KR20160118606A - 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 - Google Patents

삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 Download PDF

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KR20160118606A
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최두원
문주영
도현옥
박현호
이재설
김원석
박정환
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(주)하이비젼시스템
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

개시된 기술은 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 관한 것으로서, 밀폐 구조를 갖는 필라멘트 용융 압출형 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 있어서, 필라멘트를 용융하여 압출하는 노즐부; 상기 노즐부로부터 압출된 필라멘트에 의한 3차원 조형물이 형성될 수 있도록 배치된 조형판부; 상기 노즐부에 상기 필라멘트를 공급하는 원료 공급부; 상기 노즐부, 상기 조형판부 및 상기 원료 공급부가 장착된 상기 밀폐 구조 내에 냉각 기류 및 열을 가하는 온도 조정부; 및 상기 온도 조정부를 제어하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 상기 온도 조정부로 출력하는 제어부를 포함하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 제공한다.

Description

삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치{APPARATUS FOR MAINTAINING AN INDOOR TEMPERATURE OF 3D PRINTER}
본 발명은 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 삼차원 프린터 출력물의 품질을 확보하기 위하여 출력물 주위의 온도를 최적의 범위 내에 유지시키는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 관한 것이다.
3D(Dimensional) 구조물을 형성하는 기술에는 열가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 '광경화성 수지'가 담긴 수조(Vat) 안에 레이저 빔을 투사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층(Layer) 씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의 '광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)'에 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질(바인더)을 분말 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식 등 다양한 방식이 있다.
이 가운데 열가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식은 하나의 동일한 액화 원료(플라스틱, 왁스, 금속 등)를 지정(목표)된 범위에 적층시켜 입체 구조물을 완성 시킨다. FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling)로 불리는 이러한 기술 방식에서는, 롤러의 회전에 의해 필라멘트 상태의 열가소성 원료가 노즐로 공급되고, 노즐 가열부에 의해 원료가 녹아 압출된다.
그러나 노즐 가열부의 열은 원료 공급부 및 생성된 출력물에 전달되어 노즐에서 압출되는 원료의 양이 일정하지 않게 되는 문제가 발생시키며, 또한 출력물의 품질을 저하시킨다.
도 1은 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 방식으로서, 원료 공급부 및 출력물에 인접하게 배치된 냉각용 팬을 사용하여 원료 공급부 및 출력물의 온도를 낮춘다.
구체적으로, 원료 공급부(12)는 노즐부(11)로 원료인 필라멘트를 공급한다. 일 실시예에 따르면 원료 공급부(12)는 롤러 회전을 통에 필라멘트를 노즐부(11)로 이동시킨다.
노즐부(11)는 열가소성 수지로 이루어진 필라멘트를 용융하여 출력한다.
생성된 출력물의 고온 상태가 유지되면 출력물에 변형이 생길 수 있으므로 노즐 인근의 냉각팬으로 부터 출력물을 냉각시킨다.
또한 노즐부(11)에서 발생된 열이 원료 공급부(12)로 전도 되면 노즐부(11)로 이동되는 필라멘트의 균일도가 낮아진다. 따라서 종래 기술에서는 냉각팬을 이용하여 원료 공급부(12) 및 노즐부(11)에 찬 공기를 공급하였다. 그러나 냉각팬만으로 삼차원 프린터 내부의 온도를 최적의 범위 내로 유지하기 어려운 단점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 한계를 해결하기 위해 제시된 것으로서, 밀폐 구조로 설계하는 동시에 내부 온도를 최적의 상태로 제어함으로써 출력물의 품질을 향상시키는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제1 특징은 밀폐 구조를 갖는 필라멘트 용융 압출형 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 있어서, 필라멘트를 용융하여 압출하는 노즐부; 상기 노즐부로부터 압출된 필라멘트에 의한 3차원 조형물이 형성될 수 있도록 배치된 조형판부; 상기 노즐부에 상기 필라멘트를 공급하는 원료 공급부; 상기 노즐부, 상기 조형판부 및 상기 원료 공급부가 장착된 상기 밀폐 구조 내에 냉각 기류 및 열을 가하는 온도 조정부; 및 상기 온도 조정부를 제어하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 상기 온도 조정부로 출력하는 제어부를 포함하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 제공한다.
이 때, 상기 밀폐 구조인 용기는 플라스틱 재질인 외벽과 단열재인 내벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제어부는, 상기 밀폐 구조 내 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 온도 측정부에서 측정한 측정 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조정 온도를 입력받는 사용자 입출력부; 및 상기 사용자 입출력부를 통하여 상기 조정 온도를 입력받고, 상기 온도 측정부에서 입력받은 상기 측정 온도 및 상기 조정 온도에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 처리부를 포함한다.
또한, 상기 온도 조정부는, 상기 조형판부 하부에 형성되어, 상기 제어 신호에 따라 상기 조형판부의 온도를 상승시키는 발열 기판부; 및 상기 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 상기 밀폐 구조 내 온도를 하강시키는 외기 송풍부를 포함한다.
한편, 상기 온도 조정부는, 상기 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 가열한 후 상기 밀폐 구조에 공급하는 발열 송풍부를 더 포함한다.
또한, 상기 온도 조정부는, 상기 제어 신호에 따라 상기 밀폐 구조 내 내부 공기를 순환하여 상기 밀폐 구조 내 전체 공기 온도를 일정하게 유지하는 순환 송풍부를 더 포함한다.
한편, 상기 제어부는, 상기 조형판부의 온도를 측정하는 조형판 온도 측정부; 상기 조형판 온도 측정부에서 측정한 조형판 측정 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조형판 조정 온도를 입력받는 조형판 온도 입출력부; 및 상기 조형판 온도 입출력부를 통하여 상기 조형판 조정 온도를 입력받고, 상기 조형판 온도 측정부에서 입력받은 상기 조형판 측정 온도 및 상기 조형판 조정 온도에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 조형판 처리부를 더 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 필라멘트가 폴리유산인 경우 제1 모드 상태로 전환하고, 상기 필라멘트가 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌인 경우 제2 모드 상태로 전환하는 모드 전환부; 및 상기 모드 전환부를 통하여 획득한 모드 상태가 상기 제1 모드 상태임에 따라 상기 밀폐 구조 내 온도를 상온으로 조정하고, 상기 모드 상태가 상기 제2 모드 상태임에 따라 상기 밀폐 구조 내 온도를 섭씨 40도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하는 상기 제어 신호를 생성하는 자동 온도 처리부를 더 포함한다.
한편, 상기 제어부는, 상기 모드 전환부를 통하여 획득한 모드 상태가 상기 제1 모드 상태임에 따라 상기 조형판부의 온도를 섭씨 50도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하고, 상기 모드 상태가 상기 제2 모드 상태임에 따라 상기 조형판부의 온도를 섭씨 110도 이상 120도 이하의 범위 내로 조정하는 상기 제어 신호를 생성하는 조형판 자동 온도 처리부를 더 포함한다.
개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 의하면, 밀폐 구조로 설계하는 동시에 내부 온도를 최적의 상태로 제어할 수 있다. 따라서 출력물의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터 용기의 외벽을 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터 용기의 내벽을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부를 상세하게 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 온도 조정부를 상세하게 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부를 상세하게 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부를 상세하게 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치의 사용자 입출력부를 나타내는 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
'제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명은 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 삼차원 프린터 출력물의 품질을 확보하기 위하여 출력물 주위의 온도를 최적의 범위 내에 유지시키는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치를 설명하는 도면이다. 도 2에 의하면 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치는, 노즐부(110), 조형판부(120), 원료공급부(130), 온도 조정부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
노즐부(110)는, 3차원 프린터의 밀폐 구조(100) 내에 장착되고, 원료 공급부(130)로부터 공급받은 필라멘트를 용융하여 압출한다. 여기서, 필라멘트는 PLA(PolyLactic Acid, 폴리유산) 또는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌)인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 밀폐 구조(100) 내 온도의 상승은 주로 노즐부(110)의 가열화에 기인한 경우가 많다.
또한, 조형판부(120)(Bed)는, 노즐부(110)로부터 압출된 필라멘트에 의한 3차원 조형물이 형성될 수 있도록 배치된다. 여기서, 3차원 프린터 출력물의 품질을 보장하기 위해서는 필라멘트가 조형판부(120)에 잘 부착되는 것이 중요한 바, 필라멘트가 PLA인 경우 필라멘트가 조형판부(120)에 잘 부착되기 위한 조형판부(120)의 바람직한 온도는 50 ~ 60 ℃이며, 필라멘트가 ABS인 경우 필라멘트가 조형판부(120)에 잘 부착되기 위한 조형판부(120)의 바람직한 온도는 110 ~ 120 ℃이다.
한편, 원료공급부(130)는, 노즐부(110)에 필라멘트를 공급한다.
또한, 온도 조정부(200)는, 제어부(300)로부터 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 따라 구동되어 노즐부(110), 조형판부(120) 및 원료 공급부(130)가 장착된 밀폐 구조(100) 내에 냉각 기류 및 열을 가한다.
한편, 제어부(300)는, 밀폐 구조(100) 내의 온도를 일정하게 유지하는 방향으로 온도 조정부(200)를 제어하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 온도 조정부(200)로 출력한다. 즉, 제어부(300)는, 밀폐 구조(100) 내의 온도를 입력받아 바람직한 온도의 범위인지 판단하고, 밀폐 구조(100) 내의 온도가 바람직한 온도의 범위의 상한 보다 높은 경우에는 내부 온도를 하강시키는 방향으로 온도 조정부(200)를 구동하는 제어 신호를 생성하며, 밀폐 구조(100) 내의 온도가 바람직한 온도의 범위의 하한 보다 낮은 경우에는 내부 온도를 상승시키는 방향으로 온도 조정부(200)를 구동하는 제어 신호를 생성하게 된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터 용기의 외벽을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터 용기의 내벽을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 의하면, 밀폐 구조인 용기는 플라스틱 재질인 외벽(410)과 단열재인 내벽(420)으로 구성된다. 즉, 외부 공기에 접하는 부분은 플라스틱 재질인 용기를 적용하여 밀폐 구조(100) 내의 열이 외부로 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 한편, 밀폐 구조(100)의 내부 공기에 접하는 부분은 단열재를 적용하여 외부 공기가 직접 출력물에 전달되지 않도록 하여 출력물의 품질 저하를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부(300)를 상세하게 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치의 사용자 입출력부(320)의 사용자용 출력 수단을 나타내는 도면으로, 도 4 및 도 8에 의하면, 제어부(300)는, 온도측정부(310), 사용자 입출력부(320) 및 처리부(330)를 포함한다.
온도 측정부(310)는, 밀폐 구조 내 온도를 측정한다. 여기서, 온도 측정부(310)는, 온도 측정 시 사용되는 온도 센서로, 밀폐 구조인 챔버(Chamber) 전체의 온도를 측정하는 온도 센서 뿐만 아니라 노즐부(110) 및 조형판부(120)에 각각 배치되어 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
또한, 사용자 입출력부(320)는, 온도 측정부(310)에서 측정한 온도를 입력받아 측정된 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조정 온도를 입력받는다. 즉, 사용자 입출력부(320)는, 사용자가 필라멘트의 종류에 따라 설정한 조정 온도를 입력받는 기능 외에도 사용자에게 현재의 밀폐 구조 내 온도 값을 알려주는 기능(320a)을 제공함으로써 사용자 편의성을 높일 수 있다.
한편, 처리부(330)는, 사용자 입출력부(320)를 통하여 조정 온도를 입력받고, 온도 측정부(310)에서 입력받은 측정 온도 및 조정 온도에 따라 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 온도 조정부(200)로 출력한다. 즉, 처리부(330)는, 온도 측정부(310)에서 입력받은 측정 온도와 사용자 입출력부(320)에서 입력받은 조정 온도를 비교하고, 측정 온도가 높은 경우에는, 외기 송풍부(220)의 후면 송풍기(Rear fan)를 작동시키는 제어 신호를 생성함으로써 외기를 제품 내부로 공급하여 온도를 낮추게 된다. 반면, 처리부(330)는, 상술한 바와 같은 측정 온도와 조정 온도의 비교 결과, 조정 온도가 높은 경우에는, 첫째로, 조형판부(120) 하부에 위치한 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성함으로써 조형판부(120) 주위 공기의 온도를 증가시키고, 둘째로, 발열 송풍부(230)를 구동하는 제어 신호를 생성함으로써 내부 온도를 전체적으로 증가시킬 수 있다. 이 때, 처리부(330)는, 상술한 바와 같이 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성 및 출력하는 경우에, 순환 송풍부(240)를 구동시키는 제어 신호도 동시에 생성 및 출력함으로써 밀폐 구조 내에 전체적으로 일정한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 한편, 처리부(330)는, 주로 측정 온도가 매우 낮아 발열 기판부(210) 만으로 내부 온도를 올리기 힘들거나, 사용자가 설정한 조정 온도 값이 높아 출력 대기 시간이 길어질 경우 발열 송풍부(230)를 구동하는 제어 신호를 생성하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 온도 조정부(200)를 상세하게 설명하는 도면이다. 도 5에 의하면 온도 조정부(200)는 발열 기판부(210), 외기 송풍부(220), 발열 송풍부(230) 및 순환 송풍부(240)를 포함한다.
발열 기판부(210)는, 조형판부(120) 하부에 형성되어, 제어부(300) 내 처리부(330)로부터 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 따라 조형판부(120)의 온도를 상승시킨다. 여기서, 발열 기판부(210)는, 제어부(300)로부터 전기를 인가하는 신호인 제어 신호를 입력받아 발열 가능한 발열 기판(Printed Circuit Board, PCB)로 구현되는 것이 바람직하다. 이 때, 발열 기판부(210)는, 밀폐 구조 내 온도를 상승시키는 역할을 함과 동시에 조형판부(120)에 필라멘트 출력물이 잘 붙을 수 있는 온도를 유지하는 역할을 한다.
한편, 외기 송풍부(220)는, 제어부(300) 내 처리부(330)로부터 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 밀폐 구조 내 온도를 하강시킨다. 즉, 외기 송풍부(220)는, 밀폐 구조 용기의 외부에 위치한 통풍 가능 커버(Cover) 내 장착된 후면 송풍기(Rear fan)를 포함하고, 온도 하강용 제어 신호를 입력받은 경우, 후면 송풍기(Rear fan)가 회전되도록 구동시켜 외기를 밀폐 구조 내부로 공급함으로써 온도를 낮추게 된다.
또한, 발열 송풍부(230)는, 제어부(300) 내 처리부(330)로부터 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 가열한 후 밀폐 구조에 공급한다. 여기서, 발열 송풍부(230)는, 밀폐 구조 용기의 외부에 위치한 통풍 가능 커버, 커버 내에 위치한 송풍기, 히터(Heater) 및 밀폐 구조의 내부와 통풍 가능한 경로를 제공하는 가이드 통로로 구성될 수 있으며, 제어 신호에 의하여 구동을 지시받은 경우에 송풍기를 회전시켜 외부 공기를 히터로 공급하고 가이드 통로를 통하여 히터로 가열된 공기가 제품 내부로 진입할 수 있도록 한다.
한편, 순환 송풍부(240)는, 제어부(300) 내 처리부(330)로부터 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호에 따라 밀폐 구조 내 내부 공기를 순환하여 밀폐 구조 내 전체 공기 온도를 일정하게 유지하는 역할을 한다. 즉, 순환 송풍부(240)는, 발열 기판부(210)의 발열 기판이 조형판부(120) 부근의 온도만 국지적으로 증가시키는 것을 방지하기 위하여 조형판부(120) 부근의 공기를 끌어들여 밀폐 구조 상부로 순환시킴으로써 밀폐 구조 내에 전체적으로 일정한 온도를 유지할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부(300)를 상세하게 설명하는 도면이다. 도 6에 의하면 제어부(300)는, 조형판 온도 측정부(311), 조형판 온도 입출력부(321) 및 조형판 처리부(322)를 더 포함할 수 있다.
조형판 온도 측정부(311)는, 조형판부(120)의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 조형판 온도 입출력부(321) 및 조형판 처리부(331)로 출력한다. 즉, 조형판 온도 측정부(311)는, 조형판부(120) 부근에 배치된 온도 센서일 수 있으며, 조형판부(120)의 온도를 측정하여 조형판 온도 입출력부(321)에 장착된 출력 수단(예를 들면, 액정 표시 패널)을 통하여 사용자에게 측정된 온도 값을 표시할 수 있다.
또한, 조형판 온도 입출력부(321)는, 조형판 온도 측정부(311)에서 측정한 조형판 측정 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조형판 조정 온도를 입력받는다. 즉, 조형판 온도 입출력부(321)는, 사용자가 필라멘트의 종류에 따라 조형판부(120)에 잘 붙도록 설정한 조정 온도를 입력받는 기능 외에도 사용자에게 현재 조형판부(120)의 온도 값을 알려주는 기능을 제공함으로써 사용자 편의성을 높일 수 있다.
한편, 조형판 처리부(331)는, 조형판 온도 입출력부(321)를 통하여 조형판 조정 온도를 입력받고, 조형판 온도 측정부(311)에서 입력받은 조형판 측정 온도 및 조형판 온도 입출력부(321)에서 입력받은 조형판 조정 온도에 따라 상기 제어 신호를 생성한다. 즉, 조형판 처리부(331)는, 조형판 온도 측정부(311)에서 입력받은 측정 온도와 조형판 온도 입출력부(321)에서 입력받은 조정 온도를 비교하고, 조정 온도가 높은 경우에는, 조형판부(120) 하부에 위치한 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성함으로써 조형판부(120) 주위 공기의 온도를 증가시키고, 이 때, 도 4의 설명에서 상술한 바와 같이 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성 및 출력하는 경우에, 순환 송풍부(240)를 구동시키는 제어 신호도 동시에 생성 및 출력함으로써 밀폐 구조 내에 전체적으로 일정한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 한편, 조형판 처리부(331)는, 조형판 온도 측정부(311)에서 입력받은 측정 온도와 조형판 온도 입출력부(321)에서 입력받은 조정 온도를 비교하고, 측정 온도가 높은 경우에는, 외기 송풍부(220)의 후면 송풍기(Rear fan)를 작동시키는 제어 신호를 생성함으로써(도시되지 않음) 외기를 제품 내부로 공급하여 온도를 낮출 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치 내 제어부(300)를 상세하게 설명하는 도면이다. 도 7에 의하면, 제어부(300)는, 모드 전환부(322), 자동 온도 처리부(332) 및 조형판 자동 온도 처리부(333)를 더 포함할 수 있다.
모드 전환부(322)는, 필라멘트가 PLA인 경우 제1 모드 상태로 전환하고, 필라멘트가 ABS인 경우 제2 모드 상태로 전환한다. 이 때, 모드 전환부(322)는, 필라멘트의 종류를 자동으로 감지하여 제1 모드 상태 또는 제2 모드 상태로 전환할 수도 있고, 사용자 입출력부(320) 또는 조형판 온도 입출력부(321)를 통하여(도시되지 않음) 사용자로부터 필라멘트 종류에 대한 설정 값을 입력받아 제1 모드 상태 또는 제2 모드 상태로 전환할 수도 있다.
또한, 자동 온도 처리부(332)는, 모드 전환부(322)를 통하여 획득한 모드 상태가 제1 모드 상태임에 따라 밀폐 구조 내 온도를 상온(20±5℃)으로 조정하고, 모드 상태가 제2 모드 상태임에 따라 밀폐 구조 내 온도를 섭씨 40도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 온도 조정부(200)로 출력한다. 즉, 자동 온도 처리부(332)는, 온도 측정부(310)(도시되지 않음)에서 입력받은 측정 온도와 필라멘트 별 적정 온도(PLA의 경우 상온, ABS의 경우 40 ~ 60℃)를 비교하고, 측정 온도가 높은 경우에는, 외기 송풍부(220)의 후면 송풍기(Rear fan)를 작동시키는 제어 신호를 생성함으로써 외기를 제품 내부로 공급하여 온도를 낮추게 된다. 반면, 자동 온도 처리부(332)는, 상술한 바와 같은 측정 온도와 적정 온도의 비교 결과, 적정 온도가 높은 경우에는, 첫째로, 조형판부(120) 하부에 위치한 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성함으로써 조형판부(120)(도시되지 않음) 주위 공기의 온도를 증가시키고, 둘째로, 발열 송풍부(230)를 구동하는 제어 신호를 생성함으로써 내부 온도를 전체적으로 증가시킬 수 있다. 이 때, 자동 온도 처리부(332)는, 상술한 바와 같이 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성 및 출력하는 경우에, 순환 송풍부(240)를 구동시키는 제어 신호도 동시에 생성 및 출력함으로써 밀폐 구조 내에 전체적으로 일정한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 한편, 자동 온도 처리부(332)는, 주로 측정 온도가 매우 낮아서 발열 기판부(210) 만으로 내부 온도를 올리기 힘들거나, 적정 온도 값이 측정 온도 대비 비교적 높아서 출력 대기 시간이 길어질 경우 발열 송풍부(230)를 구동하는 제어 신호를 생성하게 된다.
한편, 조형판 자동 온도 처리부(333)는, 모드 전환부(322)를 통하여 획득한 모드 상태가 제1 모드 상태임에 따라 조형판부(120)의 온도를 섭씨 50도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하고 모드 상태가 제2 모드 상태임에 따라 조형판부(120)의 온도를 섭씨 110도 이상 120도 이하의 범위 내로 조정하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 온도 조정부(200)로 출력한다. 즉, 조형판 자동 온도 처리부(333)는, 조형판 온도 측정부(311)(도시되지 않음)에서 입력받은 측정 온도와 필라멘트 별 적정 온도(PLA의 경우 50 ~ 60℃, ABS의 경우 110 ~ 120℃)를 비교하고, 적정 온도가 높은 경우에는, 조형판부(120) 하부에 위치한 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성함으로써 조형판부(120) 주위 공기의 온도를 증가시키고, 이 때, 발열 기판부(210)에 전기를 인가하는 제어 신호를 생성 및 출력하는 경우에, 순환 송풍부(240)를 구동시키는 제어 신호도 동시에 생성 및 출력함으로써 밀폐 구조 내에 전체적으로 일정한 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 한편, 조형판 처리부(331)는, 조형판 온도 측정부(311)에서 입력받은 측정 온도와 필라멘트 별 적정 온도를 비교하고, 측정 온도가 높은 경우에는, 외기 송풍부(220)의 후면 송풍기(Rear fan)를 작동시키는 제어 신호를 생성함으로써 외기를 제품 내부로 공급하여 온도를 낮출 수도 있다.
이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
11: 노즐부
12: 원료 공급부
100: 밀폐 구조
110: 노즐부
120: 조형판부
130: 원료 공급부
200: 온도 조정부
210: 발열 기판부
220: 외기 송풍부
230: 발열 송풍부
240: 순환 송풍부
300: 제어부
310: 온도 측정부
311: 조형판 온도 측정부
320, 320a: 사용자 입출력부
321: 조형판 온도 입출력부
322: 모드 전환부
330: 처리부
331: 조형판 처리부
332: 자동 온도 처리부
333: 조형판 자동 온도 처리부
410: 외벽
420: 내벽

Claims (9)

  1. 밀폐 구조를 갖는 필라멘트 용융 압출형 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치에 있어서,
    필라멘트를 용융하여 압출하는 노즐부;
    상기 노즐부로부터 압출된 필라멘트에 의한 3차원 조형물이 형성될 수 있도록 배치된 조형판부;
    상기 노즐부에 상기 필라멘트를 공급하는 원료 공급부;
    상기 노즐부, 상기 조형판부 및 상기 원료 공급부가 장착된 상기 밀폐 구조 내에 냉각 기류 및 열을 가하는 온도 조정부; 및
    상기 온도 조정부를 제어하는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 상기 온도 조정부로 출력하는 제어부를 포함하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀폐 구조인 용기는 플라스틱 재질인 외벽과 단열재인 내벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밀폐 구조 내 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 온도 측정부에서 측정한 측정 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조정 온도를 입력받는 사용자 입출력부; 및
    상기 사용자 입출력부를 통하여 상기 조정 온도를 입력받고, 상기 온도 측정부에서 입력받은 상기 측정 온도 및 상기 조정 온도에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 온도 조정부는,
    상기 조형판부 하부에 형성되어, 상기 제어 신호에 따라 상기 조형판부의 온도를 상승시키는 발열 기판부; 및
    상기 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 상기 밀폐 구조 내 온도를 하강시키는 외기 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 조정부는,
    상기 제어 신호에 따라 외부 공기를 유입하여 가열한 후 상기 밀폐 구조에 공급하는 발열 송풍부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 온도 조정부는,
    상기 제어 신호에 따라 상기 밀폐 구조 내 내부 공기를 순환하여 상기 밀폐 구조 내 전체 공기 온도를 일정하게 유지하는 순환 송풍부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조형판부의 온도를 측정하는 조형판 온도 측정부;
    상기 조형판 온도 측정부에서 측정한 조형판 측정 온도를 출력 수단을 통하여 표시하고, 입력 수단을 통하여 조형판 조정 온도를 입력받는 조형판 온도 입출력부; 및
    상기 조형판 온도 입출력부를 통하여 상기 조형판 조정 온도를 입력받고, 상기 조형판 온도 측정부에서 입력받은 상기 조형판 측정 온도 및 상기 조형판 조정 온도에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 조형판 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 필라멘트가 폴리유산인 경우 제1 모드 상태로 전환하고, 상기 필라멘트가 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌인 경우 제2 모드 상태로 전환하는 모드 전환부; 및
    상기 모드 전환부를 통하여 획득한 모드 상태가 상기 제1 모드 상태임에 따라 상기 밀폐 구조 내 온도를 상온으로 조정하고, 상기 모드 상태가 상기 제2 모드 상태임에 따라 상기 밀폐 구조 내 온도를 섭씨 40도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하는 상기 제어 신호를 생성하는 자동 온도 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모드 전환부를 통하여 획득한 모드 상태가 상기 제1 모드 상태임에 따라 상기 조형판부의 온도를 섭씨 50도 이상 60도 이하의 범위 내로 조정하고 상기 모드 상태가 상기 제2 모드 상태임에 따라 상기 조형판부의 온도를 섭씨 110도 이상 120도 이하의 범위 내로 조정하는 상기 제어 신호를 생성하는 조형판 자동 온도 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 프린터의 내부 온도 유지 장치.
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