서로 다르게 형성된다. 도 6(c)는 관통홀의 하측 입구가 좁고 상측 출구가 넓은 깔데기 형상이며, 도 6(d)는 관통홀의 하측 입구는 좁고 상측 출구가 넓게 형성되도록 내부에 단턱부를 형성하고 있다. 도 6(c)와 도 6(d)의 실시예는 관통홀의 좁은 입구의 크기와 돌기의 크기가 동일하도록 형성되어 있어, 관통홀과 돌기가 결합된 상태에서 상측에 공간부가 형성된다. 이 공간부에는 필라멘트의 일부가 채워질 수 있다.

도 6(e)의 실시예에 따른 베드는 앞서 나타낸 도 6(c)와 도 6(d)의 형상과 많은 차이를 갖는다. 플랫폼의 관통홀은 그 상부는 넓고 하부는 좁도록 단턱지는 상부 관통홀(511-1)과 하부 관통홀(511-3)을 갖으며, 상부 관통홀과 하부 관통홀 사이에 단턱부(511-2)가 형성되어 있다. 다시 말하면, 플랫폼을 상측에서 바라다 보면 넓은 크기의 상부 관통홀 내부에 좁은 크기의 하부 관통홀이 보이게 된다.

도 6(f)는 도 6(e)의 일부분을 확대하여 나타낸 것이다. 리프트의 돌기는 ‘T’자 형상이며, 머리부(521-1)와 이 머리부의 아래에 결합되는 자루부(521-2)를 구비한다. 상기 돌기는 플랫폼의 상측에서 상부 관통홀에 대응하여 위치시킨 후, 좁은 하부 관통홀에 끼운다. ‘T’자의 돌기의 머리부(521-1)는 단턱부(511-2)에 제한되어 더 이상 하측으로 이동되지 않는다. 이어서, 상기 돌기는 리프트와 상호 결합시켜 베드를 완성한다. 도 6(e)에서는 돌기가 별도로 제작되어 리프트와 결합되는 것을 보여주지만 구조적으로 리프트와 일체형으로 구성될 수도 있다. 다시 말해서, 본 발명에서 돌기는 리프트와 결합 또는 분리되어 구성될 수 있으며, 또한 플랫폼과 결합 또는 분리 제작되어 다양한 형태를 가질 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 조형물을 형성할 때, 베드와 조형물의 열적 흐름을 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 플랫폼의 관통홀에는 리프트의 돌기가 끼워지고, 상기 플랫폼의 상부면으로부터 돌기가 돌출되어 있다. 그리고 돌기의 돌출 높이로 프리 프린팅부가 형성될 수 있으며, 상기 프리 프린팅부의 상부에 필라멘트를 적층하여 조형물을 형성하고 있다.

상기 리프트에는 발열체가 결합되는데, 상기 발열체는 리프트의 내부에 형성되거나 리프트의 외부에서 발열체가 부가되어 리프트로 열이 전달될 수 있다. 상기 리프트의 열은 돌기로 전달되고, 전달된 열은 플랫폼에서 돌출된 돌기의 표면으로부터 방출된다. 리프트를 통해 돌기로 전달된 열은, 앞서 설명한 바와 같이, 돌기에 접촉되는 조형물의 열변형을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 조형물과 접촉하지 않는 돌기를 통해 공기중으로 열이 방출되고, 대류에 의해 3D 프린터 내부 전체적인 작업 온도를 상승시킬 수 있다. 대류에 의한 3D 프린터 내부 온도의 상승은 조형물 전체의 열변형을 감소시킬 수 있다. 한편 플랫폼에는 별도의 가열 요소가 부가되어 있지 않다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드에서의 공기 흐름을 나타낸 것이다.

도 8(a)는 프린팅 이전과 이후에 이물질을 제거하는 과정을 나타낸 것이다. 이때 플랫폼의 관통홀은 리프트의 돌기와 분리되어 있다. 그리고 3D 프린터 내부 및 리프트 하측에는 별도의 에어 펌프(Air Pump)가 형성되어 있다. 에어 펌프가 동작하면, 플랫폼의 관통홀에는 공기의 흐름이 발생된다. 이에 따라 3D 프린터 내부와 플랫폼 상부 및 관통홀에 남아있는 이물질이 제거된다.

도 8(b)와 도 8(c)는 도 7(e)에 따른 베드에서의 공기 흐름을 나타낸 것이며, 도 8(b)는 프린팅이 이루어지기 이전의 상태를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 리프트의 돌기는 플랫폼의 상측으로 돌출하게 되고, 'T'자형 돌기의 하측과 플랫폼의 관통홀 사이에 통로가 형성된다. 이와 같이 통로가 형성되면 에어 펌프는 뜨거운 공기를 유출하여 프린팅 이전에 3D 프린터를 가열하여 프린팅이 정상적으로 이루어질 수 있다. 물론 이러한 뜨거운 공기의 유출은 적층 중 조형물의 전체를 가열하여 조형물의 열적 변형을 방지하는 효과가 있다.

본 발명에서는 뜨거운 공기를 사용하는 것을 실시예로 하고 있으나, 공기와 같은 기체 뿐만 아니라 액체도 이동될 수 있다. 예를 들면, 적층되는 필라멘트와 플랫폼의 접촉을 위한 접착성분의 액체가 통로를 통해 이동하도록 구성할 수 있다.

그리고 도 8(c)는 프린팅 중에 공기를 흡입하는 것을 보여주는 도면이다.

이와 같은 에어 펌프(미도시)에 의한 공기의 흐름은 프린팅 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 프린팅 분위기를 위해 또는 이물질 제거를 위해 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다. 상기 에어 펌프는 3D 프린터 내부 또는 리프트의 하측에 설치될 수 있는데, 공기는 리프트의 돌기 사이에 형성된 에어 홀(522) 사이를 통해 흡입되도록 구성될 수 있다. 이에 따라 공기는 관통홀(511)을 지나 에어 홀(522)로 직접적으로 흐르게 되므로 흡입력이 낮아지지 않는다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 이송 헤드
200 : 압출기
500 : 베드
510 : 플랫폼
511 : 관통홀
511-1 : 상부 관통홀
511-2 : 단턱부
511-3 : 하부 관통홀
520 : 리프트
521 : 돌기
521-1 : 머리부
521-2 : 자루부
522 : 에어 홀
DW : 드라이브 휠
F : 필라멘트
PP : 프리 프린팅
M : 조형물

Claims (13)

1. 3D 프린터용 베드로서,
   상기 베드는
   일정 간격으로 이격되는 관통홀을 갖는 플랫폼과,
   상기 플랫폼의 하부에 설치되고 상기 관통홀에 끼워지는 돌기를 갖는 리프트를 포함하여 구성되며,
   상기 리프트에는 가열되며 그 열은 리프트에 형성된 돌기로 전달되고, 돌기로부터 방출되는 열은 돌기의 상부에 적층되는 조형물의 변형을 방지하며, 또한 조형물과 접촉하지 않는 돌기에서 방출되는 열은 대류에 의해 3D 프린터의 작업온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 리프트의 돌기 사이에는 에어 홀이 더욱 부가되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌기는 관통홀에 끼워지는 정도에 따라 음각 요철, 평면 및 양각 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통홀과 돌기의 결합이나 분리는 플랫폼이 이동하거나 리프트가 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌기는 머리부와 이 머리부의 아래에 결합되는 자루부를 갖는 T자 형상이며,
   상기 관통홀은 상부 관통홀과 하부 관통홀을 갖으며, 상부 관통홀과 하부 관통홀 사이에 단턱부가 형성되고, 상기 머리부는 단턱부에 의해 하측 방향으로 이동이 제한되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통홀의 하측 입구가 좁고 상측 출구가 넓은 깔데기 형상이거나 단턱부를 형성하며, 상기 돌기는 하측 입구의 크기와 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 3D 프린터 내부 또는 리프트의 하측에는 에어 펌프가 더욱 부가되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 베드.
   
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 베드를 구비한 3D 프린터.
   
9. 프린팅하는 방법으로서,
   리프트를 가열하는 제1 단계;
   리프트에 형성된 돌기가 플랫폼의 관통홀에 끼워지는 제2 단계;
   플랫폼의 상측으로 리프트의 돌기가 이동하는 제3 단계;
   용융된 필라멘트를 적층하여 조형물을 형성하는 제4 단계; 및
   조형물이 완성되면, 상기 리프트의 돌기를 플랫폼의 관통홀로부터 분리시키는 제5 단계;
   를 포함하여 이루어지는 3D 프린팅 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3 단계의 이동에 따른 베드는, 상기 돌기가 관통홀에 끼워지는 정도에 따라 음각 요철, 평면 및 양각 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 관통홀과 돌기의 결합이나 분리는 플랫폼이 이동하거나 리프트가 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 단계 이전에는 관통홀에 형성된 통로로 뜨거운 공기를 유출하여, 프린터 내부의 온도를 상승시켜 프린팅 분위기를 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
    
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 단계 이전과 제5 단계 이후에는 관통홀에 형성된 통로로 공기를 흡입하여 3D 프린터 내부와 플랫폼 상부 및 관통홀에 남아있는 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
    
    

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