KR20170111624A

KR20170111624A - 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법

Info

Publication number: KR20170111624A
Application number: KR1020160037463A
Authority: KR
Inventors: 한진수; 도현옥; 박현호; 문주영; 이재설; 이상범; 김원석; 김신욱
Original assignee: 주식회사 큐비콘
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-10-12

Abstract

본 발명은 3차원 조형물이 형성되는 조형판의 기울기를 수평으로 맞출 수 있는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법에 관한 것으로, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부, 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하는 3차원 프린터에서 상기 조형판의 기울기를 조절하는 장치에 있어서, 상기 조형판의 하부에 배치되어 상기 조형판의 기울기를 조절하는 조절부; 상기 조형판 상에 설치되어 상기 압출부의 노즐과 상기 조형판의 상면 간의 접촉 여부를 감지하는 복수개의 감지부; 상기 노즐이 상기 복수개의 감지부가 설치된 위치에 접촉되도록 상기 이송부를 제어하고, 상기 복수개의 감지부에 의하여 접촉이 감지된 경우에 상기 노즐이 z축으로 이동한 거리를 측정하며, 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산하고, 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과함에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 제어부를 포함한다.

Description

3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법{APPARATUS FOR ADJUSTING TILT OF BED OF THREE DIMENSIONAL PRINTER, THREE DIMENSIONAL PRINTER USING THE SAME AND METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 3차원 조형물이 형성되는 조형판의 기울기를 수평으로 맞출 수 있는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법에 관한 것이다.

CAD 프로그램으로 설계한 컴퓨터 파일에서 입체로 된 기계 부품 등을 인쇄하듯 실물모형을 만드는 장치를 3차원 프린터라고 하며, 3차원 프린터의 발전과 확산이 제조업계의 화두로 등장하였다.

일반적으로 3차원 프린터는 압출헤드에 의해 지지되는 노즐을 통해 생성재료(통상, ABS 수지)를 출력용 조형판(substrate bed)에 출력하여 적층함으로써 입체물을 생성한다. 조형판은 압출헤드에 대해 직교좌표계에서 X, Y, Z의 세 축 방향 또는 일부 방향으로 (압출헤드가 움직이는 제품도 있음) 이동하며 생성재료가 조형판 상의 정해진 위치에 적층되게 한다. 이러한 조형판의 이동은 조형판과 연결된 스크류 등에 의해 각 축 방향의 이동이 정확히 제어됨으로써 생성재료가 정확한 위치에 적층된다. 다만, 이러한 수지 적층을 통한 결과물 생성 과정은 고온에서 이루어지며, 한번의 작업 동안에 조형판은 많은 이동을 수행하거나, 압출헤드에 의해 외력을 받는다.

이하, 도 1은 조형판(20)이 수평축에 대해 기술어져 평탄도가 정렬되지 않은 상태를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 프린터의 작동 후, 고온의 작동 환경에 의한 열과 많은 움직임 그리고 자중이 조형판(20)의 위치와 자세에 영향을 준다. 따라서, 작업 완료 후 조형판(20)이 열변형, 진동, 및 자중 등 초기 위치로 정렬되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 압출헤드(10)를 이용하여 조형판(20)에 구조물을 출력하기 전에 조형판(20)의 초기 위치를 수평으로 정렬할 필요가 있다.

그러나, 종래의 3차원 프린터는 미국공개특허 제2015/0147424호에 개시된 바와 같이, 작업 공간 내에 설치된 센서를 이용하여 조형판의 기울기를 측정하고, 측정된 결과에 따라 조형판의 수평을 조절하므로, 조형판의 표면 재질에 따라 센서가 측정한 결과가 상이하게 되는 문제점이 있다.

미국공개특허 제2015/0147424호

본 발명은 압출부의 노즐과 조형판 상의 복수개의 지점을 직접 접촉시키고, 접촉 시 노즐의 이동 거리를 이용하여 조형판의 기울기를 계산함으로써, 조형판 표면의 재질에 구애받지 않고 정확하게 조형판의 기울기를 측정할 수 있는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조형판의 수평을 자동으로 정렬함으로써, 3차원 프린터의 출력물의 품질을 향상시킬 수 있는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부, 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하는 3차원 프린터에서 상기 조형판의 기울기를 조절하는 장치에 있어서, 상기 조형판의 하부에 배치되어 상기 조형판의 기울기를 조절하는 조절부; 상기 조형판 상에 설치되어 상기 압출부의 노즐과 상기 조형판의 상면 간의 접촉 여부를 감지하는 복수개의 감지부; 상기 노즐이 상기 복수개의 감지부가 설치된 위치에 접촉되도록 상기 이송부를 제어하고, 상기 복수개의 감지부에 의하여 접촉이 감지된 경우에 상기 노즐이 z축으로 이동한 거리를 측정하며, 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산하고, 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과함에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 복수개의 감지부는, 상기 조형판의 제1 꼭지점에 인접하여 배치된 제1 감지부; 상기 제1 꼭지점에 연결된 직선의 타측 꼭지점인 제2 꼭지점에 인접하여 배치된 제2 감지부; 및 상기 제1 꼭지점 및 상기 제2 꼭지점을 포함하는 직선을 밑면으로 하는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당하는 제3 꼭지점에 인접하여 배치된 제3 감지부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 조절부는, 상기 조형판의 제1측 하부에 배치되어 상기 조형판의 높이를 고정하는 고정부; 상기 조형판의 제2측 하부에 배치되어 상기 조형판의 x축 방향의 기울기를 조절하는 제1 기울기 조절부; 및 상기 조형판의 제3측 하부에 배치되어 상기 조형판의 y축 방향의 기울기를 조절하는 제2 기울기 조절부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제1 기울기 조절부는, 상기 제어부의 제어에 따라 회전하는 제1 기울기 조절 모터; 및 상기 제1 기울기 조절 모터의 회전 동작을 수직 동작으로 변환하는 제1 스크류를 포함하고, 상기 제2 기울기 조절부는, 상기 제어부의 제어에 따라 회전하는 제2 기울기 조절 모터; 및 상기 제2 기울기 조절 모터의 회전 동작을 수직 동작으로 변환하는 제2 스크류를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전 당 피치를 계산하고, 계산된 피치에 따른 기울기 조정값을 표시하며, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전수를 제어하는 명령을 입력받는 기울기 조절 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조형판 기울기 조절 장치를 포함하는 3차원 프린터에 있어서, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부; 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부; 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하고, 상기 조형판 기울기 조절 장치는, 상기 조형판의 하부에 배치되어 상기 조형판의 기울기를 조절하는 조절부; 상기 조형판 상에 설치되어 상기 압출부의 노즐과 상기 조형판의 상면 간의 접촉 여부를 감지하는 복수개의 감지부; 및 상기 노즐이 상기 복수개의 감지부가 설치된 위치에 접촉되도록 상기 이송부를 제어하고, 상기 복수개의 감지부에 의하여 접촉이 감지된 경우에 상기 노즐이 z축으로 이동한 거리를 측정하며, 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산하고, 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과함에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부, 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하는 3차원 프린터에서 상기 조형판의 기울기를 조절하는 방법에 있어서, 상기 압출부의 노즐을 상기 조형판 상의 복수개의 지점에 접촉시키고, 상기 복수개의 지점에서 상기 노즐이 접촉한 z축 상의 각 복수개의 좌표를 저장하는 단계; 상기 복수개의 좌표의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 차이에 의해 결정된 상기 조형판의 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과하는 경우에 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 방향으로 제어하는 단계를 포함한다.

한편, 상기 복수개의 지점은, 상기 조형판의 제1 꼭지점에 인접하여 배치된 제1 지점, 상기 제1 꼭지점에 연결된 직선의 타측 꼭지점인 제2 꼭지점에 인접하여 배치된 제2 지점 및 상기 제1 꼭지점 및 상기 제2 꼭지점을 포함하는 직선을 밑면으로 하는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당하는 제3 꼭지점에 인접하여 배치된 제3 지점을 포함할 수 있다.

또한, 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 방향으로 제어하는 단계는, 상기 제1 지점을 수직 방향으로 이동시켜 상기 조형판의 x축 방향의 기울기를 조절하는 단계; 및 상기 제2 지점을 수직 방향으로 이동시켜 상기 조형판의 y축 방향의 기울기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 3차원 조형물을 생성하기 위한 원료를 압출하는 압출부의 노즐과 조형판 상의 복수개의 지점을 직접 접촉시키고, 접촉 시 노즐의 수직 방향으로의 이동 거리를 이용하여 조형판의 기울기를 계산함으로써, 조형판 표면의 재질에 구애받지 않고 정확하게 조형판의 기울기를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 3차원 프린터의 사용자가 일일이 개입하지 않더라도 조형판의 수평을 자동으로 정렬함으로써, 3차원 프린터의 출력물의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 조형물 출력을 위한 조형판이 수평면에 대해 경사진 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치, 이를 이용한 3차원 프린터 및 그 조절 방법을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 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 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치를 나타낸 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 2 내지 도 3b에 의하면 본 발명의 장치는, 압출부(100), 이송부(200), 조절부(300), 감지부(400), 제어부(500) 및 기울기 조절 인터페이스부(600)를 포함할 수 있다.

압출부(100)는, 3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 조형판(20)이 배치된 방향으로 압출하는 역할을 한다. 이때, 압출부(100)는, 노즐(110)과 히팅 블럭(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.

즉, 노즐(110)은, 원료인 필라멘트 등을 입력받아 히팅 블럭으로부터 전달된 열을 가하며, 열에 의하여 용융된 원료를 압출하는데, 소정의 경로를 통하여 주입된 필라멘트를 용융·압출하여 조형판(20) 위에 조형물을 만든다. 여기서, 원료로서 열 가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 열 가소성 수지는 PLA, ABS, HDPE(High-Density PolyEthylene, 고밀도 폴리에틸렌), 나일론(Nylon), 레이우드(Laywood)를 필라멘트 형태로 제공되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 노즐부(110)의 원료 토출 부분의 구경은 0.25mm 내지 0.4mm 구경을 가지는 것이 바람직하나, 원료의 종류 및 원료를 액화하는 온도에 따라 원료의 점성은 변화하므로 이에 한정되지 않는다.

또한, 히팅 블럭은, 노즐(110)의 외측에 결합되는 금속 블록으로, 금속 블록의 내부에 설치되는 열선으로 노즐(110)을 가열한다. 즉, 히팅 블럭은, 노즐(110)의 외주면에 형성된 금속 블록으로, 제어부(500)의 제어에 의하여 가열되는 내부의 열선에 의하여 고온의 열을 발생시키고, 발생된 고온의 열을 노즐(110)로 전달하게 된다.

또한, 이송부(200)는, 제어부(500)의 제어에 의하여 압출부(100)를 x축, y축 및 z축으로 이동시킨다. 여기서, 이송부(300)는, 노즐(110)을 승하강시키기 위한 수직 이송부(도시되지 않음) 및 노즐(110)을 x축 및 y축으로 이동시키기 위한 수평 이송부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이때, 수평 이송부 및 수직 이송부 각각은 이송 모터 및 이송 모터에 의해 정역 회전되는 리드 스크류(Lead screw)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 노즐(110)을 이송시킬 수 있는 한 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)나 실린더를 사용할 수도 있다.

여기서, 도 3a에는 편의상 이송부(200)를 생략했으나, 압출부(100)를 이동시키기 위하여 제어부(500)가 이송부(200)를 이용하는 것으로 가정할 수 있다.

한편, 조절부(300)는, 조형판(20)의 하부에 배치되어 제어부(500)의 제어에 의하여 조형판(20)의 기울기를 조절한다. 여기서, 조절부(300)는, 제1 기울기 조절부(311), 제2 기울기 조절부(312), 베이스부(320), 기울기부(330) 및 인쇄 회로 기판부(340)를 포함할 수 있다.

제1 기울기 조절부(311)는, 조형판(20)의 x축 방향의 기울기를 조절하는 역할을 한다. 즉, 제1 기울기 조절부(311)는, 베이스부(320)에 고정되고, 베이스부(320) 위에 제1 스크류(도시되지 않음)를 통하여 연결된 기울기부(330)의 x축 방향의 기울기를 조절함으로써 기울기부(330) 상부에 배치된 조형판(20)의 x축 방향의 기울기를 조절하게 된다. 다시 말하면, 제1 기울기 조절부(311) 내 제1 기울기 조절 모터의 회전 운동을 제1 스크류가 수직 운동으로 변환하고, 제1 스크류의 수직 운동에 대응하여 기울기부(330) 중 제1 기울기 조절부(311)와 연결된 조절점이 상승 또는 하강하는 식으로 그 높이가 변화하게 된다.

즉, 조절부(300)는, 조형판(20)의 제1측 하부에 배치되어 조형판(20)의 높이를 고정하는 고정부(도시되지 않음)을 구비하고, 조형판(20)의 제2측 하부에 배치된 제1 기울기 조절부(311)를 이용하여 조형판(20)의 제2측의 높이를 조절함으로써 x축 방향의 기울기를 조절할 수 있다. 이를 위하여, 제1측과 제2측은 x축 방향의 직선 상에 배치될 수 있다.

또한, 제2 기울기 조절부(312)는, 조형판(20)의 y축 방향의 기울기를 조절하는 역할을 한다. 즉, 제2 기울기 조절부(312)는, 베이스부(320)에 고정되고, 베이스부(320) 위에 제2 스크류(도시되지 않음)를 통하여 연결된 기울기부(330)의 y축 방향의 기울기를 조절함으로써 기울기부(330) 상부에 배치된 조형판(20)의 y축 방향의 기울기를 조절하게 된다. 다시 말하면, 제2 기울기 조절부(312) 내 제2 기울기 조절 모터의 회전 운동을 제2 스크류가 수직 운동으로 변환하고, 제2 스크류의 수직 운동에 대응하여 기울기부(330) 중 제2 기울기 조절부(312)와 연결된 조절점이 상승 또는 하강하는 식으로 그 높이가 변화하게 된다.

즉, 조절부(300)는, 조형판(20)의 제3측 하부에 배치되어 조형판(20)의 높이를 고정하는 고정부(도시되지 않음)을 구비하고, 조형판(20)의 제3측 하부에 배치된 제2 기울기 조절부(312)를 이용하여 조형판(20)의 제3측의 높이를 조절함으로써 y축 방향의 기울기를 조절할 수 있다. 이를 위하여, 제1측과 제3측은 y축 방향의 직선 상에 배치될 수 있다.

한편, 베이스부(320)는, 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)를 그 하부에 고정하고, 상부에 기울기부(330)와 나사로 연결된다. 예를 들면, 베이스부(320)는, 기울기부(330)와 3개의 지점이 나사로 연결될 수 있다. 상술한 3개의 지점 중 하나의 지점은 높이가 고정된 고정점이고, 나머지 2개의 지점은 높이가 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)에 의하여 각각 변화할 수 있는 조절점일 수 있다.

또한, 기울기부(330)는, 인쇄 회로 기판부(340)를 사이에 두고 조형판(20)이 상부에 조립된다. 즉, 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)에 의하여 기울기부(330)의 기울기가 변하면, 조형판(20)의 기울기도 그에 따라 변하게 된다.

한편, 인쇄 회로 기판(PCB)부(340)는, 조형판(20)의 밑면에 밀착되어 감지부(400)가 노즐(110)에 접촉되었는지 여부를 판단하기 위한 전기적 신호를 제어부(500)로 전달하게 된다. 즉, 인쇄 회로 기판부(340)와 조형판(20)은 전기적으로 연결된다.

또한, 복수개의 감지부(400)는, 조형판(20) 상에 설치되어 압출부(100)의 노즐(110)과 조형판(20)의 상면 간의 접촉 여부를 감지하고, 감지 결과를 제어부(500)로 송신한다. 이때, 복수개의 감지부(400)는, 조형판(20)의 제1 꼭지점에 인접하여 배치된 제1 감지부(410), 제1 꼭지점에 연결된 직선의 타측 꼭지점인 제2 꼭지점에 인접하여 배치된 제2 감지부(420) 및 제1 꼭지점 및 제2 꼭지점을 포함하는 직선을 밑면으로 하는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당하는 제3 꼭지점에 인접하여 배치된 제3 감지부(430)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)는 도 3a에 도시된 바와 같이 조형판(20)의 가장자리에 위치하므로, 제어부(500)는 조형 영역의 표면 재질 및 두께에 영향을 받지 않는 z좌표값을 측정할 수 있다.

한편, 제어부(500)는, 노즐(110)이 복수개의 감지부(400)가 설치된 위치에 접촉되도록 이송부(200)를 제어한다. 즉, 제어부(500)는, 이송부(200)를 제어하여 소정의 전위 레벨을 갖는 노즐(110)을 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)가 위치한 xy좌표로 이동시키고, 노즐(110)을 z축으로 이동시켜 노즐(110)의 말단과 조형판(20) 설치된 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)가 접촉되도록 한다. 이때, 제어부(500)는, 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)를 구동하여 기울기부(330)를 조정함으로써 조형판(20)과 노즐(110)이 접촉되도록 제어할 수도 있다.

다음에, 제어부(500)는, 복수개의 감지부(400)에 의하여 노즐(110)의 접촉이 감지된 경우에 노즐(110)이 z축으로 이동한 거리, 즉, z좌표값을 측정한다. 즉, 제어부(500)는, 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)에 대하여 유사한 방법으로 노즐(110)과 접촉시켜 각각의 z좌표를 획득하게 된다.

이후에, 제어부(500)는, 상술한 바와 같이 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산한다. 즉, 제어부(500)는, 측정된 3개의 z좌표의 편차를 이용하여 조형판(20)의 기울기를 계산하게 된다.

만약, 제어부(500)가 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과하면, 조절부(300) 내 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)를 제어하여 조형판(20)을 수평면 상에 정렬하고, 제어부(500)가 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기 이하이면, 그대로 조형판(20)에 조형물을 출력한다. 여기서, 제어부(500)에 미리 설정된 기울기, 즉, 허용 범위 내의 기울기는 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)가 배치된 지점 중 2개의 지점의 높이 차가 100㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 약 200㎛인 기울기로 설정하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 이때, 미리 설정된 기울기를 판단하기 위한 높이 차가 너무 크면 조형물의 품질이 저하되고, 높이 차가 너무 작으면 제어부(500)의 수평 정렬 동작이 너무 자주 수행되어 조형물의 출력 속도가 느려질 수 있다.

또한, 제어부(500)는, 조형판(20)을 정렬한 이후에 다시 노즐(110)을 이용하여 기울기를 측정함으로써 기울기 조절이 제대로 되었는 지 확인할 수 있다.

한편, 기울기 조절 인터페이스부(600)는, 제1 스크류 및 제2 스크류의 회전 당 피치를 계산하고, 계산된 피치에 따른 기울기 조정값을 표시하며, 제1 스크류 및 제2 스크류의 회전수를 제어하는 명령을 입력받고, 입력된 명령을 제어부(500)로 전달한다. 이후에, 제어부(500)는, 기울기 조절 인터페이스부(600)에서 입력된 명령에 따라 제1 기울기 조절 모터 및 제2 기울기 조절 모터의 회전을 제어함으로써 조형판(20)의 기울기를 조정할 수 있다.

예를 들면, 제1 스크류 및 제2 스크류를 1회전에 있어서 1단계 내지 8단계로 분할될 수 있도록 하고, 제어부(500)가 복수개의 감지부(400)에 의해 측정되는 기울기를 제1 스크류 및 제2 스크류의 회전 당 피치로 환산하고, 환산된 피치에 따라 기울기에 변화에 따른 회전값을 기울기 조절 인터페이스부(600)를 통하여 제공할 수 있다. 이후에, 사용자는, 기울기 조절 인터페이스부(600)를 통하여 제공된 회전값을 참조하여 기울기를 조절하기 위한 명령을 입력하고, 제어부(500)는 입력된 명령에 따라 제1 기울기 조절 모터 및 제2 기울기 조절 모터의 회전을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 방법을 나타낸 도면으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어부(500)는, 압출부(100)의 노즐(110)을 조형판(20) 상의 복수개의 지점에 접촉시키고, 복수개의 지점에서 노즐(110)이 접촉한 z축 상의 복수개의 좌표를 저장한다(S100).

즉, 제어부(500)는, 이송부(200)를 제어하여 소정의 전위 레벨을 갖는 노즐(110)을 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)가 위치한 xy좌표로 이동시키고, 노즐(110)을 z축으로 이동시켜 노즐(110)의 말단과 조형판(20) 설치된 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)가 접촉되도록 하고, 복수개의 감지부(400)에 의하여 노즐(110)의 접촉이 감지된 경우에 노즐(110)이 z축으로 이동한 거리, 즉, z좌표값을 측정한다.

이때, 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)는 도 3a에 도시된 바와 같이 조형판(20)의 가장자리에 위치하므로, 제어부(500)는 조형 영역의 표면 재질 및 두께에 영향을 받지 않는 z좌표값을 측정할 수 있다.

다음에, 제어부(500)는, 복수개의 좌표의 차이를 계산한다(S200). 즉, 제어부(500)는, 제1 감지부(410), 제2 감지부(420) 또는 제3 감지부(430)에 대하여 획득한 3개의 z좌표 간 차이를 계산하게 된다.

이후에, 제어부(500)는, 3개의 z좌표 간 차이에 의하여 계산한 조형판(20)의 기울기가 미리 설정된 기울기를 이하인지를 판단한다(S300).

조형판(20)의 기울기가 미리 설정된 기울기 이하인 경우에, 제어부(500)는 그대로 압출부(100)를 제어하여 조형판(20)에 조형물을 출력한다.

만약, 조형판(20)의 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과하는 경우에, 제어부(500)는 조절부(300) 내 제1 기울기 조절부(311) 및 제2 기울기 조절부(312)를 제어하여 조형판(20)을 수평면 상에 정렬한다.

본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 금속 재질의 조형판(20)을 노즐(110)로 직접 접촉하여 전기적 신호를 감지하는 방식을 사용하므로, 기울기를 측정하는 데에 있어서 오차가 거의 없다.

또한, 기울기 측정 시, 평면을 구성하는 점의 최소 개수인 3개의 점에 대한 측정을 수행하므로, 기울기 감지 시간을 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지, 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 압출부
200: 이송부
300: 조절부
400: 감지부
500: 제어부
600: 기울기 조절 인터페이스부

Claims

3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부, 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하는 3차원 프린터에서 상기 조형판의 기울기를 조절하는 장치에 있어서,
상기 조형판의 하부에 배치되어 상기 조형판의 기울기를 조절하는 조절부;
상기 조형판 상에 설치되어 상기 압출부의 노즐과 상기 조형판의 상면 간의 접촉 여부를 감지하는 복수개의 감지부;
상기 노즐이 상기 복수개의 감지부가 설치된 위치에 접촉되도록 상기 이송부를 제어하고, 상기 복수개의 감지부에 의하여 접촉이 감지된 경우에 상기 노즐이 z축으로 이동한 거리를 측정하며, 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산하고, 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과함에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 제어부를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 복수개의 감지부는,
상기 조형판의 제1 꼭지점에 인접하여 배치된 제1 감지부;
상기 제1 꼭지점에 연결된 직선의 타측 꼭지점인 제2 꼭지점에 인접하여 배치된 제2 감지부; 및
상기 제1 꼭지점 및 상기 제2 꼭지점을 포함하는 직선을 밑면으로 하는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당하는 제3 꼭지점에 인접하여 배치된 제3 감지부를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 조절부는,
상기 조형판의 제1측 하부에 배치되어 상기 조형판의 높이를 고정하는 고정부;
상기 조형판의 제2측 하부에 배치되어 상기 조형판의 x축 방향의 기울기를 조절하는 제1 기울기 조절부; 및
상기 조형판의 제3측 하부에 배치되어 상기 조형판의 y축 방향의 기울기를 조절하는 제2 기울기 조절부를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 기울기 조절부는,
상기 제어부의 제어에 따라 회전하는 제1 기울기 조절 모터; 및
상기 제1 기울기 조절 모터의 회전 동작을 수직 동작으로 변환하는 제1 스크류를 포함하고,
상기 제2 기울기 조절부는,
상기 제어부의 제어에 따라 회전하는 제2 기울기 조절 모터; 및
상기 제2 기울기 조절 모터의 회전 동작을 수직 동작으로 변환하는 제2 스크류를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전 당 피치를 계산하고, 계산된 피치에 따른 기울기 조정값을 표시하며, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전수를 제어하는 명령을 입력받는 기울기 조절 인터페이스부를 더 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 장치.
조형판 기울기 조절 장치를 포함하는 3차원 프린터에 있어서,
3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부;
상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부; 및
상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하고,
상기 조형판 기울기 조절 장치는,
상기 조형판의 하부에 배치되어 상기 조형판의 기울기를 조절하는 조절부;
상기 조형판 상에 설치되어 상기 압출부의 노즐과 상기 조형판의 상면 간의 접촉 여부를 감지하는 복수개의 감지부; 및
상기 노즐이 상기 복수개의 감지부가 설치된 위치에 접촉되도록 상기 이송부를 제어하고, 상기 복수개의 감지부에 의하여 접촉이 감지된 경우에 상기 노즐이 z축으로 이동한 거리를 측정하며, 측정한 거리에 의하여 기울기를 계산하고, 계산한 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과함에 따라 상기 조절부를 제어하여 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 제어부를 포함하는 조형판 기울기 조절 장치를 이용한 3차원 프린터.
3차원 조형물을 형성하기 위한 원료를 압출하는 압출부, 상기 압출부를 x축, y축 및 z축으로 이동시키는 이송부 및 상기 3차원 조형물이 상부에 형성되는 조형판을 포함하는 3차원 프린터에서 상기 조형판의 기울기를 조절하는 방법에 있어서,
상기 압출부의 노즐을 상기 조형판 상의 복수개의 지점에 접촉시키고, 상기 복수개의 지점에서 상기 노즐이 접촉한 z축 상의 각 복수개의 좌표를 저장하는 단계;
상기 복수개의 좌표의 차이를 계산하는 단계; 및
상기 계산한 차이에 의해 결정된 상기 조형판의 기울기가 미리 설정된 기울기를 초과하는 경우에 상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 방향으로 제어하는 단계를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 복수개의 지점은,
상기 조형판의 제1 꼭지점에 인접하여 배치된 제1 지점, 상기 제1 꼭지점에 연결된 직선의 타측 꼭지점인 제2 꼭지점에 인접하여 배치된 제2 지점 및 상기 제1 꼭지점 및 상기 제2 꼭지점을 포함하는 직선을 밑면으로 하는 이등변 삼각형의 꼭지점에 해당하는 제3 꼭지점에 인접하여 배치된 제3 지점을 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 조형판을 수평면 상에 정렬하는 방향으로 제어하는 단계는,
상기 제1 지점을 수직 방향으로 이동시켜 상기 조형판의 x축 방향의 기울기를 조절하는 단계; 및
상기 제2 지점을 수직 방향으로 이동시켜 상기 조형판의 y축 방향의 기울기를 조절하는 단계를 포함하는 3차원 프린터의 조형판 기울기 조절 방법.