KR20160131779A - 이펙터 및 이를 포함하는 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

냉각효율이 개선되고, 무게 및 부피가 줄어든 이펙터와 이를 포함하는 3차원 프린터가 제공된다. 상기 이펙터는 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트의 하부에 배치된 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되고, 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버; 상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 콜드 챔버와 연결된 멜팅 챔버를 내부에 포함하여, 상기 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle); 상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 노즐의 몸체는 커버하고, 상기 노즐의 팁은 노출하는 히트 블록 커버(heat block cover); 및 일부는 상기 콜드 챔버와 오버랩되고, 다른 일부는 상기 히트 블록 커버와 오버랩되도록 부착된 팬(fan)을 포함한다.

Description

이펙터 및 이를 포함하는 3차원 프린터{Effector and three dimensional printer}

본 발명은 이펙터 및 이를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것이다.

3차원 프린팅 또는 가산형 프로세스(additive process)는 3차원 데이터(예를 들어, CAD(computer-aided design) 모델)로부터, 3차원 아이템(3D object)를 형성한다. 3차원 프린팅은 물질층을 연속적으로 적층하면서 아이템을 형성한다는 점에서, 커팅 또는 드릴링과 같은 감산형 프로세스(subtractive process)와 다르다.

3차원 프린팅은 FDM(Fused deposition modeling), EBF³(Electron Beam Freeform Fabrication), DMLS(Direct metal laser sintering), SLS(Selective laser sintering), LOM(Laminated object manufacturing), SLA(Stereolithography) 등 여러가지 방식이 있다. 이러한 3차원 프린팅은 프로토타이핑(prototyping), 건축, 산업 디자인, 자동차, 항공, 엔지니어링, 교육, 보석, 패션 등 상당히 많은 분야에서 사용될 수 있다.

미국공개특허 US2012/0219698 (2012년 8월 30일 공개)

본 발명이 해결하려는 과제는, 냉각효율이 개선되고, 무게 및 부피가 줄어든 이펙터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제는, 상기 이펙터를 채용한 3차원 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이펙터의 일 면(aspect)은 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트의 하부에 배치된 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되고, 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버; 상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 콜드 챔버와 연결된 멜팅 챔버를 내부에 포함하여, 상기 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle); 상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 노즐의 몸체는 커버하고, 상기 노즐의 팁은 노출하는 히트 블록 커버(heat block cover); 및 일부는 상기 콜드 챔버와 오버랩되고, 다른 일부는 상기 히트 블록 커버와 오버랩되도록 부착된 팬(fan)을 포함한다.

상기 히트 블록 커버는 다수의 측벽을 포함하고, 상기 다수의 측벽 중 적어도 하나는 경사면을 가지고 있고, 상기 경사면은 상기 팬에서 생성된 바람을 상기 노즐의 팁으로 가이드한다.

상기 이펙터에 부착된 상기 팬은 하나뿐이다.

상기 팬의 절반 미만이, 상기 히트 블록 커버와 오버랩될 수 있다.

제 1항에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치된 히트 싱크(heat sink)를 더 포함하고, 상기 팬은 상기 히트 싱크와 바로 마주보도록 설치될 수 있다.

상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되고, 내부에 상기 콜드 챔버가 구현된 인슐레이터(insulator)와 아이솔레이터(isolator)를 포함하고 상기 아이솔레이터는 상기 인슐레이터보다 상기 제2 플레이트에 가깝게 배치되고, 상기 인슐레이터는 상기 아이솔레이터보다 상기 제1 플레이트에 가깝게 배치되고, 상기 아이솔레이터와 상기 인슐레이터는 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.

상기 인슐레이터는 플라스틱을 포함하고, 상기 아이솔레이터는 금속을 포함할 수 있다.

상기 인슐레이터와 상기 제1 플레이트 사이에는 스프링(spring)이 배치될 수 있다.

상기 콜드 챔버를 중심으로, 상기 히트 싱크의 맞은 편에 배치되고, 상기 히트 블록 커버와 접촉된 프런트 커버를 더 포함하고, 상기 히트 블록 커버와 상기 프런트 커버에 의해 둘러 쌓인 영역 내에서 열이 가둬질 수 있다.

상기 제1 플레이트의 상면에는, 다수의 자석이 배치되고, 상기 다수의 로드(rod)는 상기 자석에 부착되고, 상기 로드의 움직임에 따라 상기 이펙터의 위치가 변경될 수 있다.

상기 자석 내에는 내부에 홈이 형성되고, 상기 로드의 팁에는 볼(ball)형태의 탭이 배치되고, 상기 볼 형태의 탭이 상기 홈 내에서 움직임으로써, 상기 로드가 움직이게 될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이펙터의 다른 면은 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버; 상기 콜드 챔버와 연결된 멜팅 챔버를 내부에 포함하여, 상기 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle); 상기 노즐의 몸체는 커버하고, 상기 노출의 팁은 노출하는 히트 블록 커버(heat block cover); 및 일부는 상기 콜드 챔버와 오버랩되고, 다른 일부는 상기 히트 블록 커버와 오버랩되도록 부착된 하나의 팬(fan)을 포함하되, 상기 히트 블록 커버의 다수의 측벽 중 적어도 하나는 경사면을 가지고 있고, 상기 경사면은 상기 팬에서 생성된 바람을 상기 노즐의 팁으로 가이드할 수 있다.

상기 팬의 절반 미만이, 상기 히트 블록 커버와 오버랩될 수 있다.

상기 콜드 챔버와는 오버랩되고 상기 노즐의 팁과는 오버랩되지 않는 히트 싱크(heat sink)를 더 포함하고, 상기 팬은 상기 히트 싱크와 바로 마주보도록 설치될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이펙터의 또 다른 면은 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버; 상기 콜드 챔버와 연결되고, 상기 필라멘트를 용융하는 멜팅 챔버; 상기 멜팅 챔버와 연결되고, 상기 용융된 필라멘트를 토출하는 노즐팁; 상기 멜팅 챔버를 커버하는 히트 블록 커버; 및 상기 콜드 챔버와 상기 노즐팁에 바람을 공급하고, 상기 멜팅 챔버에는 바람을 미공급하는 팬을 포함하고, 상기 팬은 하나만 설치될 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2, 도 3, 도 5 내지 도 9, 도 11은 각각 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터의 사시도, 좌측면도, 정면도, 우측면도, 배면도, 평면도, 저면도, 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 아이솔레이터, 인슐레이터 및 노즐이 결합된 형태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터가 로드와 결합된 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 각각 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도, 정면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터는, 컨트롤러(20), 지지대(140), 이펙터(effector)(10), 노즐(192), 소오스 제공부(30) 등을 포함할 수 있다.

지지대(140)는 3차원 아이템(191)을 형성하기 위한 공간이다. 지지대(140)는 고정될 수도 있고, 컨트롤러(20)의 제어에 따라서 이동 또는 회전할 수도 있다. 또한, 지지대(140)는 3차원 아이템(191)을 안정적으로 고정하기 위해서, 3차원 아이템(191)을 지지대(140)에 가볍게 접착시킬 수 있다. 또는, 지지대(140)에는 열을 가해질 수도 있다(즉, 히트 베드(heat bed) 역할).

소오스 제공부(30)는 노즐(192)에 소오스 물질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 소오스 물질은 필라멘트(filament) 형상일 수 있다. 또는, 소오스 물질은 펠릿(pellet), 분말(powder), 액체 플라스틱 형상일 수도 있으며, 특정한 형태로 한정되는 것은 아니다. 소오스 물질이 필라멘트 형상일 경우, 소오스 제공부(30)는 필라멘트가 감겨진 홀더(holder) 형태일 수 있다.

소오스(즉, 필라멘트)는 튜브(31)를 통해서 이펙터(10)에 전달된다.

이펙터(10)는 전달된 필라멘트를 용융하여, 노즐(192)을 통해서 용융된 필라멘트를 지지대(140) 상에 토출한다.

컨트롤러(20)는 지지대(140), 소오스 제공부(30), 이펙터(10) 등을 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤러(20)는 프린트할 3차원 아이템(191)과 관련된 소오스 데이터, 즉, 3차원 데이터를 처리할 수 있다. 3차원 데이터를 다수의 2차원 데이터(즉, 레이어(layer)를 만들기 위한 데이터)로 슬라이싱할 수 있다. 여기서, 3차원 데이터는 (x, y, z) 좌표값을 포함하고, 2차원 데이터는 z값이 없는 (x, y) 좌표값을 의미한다. 여기서, z값이 일정한 값으로 고정되기 때문에, 2차원 데이터는 z값을 포함하지 않는다.

소오스 데이터는 사용자가 3차원 프린터에 직접 입력한 것일 수 있고, 네트워크를 통해서 연결된 서버(server), 단말기(terminal)(예를 들어, 개인용 컴퓨터, 노트북, 다른 3차원 프린터 등)에 저장된 데이터일 수도 있다.

이펙터(10)(즉, 노즐(192))가 동작하는 방식은 특정한 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이펙터(10)가 포인트 A에서 포인트 B로 움직이고자 할 때, 리니어 구동 방식(linear operating method)에 따라서 이펙터(10)가 x축을 따라서 직선으로 움직이거나, y축을 따라서 직선으로 움직일 수 있다.

또는, 이펙터(10)는 델타 구동 방식(delta operating method)에 따라서 구동할 수 있다. 델타 구동 방식은 예를 들어, 이펙터(10)가 3개(또는 3쌍)의 축에 3개(또는 3쌍)의 로드(rod)(또는, 델타암(delta arm))을 통해서 각각 연결된다. 이펙터(10)는 3개(또는 3쌍)의 로드의 움직임에 따라서 x축, y축, 대각선 방향 등으로 자유롭게 움직일 수 있다.

또한, 포인트 A와 포인트 B 사이의 거리가 x축 방향으로 d라고 가정할 때, 리니어 구동 방식에서 이펙터(10)가 x축 방향으로 3t시간 동안 d만큼 움직인다. 하지만, 델타 구동 방식에서 이펙터(10)는 예를 들어, t시간 동안 d만큼 움직일 수 있다. 3개의 로드가 조금만 움직여도, 이펙터(10)는 많이 움직일 수 있기 때문이다.

이하에서, 도 2 내지 도 11을 이용하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터를 설명하도록 한다. 도 2, 도 3, 도 5 내지 도 9, 도 11은 각각 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터의 사시도, 좌측면도, 정면도, 우측면도, 배면도, 평면도, 저면도, 분해사시도이다. 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 아이솔레이터, 인슐레이터 및 노즐이 결합된 형태를 설명하기 위한 단면도이다. 도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터가 로드와 결합된 형태를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 2, 도 3, 도 5 내지 도 9, 도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터(10)는 제1 플레이트(plate)(110), 제2 플레이트(120), 히트 싱크(130), 히트 블록 커버(heat block cover)(198), 팬(fan)(140), 아이솔레이터(isolator)(150) 인슐레이터(insulator)(160), 스프링(170), 히트 블록(heat block)(190), 발열원(194), 열센서(196), 자석(105) 등을 포함한다.

제1 플레이트(110)의 상면에는, 다수의 자석(105)이 설치될 수 있는 다수의 리세스(recess)가 형성된다. 각 자석(105)은 도 2 및 도 11에 도시된 것과 같이, 내부에 홈이 있을 수 있다. 즉, 예를 들어, 각 자석(105)은 도넛 형태일 수 있다. 이러한 자석(105)의 홈에는 로드(rod)(도 12의 265 참조)(구체적으로는, 로드(265)에 연결된 볼(ball) 형태의 탭(도 12의 265a))이 안착될 수 있다. 별도의 체결구조 없이, 탭(265a)이 자석(105)과 결합함으로써, 이펙터(10)와 로드(265)가 쉽게 결합할 수 있다. 이러한 자석 결합 구조는, 탈부착이 쉽고, 유격으로 인한 흔들림이 없다.

또한, 도면에서는 예시적으로 6개의 자석(105)이 부착되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개 또는 9개의 자석(105)이 부착될 수도 있다.

제1 플레이트(110)는 금속(예를 들어, 은, 구리, 알루미늄)을 포함할 수 있다.

제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)의 하부에 위치한다. 제2 플레이트(120) 역시 금속(예를 들어, 은, 구리, 알루미늄)을 포함할 수 있다. 제2 플레이트(120)은 열전도율이 높은 금속을 포함함으로써, 제2 플레이트(120) 하부에 설치되는 노즐부(즉, 히트 블록(190), 노즐(192), 발열원(194), 열센서(196) 등)에서 발생되는 열이 위쪽으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 발생된 열을 히트 싱크(130)쪽으로 전달하여, 열을 빠르게 빼낼 수 있다.

제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에는, 아이솔레이터(150) 및 인슐레이터(160)를 설치된다. 아이솔레이터(150)는 인슐레이터(160)보다 제2 플레이트(120)에 가깝게 배치되고, 인슐레이터(160)는 아이솔레이터(150)보다 제1 플레이트(110)에 가깝게 배치될 수 있다.

아이솔레이터(150)는 노즐(192)에 접촉되어 배치될 수 있다. 노즐부(190, 192, 194, 196)에서 발생한 열이 상단으로 전달되는 것을 최소화하기 위해, 상대적으로 전도율이 낮은 SUS(Steel Use Stainless) 소재를 사용할 수 있다.

또한, 인슐레이터(160)는 소오스 제공부(30)(예를 들어, 필라멘트 홀더)로부터 전달된 필라멘트가 들어가는 부분이다. 따라서, 필라멘트가 부드럽게 들어갈 수 있도록, 아이솔레이터(150)에 비해서 상대적으로 부드러운 재질로 이루어질 수 있다. 인슐레이터(160)는 마찰계수가 적고, 열에 강한 플라스틱(예를 들어, PTFE 테프론)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

인슐레이터(160)의 상단에는 스프링(170)이 끼워져 있다. 따라서, 스프링(170)이 인슐레이터(160)를 밀어주기 때문에, 인슐레이터(160)와 아이솔레이터(150)가 제2 플레이트(120)에 밀착될 수 있다.

히트 싱크(130)는 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120) 사이에 설치된다. 전술한 것과 같이, 히트 싱크(130)는 제2 플레이트(120)로부터 전달된 열을 빼내는 역할을 한다. 또한, 팬(140)과 제1 플레이트(110)는 히트 싱크(130)와 결합되기 때문에, 히트 싱크(130)는 팬(140)과 제1 플레이트(110)를 고정시키는 역할도 한다. 또한, 팬(140)은 히트 싱크(130)와 바로 마주보도록 설치된다. "바로 마주본다"는 의미는, 팬(140)과 히트 싱크(130) 사이에 다른 구성요소가 배치되지 않고, 직접 접촉한다는 의미이다.

한편, 제2 플레이트(120)의 하부에는 노즐부(190, 192, 194, 196)가 설치된다.

히트 블록(190)은 열을 발생시키는 노즐(192), 발열원(194), 열센서(196) 등을 설치하기 위한 블록이다. 예를 들어, 히트 블록(190)은 황동과 같이, 주조가 쉬운 금속으로 만들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 발열원(194)은 예를 들어, 히트 카트리지일 수 있고, 열센서(196)는 히트 블록(190)의 온도를 측정할 수 있다.

인슐레이터(160), 아이솔레이터(150)를 통해서 전달된 필라멘트는, 발열원(194)에 의해 생성된 열에 의해서 노즐(192) 내에서 용융된다.

노즐(192)은 용융된 필라멘트를 토출하기 위한 부품으로, 발열원(194)의 열을 빠르게 전달하기 위해, 최대한 짧게 설계되는 것이 좋다. 이와 같이 짧게 설계되면, 예열 시간을 최소한으로 줄일 수 있다.

한편, 히트 블록 커버(198)는 제2 플레이트(120)의 하부에 배치되고, 노즐부(190, 192, 194, 196)를 커버한다. 도시된 것과 같이, 히트 블록 커버(198)는 노즐(192)의 몸체는 커버하고, 노즐(192)의 팁(193)은 노출한다.

히트 블록 커버(198)는 팬(140)의 바람으로부터, 노즐부(190, 192, 194, 196)의 손상을 막을 수 있다. 뿐만 아니라, 바람을 출력물(또는 3차원 아이템(191))로 우회시키는 구조로 설계될 수 있다. 구체적으로, 히트 블록 커버(198)는 다수의 측벽을 포함하고, 다수의 측벽 중 적어도 하나는 경사면(도 3의 198a)을 가지고 있다. 경사면(198a)는 팬(140)과 마주보는 위치에 배치된다. 경사면(198a)은 팬(140)에서 생성된 바람을 노즐(192)의 팁(193)으로 가이드하게 된다.

여기에서, 도 4를 참조하면, 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)의 사이 영역(C1)은 저온 영역이고, 제2 플레이트(120), 히트 블록 커버(198), 프런트 커버(180)에 의해 둘러 쌓인 영역(H)은 고온 영역이고, 노즐(192)의 팁(193)에 근접한 영역(C2)는 저온 영역일 수 있다. 즉, 영역(C1, C2)는 영역(H)에 비해 저온일 수 있다.

도 10을 참조하면, 인슐레이터(160) 내에는 콜드 챔버(cold chamber)(160a)가 형성되고, 노즐(192) 내에는 멜팅 챔버(melting chamber)(192a)가 형성된다. 콜드 챔버(160a)와 멜팅 챔버(192a)는 서로 연결되어 있다. 소오스 제공부(30)에서 제공되는 필라멘트는 튜브(31)를 통해서 이펙터(10)로 전달된다. 이러한 필라멘트는 인슐레이터(160)의 콜드 챔버(160a)를 거쳐서, 노즐(192)의 멜팅 챔버(192a)에 다다른다. 멜팅 챔버(192a)는 발열원(194)에 의한 열로 인해서 고온 상태이다. 따라서, 필라멘트는 멜팅 챔버(192a)에서 용융되고, 용융된 필라멘트는 노즐(192)의 팁(193)으로 토출된다. 즉, 지지대(도 1의 140)위에서 용융된 필라멘트는 적층된다. 적층된 필라멘트가 무너지지 않고 형태를 유지하기 위해서, 적층된 필라멘트는 빠르게 식혀져야 한다. 따라서, 노즐(192)의 팁(193) 주위는 온도가 낮아야 한다.

또한, 콜드 챔버(160a)의 온도가 낮아야 하는 이유는 다음과 같다. 콜드 챔버(160a)의 온도가 높으면, 멜팅 챔버(192a)에 다다르기 전에 필라멘트는 녹게 된다. 이와 같이 되면, 소오스 제공부(30)가 필라멘트를 계속 밀더라도, 필라멘트가 앞으로(즉, 멜팅 챔버(192a) 쪽으로) 잘 나아가지 않는다. 즉, 멜팅 챔버(192a)에 다다르기 전까지의 영역(예를 들어, 도 4의 영역(C1))은 최대한 온도가 낮고, 멜팅 챔버(192a)(즉, 도 4의 영역(H))는 온도가 높고, 노즐(192)의 팁(193) 주위(즉, 도 4의 영역(C2))는 다시 온도가 낮아야 한다.

여기서, 도 3, 도 4, 도 10을 다시 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이펙터에서, 팬(140)의 일부(R1)는 콜드 챔버(160a)와 오버랩되고, 다른 일부(R2)는 히트 블록 커버(198)와 오버랩되도록 부착될 수 있다. 히트 블록 커버(198)의 다수의 측벽 중에서 팬(140)과 마주보는 측벽은, 경사면이다.

이와 같이 구성됨으로써, 하나의 팬(140)으로 콜드 챔버(160a)의 냉각과, 노즐(192)의 팁(193)의 주위의 냉각을 동시에 할 수 있다. 팬(140)에서 생성된 바람(W1)은 히트 싱크(130)를 통과하여 영역(C1)에 제공되고, 바람(W2)는 경사면(198a)을 따라서 영역(C2)에 제공된다. 즉, 히트 블록 커버(198)의 경사면(198a)은, 팬(140)에서 생성된 바람을 노즐(192)의 팁(193)으로 가이드할 수 있다. 따라서, 영역(C1, C2)은 낮은 온도를 유지할 수 있다.

하나의 팬(140)으로 콜드 챔버(160a)의 냉각과, 노즐(192)의 팁(193)의 주위의 냉각을 동시에 하게 되면, 이펙터(10)의 무게와 부피를 줄일 수 있다. 이펙터(10)의 무게가 줄면, 이펙터(10)를 고정하는 자석(105) 및 로드(265)의 부하를 줄일 수 있어, 3차원 프린터의 사용수명이 증가될 수 있다. 이펙터(10)의 부피가 줄면, 한정된 공간 내에서 이펙터(10)가 구석구석 움직일 수 있기 때문에, 3차원 프린터의 부피를 줄이는 데 용이하다. 뿐만 아니라, 사용되는 팬(140)의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 3차원 프린터의 가격도 낮출 수 있다.

한편, 팬(140)이 히트 블록 커버와 오버랩되는 정도는 설계에 따라 달라질 수 있다. 그런데, 경사면(198a)을 통해서 충분히 팁(193)의 주위로 바람을 보낼 수 있는 경우, 팬의 절반 미만이 상기 히트 블록 커버와 오버랩될 수 있다.

또한, 제2 플레이트(120)는 열전도율이 높은 금속으로 형성되어 있기 때문에, 노즐부(190, 192, 194, 196)에서 발생된 열이, 제2 플레이트(120)를 따라서 히트 싱크(130)로 쉽게 전달된다. 여기서, 팬(140)은 히트 싱크(130)와 바로 마주보도록 배치될 수 있다. 이러한 구성을 가지고 있기 때문에, 히트 싱크(130)로 전달된 열은, 팬(140)에 의해서 더 쉽게 식혀질 수 있다.

뿐만 아니라, 콜드 챔버(160a)와 멜팅 챔버(192a)가 바로 붙어 있는 구조이기 때문에, 열이 멜팅 챔버(192a)를 통해서 콜드 챔버(160a)로 전달될 수 있다. 하지만, 열전도를 막기 위해서, 아이솔레이터(150)가 인슐레이터(160)와 제2 플레이트(120) 사이에 설치되어 있다. 따라서, 영역(C1)은 낮은 온도를 유지할 수 있다.

이하에서, 도 13 및 도 14를 참고하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명한다. 도 13 및 도 14는 각각 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도, 정면도이다. 도 13 및 도 14에 도시된 3차원 프린터는, 도 1을 이용하여 설명한 3차원 프린터의 예시적인 구현예이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터는 예를 들어, 델타 구동 방식(delta operating method)을 채용할 수 있다.

하부 프레임(101)의 상부에는, 지지대(140)가 배치되어 있다. 이펙터(10)는 델타 구동 방식에 따라 지지대(140) 상을 움직이면서, 지지대(140) 위에 3차원 아이템을 생산한다. 하부 프레임(101)과 상부 프레임(102) 사이에 3개(또는 3쌍)의 축(260)이 배치된다. 3쌍의 축(260)은 이펙터(10)의 주변에 배치된다. 3쌍의 로드(265)는 각각 대응되는 3쌍의 축(260)을 따라서 움직일 수 있다. 이펙터(10)는 3쌍의 로드(265)의 움직임에 따라서 x축, y축, 대각선 방향 등으로 자유롭게 움직일 수 있다. 로드(265)는 3쌍의 축(260) 사이에 배치된 벨트(belt)(261)에 의해서 움직일 수 있다. 벨트는 예를 들어, 스텝모터와 같은 모터로 구동될 수 있다.

상부 프레임(102)의 중앙에는, 입력부(210)가 배치될 수 있다. 입력부(210)는 평면 디스플레이 형태일 수 있다. 입력부(210)는 예를 들어, 터치 패널, 푸시 버튼, 롤(roll)형태의 버튼 등일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

상부 프레임(102)의 상부에는 커버(103)가 배치된다. 커버(103)를 열어서, 3차원 프린터의 내부를 수리할 수 있다.

도면에 표시하지 않았으나, 소오스 제공부(필라멘트 홀더)는 3차원 프린터의 뒷면에 배치될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

110: 제1 플레이트 120: 제2 플레이트
130: 히트 싱크 140: 팬
150: 아이솔레이터 160: 인슐레이터
170: 스프링 190: 히트 블록
194: 발열원 196: 열센서
198: 히트 블록 커버

Claims (16)

1. 제1 플레이트;
   상기 제1 플레이트의 하부에 배치된 제2 플레이트;
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되고, 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버;
   상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 콜드 챔버와 연결된 멜팅 챔버를 내부에 포함하여, 상기 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle);
   상기 제2 플레이트의 하부에 배치되고, 상기 노즐의 몸체는 커버하고, 상기 노즐의 팁은 노출하는 히트 블록 커버(heat block cover); 및
   일부는 상기 콜드 챔버와 오버랩되고, 다른 일부는 상기 히트 블록 커버와 오버랩되도록 부착된 팬(fan)을 포함하는 이펙터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 히트 블록 커버는 다수의 측벽을 포함하고,
   상기 다수의 측벽 중 적어도 하나는 경사면을 가지고 있고, 상기 경사면은 상기 팬에서 생성된 바람을 상기 노즐의 팁으로 가이드하는 이펙터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이펙터에 부착된 상기 팬은 하나인 이펙터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 팬의 절반 미만이, 상기 히트 블록 커버와 오버랩되는 이펙터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치된 히트 싱크(heat sink)를 더 포함하고,
   상기 팬은 상기 히트 싱크와 바로 마주보도록 설치된 이펙터.
6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되고, 내부에 상기 콜드 챔버가 구현된 인슐레이터(insulator)와 아이솔레이터(isolator)를 포함하고
   상기 아이솔레이터는 상기 인슐레이터보다 상기 제2 플레이트에 가깝게 배치되고,
   상기 인슐레이터는 상기 아이솔레이터보다 상기 제1 플레이트에 가깝게 배치되고,
   상기 아이솔레이터와 상기 인슐레이터는 서로 다른 물질을 포함하는 이펙터.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 인슐레이터는 플라스틱을 포함하고, 상기 아이솔레이터는 금속을 포함하는 이펙터.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 인슐레이터와 상기 제1 플레이트 사이에는 스프링(spring)이 배치되는 이펙터.
9. 제 5항에 있어서, 상기 콜드 챔버를 중심으로, 상기 히트 싱크의 맞은 편에 배치되고, 상기 히트 블록 커버와 접촉된 프런트 커버를 더 포함하고,
   상기 히트 블록 커버와 상기 프런트 커버에 의해 둘러 쌓인 영역 내에서 열이 가둬지는 이펙터.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트의 상면에는, 다수의 자석이 배치되고,
    상기 다수의 로드(rod)는 상기 자석에 부착되고,
    상기 로드의 움직임에 따라 상기 이펙터의 위치가 변경되는 이펙터.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 자석 내에는 내부에 홈이 형성되고,
    상기 로드의 일측에 볼(ball)형태의 탭이 배치되고,
    상기 볼 형태의 탭이 상기 홈 내에서 움직임으로써, 상기 로드가 움직이게 되는 이펙터.
12. 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버;
    상기 콜드 챔버와 연결된 멜팅 챔버를 내부에 포함하여, 상기 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle);
    상기 노즐의 몸체는 커버하고, 상기 노출의 팁은 노출하는 히트 블록 커버(heat block cover); 및
    일부는 상기 콜드 챔버와 오버랩되고, 다른 일부는 상기 히트 블록 커버와 오버랩되도록 부착된 하나의 팬(fan)을 포함하되,
    상기 히트 블록 커버의 다수의 측벽 중 적어도 하나는 경사면을 가지고 있고, 상기 경사면은 상기 팬에서 생성된 바람을 상기 노즐의 팁으로 가이드하는 이펙터.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 팬의 절반 미만이, 상기 히트 블록 커버와 오버랩되는 이펙터.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 콜드 챔버와는 오버랩되고 상기 노즐의 팁과는 오버랩되지 않는 히트 싱크(heat sink)를 더 포함하고,
    상기 팬은 상기 히트 싱크와 바로 마주보도록 설치된 이펙터.
15. 필라멘트를 전달하는 콜드 챔버;
    상기 콜드 챔버와 연결되고, 상기 필라멘트를 용융하는 멜팅 챔버;
    상기 멜팅 챔버와 연결되고, 상기 용융된 필라멘트를 토출하는 노즐팁;
    상기 멜팅 챔버를 커버하는 히트 블록 커버; 및
    상기 콜드 챔버와 상기 노즐팁에 바람을 공급하고, 상기 멜팅 챔버에는 바람을 미공급하는 팬을 포함하고, 상기 팬은 하나만 설치되는 이펙터.
16. 제 1항 내지 제 1 항 중 어느 하나의 이펙터를 포함하는 3차원 프린터.

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