KR20180000316A

KR20180000316A - 3d 프린터

Info

Publication number: KR20180000316A
Application number: KR1020170078626A
Authority: KR
Inventors: 이동엽
Original assignee: 이동엽
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-01-02
Also published as: KR101995629B1; KR20180000289A; KR101911176B1; KR101922796B1; KR20180000277A

Abstract

본 발명의 3D 프린터는 성형 소재가 용융되어 배출되는 헤드; 적어도 X 및 Y축 방향으로 상기 헤드를 이송시키는 헤드 이송 유닛; 및 상기 헤드가 내부에 위치하여 이송되면서 3D 프린팅 대상물의 성형이 이루어지는 성형챔버를 포함하고, 상기 헤드는, 헤드바디; 상기 헤드바디에 결합되며, 필라멘트 원료가 도입되는 도입부, 상기 도입부를 통해 도입된 필라멘트 원료가 이동하고 열 발산이 이루어지는 냉각핀부, 상기 냉각핀부의 하부에 위치하고 필라멘트 원료에 열을 공급하여 용융이 일어나게 하는 히팅블럭; 및 상기 히팅블럭에 의해 용융된 필라멘트 원료가 배출되는 노즐을 구비한 노즐부; 상기 헤드바디에 결합된 상기 노즐부의 상기 냉각핀부가 외부로 노출 가능한 개구 형태의 냉각핀부 장착부가 형성되며, 상기 노즐부의 상기 노즐이 하부 외측으로 위치한 상태로 상기 노즐부와 결합된 상기 헤드바디를 내부에 수용하는 제1 케이싱; 및 상기 제1 케이싱의 측면으로 구비되고, 상기 제1케이싱 내부로부터 도입된 공기를 상기 노즐을 통해 배출되는 필라멘트 원료를 향해 배출하는 경로가 되는 냉각풍 배출부가 하단으로 구비된 제2 케이싱을 포함한다.

Description

3D 프린터{3D PRINTER}

본 발명은 고온 성형을 가능하게 하는 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 성형챔버 내부에서 안정적인 3D 프린팅이 가능한 헤드를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.

근래에 물체에 대한 3D데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터가 개발되어 그 사용이 증대되고 있다.

일반적으로 3D 프린터의 프린팅 방식은 FDM 방식, DLP 방식, SLA 방식, SLS 방식으로 구분되며, 그 사용 재료로 세라믹, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용된다.

이 중 FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 형태를 만들어 가는 방식이다. 구체적으로 열가소성 수지로 된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 노즐을 통해 용융시켜 배출함으로써 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형한다.

이러한 종래의 3D 프린터에서 노즐의 3차원 이송구조는, 노즐을 구비한 이송블록을 X방향으로 이송시키는 X방향 이송기구와, 작업대를 Z방향으로 이송시키는 Z방향 이송기구를 포함하고, 이송블록 내에서 노즐을 Y방향으로 이송시키는 Y방향 이송기구를 포함한다.

종래의 3D 프린터의 경우, 고온성형에 의해 3D 프린팅을 하는 경우에 있어서, 성형챔버 내부의 공간을 고온으로 유지하면서, 제품을 성형하고, 챔버를 개방하여 제품을 꺼내기 어려운 문제가 있었다.

또한, 성형챔버 내부의 공간을 고온으로 유지하면서 챔버를 개방하기 위한 구조를 형성하기 위해서는, 다른 이송 기구부에 의한 간섭이 발생하는 문제가 있었다.

고온성형에 의해 3D 프린팅을 하는 경우에 있어서, 성형챔버 내부가 과열됨에 따라 벨트 등의 부품들이 녹는 문제가 있었다.

본 발명의 일 목적은, 성형된 제품을 꺼내기 위해 최소한의 공간만을 개방하게 함으로써, 성형챔버 내부에 형성되는 성형공간의 온도를 최대한 높게 유지하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 성형챔버 내부의 공간을 고온으로 유지하면서도, 다른 기구부에 의한 간섭을 최소로 하면서 개폐할 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 성형챔버 내부의 고온의 성형공간 내에서도 안정적인 3D 프린팅 가능한 헤드를 구비한 3D 프린터를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 3D 프린터는 성형 소재가 용융되어 배출되는 헤드; 적어도 X 및 Y축 방향으로 상기 헤드를 이송시키는 헤드 이송 유닛; 및 상기 헤드가 내부에 위치하여 이송되면서 3D 프린팅 대상물의 성형이 이루어지는 성형챔버를 포함하고, 상기 헤드는, 헤드바디; 상기 헤드바디에 결합되며, 필라멘트 원료가 도입되는 도입부, 상기 도입부를 통해 도입된 필라멘트 원료가 이동하고 열 발산이 이루어지는 냉각핀부, 상기 냉각핀부의 하부에 위치하고 필라멘트 원료에 열을 공급하여 용융이 일어나게 하는 히팅블럭; 및 상기 히팅블럭에 의해 용융된 필라멘트 원료가 배출되는 노즐을 구비한 노즐부; 상기 헤드바디에 결합된 상기 노즐부의 상기 냉각핀부가 외부로 노출 가능한 개구 형태의 냉각핀부 장착부가 형성되며, 상기 노즐부의 상기 노즐이 하부 외측으로 위치한 상태로 상기 노즐부와 결합된 상기 헤드바디를 내부에 수용하는 제1 케이싱; 및 상기 제1 케이싱의 측면으로 구비되고, 상기 제1케이싱 내부로부터 도입된 공기를 상기 노즐을 통해 배출되는 필라멘트 원료를 향해 배출하는 경로가 되는 냉각풍 배출부가 하단으로 구비된 제2 케이싱을 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 케이싱에는 외부로부터 상기 제1 케이싱 내부로 냉각풍을 공급하는 튜브가 연결되고, 상기 냉각풍을 공급하는 튜브로 제공된 냉각풍의 일부는 상기 제1 케이싱 내부로부터 상기 노즐부의 상기 냉각핀부 사이를 통해 상기 제1케이싱 외부로 배출되며, 냉각풍의 다른 일부는 상기 제1케이싱 내부로부터 상기 제2케이싱으로 공급되어 상기 냉각풍 배출부를 통해 배출된다. 여기서, 상기 제1 케이싱 내부의 공기를 상기 제2 케이싱 내부로 송풍하는 송풍팬이 상기 제1 케이싱 또는 상기 제2 케이싱 내부에 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 헤드바디는 모서리에 홀딩부가 형성되는 결합판을 포함하여 복수의 판재들이 적층 결합되어 형성된다.

본 발명에 의하면, 상기 성형챔버는, 네 모서리에 구비되고 상하 방향으로 설치된 수직프레임; 및 상기 수직프레임에 회전 가능하게 설치되어 상기 성형챔버의 측면을 형성하며, 상기 성형챔버 내부의 성형 공간을 개폐가능하게 하는 도어를 포함하되, 상기 도어는 양측의 상기 수직 프레임에 각각 설치되는 좌우 도어로 형성되되, 상기 좌우 도어의 단부는 서로 이격됨으로써, 상기 헤드가 Z 축 방향 이송됨에 따라 상기 헤드에 연결된 전선 및 튜브가 이송하는 경로가 되는 이송틈을 형성한다.

본 발명에 의하면, 내부에 상기 성형 챔버를 수용가능하고, 상면 및 하면을 구비하는 메인프레임; 상기 메인프레임의 상기 상면 및 상기 하면 사이에 고정되는 메인나사봉; 및 상기 성형챔버의 외측으로 상기 성형챔버를 둘러싸고 형성되고, 상기 메인나사봉에 의해 가이드되면서 Z축 방향으로 이송가능한 이송지지판을 더 포함하고, 상기 성형챔버는, 상기 메인프레임의 상기 상면 및 상기 하면 사이에 연장되고 사각 형상으로 배치된 4개의 모서리를 구비하되, 상기 성형챔버의 각 측면에는 상기 4개의 모서리에 인접하여 상하 방향으로 절개된 가이드 슬롯홀들이 형성되고, 상기 헤드 이송 유닛은, 상기 제1케이싱 및 상기 헤드바디를 관통하여 지나고, 서로 수직하게 교차하게 연장되는 제1 및 제2 헤드이송봉; 상기 제1 및 제2 헤드이송봉의 양단 각각에 설치되고, 상기 성형챔버 내측에 위치하는 너트하우징들; 상기 너트하우징 각각이 이송 가능하게 지지되고, 양단이 상기 가이드슬롯홀을 통해 상기 성형챔버 외측으로 연장되고, 상기 이송지지판에 의해 지지되는 제1 내지 제4 헤드이송나사봉; 및 상기 제1 및 제4 헤드이송나사봉을 구동하는 구동부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 내지 제4 헤드이송나사봉은, 서로 나란하게 연장되는 제1 및 제2 헤드이송나사봉과, 상기 제1 및 제 2헤드이송나사봉과 교차하게 배치되며 서로 나란하게 연장되는 제3 및 제4 헤드이송나사봉을 포함하고, 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉은 양측 단부 각각에 풀리를 구비하고, 제1 및 제2 헤드이송나사봉의 일측 및 타측으로 위치하는 풀리들 사이 각각에는 이송벨트가 각각 설치되어 서로 연결되되, 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉의 일측 단부의 풀리들을 연결하는 이송벨트에는 상기 이송지지판에 고정된 브라켓에 의해 지지되는 구동모터의 회전축에 설치된 제1풀리 연결되어, 상기 구동모터의 회전력에 의해 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉이 회전구동되며, 상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉은 양측 단부 각각에 풀리를 구비하고, 제3 및 제4 헤드이송나사봉의 일측 및 타측으로 위치하는 풀리들 사이 각각에는 이송벨트가 각각 설치되어 서로 연결되되, 상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉의 일측 단부의 풀리들을 연결하는 이송벨트에는 상기 이송지지판에 고정된 브라켓에 의해 지지되는 구동모터의 회전축에 설치된 제1풀리가 연결되어, 상기 구동모터의 회전력에 의해 상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉이 회전구동된다.

본 발명에 의하면, 상기 구동모터의 회전축에 설치된 제1풀리과, 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉의 풀리들 또는 제3 및 제4 헤드이송나사봉의 풀리들을 연결하는 이송벨트(800)에는 상기 제1풀리의 양측으로 이격하여 상기 제1풀리를 경유한 이송벨트를 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉의 풀리들 또는 제3 및 제4 헤드이송나사봉의 풀리들을 향해 방향 전환하는 아이들을 더 구비하되, 상기 구동모터를 상기 이송지지판에 지지하는 상기 브라켓에는 높이 방향으로 긴 장공 형태의 결합공이 형성되고, 상기 결합공을 통해 상기 구동모터는 높이방향으로 위치조절이 되면서 결합될 수 있다.

본 발명은, 성형챔버의 측면이 복수의 도어로 이루어지고, 수직프레임에 의해 경첩구조로 회전 가능하게 결함됨으로써, 성형된 제품을 꺼내기 위해 최소한의 공간만을 개방하게 함으로써, 성형챔버 내부에 형성되는 성형공간의 온도를 최대한 높게 유지할 수 있다.

본 발명은, 가이드 슬롯홀에 헤드이송나사봉이 가이드되며 상하 이송 가능하도록 수용되고, 전선 및 튜브가 지나갈 수 있는 이송틈이 복수의 도어들 사이에 형성됨으로써, 성형챔버 내부의 공간을 고온으로 유지하면서도, 다른 기구부에 의한 간섭을 최소로 하면서 성형챔버를 개폐 가능하게 한다.

본 발명은, 고온의 성형 챔버 내부에서 이동하면서 필라멘트 원료를 배출하여 3D 프린팅을 수행하는 헤드가, 고온의 성형 공간 내에서도 안정적인 성형이 가능하게 구성된다.

도 1은 본 발명의 3D 프린터를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 3D 프린터를 도시하는 측면도.
도 3은 본 발명의 3D 프린터를 도시하는 평면도.
도 4는 본 발명의 3D 프린터의 성형챔버를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명의 3D 프린터의 성형챔버를 도시하는 측면도.
도 6은 본 발명의 헤드 이송 유닛을 도시하는 사시도.
도 7은 본 발명의 헤드, 헤드이송봉 및 너트하우징을 도시하는 사시도.
도 8은 본 발명의 이송지지판에 헤드이송나사봉 중 일부가 설치된 예를 도시하는 사시도.
도 9 는 본 발명의 구동모터가 브라켓에 고정되는 예를 도시하는 사시도.
도 10은 본 발명의 메인프레임에 메인나사봉 및 메인가이드봉이 설치된 예를 도시하는 사시도.
도 11은 본 발명의 3D 프린터의 저면도.
도 12 은 본 발명의 3D 프린터의 헤드의 사시도.
도 13 은 도 12에 도시된 헤드의 분해 사시도.
도 14 은 도 12에 도시된 헤드의 정면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 3D 프린터(1000)는 메인프레임(300), 성형챔버(310) 및 이송지지판(600)을 포함한다.

메인프레임(300)은 3D 프린터(1000)의 외관을 형성한다. 또한, 메인프레임(300)은 내부에 성형챔버(310)를 수용 가능하도록 이루어진다. 메인프레임(300)은 상면(320) 및 하면(330)을 구비할 수 있는데, 도 1 및 2에는 성형챔버(310)가 수용되도록 사각형의 형상으로 절개된 상면(320), 및 구동유닛과 여러 동력전달 수단이 설치되는 하면(330)이 형성되어 있다. 상면 및 하면 사이에는 네 모서리가 구비되며, 네 모서리는 메인프레임(300) 전체의 기둥 역할을 하며, 상면(320) 및 상면(320)에 연결된 여러 부품의 무게를 견디도록 한다. 네 모서리 사이의 측부는 개방될 수 있다.

메인프레임(300)의 내부에는 성형챔버(310)가 설치된다.

도 1, 도 2, 도 4 및 도 5 등을 참조하면, 성형챔버(310)는 내부에 3D 프린팅 될 수 있는 대상물을 수용 가능하도록 이루어지는 성형공간(311)을 구비한다. 또한, 성형공간(311)에는 노즐, 헤드 및 헤드 이송 수단 등 3D 프린터(1000)의 주요 부품들이 수용 가능하도록 이루어진다.

성형챔버(310)는 수직프레임(313) 및 도어(312)를 포함할 수 있다. 수직프레임(313)은 성형챔버(310)의 네 모서리에 구비되고, 메인프레임(300)의 상하 방향으로 연장, 배치되도록 설치된다. 성형챔버(310)의 측면은 도어(312)로 이루어질 수 있는데, 도어(312)는 수직프레임(313)에 회전 가능하게 설치되어 성형공간(311)을 개폐 가능하게 한다.

수직프레임(313)은 서로 수직한 두 측면을 갖는 L 형상의 단면을 가지며, 메인프레임(300) 상하 면 사이에서 연장 설치 된다. 또한, 수직프레임(313)의 측면 각각에는 가이드 슬롯홀(313a)이 형성될 수 있는데, 가이드 슬롯홀(313a)은 상하 방향으로 절개되도록 이루어질 수 있다. 가이드 슬롯홀(313a)을 통해서 후술하는 복수의 헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)이 상하 방향으로 가이드되며 이송할 수 있게 되는데, 헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)에 대해서는 후술한다. 가이드 슬롯홀(313a)은 수직프레임(313)에서 복수의 도어(312)가 설치되는 지점 및 수직프레임(313)의 모서리 사이에서 상하방향으로 절개된 형상으로 형성될 수 있다.

성형챔버(310)의 측면 각각에 설치되는 도어(312)는 성형챔버(310)의 측면 각각에서 복수 개로 이루어진다. 복수 개의 도어(312)는 상하 방향으로 서로 배치되도록 이루어져서 성형공간(311)에서 3D 프린팅 대상물의 높이에 따라 적어도 하나의 도어(312)가 개폐 가능하도록 이루어져서 성형된 3D 프린팅 대상물을 꺼낼 수 있게 한다.

또한, 도어(312)는 성형챔버(310) 각각의 측면에서, 양측의 상기 수직프레임(313) 각각에 회동 가능하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 좌우의 도어(312)는 서로 대칭되는 구조로 이루어질 수도 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도어(312)가 성형챔버(310) 각각의 측면에 상하 방향으로 복수 개로 형성되며, 성형챔버(310) 각각의 측면에서 양측의 수직프레임(313) 각각에서 회동 가능하게 설치되어, 좌우의 도어(312)가 서로 대칭되는 예가 도시된다. 이로 인해, 각각의 성형챔버(310) 측면은 6개의 도어(312)로 이루어질 수 있다.

또한, 복수 개의 도어(312)는, 수직 프레임에 힌지 또는 경첩구조로 결합될 수 있다.

복수 개의 도어(312)가 수직 프레임에 경첩(312b)으로 회전 가능하게 결합되고, 경첩(312b)과 수직프레임(313)의 모서리 사이에 가이드 슬롯홀(313a)이 상하 방향으로 형성되는 예가 도 4 및 도 5에 도시된다.

성형챔버(310) 각각의 측면에서, 좌우 양측의 수직프레임(313)에 일 단이 각각 설치되는 좌우 도어(312)의 타 단은 서로 이격되어 이송틈(312a)을 형성할 수 있다. 이송틈(312a)에는 전선 또는 튜브(미도시)의 배치가 가능할 수 있다. 전선은, 헤드 등에 전기 또는 다양한 센서 신호를 주고 받게 하도록 헤드와 전원 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 튜브는 헤드에 공급되는 필라멘트 원료를 공급하는 튜브, 냉각풍 등의 냉각 수단을 헤드에 공급하는 튜브 등이 될 수 있다. 좌우 도어(312)는 사이에 이송틈(312a)을 형성하도록 서로 이격됨에 따라, 헤드가 Z축 방향으로 이송되어, 헤드 및 헤드에 연결되어 이송되는 구성에 연결되는 전선이나 튜브가 간섭되지 않으며 상하 방향으로 이송 가능하게 한다.

성형챔버(310)의 각각의 측면을 형성하는 복수의 도어(312)는 이송틈(312a)을 기준으로 좌우 대칭되는 구조를 형성되어 좌우 문을 좌우의 수직프레임(313)을 중심으로 회동 함에 따라 개방할 수 있게 되어 3D 성형 제품을 꺼낼 수 있게 된다.

또한, 서로 이격되어 이송틈(312a)을 형성하는 좌우 도어(312)의 단부(312c)의 모서리에는 라운딩 처리되어 라운딩부(312d)가 형성된다. 라운딩부(312d)는 헤드의 움직임에 의해 이송틈(312a)을 따라 전선, 튜브 등이 이동할 때 도어(312)의 모서리에 의해 전선, 튜브 등이 걸리거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.

성형챔버(310)의 이와 같은 도어(312) 구조는, 다른 기구부에 의한 간섭을 최소로 하면서 개폐할 수 있게 하고, 성형된 제품을 쉽게 꺼낼 수 있게 한다. 또한, 최소한의 공간만을 개방함으로써, 성형챔버(310) 내부에 형성되는 성형공간(311)의 온도를 최대한 높게 유지할 수 있게 한다.

한편, 성형챔버(310)는 측면 도어(312) 및 상면의 지붕(314)은 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있는데, 일례로, 측면 도어(312) 및 상면의 지붕(314)은 강화플라스틱으로 이루어진다.

일예로, 헤드 이송 유닛(100)은 Z 방향으로 이송 가능한데, 성형하는 제품의 높이에 따라서, 헤드 이송 유닛(100)이 배치되는 높이는 달라질 수 있다. 성형하는 제품의 높이가 상대적으로 높아서 헤드 이송 유닛(100)이 최상단의 도어(312)의 상측까지 이동되는 경우, 헤드 이송 유닛(100) 아래의 모든 도어(312)를 열어서 성형된 제품을 꺼낼 수 있다. 또한, 성형하는 제품의 높이가 상대적으로 낮아서 헤드 이송 유닛(100)이 중간 높이의 도어(312)까지 이동되는 경우, 헤드 이송 유닛(100) 아래의 최하단의 도어(312)를 열어서 성형된 제품을 꺼낼 수 있다.

성형챔버(310)의 이와 같은 도어(312)는, 다른 기구부에 의한 간섭을 최소로 하면서 개폐할 수 있게 하고, 성형된 제품을 쉽게 꺼낼 수 있게 한다. 또한, 최소한의 공간만을 개방함으로써, 성형챔버(310) 내부에 형성되는 성형공간(311)의 온도를 최대한 높게 유지할 수 있게 한다.

성형챔버(310) 내부에 베드가 위치한다. 성형챔버(310) 내부 저면은 베드의 상면일 수 있다. 3D 성형 제품은 성형공간(311)에서 베드의 상면에서 형성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이송지지판(600)은 성형챔버(310)의 외주에서 Z축으로 이송 가능하게 메인프레임(300)에 설치된다. 이송지지판(600)에는 헤드 이송 유닛(100)이 설치되어서 이송지지판(600)이 Z축으로 이송됨에 따라서, 헤드 이송 유닛(100)에 설치된 헤드를 Z축으로 이송 가능하게 한다.

전술한 메인프레임(300)의 상면(320) 및 하면(330) 사이에는 네 모서리 각각의 측부에는 메인나사봉(400) 및 메인가이드봉(500)이 설치된다. 메인나사봉(400)의 외주에는 나사산이 형성된다. 메인프레임(300)의 네 모서리 각각의 측부에 설치되는 메인나사봉(400)은 제1 내지 제4메인나사봉(410, 420, 430, 440)으로 이루어질 수 있다. 메인가이드봉(500)은 제1 내지 제4메인나사봉(410, 420, 430, 440) 각각에 서로 인접하도록 메인프레임(300)의 상면(320) 및 하면(330) 사이의 네 모서리의 측부에 고정될 수 있다.

이송지지판(600)은 제1 내지 제4메인나사봉(410, 420, 430, 440)에 나사 결합되고, 메인가이드봉(500)에 가이드되도록 설치된다. 이송지지판(600)은 제1 내지 제4메인나사봉(410, 420, 430, 440)에 나사 결합되도록, 네 모서리 측에 너트(610)가 삽입될 수 있다. 이송지지판(600)은 메인나사봉(400)이 동력전달부(700)에 의해 회전되면 상대 이동 가능하게 되어 Z방향으로 이송된다. 또한, 이송지지판(600)에는 메인가이드봉(500)에 의해 이송지지판(600)이 가이드되는 가이드 홀(625)이 구비되는 가이드수용부(620)가 형성될 수도 있다.

메인나사봉(400)을 구동하기 위한 동력전달부(700)는 메인프레임(300)의 하면(330)에 설치된 이송모터(710)를 포함한다. 이송모터(710)는 서로 대향된 위치에 2개가 설치될 수 있다.

도 11 의 저면도에서 보이는 바와 같이, 이송모터(710)는 이송벨트(800)를 통해 제1 및 제2 메인나사봉(410, 420)과 연결된다. 또한 대향된 위치에 설치된 다른 이송모터(710)는 이송벨트(800)을 통해 제3 및 제4 메인나사봉(430, 440)에 결합된 풀리(740)에 연결된다. 그리고 서로 다른 이송모터(710)에 구동력을 전달받도록 연결된 제1 메인나사봉(410) 및 제3 메인나사봉(430)은 구동력이 전달되도록 이송벨트(800)로 연결되며, 제2 메인나사봉(420) 및 제4 메인나사봉(440) 또한 이송벨트(800)에 의해 구동력이 전달되도록 연결된다. 도면부호 740은 메인나사봉(410, 420, 430, 440)에 결합된 풀리이며, 도면부호 720, 및 450은 이송벨트(800)의 장력을 조절하기 위한 아이들이다. 아이들(450, 720)은 이송벨트의 진행방향을 전환하면서 위치 조절을 통해 이송벨트(800)의 장력을 조절하는 기능을 한다.

구동모터(710)은 서로 동기화되어 동작하면서 이송벨트(800)를 구동하여 메인나사봉들(410, 420, 430, 440)을 회전시키고, 메인나사봉들(410, 420, 430, 440)에 회전에 의해 이송지지판(600)의 승강이 조절된다. 본 발명에 의하면, 서로 다른 구동모터(710)에 의해 동작하는 메인나사봉끼리도 이송벨트(800)에 서로 연결되어 함께 동작하므로 메인나사봉(410, 420, 430, 440)끼리의 구동 불균일이 일어나는 것은 물리적으로 방지할 수 있다. 따라서 이송지지판(600)의 승강 동작이 각 메인나사봉(410, 420, 430, 440) 사이의 불균일한 구동에 의해 방해받는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 복수의 구동모터(710)를 사용하여 충분한 승강력을 제공하면서도 복수의 구동모터(710) 간의 완전한 동기화를 이룰 수 있게 한다.

헤드 이송 유닛(100)은 도 6을 참조하면, 구동부(90), 제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50), 복수의 너트하우징(60), 및 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80)을 포함한다. 헤드 이송 유닛(100)은 이송지지판(600)에 의해 Z방향으로 이송 가능하면서, 한편으로는 내부의 헤드를 X 및 Y 방향으로 이송 가능하게 한다.

도 8 에는 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)가 볼트가 체결된 결합부재(630)에 의해 이송지지판(600)에 설치되는 예가 도시되는데, 이송지지판(600)에는 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50) 외에도, 도 6에서 도시된 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30), 구동부(90) 및 여러 풀리 등이 설치된다.

구동부(90)는 전원에 연결되어 회전력을 발생시켜서 제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)을 회전 가능하게 한다.

구동부(90)는 구동모터(91)를 포함한다. 구동모터(91)는 회전축을 구비하는데, 회전축에는 제1풀리(93, 93a)가 설치되어 구동모터(91)에서 발생된 회전력이 전달될 수 있다. 구동모터(91)는 브라켓(650)을 통해 이송지지판(600)에 지지된다.

제1풀리(93)에 이격하여 양 측으로 이송벨트(800)의 방향을 제2 및 제3 풀리(23, 33) 방향으로 전환하는 아이들(95, 97)이 설치된다. 아이들(95, 97)을 경유한 이송벨트(800)는 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30) 각각의 단부에 설치되는 제2 및 제3풀리(23, 33)에 연결된다. 이로 인해, 구동모터(91)에서 발생된 회전력을 제1풀리(93)에서 제2 및 제3 풀리(23, 33)로 전달하여 제2 및 제3풀리(23, 33)에 각각 연결된 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)을 회전 가능하게 한다.

본 발명에서, 이송벨트(800)는 도 1의 성형챔버(310)의 외부에 위치하게 되어, 이송벨트 등의 부품이 녹는 문제를 방지할 수 있으며, 고온 3D 프린팅을 가능하게 한다.

아이들(95, 97)는, 도 6 을참조하면, 제1풀리(93)에 인접하여 제1풀리(93)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다.

제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)은, 서로 나란하게 이격되도록 배치된다. 또한, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 외주에는 나사산이 형성되어 있어서, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 외주에 나사 결합된 너트 하우징(60)이 상대 이동 가능하게 된다.

제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 단부에는 제2 및 제3풀리(23, 33)가 고정 설치되고, 이송벨트(800)에 의해 연결되도록 배치되어 아이들(95, 97)을 경유하여 제1풀리(93)로부터 전달된 회전력에 의해 회전함으로써, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)을 회전 가능하게 한다.

제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)은 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 교차하도록 배치된다. 일례로, 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)은 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 90°의 각도를 이루도록 배치된다. 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)은 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 마찬가지로 서로 나란하게 이격되도록 배치되고, 외주에는 나사산이 형성된다. 도 6을 참조하면, 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)이 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 하측에 형성되어 있는 예가 도시되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50) 역시 구동부(90)를 통해서 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 회전 원리와 같은 원리로 회전된다. 즉, 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50) 역시 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 마찬가지로, 구동모터(91)의 회전축 및 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50) 단부에 설치된 복수의 풀리들(93a, 43, 53)이 이송벨트(800)에 의해 연결되어 구동모터(91)의 구동력이 전달된다. 단, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)은 구동부(90)의 상측으로 연결되지만, 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)은 구동부(90)의 하측으로 연결되는 점에서 차이가 있다. 또한 아이들(95a, 97a)이 구동모터(91)의 하측으로 위치하는 차이점이 있다.

제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)은 각각의 양 측부가 상기 가이드 슬롯홀(313a)들에 의해 수용되어 가이드되면서 상하 방향으로 이송될 수 있다.

가이드 슬롯홀(313a)은 전술한 바와 같이, 성형챔버(310)의 모서리에 설치된 L 형상 단면의 수직프레임(313)의 각 측면에 형성되고, 가이드 슬롯홀(313a)에 제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)이 Z방향으로 이송 가능하도록 설치된다. 이로 인해, 헤드 이송 유닛(100)을 간섭 없이 상하로 이동 가능하게 한다.

즉, 가이드 슬롯홀(313a)은 상기 헤드(200)를 이송 가능하도록 이루어지는 헤드 이송 유닛(100)의 적어도 일부가 상하 방향으로 가이드 되며 이송 가능하도록 한다.

너트하우징(60)은 제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)에 각각 나사 결합되는데, 제1 내지 제4헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)이 구동부(90)로부터 전해지는 회전력에 의해 회전됨에 따라 상대 이동하여 헤드(200)를 이송 가능하게 하도록 설치된다.

너트하우징(60)은 하우징(63) 및 이송너트(65)를 포함할 수 있다. 하우징(63)에는 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80) 중 어느 하나의 단부가 삽입 결합될 수 있다. 이송너트(65)는 하우징(63)의 내부에 삽입 결합되는데, 이송너트(65)의 내주에는 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 외주 나사산에 나사 결합되도록 나사산이 형성되어 있다.

한편, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30) 각각에 설치된 너트하우징(60)은 일예로 X방향을 기준으로 한 방향으로 함께 이송되어야 한다. 이를 고려하여, 이송너트(65)의 나사산 및 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)의 외주의 나사산의 방향은 형성되어야 한다.

제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)이 구동부(90)로부터 전달되는 회전력에 의해 회전되는 경우, 너트하우징(60)은 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 함께 회전되지 않고, 이송너트(65)가 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)과 맞물리게 되어 상대 이송되게 된다. 이를 위해, 너트하우징(60)에는 상대 이송 가능하게 하고, 동시에 회전을 방지하는 회전 방지 부재가 설치될 수 있다.

서로 대향하는 너트하우징(60) 사이에서 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80)이 설치되는데, 일예로, 제1 및 제2헤드이송나사봉(20, 30)에 각각 설치된 너트하우징(60) 사이에 제1헤드이송봉(70)이, 제3 및 제4헤드이송나사봉(40, 50)에 각각 설치된 너트하우징(60) 사이에 제2헤드이송봉(80)이 설치될 수 있다.

너트하우징(60) 사이에는 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)이 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80)의 배치방향과 각각 나란하도록 더 설치될 수 있다. 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)은 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80)의 상측 또는 하측에 각각 설치될 수 있다. 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)은 제1 및 제2 헤드이송봉(70, 80)에 의해 지지되는 헤드(200)의 자중으로 인하여 처짐을 방지하게 된다.

한편, 하우징(63)에는 이송너트(65)가 결합되는 하우징(63)의 내부로 연통되는 결합홀이 형성된다. 결합홀은 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)이 결합되도록 하우징(63)의 일 면에 형성될 수 있는다. 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)의 양 단은 결합홀에 결합되며, 제1 및 제2보조이송봉(85, 87)은 이송너트(65)에 가해지는 토크를 제어 가능하게 한다.

한편, 도 9 를 참조하면, 구동모터(91)는 브라켓(650)에 결합되어 이송지지판(600)에 의해 지지된다. 브라켓(650)에는 구동모터(91)와의 결합을 위한 결합공(655)이 형성된다. 결합공(655)은 높이 방향으로 긴 장공 형태로 형성된다. 결합공(655)을 통해 구동모터(91)에 결합되는 체결부재(658)가 체결됨으로써 구동모터(91)가 브라켓(650)에 고정된다. 브라켓(650)에는 구동모터(91)의 회전축이 관통하는 중심홀(652)이 형성되고, 중심홀(652)을 통해 관통된 회전축에 제1 풀리(93a)가 설치된다. 아이들(95a, 97a)은 브라켓(650)에 회전가능하게 설치되어 브라켓(650)을 매개로 이송지지판(600)에 의해 지지될 수 있다. 도 9 에는 아이들(95a, 97a)이 제1풀리(93a) 하측으로 브라켓(650)에 배치된 형태를 도시하고 있으나, 도 6 에서 보이는 바와 같이 아이들(95, 97)은 제1풀리(93)의 상측으로 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 구동모터(91)가 장공 형태의 결합공(655)에 체결부재(658)로 고정되므로, 구동모터(91)에 회전축에 결합된 제1풀리(93a)는 아이들(95a, 97a)에 대하여 높이 방향으로 이격 위치가 조절가능하다. 구동모터(91)가 브라켓(650)에서 높이 조절이 가능하게 설치되므로, 구동모터(91)의 높이 조절에 따라 제1풀리(93a)와 아이들(95a, 97a) 사이의 이격 위치가 조절될 수 있고, 이로 인해 이송벨트(800)의 장력이 용이하게 조절될 수 있다.

도 12 는 본 발명에 따른 3d 프린터의 헤드의 사시도이고, 도 13 은 도 12 에 도시된 헤드의 분해사시도이고, 도 14 는 도 12 에 도시된 헤드의 정면도이다. 도 14 에는 설명을 위하여 헤드 내부에 위치한 송풍팬이 투과하여 보이는 형태로 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드(200)는, 헤드바디(210), 노즐부(220), 제1케이싱(230), 제2케이싱(250)을 포함한다.

헤드(200)는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이 제1 및 제2헤드이송봉(70, 80)에 의해 지지되어 성형챔버(310) 내부에 설치된다. 제1 및 제2 헤드이송봉(70, 80)은 헤드(200)의 외형을 이루는 제1케이싱(230)에 형성된 관통공(235)을 통해 내부로 연장되어 헤드바디(210)를 관통하여 지나도록 설치된다. 또한, 도 6에서 보이는 바와 같이, 제2 보조이송봉(87)이 제2 헤드이송봉(80)과 나란하게 제2 케이싱(230) 및 헤드바디(210)를 관통하여 지나도록 설치된다.

헤드바디(210)는 노즐부(220)를 지지한다. 헤드바디(210)는 도 12 에서 보이는 바와 같이 복수의 판재들을 적층하여 형성할 수 있다. 복수의 판재들은 제1 및 제2 헤드이송봉(70, 80)과 제2 보조이송봉(87)이 관통하여 지나는 관통홀들을 형성하면서 서로 적층된다.

헤드바디(210)가 복수의 판재들을 적층하여 형성되는 경우, 헤드바디(210)에는 노즐부(220)가 결합되는 결합판(212)이 구비될 수 있다. 결합판(212)은 네측 모서리에는 노즐부(220)가 결합되는 홈 형태의 홀딩부(214)가 구비된다.

노즐부(220)는 필라멘트 원료가 도입되는 도입부(222), 냉각핀부(224) 및 히팅블럭(226) 및 노즐(228)을 포함한다.

도입부(222)로부터 도입된 필라멘트 원료는 냉각핀부(224) 및 히팅블럭(226)에 형성된 통로를 지난 이동하여 노즐(228)을 통해 배출된다.

도입부(222)에는 필라멘트 원료를 공급하는 튜브가 연결되어 필라멘트 원료가 도입된다. 상술된 바와 같이 필라멘트 원료를 공급하는 튜브는 성형챔버(310)의 좌우 도어(312) 사이의 이송틈(312a)을 통해 성형챔버(310) 외부로부터 내부로 연장된다.

냉각핀부(224)는 복수의 냉각핀을 구비한다. 냉각핀은 열전도도가 높은 얇은 판으로 형성되어 노즐부(220)의 내부의 열이 잘 발산되도록 한다. 그리고 냉각핀 사이의 공간을 통해 헤드(200) 내부의 공기가 배출되면서 냉각이 이루어진다. 헤드(200)에 의해서 성형 공정이 안정적으로 이루어지기 위해서는, 필라멘트 원료는 노즐(228)에 인접하여 위치한 히팅블럭(226)을 지나면서 용융되어야 한다. 본 발명에 따른 3D 프린터는 고온 성형을 위한 3D 프린터로서, 헤드(220)는 내부가 고온으로 유지되는 성형챔버(310) 내부에 위치한다. 냉각핀부(224)는 성형챔버(310) 내부의 고온 환경에 의해 필라멘트 원료가 히팅블럭(226)에 도달하기 전에 용융되는 것을 방지하며, 히팅블럭(226)의 열이 도입부(222)를 향해 상측으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

히팅블럭(226)은 노즐(228)의 인접한 상측에 위치하여, 필라멘트 원료를 융융하여 노즐(228)을 통해 배출될 수 있도록 한다. 히팅블럭(226)에는 히터(미도시)가 장착되어 히터의 열이 히팅블럭(226)을 통해 히텅블럭(226)을 지나는 통로 내의 필라멘트 원료를 가열한다.

본 발명의 실시예에 따르면 헤드(200)는 4개의 노즐부(220)를 구비한다. 그러나 본 발명은 노즐부(220)의 개수에 제한되지 않으며, 필요에 따라 선택적으로 구비될 수 있다. 또한 노즐부(224)가 결합되는 결합판(212)의 형상 및 결합판(212)에 구비된 홀딩부(214)의 개수에 역시 변경될 수 있다. 본 발명은 헤드바디(210)를 복수의 판재를 적층하여 형성하므로 결합판(212)을 용이하게 교체할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 홀딩부(214)가 일체로 형성된 헤드바디(210)를 사용하는 것 또한 가능하다.

제1 케이싱(230)은 헤드바디(210)를 내부에 수용한다.

제1 케이싱(230)은 제1 케이싱 상부 커버(231)와 제1 케이싱 하부 커버(234)를 구비하여, 제1 케이싱 상부 커버(231)와 제1 케이싱 하부 커버(234)를 서로 조립하여 형성할 수 있다.

제1 케이싱(230)의 상부에는 노즐부(220)의 도입부(222)에 연결되는 필라멘 원료가 공급되는 튜브 및 냉각풍 등의 냉각 수단을 헤드에 공급하는 튜브가 연결되는 홀 형태의 튜브 연결부(232)들이 형성된다. 냉각 수단은 성형챔버(310) 외부로부터 송풍되는 냉각을 위한 공기 즉, 냉각풍이 될 수 있다.

제1 케이싱(230)의 측면에는 헤드이송봉(70, 80) 등이 지나는 관통공(235)등이 형성된다.

제1 케이싱(230)에는 노즐부(220)의 냉각핀부(224)가 외부로 노출되는 개구 형태의 냉각핀부 장착부(236)가 형성된다. 냉각핀 장착부(236)은 노즐부(220)의 냉각핀부(224)의 위치에 대응하여, 제1 케이싱(230)의 네 모서리에 각각 형성된다. 냉각핀부(224)의 냉각핀들 사이의 공간을 통해 제1 케이싱(230)의 내외부가 서로 공기 소통이 가능하다. 노즐부(220)는 제1 케이싱(230)의 냉각핀부 장착부(236)를 통해 냉각핀부(224)가 외부로 노출되면서, 히팅블럭(226) 및 노즐(228)이 제1케이싱(230) 하부로 위치하게 배치된다.

제1 케이싱(230)의 측면에는 제2케이싱(250)이 구비된다. 제2케이싱(250)의 내부는, 빈 공간으로 형성되어 냉각풍 유로가 된다. 제2케이싱(250)의 하측으로 내부에 유입된 냉각풍을 노즐(228)을 통해 배출되는 용융된 필라멘트 원료에 냉각풍이 제공되도록 냉각풍 배출부(258)가 구비된다. 냉각풍 배출부(258)는 공기를 하향 경사지게 분사되도록 배치된다.

제1 케이싱(230)의 측면에는 제2 케이싱(250) 내부와의 공기 소통을 가능하게 하는 공기통로(238)가 형성된다. 그리고 공기통로(238)에는 송풍팬(240)이 구비되어, 송풍팬(240)의 구동에 의해 냉각풍이 제2 케이싱(250) 내로 유입시킬 수 있다.

헤드(200) 내부 즉, 제1 케이싱(230) 내부로 냉각풍이 제공되면, 냉각풍의 일부는 노즐부(220)의 냉각핀부(224) 사이의 공간을 통해 외부로 배출되면서 노즐부(220)를 냉각시킨다.

또한, 나머지 냉각풍은 제2 케이싱(250) 내부로 유입되어 냉각풍 배출부(258)을 통해 노즐(228)을 통해 배출되는 용융된 필라멘트 원료를 냉각한다. 이때 송풍팬(240)이 구동하여 냉각풍 배출부(258)를 통해 배출되는 냉각풍을 제어할 수 있다. 또한 송풍팬(240)의 구동에 의해 노즐(228)을 통해 배출되는 필라멘트 원료의 경화를 제어할 수 있다. 이를 통해 노즐(228)을 통해 배출되어 적층 성형되는 성형물이 형상을 안정적으로 유지하면서 성형될 수 있다.

이상에서 설명한 3D 프린터(1000)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

성형 소재가 용융되어 배출되는 헤드(200);
적어도 X 및 Y축 방향으로 상기 헤드를 이송시키는 헤드 이송 유닛(100); 및
상기 헤드(200)가 내부에 위치하여 이송되면서 3D 프린팅 대상물의 성형이 이루어지는 성형챔버(310)를 포함하고,
상기 헤드(200)는,
헤드바디(210);
상기 헤드바디(210)에 결합되며, 필라멘트 원료가 도입되는 도입부(222), 상기 도입부(222)를 통해 도입된 필라멘트 원료가 이동하고 열 발산이 이루어지는 냉각핀부(224), 상기 냉각핀부(224)의 하부에 위치하고 필라멘트 원료에 열을 공급하여 용융이 일어나게 하는 히팅블럭(226); 및 상기 히팅블럭(226)에 의해 용융된 필라멘트 원료가 배출되는 노즐(228)을 구비한 노즐부(220);
상기 헤드바디(210)에 결합된 상기 노즐부(220)의 상기 냉각핀부(224)가 외부로 노출 가능한 개구 형태의 냉각핀부 장착부(236)가 형성되며, 상기 노즐부(220)의 상기 노즐(228)이 하부 외측으로 위치한 상태로 상기 노즐부(220)와 결합된 상기 헤드바디(210)를 내부에 수용하는 제1 케이싱(230); 및
상기 제1케이싱(230)의 측면으로 구비되고, 상기 제1케이싱(230) 내부로부터 도입된 공기를 상기 노즐(228)을 통해 배출되는 필라멘트 원료를 향해 배출하는 경로가 되는 냉각풍 배출부(258)가 하단으로 구비된 제2케이싱(250)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제1 케이싱(230)에는 외부로부터 상기 제1 케이싱 내부로 냉각풍을 공급하는 튜브가 연결되고,
상기 냉각풍을 공급하는 튜브로 제공된 냉각풍의 일부는 상기 제1케이싱(230) 내부로부터 상기 노즐부(220)의 상기 냉각핀부(224) 사이를 통해 상기 제1케이싱(230) 외부로 배출되며, 냉각풍의 다른 일부는 상기 제1케이싱(230) 내부로부터 상기 제2케이싱(250)으로 공급되어 상기 냉각풍 배출부(258)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 케이싱(230) 내부의 공기를 상기 제2 케이싱(250) 내부로 송풍하는 송풍팬(240)이 상기 제1 케이싱(230) 또는 상기 제2 케이싱(250) 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 헤드바디(210)는 모서리에 홀딩부(214)가 형성되는 결합판(212)을 포함하여 복수의 판재들이 적층 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 성형챔버(310)는.
네 모서리에 구비되고 상하 방향으로 설치된 수직프레임(313); 및
상기 수직프레임(313)에 회전 가능하게 설치되어 상기 성형챔버(310)의 측면을 형성하며, 상기 성형챔버(310) 내부의 성형 공간을 개폐가능하게 하는 도어(312)를 포함하되,
상기 도어(312)는 양측의 상기 수직 프레임(313)에 각각 설치되는 좌우 도어로 형성되되, 상기 좌우 도어의 단부는 서로 이격됨으로써, 상기 헤드가 Z 축 방향 이송됨에 따라 상기 헤드에 연결된 전선 및 튜브가 이송하는 경로가 되는 이송틈(312a)을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제1항에 있어서,
내부에 상기 성형 챔버(310)를 수용가능하고, 상면 및 하면을 구비하는 메인프레임(300);
상기 메인프레임(300)의 상기 상면 및 상기 하면 사이에 고정되는 메인나사봉(400); 및
상기 성형챔버(310)의 외측으로 상기 성형챔버(310)를 둘러싸고 형성되고, 상기 메인나사봉(400)에 의해 가이드되면서 Z축 방향으로 이송가능한 이송지지판(600)을 더 포함하고,
상기 성형챔버(310)는
상기 메인프레임(300)의 상기 상면 및 상기 하면 사이에 연장되고 사각 형상으로 배치된 4개의 모서리를 구비하되, 상기 성형챔버(310)의 각 측면에는 상기 4개의 모서리에 인접하여 상하 방향으로 절개된 가이드 슬롯홀(313a)들이 형성되고,
상기 헤드 이송 유닛(100)은,
상기 제1케이싱(230) 및 상기 헤드바디(210)를 관통하여 지나고, 서로 수직하게 교차하게 연장되는 제1 및 제2 헤드이송봉(70, 80);
상기 제1 및 제2 헤드이송봉(70, 80)의 양단 각각에 설치되고, 상기 성형챔버(310) 내측에 위치하는 너트하우징들(60);
상기 너트하우징(60) 각각이 이송 가능하게 지지되고, 양단이 상기 가이드슬롯홀(313a)을 통해 상기 성형챔버(310) 외측으로 연장되고, 상기 이송지지판(600)에 의해 지지되는 제1 내지 제4 헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50); 및
상기 제1 및 제4 헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)을 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제6항에 있어서
상기 제1 내지 제4 헤드이송나사봉(20, 30, 40, 50)은, 서로 나란하게 연장되는 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)과, 상기 제1 및 제 2헤드이송나사봉(20, 30)과 교차하게 배치되며 서로 나란하게 연장되는 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)을 포함하고,
상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)은 양측 단부 각각에 풀리(23, 33)를 구비하고, 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)의 일측 및 타측으로 위치하는 풀리들(23, 33) 사이 각각에는 이송벨트(800)가 각각 설치되어 서로 연결되되, 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)의 일측 단부의 풀리들(23, 33)을 연결하는 이송벨트(800)에는 상기 이송지지판(600)에 고정된 브라켓에 의해 지지되는 구동모터(91)의 회전축에 설치된 제1풀리(93)가 연결되어, 상기 구동모터(91)의 회전력에 의해 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)이 회전구동되며,
상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)은 양측 단부 각각에 풀리(43, 53)를 구비하고, 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)의 일측 및 타측으로 위치하는 풀리들(43, 53) 사이 각각에는 이송벨트(800)가 각각 설치되어 서로 연결되되, 상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)의 일측 단부의 풀리들(43, 53)을 연결하는 이송벨트(800)에는 상기 이송지지판(600)에 고정된 브라켓에 의해 지지되는 구동모터(91)의 회전축에 설치된 제1풀리(93)가 연결되어, 상기 구동모터(91)의 회전력에 의해 상기 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)이 회전구동되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제7항에 있어서,
상기 구동모터(91)의 회전축에 설치된 제1풀리(93)과, 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)의 풀리들(23, 33) 또는 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)의 풀리들(43, 53)을 연결하는 이송벨트(800)에는 상기 제1풀리(93)의 양측으로 이격하여 상기 제1풀리(93)를 경유한 이송벨트(800)를 상기 제1 및 제2 헤드이송나사봉(20, 30)의 풀리들(23, 33) 또는 제3 및 제4 헤드이송나사봉(40, 50)의 풀리들(43, 53)을 향해 방향 전환하는 아이들(95, 97 또는 95a. 97a)을 더 구비하되,
상기 구동모터(91)를 상기 이송지지판(600)에 지지하는 상기 브라켓(650)에는 높이 방향으로 긴 장공 형태의 결합공(655)이 형성되고, 상기 결합공(655)을 통해 상기 구동모터(91)는 높이방향으로 위치조절이 가능한 것을 특징으로 하는 3D프린터.