KR20160128004A - 형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3d 입체물 제조 로봇 - Google Patents

Abstract

형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇이 개시된다. 본 발명에 따른 제조 로봇은, 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛, 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛 및 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛을 포함한다. 이에 의하여, 원재료의 텐션을 적응적으로 조절할 수 있고, 3D 입체물 제조 로봇의 내부를 이동하는 원재료의 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 헤드 유닛의 정교한 회전 운동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 헤드 유닛의 회전은 토우의 회전을 수반하지 않는다. 즉, 휠 어셈블리는 헤드 유닛의 회전을 제어하고, 헤드 유닛의 내부를 통과하는 토우는 회전 없이 밖으로 배출될 수 있게 된다.

Description

형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3D 입체물 제조 로봇{THREE-DIMENSIONAL PRODUCT MANUFACTURING ROBOT FOR PLASTIC FORMABLE MATERIALS}

본 발명은 형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3D 입체물 제조 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다축 자유 회전이 가능하고, 형성 가능한 플라스틱 재료의 텐션 및 온도 조절이 가능한, 3D 입체물 제조 로봇에 관한 것이다.

최근, 플라스틱 복합소재를 이용하여 강도와 내구성을 보강하기 위한 내부 보강재(reinforcement)를 제조하는 기술이 이용되고 있다. 적층 가공(additive manufacturing) 장치 및 폴리머/복합재의 내부 보강재와 같은 내부 골격 제조 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이를 이용하면, 경량 복합 소재 입체물의 원재료 사용량은 줄이면서도 기계적 성능을 높일 수 있다는 점에서 3D 프린팅이나 3D 몰딩이 각광받고 있다. 특히, 적층 가공 속도도 개선되어 자동화 공정의 일부로서 기능할 수 있게 되었다.

적층 가공 기술은 자동차 부품 시장뿐만 아니라, 항공기, 전자부품, 가전제품(consumer electronics), 스포츠 용품(sporting goods), 건축소재 등 다양한 분야로 확장될 수 있다는 점에서 잠재적 가치가 매우 높다. 하지만, 비용면에서 효율적인 방식으로 정교한 골격 구조를 제조하기 위해서는 더욱 많은 연구개발이 이루어져야 한다.

특히, 내부 골격을 제조하는 적층 가공 장치는, 가늘고 길게 이어진 스트랜드의 원재료를 사용하는데, 이 원재료는 대부분 쉽게 굳어지거나(solidified) 경화되거나(cured) 열화되는(degraded) 물질로 이루어지기 때문에, 원재료가 적층 가공 장치의 내부를 통과하여 외부로 토출될 때까지 원재료가 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않도록 하기 위한 기술이 필요하다.

또한, 적층 가공 장치는 다양하고 복잡한 구조의 형상을 제조하기 위해, 자유로운 궤적 운동(예를 들어, 회전, 직선 또는 곡선 운동)을 하게 되는데, 이때, 형상적 특성 때문에, 광범위한 관절 운동을 하는 적층 가공 장치를 통과하는 동안 원재료의 텐션이 일정하게 유지되기 어렵다는 문제점이 있다.

원재료의 텐션이 너무 강하면 적층 가공 장치의 고장을 가져올 수 있고, 원재료의 텐션이 너무 약하면 원재료의 토출 속도와 위치를 제어하기가 어려워진다.

한국등록특허공보 제10-1198621호(발명의 명칭: 자동차용 플라스틱 복합재 범퍼 빔)는 본체 내부에 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 개시하고 있다. 하지만, 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 제조하는 제조 장치와 관련한 설명이 충분한 개시가 이루어지지 않았고, 위에서 언급한 문제점을 극복할만한 단서를 찾을 수 없다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 원재료인 토우(tow)의 텐션을 적응적으로 조절할 수 있는, 형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3D 입체물 제조 로봇을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제조 로봇 내부를 이동하는 토우의 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지할 수 있는, 형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3D 입체물 제조 로봇을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 한정된 거리 내에서 헤드 유닛의 정교한 회전 운동을 가능케 하는, 형성 가능한 플라스틱 재료를 위한 3D 입체물 제조 로봇을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇은, 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로, 상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛; 상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및 상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함한다.

일실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇은, 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로, 상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛;상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및 상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 소재가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하는 헤드 히터를 포함하는 헤드 유닛;을 포함한다.

일실시예에 따른 3D 입체물 제조 로봇은, 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로, 상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛; 상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및 상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함하고, 상기 헤드 유닛은, 멀티플 360도 회전을 가능하게 하는 휠 어셈블리;를 포함한다.

상기 구성에 따른 본 발명의 형성 가능한 플라스틱 재료를 활용한 3D 입체물 제조 로봇에 의하면, 원재료의 텐션을 적응적으로 조절할 수 있고, 3D 입체물 제조 로봇의 내부를 이동하는 원재료의 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지할 수 있으며, 한정된 거리 내에서 헤드 유닛의 정교한 회전 운동을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 헤드 유닛(200)의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 서플라이 유닛(400)의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서 토우의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 헤드 유닛(200)의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 헤드 유닛(200)의 회전 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 개략도이다.
도 12 내지 14는 트랜스포머 유닛(300)의 동작에 따른 헤드 유닛(200)의 회전을 나타내는 도면이다.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.

또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 헤드 유닛(200)의 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)과 헤드 서플라이 유닛(400)의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 헤드 유닛(head unit)(200), 트랜스포머 유닛(transformer unit)(300), 헤드 서플라이 유닛(head supply unit)(400) 및 바디 유닛(body unit)(500)을 포함한다.

먼저, 바디 유닛(500)은 회전 베이스(510)와 연결암(520)을 포함한다. 회전 베이스(510)는 회전축(501a)을 중심으로, 수평면상에서 회전 운동(F-F')을 한다. 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 연결되고, 연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된다.

연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400), 그리고, 연결암(520)과 회전 베이스(510)는, 피봇 힌지나 샤프트와 같이 축을 중심으로 회동 가능한 부재에 의해 연결될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

더욱 구체적으로, 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)과 회전 베이스(510)가 상호 연결된 부위의 연결축(501b)을 중심으로, 연결암(520)은 회전 운동(E-E')을 한다.

연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)은 길이방향의 부재로서, 수평면에 대한 헤드 서플라이 유닛(400)의 높이를 조절한다.

다시 말해, 연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400)이 상호 연결된 부위의 연결축(401a)을 중심으로, 헤드 서플라이 유닛(400)은 회전 운동(D-D')을 한다.

헤드 서플라이 유닛(400)은 길이방향의 축을 중심으로 회전 운동(C-C')을 한다. 이때, 헤드 서플라이 유닛(400)이 회전함에 따라, 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결되어 있는 트랜스포머 유닛(300)과 헤드 유닛(100)도 연동하여 회전하게 된다.

또한, 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 연결된다. 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 구비된 헤드 체결부(440)에 연결된다. 헤드 유닛(200)과 헤드 체결부(440)가 상호 연결된 부위의 연결축(401b)을 중심으로, 헤드 유닛(200)은 회전 운동(B-B')을 한다.

구체적으로, 헤드 유닛(200)의 회전 운동(B-B')은 후술할 트랜스포머 유닛(300)의 동작에 의해 조절된다. 즉, 헤드 유닛(200)은 트랜스포머 유닛(300)과 연결되어 있고, 상기 연결축(401b)을 중심으로 서로 마주보는 영역에 위치한 헤드 유닛(200)과 트랜스포머 유닛(300)은, 반대 방향(예를 들어, 트랜스포머 유닛(300)의 일구성이 하강하면 헤드 유닛(200)이 상승하고, 트랜스포머 유닛(300)의 일구성이 상승하면 헤드 유닛(200)이 하강)으로 수직 회전 운동(B-B')을 한다.

헤드 유닛(200)은 그의 길이 방향의 축(201a)을 중심으로, 360도 회전 운동(A-A')을 한다. 휠 어셈블리에 의하여 헤드 유닛(200)은 멀티플 360도 회전(360°, 720°…)이 가능하다. 이때, 헤드 유닛(200)에 포함된 도선들이 헤드 유닛(200)의 회전에 영향을 받지 않도록, 헤드 유닛(200)에는 스페이서가 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 다축 회전 운동을 할 수 있다. 위의 설명에서는, 6축 회전 운동이 가능한 것으로 설명했지만, 회전 베이스(510)가 결합되는, 틸팅 가능한 툴 테이블(tool table) 로봇을 포함하면, 8축 회전이 가능해진다.

즉, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 가능한 회전은 아래와 같다.

제1축 회전: 헤드 유닛(200)의 길이 방향축(201a)을 중심으로 한 회전(A-A')

제2축 회전: 트랜스포머 유닛(300)에 의해 조절되는 헤드 유닛(200)의 회전(B-B')

제3축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)의 길이방향의 축을 중심으로 한 회전(C-C')

제4축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된 연결암(520)과의 연결축(401a)을 중심으로 한 헤드 서플라이 유닛(400)의 회전(D-D')

제5축 회전: 연결암(520)에 연결된 회전 베이스(510)의 연결축(501b)을 중심으로 한 연결암(520)의 회전(E-E')

제6축 회전: 수평면에 수직인 회전축(501a)을 중심으로 한 회전 베이스(510)의 회전(F-F')

제7축 및 제8축 회전: 회전 베이스(510)와 결합되는 2축 회전 가능한 툴 테이블(미도시)의 회전

이에 따라, 형성 가능한 플라스틱 재료를 토출하는 헤드 유닛(200)의 동작을 미세하게 조작할 수 있어, 더욱 복잡하고 정교한 형상의 3D 입체물을 제조하는 것이 가능해진다.

도 4는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에서, 토우(tow)(50)의 이동 경로를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(200), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 서플라이 유닛(400)의 연결에 의한 내부 통로에 의해 토우(50)의 이동 경로가 형성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(200)으로 연결되는 토우(50)의 이동 경로를 내부에 포함하는 빌트인(built-in)구조를 갖는다.

여기서, 토우(50)란, 고분자 재료(polymer material) 또는 복합 재료(composite material)의 연속적으로 이어진 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band), 테이프(tape) 등이다. 고분자 재료로는 PLA, PE, PP, PA, ABS, PC, PET, PEI, PEEK 등의 열가소성 수지(thermoplastics) 혹은 에폭시(epoxy), 불포화 폴리에스터 수지(unsaturated polyester), PI, PUR 등의 열경화성 수지(thermosetting resins)일 수 있다. 하지만, 고분자 물질은 이에 한정되지 않는다. 또한, 보강재(reinforcing fibers)는 는 GF(glass fiber), CF(carbon fiber), NF(natural fiber), AF(aramid fiber) 등일 수 있다. 또한, 3D 입체물 제조 로봇은 직물용 실(textile yarn)이나 로빙(roving)을 위해 이용될 수도 있다.

또한, 최종 복합재 재료는 상기 고분자 재료에 섬유를 혼합한 것으로, 상기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 각종 휘스커(whisker) 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

처음에 제조 장치(100)에는 얀, 토우, 스트랜드, 밴드 또는 테이프가 주입될 수 있다. 개별적인 얀, 토우, 스트랜드, 밴드, 테이프는 오븐(oven)(수집기(collector), 히터(heater), 압축기(compactor) 등을 포함)에서 전체적으로 혹은 부분적으로 토우로 합쳐지게 된다. 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(100)은 최종적으로 토우(50)를 압밀(compaction)하고 합치는데 도움을 준다.

또한, 본 설명에 있어서는 최종적으로 제조된 입체물의 소재로서, 얀, 스트랜드, 토우, 밴드, 테이프 등을 예시했지만, 이하의 설명에서는 발명을 명확히 이해할 수 있도록 입체물의 소재를 토우로 일관하여 기재하기로 한다.

다시, 도 4를 참조하면서, 토우(50)의 이동 경로에 대해 설명하면, 토우(50)는 헤드 서플라이 유닛(400)의 유입 파이프(410)의 끝단에 구비된 유입구(430)를 통해 유입된다. 유입구(430)는 외부에 구비된 토우 공급부(미도시)로부터 토우를 공급받는다. 물론, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)이, 상기 토우 공급부(미도시)를 포함해도 무방하다.

또한, 후술하겠지만, 유입구(430)는 외부에 구비된 히터(미도시)와 연결되어 온도 조절된 공기를 공급받을 수 있다. 유입구(430)를 통해 공급된, 온도 조절된 공기는, 토우(50)가 유입구(430)에 이를 때까지 토우(50)의 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하고, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 내부를 통과하는 토우(50)의 굳어짐이나 경화 또는 열화를 방지한다.

유입구(430)를 통과한 토우(50)는 헤드 서플라이 유닛(400)의 유입 파이프(410)를 지나 트랜스포머 유닛(300)으로 진입한다.

이때, 헤드 서플라이 유닛(400)은 유입 파이프(410)의 내부에 헤드 서플라이 히터(420)를 구비하고 있기 때문에, 길이 방향의 유입 파이프(410)를 지나는 동안, 토우(50)는 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않은 상태로 트랜스포머 유닛(300)까지 이동을 계속하게 된다.

이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러를 구비하며, 상기 복수의 롤러는 토우(50)의 이동을 가이드한다. 헤드 서플라이 유닛(400)을 지나 트랜스포머 유닛(300)에 진입한 토우(50)는, 각각의 롤러와 접촉하면서 진행 방향을 변경한다. 다시 말해, 토우(50)의 진행 경로는 복수의 롤러의 구조나 배치에 의해 정의된다.

한편, 헤드 유닛(200)을 회전시키는 트랜스포머 유닛(300)은, 헤드 유닛(200)의 회전을 조절하면서, 복수의 롤러의 배치가 변하게 된다. 이에 따라, 토우(50)의 진행 방향이 달라지게 되며, 토우(50)의 텐션도 영향을 받게 된다.

다만, 복수의 롤러 중 적어도 하나는, 토우(50)가 진행하면서 변할 수 있는 토우(50)의 텐션을 일정하게 유지할 수 있게 설계되어 있다. 구체적으로, 상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 토우(50)의 텐션 유지용 롤러에 해당한다. 텐션 유지용 롤러를 제외한 나머지 복수의 롤러는, 토우(50)의 진행을 가이드하는 동시에, 헤드 유닛(200)의 회전에 관여한다. 이와 관련해서는, 도 9 내지 도 14를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

트랜스포머 유닛(300)을 통과한 토우(50)는 헤드 유닛(200)으로 진행을 계속한다. 트랜스포머 유닛(300)의 전단에는 커플링(302)이 구비되며, 상기 커플링(302)은 헤드 유닛(200)의 끝단에 위치한 커플링(252)과 연결된다. 이때, 헤드 유닛(200)의 커플링(252)과 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)은 서로 직접 연결될 수도 있고, 적절한 연결 부재에 의해 간접적으로 연결될 수 있다.

헤드 유닛(200)의 내부로 진입한 토우(50)는 헤드 유닛(200)의 헤드 파이프(212)를 통과하여 외부로 토출된다. 이때, 길이 방향의 원통형 부재인 헤드 파이프(212)는 헤드 히터(214)에 의해 둘러싸여 있다. 헤드 히터(214)는 헤드 파이프(212)를 적절한 온도 상태로 유지하여, 파이프(212)의 내부를 통과 중인 토우(50)의 굳어짐이나 경화 또는 열화를 방지하도록 구성되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 토우(50)의 굳어짐이나 경화 또는 열화를 방지하기 위하여 다수의 히터를 구비할 수 있다. 다만, 토우(50)가 3D 입체물 제조 로봇(100)으로부터 토출될 때에는 토우(50)의 온도를 정확히 조절할 필요가 있다. 이는, 토우(50)가 토출되는 기판(substrate)에 달라붙거나 굳어지는 것뿐만 아니라, 토출 위치와 토출 비율을 조절하기 위한 것이다.

이를 방지하기 위해, 헤드 유닛(200)은 외부로 토출되는 토우(50)의 온도를 조절하기 위한 온도조절 강제공기 파이프(temperature regulated forced air pipe)(246)를 구비한다. 강제공기 파이프(246)는 직간접적으로 토우(50)를 원하는 온도로 만들게 되며, 강제공기 파이프(246)에 의해 온도가 조절된 토우(50)는 유착됨 없이 헤드 유닛(200)으로부터 토출될 수 있게 된다. 이와 관련해서는, 헤드 유닛(200)과 관련한 도 5를 참조하면서 아래에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

조절된 토우(50)의 온도는, 토우(50)의 유착 없는 토출 및/또는 요구되는 토출률을 이루기 위한 온도 또는 온도 범위로 해석되면 무방하다.

본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 히터(헤드 히터(214) 또는 헤드 서플라이 히터(420))나 강제공기 파이프(246)에 의해 조절되는 특정 온도나 온도 범위에 한정되지 않는다. 즉, 토우(50)의 재료나 성질에 따라, 토우(50)의 온도를 조절(상승, 하강 또는 유지)할 수 있는 기능을 갖는 것으로 충분하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)을 구성하는 헤드 유닛(200) 및 트랜스포머 유닛(300)의 세부적인 구조와 동작에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 헤드 유닛(200)의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(200)은 헤드 파이프(212)와 헤드 히터(214)를 포함하는 헤드 바디(210), 휠 어셈블리(220), 스페이서(222), 로터리 하우징(230), 실린더 어셈블리(240), 토출구(250) 및 커플링(252)을 포함한다. 여기서, 실린더 어셈블리(240)는, 실린더 롤러(242), 실린더 롤러 브라켓(244) 및 강제공기 파이프(246)를 포함한다.

상기 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 포함되는 구성일 뿐이며, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 기능을 유지할 수 있다면, 상기 구성 외에 다른 구성이 부가되어도 무방하고, 상기 구성 중 일부가 생략되어도 무방하다.

헤드 바디(210)는 길이 방향의 원통형 헤드 파이프(212)를 포함하며, 트랜스포머 유닛(300)을 통과하여 헤드 유닛(200)으로 진입한 토우(200)의 이동을 가이드한다.

헤드 히터(214)는 헤드 파이프(212)의 전체 혹은 일부를 둘러싸며, 파이프(212)의 온도를 상승시킨다. 헤드 파이프(212)를 통과 중인 토우(50)는, 헤드 히터(214)에 의해 가열된 헤드 파이프(212) 내부를 통과하기 때문에, 굳어짐이나 경화 또는 열화가 방지된다. 이에 따라, 헤드 파이프(212) 내부에서 고착됨이 없이 외부로 부드럽게 토출된다.

휠 어셈블리(220)는 헤드 바디(210)의 소정 위치에 구비된다. 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(200)의 토출구(250)의 반대측 끝단 가까이에 구비된다.

휠 어셈블리(220)는 헤드 유닛(200)의 멀티플 360도 회전(360°,720°…)을 가능케 한다. 다시 말해, 휠 어셈블리(220)는 휠, 플랜지 및 가스켓 등으로 구성되어, 헤드 바디(210)를 회전시킨다.

이때, 헤드 유닛(200)의 내부에 마련된 내부 도선이, 헤드 바디(210)의 회전에 영향을 받을 수 있다. 이를 방지하기 위해, 헤드 유닛(200)은 로터리 하우징(230) 및 스페이서(222)를 구비할 수 있다.

즉, 로터리 하우징(230)은 내부에 적어도 하나의 스페이서(222)를 구비하며, 상기 적어도 하나의 스페이서(222)에 의해 이격된 공간에 도선들을 위치시켜, 도선에의 영향(꼬임, 단선 등) 없이 헤드 바디(210) 자체만 회전시킨다.

휠 어셈블리(220)에 의해, 헤드 유닛(200)은 길이 방향을 따르는 축(201a)을 중심으로 회전 운동(A-A')을 한다. 도 6 내지 도 8은 휠 어셈블리(220)에 의한 헤드 유닛(200)의 회전 운동을 나타낸다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(200)은 트랜스포머 유닛(300)이나 헤드 서플라이(400)의 도움없이, 휠 어셈블리(220)에 의해 멀티플 360도 회전(360°, 720°…)할 수 있게 된다. 물론, 로터리 하우징(230)과 스페이서(222)에 의해, 내부 도선은 회전에 따른 영향을 받지 않는다.

또한, 헤드 유닛(200)의 회전은 토우(50)의 회전을 수반하지 않는다. 즉, 휠 어셈블리(220)는 헤드 유닛(200)의 회전을 조절하지만, 헤드 유닛(200)의 내부를 통과하는 토우(50)는 회전하지 않고, 외부로 토출될 수 있다.

이와 같은, 헤드 유닛(200)의 회전은, 다양한 형상과 구조의 입체물을 더욱 정교하게 제조하는 데 도움을 준다.

실린더 어셈블리(240)는 헤드 바디(210)의 일부에 고정된다. 바람직하게, 실린더 어셈블리(240)는 토우(50)가 토출 되는 토출구(250)에 근접하여 위치한다.

실린더 어셈블리(240)는 내부 피스톤의 왕복 운동을 이용하여, 실린더 롤러 브라켓(244)을 직선 왕복 운동시킨다. 이에 따라, 실린더 롤러 브라켓(244)은 헤드 유닛(200)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(L-L)하게 된다.

한편, 실린더 롤러 브라켓(244)의 일단에는 실린더 롤러(242)가 구비된다. 실린더 롤러(242)는 토출 되는 토우(50)를 정교하게 가이드하는 기능을 가진다.

실린더 롤러 브라켓(244)이 직선 왕복 운동(L-L)을 하게 되면, 실린더 롤러 브라켓(244)의 일단에 구비된 실린더 롤러(242)도 직선 왕복 운동(L'-L')을 수행하게 된다.

헤드 파이프(212)를 통과하여 토출구(250)를 빠져 나온 토우(50)는 실린더 롤러(242)에 의해 가이드된다. 즉, 실린더 롤러(242)는 외부로 토출되는 토우(50)의 위치를 적절히 가이드한다.

실린더 롤러(242)가 없는 경우, 토우(50)는 중력에 의해 바로 하강하거나 토출구(250)에 유착하여, 토우(50)를 원하는 위치로 토출시키기 어려워진다. 하지만, 토우(50)의 최종 토출 이동 경로가 실린더 롤러(242)에 의해 가이드되면, 원하는 위치로의 정교한 토출이 가능하여, 형성 가능한 플라스틱 재료를 활용하여, 더욱 복잡한 형상의 3D 입체물을 제조할 수 있게 된다.

한편, 실린더 어셈블리(240)는 강제공기 파이프(246)를 구비한다. 위에서 언급했듯이, 강제공기 파이프(246)는 토출되는 토우(50)의 온도를 직간접적으로 조절한다.

실린더 어셈블리(240)에 구비된 강제공기 파이프(246)는 실린더 어셈블리(240)의 구성들, 즉, 내부 피스톤(미도시), 실린더 롤러 브라켓(244) 및 실린더 롤러(242)의 온도를 조절한다.

특히, 강제공기 파이프(246)는 일단에 접촉하고 있는 실린더 롤러(242)의 온도 및 실린더 롤러(242)에 의해 가이드되는 토우(50)의 온도를 조절한다.

더욱 상세하게는, 실린더 어셈블리(240)의 내부 피스톤 운동에 따라 실린더 롤러(242)가 전진(토우(50)의 진행 방향으로 전진)하면, 헤드 유닛(200)의 헤드 파이프(212)를 통과하여 토출구(250)를 빠져 나온 토우(50)는 실린더 롤러(242)에 접촉하면서 최종 토출 방향이 가이드된다.

이때, 강제공기 파이프(246)에 의해 조절된 온도를 가지는 실린더 롤러(242)에 접촉하면서, 토우(50)의 온도도 적절히 조절된다.

다시 설명하면, 토우(50)가 토출구(250)를 빠져나오면서 자유 낙하하지 않고, 실린더 롤러(242)에 의해 진행 경로가 가이드 되기 때문에, 토우(50)를 원하는 위치로 정교하게 토출시킬 수 있고, 강제공기 파이프(246)에 의해 온도가 조절된 토우(50)가 토출구(250)나 실린더 롤러(242)에 유착됨이 없이 부드럽게 토출될 수 있다.

이하에서는, 트랜스포머 유닛(300)의 구성 및 동작에 대해 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 좌측 분해사시도이며, 도 11은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일구성인 트랜스포머 유닛(300)의 개략도이다.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러를 포함한다. 본 실시예에서는, 총 5개의 롤러를 포함하는 것으로 상정하여 설명하지만, 이와 다른 실시예에서는 더 적은 개수의 롤러가 포함될 수 있고, 또 다른 실시예에서는 더 많은 개수의 롤러가 포함될 수도 있다.

도 9는 트랜스포머 유닛(300)의 우측 분해사시도로서, 트랜스포머 유닛(300)에 포함된 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 우측면을 세부적으로 도시하고 있다.

제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 중 적어도 2개 이상의 롤러는 와이어(327)에 의해 연결되어, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 사이의 거리를 일정하게 유지시킨다. 이에 따라, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 형성되는 토우(50)의 이동 경로를 일정한 길이로 유지할 수 있게 된다.

다시 말해, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)는 토우(50)의 이동 경로를 정의하는데, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 사이의 거리가 일정하게 유지됨에 따라, 트랜스포머 유닛(300)의 구조적 안정성이 도모되고, 트랜스포머 유닛(300)을 지나는 토우(50)의 전체 길이가 일정(constant)해진다.

본 실시예에서는, 제2 내지 제5 롤러(312 내지 315)의 우측면에 위치한 와이어 걸림부(322 내지 325)에 와이어(327)가 체결되어, 각 롤러의 길이가 일정하게 유지된다.

한편, 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 제1 내지 제6 체인(341 내지 346)은, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)의 위치 변화에 연동하여 형상이 달라질 수 있다.

본 실시예에서는, 제1 롤러(311)에 대한 제2 롤러(312)의 상대적 위치, 제2 롤러(312)에 대한 제1 롤러(311)의 상대적 위치는 일정하다. 즉, 제1 롤러(311)와 제2 롤러(312)의 서로에 대한 배치(이격 거리와 상대적 각도)는 변하지 않는다.

또한, 제3 롤러(313)에 대한 제5 롤러(315)의 상대적 위치, 제5 롤러(315)에 대한 제3 롤러(313)의 상대적 위치는 일정하다. 즉, 제3 롤러(313)와 제5 롤러(315)의 서로에 대한 배치(이격 거리와 상대적 각도)는 변하지 않는다.

이때, 제3 롤러(313)와 제5 롤러(315) 사이에 위치하는 제4 롤러(314)도, 제3 롤러(313) 및 제5 롤러(315)에 대한 상대적 위치가 일정하지만, 제4 롤러(314)는 텐션 조절용 롤러로 동작하는 경우, 소정 범위 내에서 위치가 가변적이다.

이에 따라, 제1 롤러(311) 및 제2 롤러(312)는 하나의 단위로 움직이고, 제3 롤러 내지 제5 롤러(313 내지 315)도 하나의 단위로 움직이는 것으로 설명될 수 있다.

한편, 제2 롤러(312)와 제3 롤러(313)는 연결부재(350)에 의해 연결된다.

제5 롤러(315)를 중심으로, 트랜스포머 유닛(300)의 일부가 회전하게 되면, 제3 및 제4 롤러(313,314)도 일정한 이격 거리와 상대적 각도를 유지하면서 회전하게 된다.

이에 따라, 연결부재(350)에 의해 제3 롤러(313)와 연결된 제2 롤러(312)의 위치도 변화하게 된다.

제2 롤러(312)의 위치 변화는, 일정한 이격 거리와 상대적 각도를 가지고 배치된 제1 롤러(311)의 위치변화를 수반한다.

제5 롤러(315)의 회전에 따른 제1 및 제2 롤러(311,312)의 위치 변화는, 헤드 유닛(200)의 움직임으로 연결된다. 이는 헤드 유닛(200)의 커플링(252)은 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)과 연결되어 있고, 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)은 제1 롤러(311)와 근접하여 고정되어 있기 때문이다. 즉, 트랜스포머 유닛(300)의 커플링(302)과 제1 롤러(311) 사이의 이격 거리와 배치 각도는 일정하다.

또한, 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이(400)의 헤드 체결부(440)에 연결되어 있기 때문에, 헤드 체결부(440)와 헤드 유닛(200)의 연결축(401b)을 중심으로 헤드 유닛(200)과 트랜스포머 유닛(300)의 일부(제1 롤러(311) 및 제2 롤러(312)가 위치한 영역)는 상대적인 운동을 한다.

지레의 원리로 설명하면, 헤드 체결부(440)와 헤드 유닛(200)의 연결축(401b)이 받침점, 트랜스포머 유닛(300)의 제1 롤러(311)가 위치한 영역이 힘점, 헤드 유닛(200)이 작용점이 된다.

제1 롤러(311)가 위치한 트랜스포머 유닛(300)의 영역이 상승 이동(회전)하게 되면, 헤드 유닛(200)은 하강 이동(회전)하게 되고, 제1 롤러(311)가 위치한 트랜스포머 유닛(300)의 영역이 하강 이동(회전)하게 되면, 헤드 유닛(200)이 상승 이동(회전)하게 된다.

이때, 헤드 체결부(440)의 길이는 일정하고, 헤드 유닛(100)의 동작을 제어하는 트랜스포머 유닛(300)은, 헤드 체결부(440)의 내부에 위치한다. 따라서, 본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)은, 제한된 거리(헤드 체결부(440)의 길이)에 구비되어, 헤드 유닛(200)의 이동을 도모할 수 있게 되며, 이에 따라 3D 입체물 제조 로봇(100)을 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다..

도 12 내지 도 14는 트랜스포머 유닛(300)에 의한 헤드 유닛(200)의 이동 혹은 회전을 나타낸다.

도 12는 트랜스포머 유닛(300)의 구성이 도 11의 상태에 위치한 경우를 도시한다. 이때, 헤드 유닛(200)은 수평면과 대략 평행한 방향, 즉, 헤드 서플라이(400)의 길이 방향의 연장선상에 놓이게 된다.

도 13은 제5 롤러(315)가 포함된 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역이 제5 롤러(315)를 중심으로 회전한 경우를 나타낸다.

제5 롤러(315)를 중심으로 한 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역의 회전은, 제3 롤러(313)와 제2 롤러(312)를 잇는 연결부재(350)를 상승시킨다. 이에 따라, 연결축(401b)을 기준으로 반대편에 있는 헤드 유닛(200)이 아래를 향하게 된다.

도 14는 제5 롤러(315)를 포함하는 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역이, 도 13의 반대 방향으로 회전한 경우를 나타낸다.

제5 롤러(315)를 중심으로 한 트랜스포머 유닛(300)의 일부 영역의 회전은, 제3 롤러(313)와 제2 롤러(312)를 잇는 연결부재(350)를 아래로 끌어당긴다. 이에 따라, 연결축(401b)을 기준으로 반대편에 있는 헤드 유닛(200)이 아래를 향하게 된다.

이와 같이, 트랜스포머 유닛(300)은 복수의 롤러(311 내지 315)를 이용하여, 한정된 공간에서 형상이 변형될 수 있기 때문에, 헤드 유닛(200)을 회전시킬 수 있기에, 3D 입체물 제조 로봇(100)을 컴팩트하게 만들 수 있다.

실시예에 따라 다르겠지만, 트랜스포머 유닛(300)은 헤드 유닛(200)을 160도 이상까지 자유 회전시킬 수 있다. 물론, 각 롤러(311 내지 315)의 배열 또는 헤드 체결부(440)의 길이 등에 따라, 더욱 큰 각도로 회전시키는 것도 가능하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)에 있어서, 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 적응적 텐션 조절 기능에 대해 상세히 설명한다.

여기서, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315) 중 적어도 하나의 롤러는, 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 텐션을 적응적으로 조절하는 기능을 갖는 텐션 조절용 롤러로서 기능한다.

본 실시예에서는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 적응적 텐션 조절 기능을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 롤러가 텐션 조절 기능을 수행할 수도 있고, 별도의 텐션 조절용 롤러를 더 포함해도 무방하다. 트랜스포머 유닛(300)에 구비된 각각의 롤러(311 내지 315)는 토우(50)의 이동 경로를 정의한다. 토우(50)는 유입 파이프(410)를 지나 트랜스포머 유닛(300)의 내부로 진입하여, 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드되어 헤드 유닛(200)으로 진행한다. 이때, 토우(50)는 트랜스포머 유닛(300)의 제1 내지 제5 롤러(311 내지 315)에 접촉하면서, 진행 방향이 바뀌게 된다.

이때, 복수의 롤러(311 내지 제315) 중 하나인 텐션 조절용 롤러(제4 롤러(314))는 탄성 부재(318)를 구비할 수 있다. 탄성 부재(318)에 의해 제4 롤러(314)는 소정 거리 내에서 위치 가변적이다.

제4 롤러(314)는 트랜스포머 유닛(300)의 변형이 이루어지면서 발생하는 토우(50)의 텐션 변화에 대응하여, 소정 거리 내에서 위치가 이동한다. 이에 따라, 토우(50)의 텐션이 일정하게 유지될 수 있다.

즉, 토우(50)의 텐션이 강하면, 탄성 부재(318)는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 텐션을 느슨하게 할 수 있는 위치로 이동하는 것을 허용하고, 토우(50)의 텐션이 약하면, 탄성 부재(318)는 제4 롤러(314)가 토우(50)의 텐션을 강하게 할 수 있는 위치로 이동하는 것을 허용하게 된다.

본 실시예에서는, 적응적 텐션 조절용 롤러인 제4 롤러(314)의 위치 이동을 가능하게 하는 수단으로 탄성 부재(318)를 언급했지만, 이와 다른 수단이 구비되어도 무방하다.

한편, 트랜스포머 유닛(300)은 각 롤러(311 내지 315), 와이어(327) 등의 구성을 보호하기 위한 와이어 커버(320) 및 롤러 커버(360)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는, 트랜스포머 유닛(300)의 일구성인 히터 어셈블리(370)에 대해 상세히 설명하기로 한다(도 3, 도 9 및 도 10 참조).

본 발명에 따른 트랜스포머 유닛(300)은 히터 어셈블리(370)를 포함할 수 있다. 히터 어셈블리(370)는 적절한 온도의 공기를 생성하여 트랜스포머 유닛(300)의 내부를 통과하는 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않도록 한다.

히터 어셈블리(370)에 의해 생성된 적절한 온도의 공기는, 히터 홀더(372)와 히터 가이더(377)를 통해 트랜스포머 유닛(300)의 내부로 전달된다.

구체적으로, 히터 어셈블리(370)를 통해 전달된, 적절한 온도를 가지는 공기는 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)의 이동 경로에 전달된다.

히터 어셈블리(370)는 히터 플레이트(375) 위에 탑재되어, 헤드 서플라이(400)에 탈착 가능하게 고정될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 일 구성인 트랜스포머 유닛(300)을 통과하는 토우(50)는, 이동 경로상에 공급되는 적절한 온도의 공기에 의해 조절된 온도를 유지하여 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 피할 수 있다.

토우(50)의 굳어짐이나 경화 또는 열화를 방지하는 구성은 히터 어셈블리(370) 외에도, 헤드 서플라이(400)의 유입구(430)와 연결된 외부 히터(미도시), 헤드 서플라이(400)의 헤드 서플라이 히터(420), 헤드 유닛(200)의 헤드 히터(214)가 있다. 이러한 히팅 장치들에 의해 토우(50)가 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않게 된다.

또한, 토우(50)는 헤드 유닛(200)에 구비된 강제공기 파이프(246)에 의해 온도가 조절되어 유착되지 않고 외부로 토출될 수 있게 된다.

한편, 트랜스포머 유닛(300)의 각 롤러(311 내지 315)는 모터(미도시)를 더 구비할 수 있다. 이는, 각 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드 되는 토우(50)의 토출률 및 토출 속도를 조절하는 기능을 가진다.

각각의 롤러(311 내지 315)는 개별적으로 모터가 연결될 수 있고, 사용자는 모터를 제어함으로써, 각각의 롤러(311 내지 315)의 회전 속도를 결정할 수 있다. 롤러(311 내지 315)의 회전 속도는 각각의 롤러(311 내지 315)에 의해 가이드되는 토우(50)의 이동 속도에 직접적으로 관여한다.

물론, 다른 실시예에서는, 복수의 롤러(311 내지 315) 중 일부의 롤러에만 모터가 연결될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어서, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.

100‥‥‥‥‥3D 입체물 제조 로봇 200‥‥‥‥‥‥헤드 유닛
212‥‥‥‥‥헤드 파이프 214‥‥‥‥‥‥헤드 히터
220‥‥‥‥‥휠 어셈블리 240‥‥‥‥‥‥실린더 어셈블리
242‥‥‥‥‥실린더 롤러 250‥‥‥‥‥‥토출구
300‥‥‥‥‥트랜스포머 유닛 311∼315‥‥‥‥롤러
322∼325‥‥‥와이어 걸림부 341∼346‥‥‥‥체인
350‥‥‥‥‥연결부재 370‥‥‥‥‥‥히터 어셈블리
377‥‥‥‥‥히터 가이더 400‥‥‥‥‥‥헤드 서플라이 유닛
440‥‥‥‥‥헤드 체결부 500‥‥‥‥‥‥바디 유닛
510‥‥‥‥‥회전 베이스 520‥‥‥‥‥‥연결 암

Claims (20)

1. 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로,
   상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛;
   상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및
   상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 트랜스포머 유닛은,
   상기 복수의 롤러의 배치를 변형시킴으로써, 상기 헤드 유닛의 이동 또는 회전을 제어하는, 3D 입체물 제조 로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 롤러 중 두 개의 롤러를 연결하는 연결부재;를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 트랜스포머 유닛은,
   상기 복수의 롤러 중 하나의 롤러를 중심으로 한 일부 영역의 회전에 따라, 상기 연결부재 및 상기 연결부재에 연결된 두 개의 롤러가 연동하여 이동함으로써, 상기 헤드 유닛의 회전을 조절하는, 3D 입체물 제조 로봇.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 롤러 중 적어도 하나는 상기 소재의 텐션 변화에 대응하여 위치 가변적인 텐션 조절용 롤러인, 3D 입체물 제조 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 텐션 조절용 롤러는,
   소정 범위 내에서 이동을 가능하게 하는 탄성 부재를 구비하는, 3D 입체물 제조 로봇.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 롤러에 의해 가이드되는 상기 소재는, 상기 복수의 롤러의 위치가 변화하는 동안에도 일정한 길이를 유지하는, 3D 입체물 제조 로봇.
8. 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로,
   상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛;
   상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및
   상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 소재가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하는 헤드 히터를 포함하는 헤드 유닛;을 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
9. 제8항에 있어서,
   상기 헤드 히터는 상기 소재의 이동 통로인 헤드 파이프의 둘레의 전체 혹은 일부에 형성되는, 3D 입체물 제조 로봇.
10. 제8항에 있어서,
    상기 헤드 유닛의 선단에는 상기 소재의 토출 위치를 가이드하는 실린더 롤러;가 형성되는, 3D 입체물 제조 로봇.
11. 제10항에 있어서,
    상기 실린더 롤러의 온도를 조절하기 위한 강제공기 파이프;를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
12. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스포머 유닛은,
    상기 소재가 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하기 위한 온도를 가지는 공기를 생성하는 히터 어셈블리;를 구비하는, 3D 입체물 제조 로봇.
13. 제12항에 있어서,
    상기 트랜스포머 유닛의 내부로 상기 공기를 가이드하는 히터 가이더;를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
14. 제8항에 있어서,
    상기 헤드 서플라이 유닛은,
    상기 소재의 굳어지거나 경화되거나 열화되는 것을 방지하기 위한 헤드 서플라이 히터;를 구비하는, 3D 입체물 제조 로봇.
15. 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 3D 입체물 제조 로봇으로,
    상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛;
    상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및
    상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함하고,
    상기 헤드 유닛은, 멀티플 360도 회전을 가능하게 하는 휠 어셈블리;를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.
16. 제15항에 있어서,
    상기 헤드 유닛은, 상기 소재의 회전을 수반하지 않으면서, 멀티플 360도 회전이 가능한 3D 입체물 제조 로봇.
17. 제1항, 제8항 또는 제15항에 있어서,
    상기 입체물 제조 로봇은, 상기 헤드 서플라이 유닛, 상기 트랜스포머 유닛 및 상기 헤드 유닛에 의해 형성되는 상기 소재의 이동 경로를 내부에 포함하는 빌트인(built-in)구조로 이루어진, 3D 입체물 제조 로봇.
18. 제1항, 제8항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소재는, 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band) 또는 테이프(tape) 로 구성된, 3D 입체물 제조 로봇.
19. 제1항, 제8항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3D 입체물 제조 로봇은,
    상기 헤드 유닛의 길이 방향축을 중심으로 한 회전(제1축 회전);
    상기 트랜스포머 유닛에 의해 조절되는 상기 헤드 유닛의 회전(제2축 회전);
    상기 헤드 서플라이 유닛의 길이 방향축을 중심으로 한 회전(제3축 회전);
    상기 헤드 서플라이 유닛에 연결된 연결암과의 연결축을 중심으로 한 상기 헤드 서플라이 유닛의 회전(제4축 회전);
    상기 연결암에 연결된 회전 베이스의 연결축을 중심으로 한 상기 연결암의 회전(제5축 회전); 및
    수평면에 수직인 회전축을 중심으로 한 상기 회전 베이스의 회전(제6축 회전); 중 적어도 하나의 회전이 가능하도록 구성된, 3D 입체물 제조 로봇.
20. 제1항, 제8항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스포머 유닛은,
    상기 복수의 롤러 중 적어도 하나의 회전 속도를 제어하기 위한 적어도 하나의 모터;를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇.

Images