KR20170059321A - 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부; 상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부; 3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및 각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서, 상기 압출부는, 필라멘트를 수용하며 통과시키는 압출하우징; 상기 필라멘트에 접촉하여 이송시키는 압출수단; 상기 압출하우징을 이동시켜 상기 압출수단과의 접촉을 제어하는 압력조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터를 제공한다.

Description

3차원 프린터{3Dimensional printer}

본 발명은 3차원 프린터에 관한 것이며, 구체적으로 오작동 및 고장률을 대폭 낮추고, 부품 수를 절감하며, 단순한 조립으로 생산성을 향상시킨 3차원 프린터에 관한 것이다.

3차원 프린터용 원료공급부(이하 “공급부”로 약칭함)는 크게 압출부, 냉각부, 그리고 노즐부로 구성되며 3차원 프린터(이하 “프린터”로 약칭함)의 성능 및 사용편의성 등을 좌우하는 주요부이다.

이러한 구성을 활용하는 수단 중의 하나는 원료를 용융하고 적층하여 입체물을 조형하는 FDM 또는 FFF(Fused Deposition Modeling 또는 Fused Filament Fabrication. 이하 “FDM방식”으로 통칭함.)방식이 있다.

예컨대, FDM방식의 프린터에 있어서, 그 제조 및 사용 상 적지 않은 문제점들을 가지고 있다.

압출부는 원료인 필라멘트를 가압, 이송하여 노즐부로 공급하고 노즐부는 열가소성 소재인 이 필라멘트에 열을 가하여 용융된 원료를 노즐 밖으로 분출시키는 역할을 한다.

압출부와 노즐부 사이에 있는 냉각부는 방열기 및 팬 등으로 열을 식히는 역할을 한다.

압출부에서 노즐부까지 각 기능과 역할이 동시에 원활한 작동이 이루어지지 않으면 곧바로 문제가 발생된다.

종래 기술의 일례로 한국 등록특허공보 등록번호 10-1441030(“3D 프린터의 익스트루더”)의 경우, 도 1을 참조하면 필라멘트(F)가 기어드라이브(140)와 회전체(220) 사이에 끼이는 구조에서 필라멘트(F)의 이동에 장애가 발생되는 문제가 있다.

장애의 일예로 도 2의 원형점선 내에 보여지는 바와 같이, 필라멘트(F)가 이송통로를 이탈하여 막힘현상이 초래되어 안정적 기능을 수행하지 못할 뿐 아니라, 필라멘트(F)를 장입할 때에도 필라멘트(F)가 가이드되지 못하는 틈으로 이탈되어 장입에 어려움을 겪게된다.

또한, 많은 구성요소들은 제조비용 상승, 고장발생 가능성 증가, 무게증가, 사용편의성 저하, 유지보수성 저하 등의 문제와 관련된다.

종래 기술의 다른 일례로 한국 등록특허공보 등록번호 10-1524362(“3차원 입체프린터 장치”)에 있어서도 압출부의 주요부인 제1가이드 롤러(820) 및 제2가이드 롤러(821)는 상기 종래기술과 유사한 구조이며 상기와 동일한 문제가 발생된다.

또한, 제3이송수단(700)은 하나의 모터(710)에 의하여 상기 제1볼스크류(750)와 제2볼스크류(751)를 동시에 구동할 수 있는 구조로써, 상기 종래기술의 이전기술에 비해 장점을 가지지만, 두 개의 타이밍벨트(720, 721)가 장력이 서로 다르거나 어느 하나가 절단된 경우, 헤드모듈에 대한 비틀림 압력은 물론 제1캐리어모듈 및 제2캐리어모듈 등 타이밍벨트와 관련되는 모든 구성요소들이 연쇄적으로 고장 또는 손상될 수 있는 문제가 있다.

또한, 도 3을 참조하면, 원료가 분출되는 노즐 위에는 히팅블록이 구비되는데 상기 히팅블록 위에는 열을 외부로 발산시키기 위하여 히트싱크가 구비된다. 하지만, 이러한 히트싱크에 의하여 오히려 필라멘트에 더 열이 가해져 필라멘트가 막혀버리는 문제점이 있다.

한편, 상기 종래기술들 이외의 여타 종래기술에서도 원료공급에 이상이 생겨 출력물이 완성되지 못하는 현상이 자주 발생된다.

이러한 문제는 사용자에게 원료낭비, 시간낭비, 비용낭비, 폐기물 양산에 더하여 허탈감까지 안겨주게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구성요소의 최소화를 꾀하여 재료비 절감, 조립공수 및 시간절감 등을 통해 제조비용 절감과 동시에 안정적 기능 및 성능향상을 확보함으로써 보다 더 우수한 경제적 수단과 효과를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 새로운 편의기능을 추가하여 사용편의성을 크게 확대강화하며 우수한 유지보수성을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여,

필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;

상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;

3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및

각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,

상기 압출부는, 필라멘트를 수용하며 통과시키는 압출하우징;

상기 필라멘트에 접촉하여 이송시키는 압출수단;

상기 압출하우징을 이동시켜 상기 압출수단과의 접촉을 제어하는 압력조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터를 제공한다.

본 발명에 의하면, 구성요소의 감축으로 제조비용 절감과 동시에 안정적 기능 및 성능향상을 확보함으로써 보다 더 우수한 경제적 수단과 효과를 제공한다.

압출부의 구성요소 감축에 따라 실효출력용적률이 증가하고 압출부의 부설위치에 대한 원격 및 근접 선택기능은 사용편의성 향상 및 추가적인 실효출력용적률의 증가를 얻는 효과가 있다.

접철수단은 프린터의 보관, 이동 및 운송을 용이하고 자유롭게 하여 또 다른 사용편의성 및 유지보수성을 현저히 증대시킬 뿐 아니라 물류 유통과정에서도 이점을 제공한다.

이송체를 프레임의 내부에 설치하여 외부의 간섭, 방해를 받지 않도록 보호되므로 구동부의 안정화효과를 얻는다.

또한, 3차원 프린터의 대형화에 유리하며, 다양한 종류의 필라멘트원료를 사용할 수 있고, 노즐에 가해지는 충격을 흡수할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 의한 3차원 프린터;
도 4 내지 도 23은 본 발명에 의한 3차원 프린터.

본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 3차원 프린터는 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부, 상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부, 원료가 쌓여 원하는 형상으로 가공되는 플랫폼부, 외관을 형성하며 각종 부품이 지지되는 프레임부, 노즐부 및 압출부 등의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 3차원 프린터에 사용되는 압출부는 원료 필라멘트를 노즐부로 이송하여 공급하는 역할을 하는 부분으로서, 압출하우징(110), 압출수단(150), 압력조절수단(140), 압출부브라켓(170)을 포함하여 구성된다.

상기 압출하우징(110)은 원료인 필라멘트(113)가 통과되는 부분으로서, 전방 및 후방을 관통하는 필라멘트통공(114)이 형성되어 있다. 상기 압출하우징은 합성수지로 제작되거나, 합성수지와 금속이 혼용될 수 있다.

상기 필라멘트통공(114)으로 압출튜브(111)가 삽입된다. 상기 압출튜브(111)의 내부는 필라멘트가 이소되는 통로이기 때문에, 상기 압출튜브의 재질은 마찰저항이 작은 불소수지 또는 불소성분이 함유된 합성수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 별도의 압출튜브없이 상기 필라멘트통공(114)에 일정 두께의 불소함유수지가 도포되는 것도 가능하다.

상기 압출튜브와 압출하우징의 결속은 압출튜브의 양단에 구비되는 압출튜브의 결속홈에 결속부재가 삽입됨으로써 압출튜브가 결속될 수 있다. 상기 결속부재의 일례로 "E링"이 사용될 수 있다.

상기 압출하우징은 고정플레이트(105) 상부에 위치하며, 도 6을 참조하면, 상기 고정플레이트(105)는 구동유닛인 모터를 수용하는 모터하우징(155)의 상부에 나사결합으로 고정된다.

또한, 상기 고정플레이트(105)의 중앙에는 통공이 형성되며, 상기 통공으로 모터축(150)이 관통된다. 그리고, 상기 모터축(150)에는 필라멘트를 압출하는 압출수단인 압출기어(160)가 결합된다. 즉, 상기 압출기어는 상기 필라멘트에 접촉하여 모터의 구동력에 의하여 회전함으로써 상기 필라멘트를 이송시킨다.

이를 위해, 상기 압출하우징의 일측에는 압출하우징개방부(116)가 형성되고, 상기 압출튜브의 일측에는 압출튜브개방부(117)가 형성된다. 상기 압출하우징개방부(116) 및 압출튜브개방부(117)에 의하여 필라멘트가 외부로 노출되며, 상기 압축기어와 접촉할 수 있게 된다. 따라서, 상기 압출하우징개방부 및 압출튜브개방부는 상기 압출기어의 외주형상에 대응하는 반원 등의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 압출부는 압력조절수단(140)을 포함하는데, 상기 압력조절수단(140)은 상기 압출하우징을 밀거나 당겨 상기 압출기어가 필라멘트에 강하게 접촉하여 압력을 가하거나 떼어내는 역할을 하며, 나사산이 형성된 압력조절봉(142) 및 회전부(144)를 포함한다.

또한, 상기 압출하우징에는 이동부(130)가 구비되며, 상기 압력조절봉은 상기 이동부에 삽입된다. 상기 이동부(130)는 상기 압력조절봉의 나사산에 대응하는 나사산을 가진 이동너트로 구비되는 것이 바람직하며, 상기 압력조절봉의 회전에 따라 전후로 이동된다. 즉, 상기 이동너트는 압력조절봉의 축방향 및 측면으로는 막혀 있고 상하로 관통된 너트수용부(132)에 회전이 불가능하게 수용된다. 따라서, 상기 회전부(144)의 회전에 따라 압력조절봉이 회전하면, 상기 이동너트는 압력조절봉의 나사산을 따라 전후로 이동하게 된다.

한편, 상기 필라멘트통공과 이동부 사이에는 탄성부(120)가 구비된다. 상기 탄성부는 별도의 스프링과 같은 탄성부재를 이용할 수도 있으나, 본 실시예에서 탄성부는 일체로 형성되며, 구불구불한 형상으로 제조되어 자연스럽게 탄성을 가지도록 제조된다. 이러한 구성으로 부품수를 줄이고 생산시간을 단축시키는 효과가 있다.

상기 탄성부는 압출하우징과 압출기어가 접촉할 때, 과도한 힘으로 접촉되는 것을 방지하고 탄성적으로 압력이 가해지도록 하여 내구성을 향상시킨다.

한편, 상기 고정플레이트(105)에는 상기 압출하우징을 지지하며 이동을 가이드함과 동시에 외부 마운트와의 결합을 용이하게 해주는 압출부브라켓(170)이 구비된다.

상기 압출부브라켓(170)은 중앙패널(173)을 중심으로 전방에는 상측지지대(172) 및 하측지지대(174)가 구비되고, 후방에는 마운트홀더(176)가 구비된다.

또한, 상기 압출하우징에는 가이드홈(118)이 형성되며, 상기 가이드홈이 상기 압출부브라켓의 상측지지대와 하측지지대 사이에 슬라이딩되어 삽입된다. 이에 따라, 압력조절수단에 의해 상기 압출하우징이 전후로 이동될 때 상기 상측지지대와 하측지지대 사이에서 한쪽방향으로만 움직이도록 구속된다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하여, 본 발명에 의한 3차원 프린터에 사용되는 압출부의 작동예에 대하여 설명한다.

도 7a는 압력조절수단을 이용하여 압출하우징을 압출기어로부터 가장 멀리 떨어지게 이동시킨 상태를 나타낸다. 이러한 상태에서 필라멘트는 자유롭게 이동가능하므로 필라멘트를 새로 인입시키거나 빼내는데 용이한 상태로 된다.

도 7b는 압력조절수단을 이용하여 압출하우징을 압출기어에 살짝 접촉시킨 상태를 나타낸다.

도 7c는 압력조절수단을 더 돌려서 탄성부에 탄성력이 작용하여 압출하우징에 탄성압력이 전달됨과 동시에 필라멘트가 가압된 상태이다. 이 상태는 압출기어의 회전에 의하여 필라멘트가 이송될 수 있는 상태이다.

한편, 상기 압출부브라켓과 외부마운트를 이용하면 외부 설치가 매우 용이해진다. 즉, 도 8 및 도 9를 참조하면, 설치를 원하는 위치에 외부마운트(180)를 고정시킨 후, 압출부를 상기 외부마운트의 아래에서 위로 슬라이딩시켜 외부마운트의 결합부(182)를 압출부브라켓의 마운트홀더(176) 내에 삽입시킨다. 그러면, 외부마운트의 탄성결합부가 압출부브라켓의 중앙패널(173)을 따라 탄성변형 되어 이동하다가 상기 중앙패널의 후면에 형성된 고정홈(177)에 삽입되면서 결합이 완료된다.

이와 같이, 상기 압출부브라켓은 압출하우징의 이탈을 방지하고 정위치를 유지하도록 지지함과 동시에 모터와 압출부브라켓 사이의 고정플레이트 일측을 모터에 고정시키는 역할뿐만 아니라 압출부 전체를 일정한 위치에 고정시키는 역할도 한다.

이에 따라 압출부브라켓의 일측에 구비되어 있는 마운트홀더는 압출부에 대한 탈부착고정수단을 제공한다. 이는 볼트를 체결하고 해제하는 과정이 필요 없이 한 손만으로 단번에 착탈이 가능하기 때문에 사용편의성을 크게 향상시켜준다.

따라서, 압출부의 부착위치를 변경하기가 매우 손쉽고 자유로우며 유지보수 시에도 효율성을 대폭 증가시켜준다.

다음, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명에 의한 3차원 프린터에 사용되는 노즐부에 대하여 설명한다.

상기 노즐부(200)는 필라멘트를 녹인 후, 노즐을 통해 원료를 외부로 분사시키는 역할을 하는 것으로서, 인입부(210), 제1단열부(230,232), 제2단열부(234), 노즐부브라켓(220), 히팅부(240), 노즐(250)을 포함한다.

상기 인입부(210)는 내부에 필라멘트가 삽입되는 통공이 형성되어 필라멘트가 히팅부로 지속적으로 들어갈 수 있도록 안내해 주는 역할을 하며, 불소수지 또는 불소성분을 함유한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 히팅부에는 상기 인입부가 삽입되는 인입부홈이 형성되고, 상기 인입부는 끝단에 나사산이 형성되어 히팅부에 나사결합되는 것이 조립하는데 있어 바람직하다.

상기 히팅부(240)는 필라멘트를 순간적으로 녹이는 역할을 하는 것으로서, 히터와 온도센서가 구비된다.

한편, 도 3과 같이 히트싱크 등을 장착한 종래 방식의 경우, 히팅블록의 열이 히트싱크로 누출됨으로써 여러 문제를 발생시킨다.

즉, 이로 인해, 히트싱크가 가열되게 되고 가열된 히트싱크 내부의 필라멘트도 가열되어 필라멘트가 팽창한다.

이는 내부 통로의 마찰저항을 크게 증가시켜서 필라멘트의 이동을 방해함으로써 원료공급이 중단되는 결과을 초래한다.

이 때문에 가열된 히트싱크를 냉각시키기 위해 팬을 가동하지만 아래와 같이 문제가 여전히 상존한다.

팬의 작동이 중단되는 경우 원료공급이 중단되는 문제가 재발한다.

팬은 정상작동하나 팬의 각도가 어긋나 히트싱크를 냉각시키지 못한다.

한 개의 팬가동으로 부족하여 두 개를 장착하여 사용한다.

팬가동으로 인해 소음이 발생한다.

히트싱크와 팬이 차지하는 공간 때문에 출력가능한 공간이 그만큼 줄어든다.

히트싱크와 팬, 그에 따른 부속물은 제조 및 사용자 모두에게 추가비용을 발생시키고 장치의 복잡성을 증가시켜 사용편의성이 저하되고 유지보수가 불리하게 된다.

히팅부의 열이 히트싱크로 누출되는 만큼 전력손실 발생한다.

히팅부의 열이 히트싱크로 누출됨으로써 노즐의 온도안정성에 악영향 미친다.

따라서, 본 발명에 따르면,

히팅부의 열이 누출되는 것을 최대한 억제함과 동시에 히트싱크, 팬 등의 냉각장치를 제거한다.

이를 위해 히팅부 주변에 단열부가 구비된다.

구체적으로, 상기 히팅부부에 인접하여 제1단열부(230,232)가 구비된다. 상기 제1단열부는 하나의 단열재료만 사용될 필요는 없고 사용환경에 따라 여러 단열재료가 사용될 수 있다. 상기 단열재료로는 글라스화이버, 세라믹화이버 소재의 판재, 테이프, 펠트 등에서 적절한 것이 선택되어 적용될 수 있다.

상기 제1단열부의 상부에는 노즐부브라켓(220)이 구비된다. 상기 노즐부브라켓은 'ㄴ'자 형상으로 구비되며, 노즐부를 외부에 고정시키는 역할을 함과 동시에 히팅부에서 발생되는 열을 외부로 전달시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 노즐부브라켓의 위에는 제2단열부(234)가 구비된다.

상기 노즐부브라켓에는 상기 인입부가 관통되는 인입부관통공 및 결합나사가 관통되는 열전도방지홀이 형성된다.

상기 결합나사는 제2단열부, 노즐부브라켓, 제1단열부를 관통하여 히팅부에 결합된다. 이때, 상기 결합나사는 히팅부에서 발생되는 열이 전도되어 다른 부분, 특히 노즐부브라켓까지 열이 전도될 가능성이 있다. 이를 위해, 상기 노즐부브라켓에 형성되는 열전도방지홀의 직경은 상기 결합나사의 직경보다 큰 직경을 가진다. 이러한 열전도방지홀에 의하여 결합나사에서 전도된 열이 다시 노즐부브라켓으로 전도되는 것이 방지된다.

또한, 상기 결합나사의 머리는 제2단열부 위에 위치하기 때문에 결합나사와 노즐부브라켓의 직접적인 접촉이 방지되어 히팅부에서 발생되는 열이 노즐부브라켓으로 전도되는 것이 방지된다.

상기 히팅부의 하측에는 노즐(250)이 나사결합되고, 결합된 노즐(250)의 상단부와 인입부의 하단부가 밀착된다. 이러한 밀착구조에 의하여 용융된 원료의 누출이 방지된다.

다음, 도 13을 참조하여 본 발명에 의한 3차원 프린터에 사용되는 프레임부 구조에 대하여 설명한다.

상기 프레임부는 하부프레임(310), 수직프레임(330), 노즐부부프레임(350) 및 연결프레임(370)을 포함하며, 알루미늄과 같은 가벼운 재질로 구비될 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 하부프레임(310)은 중심부(312), 외관부(316), 중심부연결부(318)를 갖는 알루미늄 프로파일로 형성된다. 본 실시예에서, 4개의 하부프레임은 프로파일용 연결구에 의해 서로 직각으로 결합된다.

상기 하부프레임(310)의 외관부(316)는 'ㄱ' 형상으로 구비되며, 상기 외관부(316)와 중심부(312)는 대각선 방향의 중심부연결부(318)에 의해 연결된다. 따라서, 중심부(312)의 외주면과 외관부(316) 사이에는 프로파일홈(314)이 형성된다.

상기 하부프레임의 위로는 수직방향으로 수직프레임(330)이 결합된다. 도 15를 참조하면, 수직프레임(330)도 하부프레임과 마찬가지로 중심부(312), 외관부(316) 및 프로파일홈(314)이 형성된다. 상기 수직프레임은 노즐부프레임(350)을 위아래로 이동시키는 가이드역할을 한다.

본 실시예에 있어서, 상기 수직프레임(330)은 회전결합부(320)를 매개로 하여 상기 하부프레임(310)에 결합된다.

즉, 상기 회전결합부(320)는 수직프레임과 하부프레임을 결합시키는 'ㄱ'자 형상의 프레임브라켓을 포함하며, 상기 프레임브라켓은 수직프레임과 결합되며 하부프레임의 상부를 덮는 상면부(322)와 하부프레임에 결합되며 하부프레임의 측면을 덮는 측면부(324)를 포함한다.

상기 회전결합부의 측면부에는 두 개의 통공이 형성된다. 즉, 수직프레임 회전의 축이 되는 회전결합공(325) 및 수직프레임을 움직이지 않게 고정시키는 고정공(326)이 형성된다.

도 16을 참조하면, 상기 회전결합공을 관통하여 회전결합구(325)가 결합된다. 상기 회전결합구는 길이가 비교적 짧은 나사형태로 구비되는 것이 바람직하며, 손잡이가 달린 나비나사도 사용될 수 있다. 이러한 회전결합구는 회전결합부의 회전결합공을 관통하여 하부프레임의 프로파일홈에 삽입되며, 중심축에는 미치지 못하게 된다.

따라서, 상기 회전결합구만 체결된 상태에서 수직프레임은 상기 회전결합구를 축으로 하여 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 된다. 도 17은 회전결합구를 회전시켜 수직프레임을 90°회전시킨 상태를 나타낸다.

상기 수직프레임을 회전시킨 상태에서 한쪽으로 밀면 상기 수직프레임은 하부프레임을 따라 이동될 수 있다. 즉, 하부프레임의 외관부 및 프로파일홈이 가드레일 역할을 하여 회전결합구가 슬라이딩되어 이동될 수 있다.

이때, 상기 수직프레임의 중간에 구비되는 잠금수단(340)에 의해 상기 수직프레임은 하부프레임과 평행한 상태로 고정될 수 있다. 즉, 상기 잠금수단은 회전돌기(342) 및 잠금손잡이(344)가 구비되고, 수직프레임이 90°회전하면 상기 회전돌기가 하부프레임의 프로파일홈으로 삽입된다. 이 상태에서 잠금손잡이를 회전시키면 회전돌기가 회전하면서 하부프레임의 외관부의 내주면에 걸려 하부프레임과 결합된 잠금상태로 된다. 수직프레임을 다시 일으켜 세울 때에는 반대로 잠금손잡이를 회전시켜 회전돌기가 외관부에 걸리지 않는 상태로 한 다음 수직프레임을 수직방향으로 일으켜 세운다.

한편, 상기 하부프레임에는 중심부에 중심부통공(319)이 형성되어 있으며, 상기 수직프레임을 하부프레임에 고정시킬 때에는 상기 회전결합부의 고정공(326)을 상기 중심부통공(319)에 일치시킨 후, 고정결합구를 체결한다.

도 18을 참조하면, 상기 고정결합구(327)는 회전결합부의 고정공을 관통하고 프로파일홈을 지나 하부프레임의 중심부통공에 삽입된다. 상기 고정결합구는 중심부통공을 관통할 수도 있다. 이러한 고정결합구를 결합시키면 수직프레임은 수직상태로 고정된 상태를 유지하게 된다.

상기 연결프레임(370)은 한 쌍의 수직프레임을 연결시켜 더욱 견고하게 하는 역할을 하며, 상기 연결프레임 또는 하부프레임에는 손잡이를 구비하여 수직프레임을 접은 경우 손잡이를 들고 편리하게 운반하게 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 노즐부프레임에는 노즐부가 결합되는데, 상기 노즐부프레임은 한 쌍의 수직프레임에 의해 가이드 되어 상하로 이동된다.

구체적으로, 상기 수직프레임의 프로파일홈에는 나사봉이 수직방향으로 삽입되고 상기 노즐부프레임의 양단은 상기 나사봉과 결합되어 나사봉이 회전함에 따라 노즐부프레임이 상하로 이동된다.

이때, 한 쌍의 나사봉이 동시에 같은 속도로 회전을 해야 노즐부프레임이 정상적으로 이동이 가능하다. 하지만, 종래에는 두 개의 나사봉을 각각 구동시켜 회전속도가 일치하지 않거나 하나의 나사봉만 움직이는 일이 발생하여 부품이 망가져 버리는 일이 종종 발생하였다.

본 실시예에서는 하나의 구동유닛 및 하나의 구동력전달체를 사용하여 이러한 문제점을 해결한다.

구체적으로, 제1수직프레임에는 제1상하이송부가 프로파일홈에 삽입되어 있고, 제2수직프레임에는 제2상하이송부가 프로파일홈에 삽입되어 있다. 상기 제1상하이송부 및 제2상하이송부는 동일한 규격으로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제1상하이송부는 제1나사봉 및 상기 제1나사봉의 하단부에 결합되는 제1풀리를 포함하며, 제2상하이송부는 제2나사봉 및 상기 제2나사봉의 하단부에 결합되는 제2풀리를 포함한다.

본 실시예에서 노즐부프레임의 구동을 위해서 하나의 구동모터 및 구동풀리를 포함하는 구동유닛이 구비되고, 구동력전달체로서 하나의 타이밍벨트가 구비된다. 또한, 상기 구동력전달체는 구동풀리, 제1풀리, 제2풀리에 모두 감겨 삼각형 형상으로 구동력을 전달한다.

이러한 구성으로 하나의 구동력전달체에 의하여 제1풀리 및 제2풀리가 동시에 구동되므로 원천적으로 속도차이가 날 수 없는 구조이고 만약 구동력전달체에 문제가 생겨 구동력이 제대로 전달되지 않으면 제1풀리 및 제2풀리가 모두 정지상태가 되므로 한쪽만 작동되어 부품이 파손되는 사태가 방지된다.

상기 구동유닛에는 보조풀리가 구비되어 구동력전달체의 텐션이 부족한 경우 텐션을 강화시킬 수 있다.

한편, 상기 수직프레임의 외관부(316)의 외주면에는 베어링을 안내하는 베어링가이드부(315)가 형성된다. 상기 베어링가이드부는 외관부의 외주면에 한 쌍의 단차가 형성되어 이루어지는 것으로서, 베어링이 상기 베어링가이드부에 밀착되어 베어링가이드부를 따라 이동된다.

즉, 상기 노즐부프레임의 양단에는 베어링(351)이 구비되고 상기 베어링이 수직프레임에 형성된 베어링가이드부에 밀착되어 수직프레임으로부터 이탈하지 않고 안정적으로 상하이동이 가능해 진다.

상기 노즐부프레임(350)의 프로파일홈에는 타이밍벨트가 삽입되어 구비되며 상기 타이밍벨트에는 노즐부(200)가 결합되어 타이밍벨트의 움직임에 따라 노즐부가 이동하게 된다. 또한, 상기 노즐부프레임에는 상기 타이밍벨트를 구동시키기 위한 구동유닛(355)이 구비된다.

상기 노즐부프레임에도 베어링가이드부가 형성되어 있으며, 상기 노즐부에 구비된 베어링은 상기 노즐부프레임에 구비된 베어링가이드부를 따라 부드럽게 이송될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 3차원 프린터에 사용되는 플랫폼부에 대하여 설명한다.

상기 플랫폼부(500)는 플랫폼(510), 플랫폼이송부(530), 착탈결합유닛(550), 플랫폼가이드부(570)를 포함한다.

상기 플랫폼(510)은 노즐부에 의해 원료가 원하는 형상으로 만들어지는 곳으로서, 제어부의 제어에 따라 전후로 이송되면서 형상이 만들어진다.

상기 플랫폼(510)은 상기 플랫폼의 측면에 구비되는 플랫폼가이드부(570)에 의해 지지되면서 이송된다. 즉, 본 실시예에 의한 플랫폼가이드부는 단면이 V자 형상으로 이루어진 V자 가이드를 포함하며, 상기 V자 가이드는 하부프레임에 설치되는 V자 가이드회전부에 회전가능하게 지지된다.

상기 플랫폼의 측면에는 베어링이 구비되고, 상기 베어링은 V자 가이드에 삽입되어 V자 가이드를 따라 움직인다. 이때, 상기 V자 가이드는 V자가 옆으로 90°회전한 상태로 구비된다.

상기 플랫폼이송부(530)는 구동유닛 및 상기 구동유닛의 구동력을 전달받아 상기 플랫폼을 이송시키는 타이밍벨트를 포함할 수 있다. 상기 타이밍벨트는 착탈결합유닛(550)에 결합된다.

상기 착탈결합유닛(550)은 상기 플랫폼을 별도의 도구 없이도 용이하게 분리하기 위한 장치로서, 타이밍벨트가 결합되는 벨트결합부(552), 플랫폼에 설치되는 플랫폼결합브라켓에 삽입되어 착탈식으로 결합되는 플랫폼결합부(554) 및 상기 벨트결합부 및 플랫폼결합부의 사이에 구비되는 플랫폼탄성부(556)를 포함한다.

상기 벨트결합부(552)는 타이밍벨트가 삽입공으로 삽입되어 90°꺾여진 후 다시 배출공으로 배출되는 구조로 되어 있으며, 상기 배출공에는 그립돌기(553)가 돌출되어 타이밍벨트가 견고하게 결합된다.

상기 플랫폼에는 플랫폼결합브라켓(511)이 구비되고, 착탈결합유닛의 플랫폼결합부(554)는 상기 플랫폼결합브라켓에 삽입되어 결합된다. 이때, 상기 플랫폼결합부의 끝단에 형성된 플랫폼결합돌기(555)를 돌려주면 상기 플랫폼결합돌기가 플랫폼결합브라켓에 걸려 견고하게 결합이 된다.

상기 플랫폼을 분리하기 위해서는 상기 플랫폼결합돌기를 돌려주면 상기 착탈결합유닛이 손쉽게 분리된다.

또한, 상기 플랫폼을 V자 가이드로부터 분리시킬 때에도 상기 V가 가이드를 V자 홈이 위에서 보이도록 회전시켜 주면 베어링이 V자 가이드에서 용이하게 분리될 수 있다.

이처럼 본 실시예에 의한 플랫폼부는 나사와 드라이버와 같은 거추장스러운 도구를 사용하지 않고 손만으로 용이하게 플랫폼을 분리해 낼 수 있으므로 플랫폼에서 3차원 인쇄가 완성된 완성품을 손쉽게 떼어낼 수 있는 장점이 있다.

한편, 구동유닛에 의하여 상기 플랫폼을 구동시키면 매우 빠르게 움직이기 때문에 타이밍벨트의 갑작스런 구동에 의해 플랫폼에 충격이 가해질 수 있다. 그러면 제품인쇄품질이 떨어질 우려가 높다.

본 실시예에서 상기 착탈결합유닛에 구비되는 플랫폼탄성부(556)는 이러한 충격을 흡수하여 플랫폼이 안정적으로 이송될 수 있도록 하여준다. 상기 플랫폼탄성부는 별도의 탄성부재를 이용할 수도 있으나, 상기 플랫폼탄성부는 속이 빈 공간이 형성된 타원형상으로 제작되어 탄성을 가지면서 착탈결합유닛이 동일한 재질로 일체로 생산되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에 의하면 별도의 충격완화장치를 부착하지 않고도 소기의 목적을 달성할 수 있는 장점이 있으며, 착탈결합유닛을 별도의 조립과정 없이 한번에 생산할 수 있어 생산성이 향상된다.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 압출부 200 : 노즐부

Claims (21)

1. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
   상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
   3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
   각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
   상기 압출부는, 필라멘트를 수용하며 통과시키는 압출하우징;
   상기 필라멘트에 접촉하여 이송시키는 압출수단;
   상기 압출하우징을 이동시켜 상기 압출수단과의 접촉을 제어하는 압력조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압출하우징은 필라멘트통공이 형성되며,
   상기 필라멘트통공에는 필라멘트가 통과되는 압출튜브가 삽입되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압력조절수단은 나사산이 형성된 압력조절봉을 포함하며, 상기 압출하우징에는 상기 압력조절봉이 삽입되는 이동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 압출하우징은 상기 필라멘트통공과 이동부 사이에 탄성부가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 압출부는 상기 압출하우징의 이동을 가이드하는 압출하우징가이드부 및 외부 마운트가 슬라이딩되어 삽입되는 슬라이딩결합부를 포함하는 압출부브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
6. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
   상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
   3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
   각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
   상기 노즐부는, 필라멘트가 통과되는 인입부;
   상기 인입부를 통과한 필라멘트를 녹이는 히팅부;
   상기 히팅부에 의하여 녹은 필라멘트를 분출시키는 노즐;
   외부에 결합되는 부분인 외부결합부가 형성되며, 상기 히팅부에서 발생되는 열을 외부로 전달시키는 노즐부브라켓;
   상기 히팅부 외부에 구비되는 단열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
7. 제6항에 있어서,
   상기 단열부는 상기 히팅부와 노즐부브라켓 사이에 구비되는 제1단열부 및 상기 노즐부브라켓 외부에 구비되는 제2단열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
8. 제7항에 있어서,
   상기 노즐부브라켓에는 결합나사가 관통된는 열전도방지홀이 형성되며, 상기 열전도방지홀은 상기 결합나사의 지름보다 큰 직경을 가져 상기 결합나사로부터의 열전도가 방지되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
9. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
   상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
   3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
   각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
   상기 프레임부는, 외관을 형성하는 하부프레임;
   상기 하부프레임에 수직으로 결합되어 상기 노즐부를 지지하는 수직프레임을 포함하며,
   상기 수직프레임은 상기 하부프레임에 대하여 회전하는 회전결합부에 의하여 상기 하부프레임과 결합되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
10. 제9항에 있어서,
    상기 하부프레임은 중심부 및 상기 중심부의 외주면에 프로파일홈이 형성된 프로파일을 포함하고,
    상기 회전결합부는 수직프레임과 하부프레임을 결합시키는 프레임브라켓;
    상기 프레임브라켓을 관통하여 상기 프로파일홈에 삽입되되 중심부의 외부에 위치하는 회전결합구;
    상기 프레임브라켓 및 적어도 중심부의 한 면을 관통하여 설치되는 고정결합구를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
11. 제9항에 있어서,
    상기 수직프레임에는 상기 하부프레임의 프로파일홈에 삽입되어 분리를 방지하는 잠금수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
12. 제9항에 있어서,
    상기 하부프레임 또는 수직프레임의 일면에는 손잡이가 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
13. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
    상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
    3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
    각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
    상기 프레임부는 상기 노즐부를 지지하는 노즐부프레임을 포함하고,
    상기 3차원 프린터는 상기 노즐부프레임의 일단에 결합하여 상기 노즐부프레임을 상하로 이송하는 제1상하이송부, 상기 노즐부프레임의 타단에 결합하여 상기 노즐부프레임을 상하로 이송시키는 제2상하이송부 및 상기 제1상하이송부와 제2상하이송부를 동시에 구동시키는 노즐부프레임구동부를 포함하며,
    상기 노즐부프레임구동부는, 하나의 구동유닛; 및
    상기 제1상하이송부, 제2상하이송부 및 구동유닛에 모두 결합되어 상기 구동유닛의 구동력을 전달하는 구동력전달체를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
14. 제13항에 있어서,
    상기 프레임부는,
    상기 제1상하이송부를 수용하는 제1수직프레임 및 상기 제2상하이송부를 수용하는 제2수직프레임을 포함하며,
    상기 제1수직프레임 및 제2수직프레임은 각각 중심부 및 상기 중심부의 외주면에 프로파일홈이 형성된 프로파일을 포함하고,
    상기 제1상하이송부는 상기 프로파일홈에 삽입되는 제1나사봉 및 상기 제1나사봉의 하단부에 결합되는 제1풀리를 포함하며,
    상기 제2상하이송부는 상기 프로파일홈에 삽입되는 제2나사봉 및 상기 제2나사봉의 하단부에 결합되는 제2풀리를 포함하고,
    상기 구동력전달체는 상기 제1풀리, 제2풀리 및 구동유닛에 모두 결합되어 하나의 구동유닛에 의한 구동력이 상기 제1풀리 및 제2풀리로 동시에 전달되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1수직프레임 및 제2수직프레임의 외주면에는 중간이 절개되어 상기 프로파일홈과 연통되는 통공이 형성되며, 상기 통공에 인접한 외주면에는 단차가 형성되어 베어링을 안내하는 베어링가이드부가 형성되고,
    상기 노즐부프레임의 양단에는 베어링이 구비되어 상기 베어링가이드부를 따라 상하로 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
16. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
    상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
    상기 노즐부를 이송시키는 노즐부이송부;
    3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
    각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
    상기 프레임부는 상기 노즐부를 지지하는 노즐부프레임을 포함하며,
    상기 노즐부프레임은 중심부 및 상기 중심부의 외주면에 프로파일홈이 형성된 프로파일을 포함하고,
    상기 노즐부이송부는 상기 프로파일홈에 삽입되는 타이밍벨트 및 상기 타이밍벨트를 구동시키는 구동유닛을 포함하며,
    상기 노즐부는 상기 타이밍벨트의 구동에 의하여 좌우로 이송되는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
17. 필라멘트를 적절한 속도로 이송시키는 압출부;
    상기 필라멘트를 녹여 분출시키는 노즐부;
    3차원 형상이 형성되는 플랫폼부; 및
    각종 부품을 지지하는 프레임부를 포함하여 구성되는 3차원 프린터에 있어서,
    상기 플랫폼부는, 3차원 인쇄물이 형성되는 플랫폼;
    상기 플랫폼을 전후로 이동시키는 플랫폼이송부;
    상기 플랫폼과 상기 플랫폼이송부를 착탈식으로 결합시키는 착탈결합유닛;
    상기 플랫폼의 이송을 안내하는 플랫폼가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
18. 제17항에 있어서,
    상기 플랫폼이송부는 구동유닛 및 상기 구동유닛의 구동력을 전달받아 상기 플랫폼을 이송시키는 타이밍벨트를 포함하며,
    상기 플랫폼에는 플랫폼결합브라켓이 구비되고,
    상기 착탈결합유닛은 상기 타이밍벨트가 결합되는 벨트결합부 및 상기 플랫폼결합브라켓에 삽입되어 착탈식으로 결합되는 플랫폼결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
19. 제18항에 있어서,
    상기 벨트결합부 및 플랫폼결합부의 사이에는 플랫폼탄성부가 구비되어 상기 타이밍벨트의 갑작스런 구동에 의한 충격을 흡수하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
20. 제17항에 있어서,
    상기 플랫폼가이드부는 한 쌍의 V자 가이드를 포함하는 V자 가이드부로 구비되고, 상기 플랫폼의 측면에 구비된 베어링은 상기 V자 가이드를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
21. 제20항에 있어서,
    상기 V자 가이드부는 상기 V자 가이드를 회전시키는 V자 가이드회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.

Images