KR20160027666A

KR20160027666A - 수평측정 센서유닛이 구비된 3d 프린터

Info

Publication number: KR20160027666A
Application number: KR1020140116003A
Authority: KR
Inventors: 지헌길
Original assignee: 지헌길
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-10

Abstract

본 발명은 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서를 접거나 펴는데 필요한 별도의 모터가 필요 없이 센서유닛을 구동할 수 있도록 하여 3D 프린터기의 생산비를 절감하고, 유지비용을 절감할 수 있는 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 프레임과, 상기 프레임에 구비되는 작업대와, 상기 작업대에 성형재를 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 노즐유닛과, 상기 노즐유닛을 좌우방향으로 이동시키는 X축유닛과, 상기 노즐유닛을 전후방향으로 이동시키는 Y축유닛과, 상기 노즐유닛을 상하방향으로 이동시키는 Z축유닛을 포함하여 구성되되, 상기 노즐유닛에는 수평센서유닛이 더 구비되며, 상기 수평센서유닛은 수평가이드가 형성되어 있는 센서베이스와, 상기 수평가이드에 좌우방향으로 유동하도록 결합되는 가로바와, 상기 가로바가 좌우로 움직임에 따라 상기 가로바에 대하여 하방향으로 직립하거나 수평방향으로 접히도록 구비되는 센서바 및 상기 센서바의 타측 끝단에 구비되는 수평센서를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터{3D PRINTER WITH HORIZONTAL SENSOR}

본 발명은 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서를 구동하는 별도의 모터가 필요 없이 센서유닛을 구동할 수 있도록 하여 3D 프린터기의 생산비를 절감하고, 유지비용을 절감할 수 있는 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터에 관한 것이다.

3D프린터는 플라스틱 또는 금속 등을 녹여서 금 입자들을 입체적인 공간에 적층해 가면서 입체적인 형상을 만드는 장치를 말한다. 3D 프린터는 입체적인 형상을 만들어가기 위하여 X축, Y축, Z축으로 구성된 이동수단에 의하여 성형재료를 분사하는 노즐의 위치를 조절해 가면서 입자들을 쌓아가게 되는데, 기본적으로 성형재료가 분사되어 성형품이 만들어지는 작업대가 필요하다.

이때 정확한 형상의 제품을 만들기 위해서는 작업대의 수평이 정확하게 설정되어 있어야 하기 때문에, 3D프린터기를 이용하여 어떤 물건을 성형할 때 작업대의 수평을 조절하는 일이 무엇보다도 중요한 과제이다. 이때 작업대의 수평을 맞추기 위해서는 작업대의 수평을 측정하는 센서가 필요하다.

일반적으로 작업대의 수평을 측정하는 센서는 노즐이 구비되는 위치에 구비되는데, 성형을 할 때는 센서가 필요치 않고 오히려 노즐의 움직임을 방해할 수 있기 때문에 상기 센서를 접철식 또는 수납식으로 구비하는 것이 일반적이다. 즉, 센서를 사용할 때는 별도의 구동수단을 이용하여 센서를 작업대에 수직이 되도록 펼쳤다가 상기 작업대의 수평을 조절한 후에는 노즐의 이동이나 작동에 방해가 되지 않도록 접도록 하는 방식이다.

종래기술에 따른 3D 프린터는 센서의 구동을 위하여 모터 등과 같은 구동수단을 구비하였기 때문에 제조원가가 상승하게 되고, 잦은 사용으로 인하여 모터가 고장나면 유지비용이 증가하며, 모터를 교체하는 동안에 3D프린터기를 사용할 수 없게 되기 때문에 많은 문제점이 있다.

KR

10-2014-0036285

A

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 수평센서를 모터 등과 같은 전동장치를 사용하지 않고, 외력에 의하여 구동하는 구조로 설계하여 제품의 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 유지비용 및 유지보수로 인한 공백을 방지할 수 있는 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 프레임과, 상기 프레임에 구비되는 작업대와, 상기 작업대에 성형재를 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 노즐유닛과, 상기 노즐유닛을 좌우방향으로 이동시키는 X축유닛과, 상기 노즐유닛을 전후방향으로 이동시키는 Y축유닛과, 상기 노즐유닛을 상하방향으로 이동시키는 Z축유닛을 포함하여 구성되되, 상기 노즐유닛에는 수평센서유닛이 더 구비되며, 상기 수평센서유닛은 수평가이드가 형성되어 있는 센서베이스와, 상기 수평가이드에 좌우방향으로 유동하도록 결합되는 가로바와, 상기 가로바가 좌우로 움직임에 따라 상기 가로바에 대하여 하방향으로 직립하거나 수평방향으로 접히도록 구비되는 센서바 및 상기 센서바의 타측 끝단에 구비되는 수평센서를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 센서바는 일측이 상기 센서베이스의 하부에 회동할 수 있도록 결합되고, 일단에는 구동단과 수평단이 구비되어 있으며, 상기 가로바의 하부면으로 상기 센서바의 구동부에 대응되는 위치에는 상기 구동단을 회동하는 구동면이 형성되어 상기 가로바가 좌우방향으로 이동하면 상기 구동면이 상기 구동단을 좌우로 밀어서 구동하도록 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 센서바와 상기 센서베이스의 결합부에는 상기 센서바를 가압하는 가압탄성부가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 가로바의 좌우측에는 기준블록이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터에 의하면 센서를 구동하는 모터를 사용하지 않기 때문에 3D프린터를 제조하는 원가를 절감할 수 있고, 모터의 고장 등으로 인하여 발생하는 유지보수비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한, 센서를 구조적인 설계로 구동할 수 있기 때문에 구동장치의 고장으로 인하여 기기의 가동이 중지되는 것을 방지할 수 있기 때문에 3D프린터기를 효율적으로 활용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 센서가 움직이는 범위와 한계가 미리 설정되어 있기 때문에 센서의 위치를 항상 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수평센서유닛이 구비된 3D프린터의 노즐유닛의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 수평센서유닛의 일례를 나타내는 정면도.
도 4는 수평센서유닛의 일례를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 수평측정센서유닛이 구비된 3D프린터의 구동단과 수평단의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 수평센서유닛의 구동방법을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수평측정 센서유닛이 구비된 3D 프린터는 프레임(10)과, 상기 프레임(10)이 구비되는 작업대(30)와, 상기 작업대(30)에 성형재료를 압출분사하면서 적층하면서 입체적인 형상을 만드는 노즐유닛(50)과, 상기 노즐유닛(50)을 좌우방향(도 1을 기준으로 한 방향표시임, 이하 방향을 나타내는 용어는 동일한 기준으로 결정됨)으로 이동시키는 X축유닛(70)과, 상기 작업대(30)를 전후방향으로 이동시키는 Y축유닛(미도시)과, 상기 노즐유닛(50)을 상하방향으로 이동시키는 Z축유닛(80)을 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 전술하여 설명한 구성은 3D프린터기의 일례를 설명한 것으로, 필요에 따라서는 Y축유닛이 작업대가 아닌 노즐유닛을 전후방향으로 이동하도록 구성할 수 있고, Z축유닛은 노즐유닛이 아닌 작업대를 상하방향으로 이동하도록 구성할 수 있는 등 다양하게 설정할 수 있으며, 이러한 설계변경은 기계적인 설계에 있어서 일반적으로 사용되는 자명한 사항이다. 따라서 본 발명의 구성에 있어서 XYZ축유닛의 이동방향과 예시구성은 본 발명의 권리범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

프레임(10)은 3D프린터의 골격을 형성하는 것으로 3D프린터를 구성하는 각 구성품이 직간접적으로 장착된다. 프레임(10)의 구체적인 형상은 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 작업대(30)는 판상의 구조가 수평이 되도록 구비되는 것으로, 상기 작업대(30) 위에 액화된 재료가 적층되면서 입체적인 형상이 만들어지게 된다. 노즐유닛(50)은 분말 또는 선형의 재료를 가열하여 녹인 후에, 액화된 재료를 전술하여 설명한 작업대(30) 위에 압출분사하는 것으로, 가열장치 및 노즐 등을 포함하여 구성될 수 있다. X축유닛(70), Y축유닛, Z축유닛(80) 등은 각각 서보모터(servomotor)나 스테핑모터(steepping motor) 및 리드스크류(lead screw) 등으로 포함하여 구성되어 전술하여 설명한 작업대(30)의 위치를 직접 또는 상대적으로 이동시키는 역할을 한다. 이상에서 설명한 구성은 종래의 3D프린터기에 일반적으로 사용되는 공지의 구성으로, 이들 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 수평센서유닛이 구비된 3D프린터의 노즐유닛의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 수평센서유닛의 일례를 나타내는 정면도이고, 도 4는 수평센서유닛의 일례를 나타내는 측면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수평센서유닛이 구비된 3D프린터는 전술하여 설명한 노즐유닛(50)에 수평센서유닛이 더 구비되며, 상기 수평센서유닛은 센서베이스(110), 가로바(130), 센서바(150) 및 수평센서(170)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

센서베이스(110)는 노즐유닛(50)의 하부에 구비될 수 있으며, 수평방향으로 후술하여 설명할 가로바(130)가 장착되는 센서가이드(115)가 형성되어 있다. 센서가이드(115)는 수평방향으로 동일한 측단면을 가지도록 형성된 홈이나 홀(hole)로, 동일한 형상의 단면을 가지는 축(shaft)이나 바(bar)이 결합되는 경우에 상기 축이나 바가 수평방향으로만 움직일 수 있고, 상하방향으로는 움직이지 않도록 지지해 주는 구조를 말한다. 이러한 구조는 기계장치에서 일반적으로 사용되는 것으로, 센서가이드(115)의 구체적인 형상은 다양하게 설계될 수 있다. 센서베이스(110)는 노즐유닛(50)과 일체로 구성될 수도 있고, 필요에 따라서는 별도로 구성될 수도 있다. 다만, 본 발명에 따른 센서베이스(110)는 노즐유닛(50)과 함께 이동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

가로바(130)는 전술하여 설명한 센서가이드(115)의 단면 형상에 대응되는 형상으로 구성되어 상기 센서가이드(115)에 장착된다. 그리하여 센서가이드(115)에 대하여 좌우방향으로만 이동할 수 있도록 구성된다. 한편, 가로바(130)의 하부면에는 센서바(150)를 하부로 직립시키거나 측면으로 접는 구동면(135)이 형성되어 있다. 구동면(135)에 관해서는 후술하여 설명할 가로바(130)와 함께 상세하게 설명한다.

센서바(150)는 일측이 센서베이스(110)의 하부에 회동할 수 있도록 결합되고, 일단에는 구동단(153)과 수평단(155)이 구비되어 있으며, 타측 끝단에는 수평센서(170)가 구비되어 있다. 수평센서(170)는 작업대와의 거리를 측정하거나 감지할 수 있는 공지의 다양한 센서가 적용될 수 있으며, 예를 들어 리미트스위치(limit switch)가 적용될 수 있다. 센서바(150)는 도면에 도시된 바와 같이 일정한 길이를 가지는 막대 모양으로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 구성은 본 발명의 일례를 나타내는 것일 뿐, 후술하여 설명하는 바와 같이 센서베이스(110)에 대하여 수직 또는 수평방향으로 회동할 수 있는 구조라면 공지의 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

센서바(150)의 일단에 형성되어 있는 구동단(153)은 전술하여 설명한 가로바(130)의 하부면에 형성되어 있는 구동면(135)과 맞물리는 구조를 말한다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이 가로바(130)에 2개의 홈으로 구성된 구동면(135)을 형성하고, 센서바(150)에 형성된 구동단(153)은 가운데 부분에 상기 홈 사이에 형성된 턱이 걸리면서 회동할 수 있는 공간이 구비되도록 할 수 있다. 그리하여 가로바(130)가 좌측 또는 우측으로 이동하면 구동단(153)이 구동면(135)에 걸리면서 일측 또는 타측으로 회동할 수 있도록 구성된다.

한편, 수평단(155)은 센서바(150)가 회동하는 한계를 정해주는 역할을 한다. 수평단(155)은 센서바(150)가 하방향으로 직립하였을 때 가로바(130)와 수직이 되도록 맞물리게 형성되어 있다. 센서바(150)와 가로바(130)의 구동원리에 관해서는 후술하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 수평측정센서유닛이 구비된 3D프린터는 센서바(150)와 센서베이스(110)의 결합부에 상기 센서바(150)를 가압하는 가압탄성부(190)가 더 구비되어 있다. 그리하여 센서바(150)가 일정수준 이상의 외력을 받으면 회동하지만 외력이 가해지지 않는 상태에서는 움직이지 않도록 하는 역할을 한다. 가압탄성부(190)는 도면에 도시된 바와 같이 코일스프링의 일단이 센서바(150)를 가압하도록 구성될 수 있으나, 이러한 구성은 본 발명의 일례를 나타내는 구성일 뿐 센서바(150)를 가압할 수 있는 탄성구조라면 공지의 다양한 수단이 적용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수평측정센서유닛이 구비된 3D프린터는 가로바(130)의 좌우측에 기준블록(200)이 더 구비될 수 있다. 기준블록(200)은 가로바(130)가 부딪히면서 좌측 또는 우측으로 이동하도록 하는데 사용된다. 기준블록(200)은 Z축유닛(80)에 구비되어 노즐유닛(50)과 함께 움직일 수 있도록 구비되거나 특정의 위치에 별도의 기둥 또는 블록형태로 구비될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 기준블록(200)은 Z축유닛(80)에 구비되어 노즐유닛(50)과 함께 이동할 수 있도록 구비될 수 있다. 그리하여 노즐유닛(50)이 좌측 또는 우측으로 일정거리 이상 이동하면 가로바(130)가 작동하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 수평측정센서유닛이 구비된 3D프린터의 구동단과 수평단의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 구동단(153)과 수평단(155)은 기어형태로 구성될 수 있다. 그리하여 가로바(130)가 좌측 또는 우측으로 움직이면 기어의 톱니가 서로 맞물려서 센서바(150)가 하방향으로 세워지거나 측면으로 접히도록 구성된다. 그 외의 구성은 전술하여 설명한 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 구동단(153)과 수평단(155)의 구성은 이상에서 설명한 2가치 형태 외에도 가로바(130)가 좌우측으로 이동할 때 센서바(150)가 연동하여 세워지거나 접히는 구조라면 공지의 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 수평센서유닛의 구동방법을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수평센서유닛의 구동상태를 살펴보면, 먼저 작업대(30)의 수평을 측정하기 위해서는 센서가 작업대(30) 위의 복수의 지점을 접촉하면서 측정하여야 한다. 그러기 위해서는 수평센서(170)가 구비되어 있는 센서바(150)가 작업대(30) 방향으로 펼쳐져야 한다. 이때, 수평센서(170)가 작업대(30)의 표면을 접촉하면서 높이를 측정하기 위해서는 최소한 노즐보다는 돌출되도록 구비되어야 하고, 수평센서(170)의 역할이 끝난 후에는 노즐의 작업을 방해하지 않도록 하기 위하여 상기 작업대(30)는 최소한 노즐보다는 작업대(30)로부터 멀리 떨어져야 한다. 따라서 센서바(150)가 접히도록 구비되는 것이 바람직하다.

먼저 센서바(150)를 펼치기 위해서 좌우방향으로 움직이는 X축유닛(70)을 따라 수평센서유닛을 좌측으로 이동시켜서 가로바(130)가 기준블록(200)에 부딪히도록 한다. 가로바(130)가 기준블록(200)에 부딪히면 상기 가로바(130)가 우측으로 슬라이딩 이동을 하게 되고, 가로바(130)가 이동하면 수평단(155)에 맞물려 있는 구동단(153)이 회전하면서 센서바(150)가 작업대(30) 방향으로 세워지게 된다. 이때 센서바(150)에는 수평단(155)이 구비되어 상기 센서바(150)가 일정수준 이상으로 회전하는 것을 방지하는데, 센서바(150)는 전술하여 설명한 바와 같이 작업대(30)에 대하여 수직이 되도록 하여 상기 센서바(150)의 타단에 구비된 수평센서(170)가 작업대(30) 방향이 되도록 한다. 그런 후에 수평센서(170)를 이동시키면서 작업대(30) 상부면의 복수지점을 측정한 후에, 수평에 이상이 있는 경우에는 상기 Z축유닛을 이용하여 오차를 보정하면서 작업을 할 수 있도록 한다.

한편, 작업대(30) 수평보정이 완료된 후에는 다시 센서바(150)가 구비된 노즐유닛(50)을 기준블록(200)으로 이동시킨다. 이때, 가로바(130)를 좌측으로 이동시켜 센서바(150)를 접기 위해서는 노즐유닛(50)을 우측으로 이동시켜 우측에 구비된 기준블록(200)에 부딪히도록 한다.

상기와 같은 방법을 통하여 센서바(150)를 펼치거나 접으면서 수평센서(170)를 이용하여 작업대(30)의 수평을 측정하게 되는데, 이때 가로바(130)의 이동방향에 따른 센서바(150)의 움직임은 전술하여 설명한 방향과 반대방향이 되도록 구성할 수 있음은 당연하다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 센서베이스
130: 가로바
150: 센서바
153: 구동단
155: 수평단
170: 수평센서
190: 가압탄성부
200: 기준블록

Claims

프레임과, 상기 프레임에 구비되는 작업대와, 상기 작업대에 성형재를 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 노즐유닛과, 상기 노즐유닛을 좌우방향으로 이동시키는 X축유닛과, 상기 노즐유닛을 전후방향으로 이동시키는 Y축유닛과, 상기 노즐유닛을 상하방향으로 이동시키는 Z축유닛을 포함하여 구성되되,
상기 노즐유닛에는 수평센서유닛이 더 구비되며, 상기 수평센서유닛은 수평가이드가 형성되어 있는 센서베이스와, 상기 수평가이드에 좌우방향으로 유동하도록 결합되는 가로바와, 상기 가로바가 좌우로 움직임에 따라 상기 가로바에 대하여 하방향으로 직립하거나 수평방향으로 접히도록 구비되는 센서바 및 상기 센서바의 타측 끝단에 구비되는 수평센서를 포함하여 구성되는 수평측정센서유닛이 구비된 3D프린터.
청구항 1에 있어서,
상기 센서바는 일측이 상기 센서베이스의 하부에 회동할 수 있도록 결합되고, 일단에는 구동단과 수평단이 구비되어 있으며, 상기 가로바의 하부면으로 상기 센서바의 구동부에 대응되는 위치에는 상기 구동단을 회동하는 구동면이 형성되어 상기 가로바가 좌우방향으로 이동하면 상기 구동면이 상기 구동단을 좌우로 밀어서 구동하도록 하는 수평측정센서유닛이 구비된 3D 프린터.
청구항 2에 있어서,
상기 센서바와 상기 센서베이스의 결합부에는 상기 센서바를 가압하는 가압탄성부가 더 구비되어 있는 수평측정센서유닛이 구비된 3D 프린터.
청구항 2에 있어서,
상기 가로바의 좌우측에는 기준블록이 더 구비되어 있는 수평측정센서유닛이 구비된 3D 프린터.