KR20160137800A - 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것으로
3차원 프린터에 출력 노즐 유니트를 이동시킬 수 있는 방향 조작부를 추가하여, 별도의 3차원 데이터 없이 출력 노즐 유니트의 좌우 방향의 움직임을 제어할 수 있게 한다. 노즐이 이동하며 사출할 수 있도록 방향 조작부 측면에 별도의 버튼을 마련하여 사출과 관련된 기능을 제공함으로써 별도의 3차원 데이터나 부가적인 장비 없이 3차원 프린터를 이용하여 3차원 물체를 출력할 수 있는 효과가 있다.

Description

조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터{Three-dimensional printer capable of forming an object using control panel}

본 발명은 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 프린터에 부착되어 있는 노즐 조작부를 이용하여 출력 노즐 유니트의 움직임을 조정하여 3차원 물체를 형성하는 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터에 관한 것이다.

최근 시제품 개발 단계에서 프로토 타입의 제조 또는 다품종 소량 생산 시 간단하고 저렴한 비용으로 물체의 입체 형상을 출력하기 위한 3차원 프린팅 기술이 각광받고 있다.

3차원 프린팅은 물체의 입체 형상을 3차원 그래픽 설계 프로그램을 통해 분석하여 2차원 단면 형상 데이터의 조합으로 생성한 후 이러한 2차원 단면형상 데이터 정보에 따라 ABS나 SLA와 같은 열가소성 수지 등의 원료물질을 다양한 방법으로 출력 베드에 형성하여 물체의 입체 형상을 구현하는 기술이다.

3차원 프린팅의 종류에는 원료물질을 압출하여 출력 베드에 순차적으로 적층하여 입체 형상을 구현하는 FDM (Fused DeSosition Modeling) 방식 또는 FFF (Fused Filament Fabrication) 방식이 있으며, 분말을 높은 열의 레이저로 녹여 적층시켜 입체 형상을 구현하는 SLS (Selective Laser Sintering) 방식이 있고, 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하여 조형하는 SLA (StereolithograShy ASSaratus) 방식 등 다양한 종류가 존재한다.

상기한 3차원 프린터를 사용하기 위해서는 미리 저장된 3차원 데이터를 이용하거나, 별도의 3차원 데이터를 작성할 수 있는 모델링 프로그램을 이용하거나, 3차원 스캐너를 이용하여 가지고 있는 물체의 3차원 데이터를 작성하는 방법이 전부이다. 결과적으로 일반 사용자가 3차원 프린터를 효율적으로 이용하기 위해서는 사용자 본인이 높은 기술력을 가지고 있거나, 3차원 프린터 외의 고가의 부가적인 장비 또는 소프트웨어가 필수였다. 이는 3차원 프린터의 자유도를 낮추었고 결과적으로 3차원 프린터의 보급 및 확산화에 걸림돌이 되었다.

최근에는 3차원 프린터 기능을 하는 펜으로 공중에 직접 재료를 분사하여 형태를 그려내는 장치가 출시되었으나, 안정적이지 못한 출력 품질로 인하여 사용자들에게 큰 호응은 얻지 못하였다. 또한 간단한 형상을 출력하기 위해도 많은 노력이 필요하였고, 입체 형상을 그리기 위해서는 한 층 한 층 그려줘야 하는 불편함도 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3차원 데이터가 없어도 3차원 프린터를 사용하여 원하는 간단한 형상을 출력할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

3차원 프린터에 출력 노즐 유니트를 이동시킬 수 있는 방향 조작부를 추가하여, 별도의 3차원 데이터 없이 출력 노즐 유니트의 좌우 방향의 움직임을 제어할 수 있게 한다.

노즐이 이동하며 사출할 수 있도록 방향 조작부 측면에 별도의 버튼을 마련하여 사출과 관련된 기능을 제공하도록 한다.

본 발명의 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터를 이용하면 별도의 3차원 데이터나 부가적인 장비 없이 3차원 프린터를 이용하여 3차원 물체를 출력할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 출력 노즐 유니트를 이동시키기 위한 조작부의 입력 명령 처리 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면 출력 완료 버튼의 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 막대형 조작부의 구상도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 단면 출력 완료 버튼을 눌렀을 때의 막대형 조작부의 구상도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 프린터이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 또는 “구비” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에서 사용되는 'X축', 'Y축'이라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐서 도 2의 컨트롤러(150)를 정면으로 바라본 상태에서 각각 가로, 세로 방향인 것으로 정의한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 'Z축'이라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐서 도 2의 작업대를 위에서 바라본 상태에서 세로 방향인 것으로 정의한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 프린터는 프로세서, 조작부(200), 구동부, 노즐부, 표시부를 구비하며, 더욱 상세하게는 상기 조작부(200)는 출력 노즐 방향 조작부(210), 사출 제어 버튼(220), Z축 제어 버튼(230), 단면 출력 완료 버튼(240)을 포함한다.

조작부(200)는 출력 노즐 방향 조작부(210)를 이용하여 출력 노즐 유니트가 이동할 방향 및 거리 데이터를 얻는다. 출력 노즐 방향 조작부(210)는 일실시예에 따라 막대형 조작부(210) 일 수 있고, 4방향 버튼형 조작부(도면 미도시) 일 수 있다.

막대형 조작부는 조작용 막대(210)를 출력 노즐 유니트를 이동시키려는 방향으로 꺾어서 조작하며, 조작용 막대(210)가 기울어진 정도나 가해지는 힘 등 과 상관없이 프로세서에 저장된 일정한 속력으로 이동한다. 출력 노즐 유니트의 속력이 일정하므로 조작용 막대(210)를 기울인 시간만큼 출력 노즐 유니트를 이동시키게 되고 이에 따라 거리 데이터를 얻을 수 있다. 경우에 따라 조작용 막대(210)는 4방향 이상의 방향을 가진 입력 장치일 수 있다.

버튼형 조작부는 상하좌우의 버튼으로 출력 노즐 유니트를 이동시킬 방향의 버튼을 눌러서 조작하며, 버튼을 누르는 강도에 상관없이 프로세서에 저장된 일정한 속력으로 이동한다. 출력 노즐 유니트의 속력이 일정하므로 조작부를 누른 시간만큼 출력 노즐 유니트를 이동시키게 되고 이에 따라 거리 데이터를 얻을 수 있다. 경우에 따라 버튼이 4개 이상 부착된 입력 장치일 수 있다.

제어부는 조작부(200)에서 수신한 방향과 거리 데이터를 토대로 좌표를 계산하여 구동부, 노즐부, 표시부를 제어한다.

구동부는 X축, Y축, Z축을 이동하기 위한 각 축의 모터, 벨트, 기어 등을 포함하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작에 직접적인 관련이 없으므로, 여기서는 도시 및 설명을 생략하기로 한다.

노즐부는 액화된 원료물질를 분사하기 위한 부분으로 원료물질을 공급하는 공급부, 상기 공급부로 원료물질을 공급하기 위해 구비되는 공급기어, 원료물질을 액화시키기 위하여 구비되는 히터, 원료물질을 사출하기 위해 구비되는 노즐을 포함한다.

표시부는 3차원 프린터의 상태를 보여주기 위한 부분으로 구체적으로는 디스플레이 창을 포함한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 출력 노즐 유니트를 이동시키기 위한 조작부의 입력 명령 처리 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 조작부(200)는 출력 노즐 방향 조작부(210)에서 입력이 있는 것을 주기적으로 확인한다(S101). 출력 노즐 방향 조작부(210)에 입력이 있어 출력 노즐 유니트가 이동을 해야할 경우, 메모리에 현재 이동을 하는 경로를 메모리에 저장한다(S102). 상기한 출력 노즐 유니트의 이동이 프린트의 시작 후 첫 번째 이동인 경우(S103), 수신 데이터를 이용하여 좌표 데이터를 생성하고(S104) 구동부를 이용하여 노즐부를 해당 좌표 데이터로 이동시킨다(S210). 이 전에 한 번 움직였을 경우, 두 번째 이후의 데이터로 취급하여 수신 데이터가 이전의 데이터와 동일한지 확인하며(S105), 동일한 경우 별다른 작업 없이 선형보간법 등을 이용하여 좌표 데이터를 그대로 계속 변경한다(S106). 변경된 좌표 데이터를 송신하여 노즐부를 해당 좌표 데이터로 이동시킨다(S210). 이전의 데이터와 동일하지 않은 데이터가 수신된 경우, 수신 데이터가 방향이 없는 데이터인지 판단한다(S107). 방향이 있는 데이터인 경우, 변경된 방향을 입력받아 계산을 통한 좌표 데이터를 변경한다(S108). 그 후 새로 계산된 좌표 데이터를 입력받아 출력 노즐 유니트를 이동시킨다(S210). 방향이 없는 데이터인 경우 출력 노즐 유니트의 이동을 멈추며 좌표 데이터를 변경하지 않는다(S109).

사출 제어 버튼(220)은 출력 노즐 유니트의 노즐에서 재료를 사출하기 위해 구비되는 버튼이며, 버튼을 누르고 있을 때에 한하여 노즐부의 공급기어를 회전시켜 용융된 원료물질을 사출하여 출력물을 성형한다. 사출 제어 버튼(220)은 출력 노즐 유니트의 정지 및 동작상태와 관계없이 작동 가능하며, 버튼에 가해지는 힘과 상관없이 프로세서에 저장된 일정한 속력으로 공급기어를 회전시킨다.

Z축 제어 버튼(230)은 원하는 출력물이 평면이 아닌 경우, 출력물을 입체적으로 만들기 위하여 출력 베드 유니트를 아래 방향으로 이동시키기 위해 구비되는 버튼이다. 버튼을 한 번 누르는 것으로 동작하며, 버튼에 가해지는 힘과 시간에 상관없이 프로세서에 저장된 일정한 높이를 하강시킨다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면 출력 완료 버튼(240)의 동작 구성도이다.

도 3을 참조하면, 단면 출력 완료 버튼(240)은 글자나 숫자, 컵이나 통과 같이 출력하고자 하는 출력물이 일정한 단면의 형상을 가지고 높이만 상승하는 출력물을 제작할 때, 단면 출력 완료 버튼(240)을 이용할 수 있다.

원하는 단면을 출력 노즐 방향 조작부(210)와 사출 제어 버튼(220)으로 형성한 후, 단면 출력 완료 버튼(240)을 누르게 되면, 메모리에 저장한 현재 단면층을 형성하기 위한 경로를 고정하고, 표시부에 현재 진행상황과 높이 설정을 표시한다. 출력 중 단면 출력 완료 버튼(240)을 한 번 누르는 것으로, 사출 제어 버튼(220)은 사출 시작 버튼(221)으로 기능을 변경하고, Z축 제어 버튼(230)은 Z축 설정 버튼(231)으로 기능을 변경한다. 표시부에 표시된 높이만큼 현재의 단면층을 유지한 채로 물체를 형성하며, 표시된 높이를 변경하고자 할 경우 Z축 설정 버튼(231)을 누르는 것으로 프로세서에 저장된 일정한 높이를 추가할 수 있다. 이 때 Z축 설정 버튼(231)을 누르고 있는 시간에 비례하여 저장된 일정한 높이를 순차적으로 더하여 계산한다. 기능의 변경으로 인하여 Z축 설정 버튼(231)을 눌러도 출력 베드 유니트는 바로 하강하지 않는다. 지정하고자 하는 높이가 현재의 3차원 프린터가 최대로 출력할 수 있는 높이 이상을 설정하면, 초기 설정값으로 돌아가 다시 높이를 설정할 수 있게 한다. 상기의 내용으로 높이의 설정을 잘못 지정하여도 수정할 수 있다. 높이의 설정이 완료되면, 사출 시작 버튼(221)을 눌러 사출을 개시한다. 이 때 사출 시작 버튼(221)은 원료물질을 지속적으로 공급해주기 위하여 누르고 있을 필요가 없으며, 한 번 누르는 것으로 물체의 형성이 끝날 때까지 사출을 지속한다.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

100 : 3차원 프린터 200 : 조작부
210 : 조작형 막대 220 : 사출 제어 버튼
221 : 사출 시작 버튼 230 : Z축 제어 버튼
231 : Z축 설정 버튼 240 : 단면 출력 완료 버튼

Claims (4)

1. 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터에 있어서,
   3차원 데이터 없이 3차원 프린터의 출력 노즐 유니트를 직접 이동시킬 수 있는 조작부; 를 갖는 것을 특징으로 하는 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 조작부는,
   출력 노즐 방향 조작부;
   사출 제어 버튼;
   Z축 제어 버튼;
   단면 출력 완료 버튼을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터.
   
3. 제 2항에 있어서
   상기 출력 노즐 방향 조작부는,
   막대형 조작부인 것을 특징으로 하는 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 출력 노즐 방향 조작부는,
   방향 버튼형 조작부인 것을 특징으로 하는 조작부를 이용하여 물체를 형성할 수 있는 3차원 프린터.
   
   
   
   

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