KR20180099285A

KR20180099285A - 운전 정밀도가 향상된 3d 프린터

Info

Publication number: KR20180099285A
Application number: KR1020170026533A
Authority: KR
Inventors: 이준상; 신동원
Original assignee: 주식회사 그립플레이; 이준상; 신동원
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-05
Also published as: KR101918754B1

Abstract

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 X, Y, Z축 좌표이동을 하면서 원료를 압출시키는 노즐의 이동성능 개선을 통해 보다 정교한 입체 물품의 조형(造形 / 3차원 출력)이 가능할 수 있도록 한 정밀도가 향상된 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기기의 본체로써, 입체 물품의 출력공간이 내측에 마련된 바디부(1); 상기 바디부(1)에 연계장착된 상태로, X, Y, Z축으로 좌표이동을 하며 원료를 압출시켜서 된 레이어를 겹겹이 쌓아 입체 물품을 조형(출력)하는 노즐부(2); 및, 상기 바디부(1)에 연계설치되고, 상기 노즐부(2)가 장착되며 기설정된 프로그램에 의거하여 상기 노즐부(2)를 X, Y, Z축으로 이동시키는 운전부(3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

운전 정밀도가 향상된 3D 프린터{A 3D-PRINTER WITH IMPROVED PRECISION OF DRIVING}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 X, Y, Z축 좌표이동을 하면서 원료를 압출시키는 노즐의 이동성능 개선을 통해 보다 정교한 입체 물품의 조형(造形 / 3차원 출력)이 가능할 수 있도록 한 정밀도가 향상된 3D 프린터에 관한 것이다.

최근 디지털산업(digital industry)의 기술집약으로 3차원 데이터 작업(3D data work)이 원활해 졌고, 주변기기 기술의 발전과 함께 3D 프린팅 관련기술의 원천특허권이 만료되면서, 구동력을 얻은 3D 프린팅 기술이 전 세계적으로 주목받고 있다.

또한, 소품종 대량생산에서 다품종 소량생산으로 개개인의 맞춤형 제품생산서비스가 일반화되고 있는 지금의 유통구조 특성상, 이런 흐름의 중심에 있는 것이 3D 프린터이다.

이러한 상기 3D 프린터(Printer)는, 입체 물품을 만드는 방식에 따라 적층형(첨가형 또는 쾌속조형)과 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각)으로 구분한다. 이 중, 상기 적층형은 파우더(석고, 나일론 등의 가루)나 플라스틱 액체 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 0.01~0.08㎜의 층(layer, 이하 "레이어"라 함)으로 겹겹이 쌓아 입체 물품을 만들어내는 방식으로써, 상기 레이어가 얇을수록 정밀한 형태를 얻을 수 있고 채색을 동시에 진행할 수 있으며, 지금까지 가장 널리 소개되며 활용되고 있는바, 주로 쓰이는 소재와 출력(적층) 방식에 따라 나누고 국제 표준으로 ISO TC261(Additive Manufacturing)와 ASTM F42(Additive Manufacturing)에서 아래의 표와 같이 분류된다.

분류방식	설명
소재압출(Material Extrusion)	가열한 소재를 노즐로 압출하여 적층
소재분사(Material Jetting)	광 경화 소재를 분사하여 자외선으로 경화시켜 적층
결합제분사(Binder Jetting)	접착제를 파우더 소재에 분사하여 결합 적층
판재적층(Sheet Lamination)	종이나 필름 등을 여러 방식으로 접착하여 적층
광중합(Photopolymerisation)	빛에 경화되는 광경화성 소재를 이용하여 적층
분말소결(Powder Bed Fusion)	파우더 소재를 레이저나 전자빔으로 소결하여 적층
직접용착(Direct Energy Deposition)	에너지원으로 소재를 녹여 적층

상기 [표 1] 중에서, 소재(열가소성 플라스틱)를 고온에서 녹이고 압출하여 적층하는 소재압출(Material Extrusion) 방식은, 일반적으로 FDM(Fused Deposition Modeling) 혹은 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식으로 불리우며, 상대적으로 구조가 간단하고 제작하기 쉬워 많은 업체들이 이 방식으로 3D 프린터를 제조하고 있다.

특히, 1992년 특허권의 만료로 FDM 방식의 3D 프린터는 현재 100만원 미만의 제품이 출시될 정도로 대중화되었으며, 최근에는 고해상도 Polyjet 방식의 3D 프린터가 높은 정밀도를 내세우며 시장을 넓혀가고 있고, 레이저를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering) 방식의 3D 프린터 특허권 역시 최근 만료됨에 따라 산업분야별 3D 프린터 활용사례도 늘어나고 있다. 기관마다 조금씩 다르지만 지난 25년간 시장규모는 연평균 25% 이상 성장하였으며, 전 세계 3D 프린팅 관련시장 규모의 전망은 2019년 약 130억 달러(한화 약 13조)에 달할 것으로 예측하고 있다.

이에 발맞추어, 우리나라에서도 산업통상자원부와 미래창조과학부가 오는 2020년까지 3D 프린팅 산업을 세계시장점유율 15%로 끌어올리겠다는 청사진을 제시하였다.

한편, 지금까지 설명한 3D 프린터는 문서나 그림 또는 사진 등을 출력하는 프린팅 데이터가 X, Y축 정보만 가지고 있는 2D 프린터와 달리, X, Y축의 정보와 더불어 Z축의 정보를 더 가지고 있기 때문에 출력물 역시 2차원이 아닌 3차원 모델로 출력이 가능한 것이다.

그리고, 헤드(노즐)로부터 압출되는 원료(소재)의 적층방향은 3D 프린터 각각의 출력방식에 따라 달라지지만, 보통 입체 물품이 출력(형상화)되는 빌드플레이트(Build Plate)의 위치에 의해 결정되며, 최초에 쌓인 레이어의 그 위로 새로운 레이어들이 다른 방법으로 중첩 및 적층하며 출력물을 생성해 나가게 되는 것이다.

이러한 기술적 사상을 기반으로, 대한민국 공개특허 제10-2015-0026760호를 통해 Z축 연동부를 포함하는 3D 프린터가 개시되었는바, 프레임부의 상부 또는 하부에 고정되는 하나 이상의 고정플레이트와, 하나 이상의 고정플레이트를 연결하는 한 쌍의 가이드포스트, 및 한 쌍의 가이드포스트 사이에 배치되는 Z축 이송기구를 포함하는 Z축 연동부에 의해 Z축으로의 이동이 평행하도록 가이드하게 됨으로써, 입체 물품을 정밀하게 조형할 수 있고, 상기 축 연동부를 통해 가공속도를 향상시키면서도 Z축 이동시의 덜컹거림을 방지하여 더욱 정밀한 성형이 가능토록 한다.

하지만, 필라멘트 공급모듈 중 액화된 필라멘트를 작업대 상에 분사하여 입체 물품이 조형되도록 하는 노즐의 좌표이동이 샤프트형(shaft type)으로 된 X축 연동부의 가동블록 가이드레일과 Y축 연동부의 리니어블록 가이드레일에 의해 단순 안내될 뿐이어서, 입체 물품의 출력 크기나 모양 그리고 주변환경의 상태에 따라 좌표이동의 전환이 반복되는 과정에서 클리어런스(clearance / 틈새) 또는 의도하지 않은 외력(전환 충격 및 이동마찰 등)에 의해 상기 노즐의 이동오차가 발생될 수밖에 없다.

이는 결국, 전술한 바와 같은 구조적인 이유로 압출방식 3D 프린터들의 출력 정밀도와 완성도가 떨어지지만, 이러한 문제점을 극복할만한 뚜렷한 해결책이 마련되지 않은 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0026760호(공개일자 : 2015. 03. 11.)

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원료를 압출시키는 노즐부의 좌표이동을 위한 운전부에 볼스크루를 적용하여, X, Y, Z축으로 이동하면서 원료를 압출시키는 노즐의 이동성능 개선을 통해 보다 정교한 입체 물품의 조형이 가능할 수 있도록 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기기의 본체로써, 입체 물품의 출력공간이 내측에 마련된 바디부(1); 상기 바디부(1)에 연계장착된 상태로, X, Y, Z축으로 좌표이동을 하며 원료를 압출시켜서 된 레이어를 겹겹이 쌓아 입체 물품을 조형(출력)하는 노즐부(2); 및, 상기 바디부(1)에 연계설치되고, 상기 노즐부(2)가 장착되며 기설정된 프로그램에 의거하여 상기 노즐부(2)를 X, Y, Z축으로 이동시키는 운전부(3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 운전부(3)는, 기설정된 프로그램에 의거 구동하는 한편, 상기 바디부(1) 내측에 위치한 상태로 상기 노즐부(2)를 Z축으로 이동시켜주는 제1드라이브어셈블리(3-1)와, 상기 바디부(1) 상측에 설치된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 Y축으로 이동시켜주는 제2드라이브어셈블리(3-2)와, 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)와 제2드라이브어셈블리(3-2)에 연계된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 X축으로 이동시켜주는 제3드라이브어셈블리(3-3)로 구성된다.

더하여, 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제1리니어유닛(3-11)과, 상기 제1리니어유닛(3-11)이 일측에 연계장착되고 상기 노즐부(2)가 타측에 고정장착되는 한편 상기 제1리니어유닛(3-11)의 구동에 따라 상기한 노즐부(2)가 상,하로 이동되도록 승강(昇降 / 오르고 내림)작동을 하는 상하이동패널(3-12)과, 상기 제1리니어유닛(3-11)에 일측이 연계장착되고 상기 제3드라이브어셈블리(3-3)에 타측이 연계장착되는 조립패널(3-13)과, 상기 상하이동패널(3-12)과 조립패널(3-13) 사이에서 상기 상하이동패널(3-12)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-14)로 구성된다.

또한, 상기 제2드라이브어셈블리(3-2)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제2리니어유닛(3-21)과, 상기 바디부(1) 상에 안착설치되고 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)가 상측에 연계장착되는 한편 상기 제2리니어유닛(3-21)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 전,후로 이동되도록 진퇴(進退 / 앞으로 나아가고 뒤로 물러남)작동을 하는 전후이동테이블(3-22)과, 상기 제2리니어유닛(3-21)에 의한 전후이동테이불(3-22)의 전,후 이동을 보조하는 리니어샤프트(3-23)와, 상기 바디부(1)와 전후이동테이블(3-22) 사이에서 상기 전후이동테이블(3-22)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-24)로 구성된다.

더하여, 상기 제3드라이브어셈블리(3-3)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제3리니어유닛(3-31)과, 상기 제3리니어유닛(3-31)의 조립결합을 위해 상기 제2드라이브유닛(3-2)의 전후이동테이블(3-22) 상에 안착설치되는 지지패널(3-32)과, 상기 지지패널(3-32) 일측에 연계조립되고 제1드라이브유닛(3-1)이 타측에 연계장착되는 한편 상기 제3리니어유닛(3-31)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 좌,우로 이동되도록 왕복(진퇴(往復 / 갔다가 돌아옴)작동을 하는 좌우이동패널(3-33)과, 상기 지지패널(3-32)과 좌우이동패널(3-33) 사이에서 상기 좌우이동패널(3-33)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-34)로 구성된다.

또한, 상기 제1,2,3리니어유닛(3-11)은, 회전 동력을 발생시키는 액추에이터(3-111)와, 상기 액추에이터(3-111) 구동시 축회전되는 볼스크루(3-112)와, 상기 볼스크루(3-112)에 조립되고 그 볼스크루(3-112) 회전시 상승 또는 하강 이동하는 볼부시(3-113)로 구성된다.

더하여, 상기 볼스크루(ball screw, 3-112)에는, 상기 액추에이터(3-111)의 구동으로 더불어 회전될 때, 상기 볼부시(3-113)가 길이방향을 따라 상,하 이동 가능토록 한 나선홈(3-1121)이 형성된다.

또한, 상기 볼부시(ball bush, 3-113)에는, 상기 볼스크루(3-112)를 둘러 감싸는 리테이너(3-1131)와, 상기 리테이너(3-1131)와 상기 볼스크루(3-112) 사이에는, 상기 나선홈(3-1121)에 삽입된 상태로 구름하되 마찰계수(coefficient of friction)가 적어 이동 정밀도가 향상되도록 한 다수의 스틸볼(steel ball, 3-1132)이 내재된다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터는, 원료를 압출시켜 입체 물품을 만들어내기 위한 헤드(노즐)의 좌표이동이 정교하게 됨으로써 입체 물품의 조형(프린팅) 정밀도와 완성도가 크게 향상되는 효과를 가져다준다.

또한, 전술한 바에 따른 헤드 이동의 정밀도 향상에 따라, 구동시의 기계적 마찰력을 줄일 수 있어, 마찰에 의한 3D 프린터의 고장률은 낮아지는 반면 사용수명은 크게 연장되는 효과가 있다.

이와 함께, 3D 프린터의 활용이 일반인들의 제품개발은 물론 산업용으로 그 활용범위가 산업 전분야에 걸쳐 확대되고 있는바, 공학, IT, 나노, 전기, 화학, 의료 분야 등 다양한 기술이 요구되는 융합기술체로써 그 응용영역은 기기부품에서 의료 및 생명공학, 건축, 자동차, 로봇 산업은 물론이거니와 심지어는 식품가공과 화장품 영역에서 생활용품까지 점점 확대되어 미래산업의 변화에 매우 큰 영향을 줄 것이며, 또한 디자인 프로세싱에 변화를 가져다주는 등 현존하는 모든 산업분야의 발전과 활성화 및 규모를 확대시키는데 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터의 구성관계를 나타낸 사시도와 측면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터에 있어서, 제1,2,3드라이브어셈블리의 구성관계를 나타낸 요부확대사시도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 중 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터의 구성관계를 나타낸 사시도와 측면도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터에 있어서 제1,2,3드라이브어셈블리의 구성관계를 나타낸 요부확대사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터(A)는, 기기의 본체로써 입체 물품의 출력공간이 내측에 마련된 바디부(1)와, 상기 바디부(1)에 연계장착된 상태로 X, Y, Z축으로 좌표이동을 하며 원료를 압출시켜서 된 레이어를 겹겹이 쌓아 입체 물품을 조형(출력)하는 노즐부(2)와, 상기 바디부(1)에 연계설치되고 상기 노즐부(2)가 장착되며 기설정된 프로그램에 의거하여 상기 노즐부(2)를 X, Y, Z축으로 이동시키는 운전부(3)를 포함하여 구성된다.

바디부(1)는, 소재(이하 "원료"라 함)를 압출시키는 프린트헤드(이하 "노즐부"라 함) 및 상기 노즐부(2)의 좌표이동 관련장치들의 연계장착/설치와 더불어 좌표이동을 하며 원료를 압출시킴에 의해 만들어지는 입체 물품의 출력공간 마련을 위한 기기본체가 되는 것으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 가로프레임(11) 및 가로프레임(11)에 의해 일정높이를 가지며 내부가 빈 박스 프레임(box frame) 구조를 이룬다.

또한, 상기 노즐부(2)로부터 압출되는 원료의 적층 및 이의 반복에 따라 정해진 크기로 입체 물품이 조형화되는 빌드플레이트(build plate, 13)가 하측 내부에 구비되고, 기기의 구동 및 구동 설정을 위한 컨트롤러(도시하지 않음)가 내장된 컨트롤박스(control box, 14)가 일측 외부에 장착된다.

아울러, 기기 이동의 편의를 위한 캐스터(caster, 15)가 하측 저부(低部, bottom)에 다수 장착구비됨이 바람직하다.

노즐부(2)는, 별도의 압출기(도시하지 않음)으로부터 공급되는 원료를 압출시켜 입체 물품이 형상화되는 3D 프린팅을 위한 프린트헤드(print head)인 것으로, 상기 압출기로부터 공급되는 원료를 정해진 압력으로 일정하게 분출시킴에 용이한 분사노즐(injection nozzles)로써, 상기 압출기로부터의 원료 공급에 필요한 공급라인(21)이 연결되어 있다.

운전부(3)는, 상기 노즐부(2)로부터 분출되는 원료 레이어의 적층으로 조형되는 입체 물품이 정해진 형상과 모양이 되도록 상기 노즐부(2)를 기설정된 프로그램에 의거 X, Y, Z축으로 이동시켜주는 수단이 되는 것으로, 상기 컨트롤러에 기설정된 프로그램에 의거 구동하는 한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(1) 내측에 위치한 상태로 노즐부(2)를 Z축으로 이동시켜주는 제1드라이브어셈블리(3-1)와, 상기 바디부(1) 상측에 설치된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 Y축으로 이동시켜주는 제2드라이브어셈블리(3-2)와, 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)와 제2드라이브어셈블리(3-2)에 연계된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 X축으로 이동시켜주는 제3드라이브어셈블리(3-3)로 구성된다.

상기 제1드라이브어셈블리(3-1)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제1리니어유닛(3-11)과, 상기 제1리니어유닛(3-11)이 일측에 연계장착되고 상기 노즐부(2)가 타측에 고정장착되는 한편 상기 제1리니어유닛(3-11)의 구동에 따라 상기한 노즐부(2)가 상,하로 이동되도록 승강(昇降 / 오르고 내림)작동을 하는 상하이동패널(3-12)과, 상기 제1리니어유닛(3-11)에 일측이 연계장착되고 상기 제3드라이브어셈블리(3-3)에 타측이 연계장착되는 조립패널(3-13)과, 상기 상하이동패널(3-12)과 조립패널(3-13) 사이에서 상기 상하이동패널(3-12)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-14)로 구성된다.

상기 제1리니어유닛(3-11)은, 회전 동력을 발생시키는 액추에이터(3-111)와, 상기 액추에이터(3-111) 구동시 축회전되는 볼스크루(3-112)와, 상기 볼스크루(3-112)에 조립되고 그 볼스크루(3-112) 회전시 상승 또는 하강 이동하는 볼부시(3-113)로 구성된다.

상기 액추에이터(actuator, 3-111)는, 서보모터(servo-motor)와 같이 회전력을 발생시키고 그렇게 발생된 회전력에 의해 상기 볼스크루(3-112)가 정방향 또는 역방향으로 회전되도록 하는 동력체이다.

상기 볼스크루(ball screw, 3-112)에는, 상기한 액추에이터(3-111)의 구동으로 더불어 회전될 때, 상기 볼부시(3-113)가 길이방향을 따라 상,하 이동 가능토록 한 나선홈(3-1121)이 형성되어 있다.

상기 볼부시(ball bush, 3-113)에는, 상기한 볼스크루(3-112)를 둘러 감싸는 리테이너(3-1131)와, 상기 리테이너(3-1131)와 볼스크루(3-112) 사이에는 상기 나선홈(3-1121)에 삽입된 상태로 구름하되 마찰계수(coefficient of friction)가 적어 이동 정밀도가 향상되도록 한 다수의 스틸볼(steel ball, 3-1132)이 내재되어 있다.

상기 상하이동패널(3-12)은, 상기한 노즐부(2) 및 그 노즐부(2)로의 원료 공급을 위해 연결되는 상기 공급라인(21)의 설치고정은 물론 상기 노즐부(2)의 X, Y, Z축 좌표이동 관계를 고려하여 종으로 긴 형태를 이룸이 바람직하다.

상기 조립패널(3-13)은, 상기 상하이동패널(3-11)을 제3드라이브어셈블리(3-3)에 연계조립함에 적합한 너비를 갖는 사각 판체형태를 이룸이 바람직하다.

상기 가이드부재(3-14)는, 상기 조립패널(3-13)이 위치한 상하이동패널(3-11)의 일측에 길이방향을 따라 부착조립되는 하나 이상의 가이드레일(3-141)과, 조립패널(3-13)에 부착조립되고 상기 가이드레일(3-141)에 각각 연계조립되는 하나 이상의 레일가이드(3-142)로 구성된다.

상기 제2드라이브어셈블리(3-2)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제2리니어유닛(3-21)과, 상기 바디부(1) 상에 안착설치되고 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)가 상측에 연계장착되는 한편 상기 제2리니어유닛(3-21)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 전,후로 이동되도록 진퇴(進退 / 앞으로 나아가고 뒤로 물러남)작동을 하는 전후이동테이블(3-22)과, 상기 제2리니어유닛(3-21)에 의한 전후이동테이불(3-22)의 전,후 이동을 보조하는 리니어샤프트(3-23)와, 상기 바디부(1)와 전후이동테이블(3-22) 사이에서 상기 전후이동테이블(3-22)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-24)로 구성된다.

상기 제2리니어유닛(3-21)은, 회전 동력을 발생시키는 액추에이터(3-211)와, 상기 액추에이터(3-211) 구동시 축회전되는 볼스크루(3-212)와, 상기 볼스크루(3-212)에 조립되고 그 볼스크루(3-212) 회전시 상승 또는 하강 이동하는 볼부시(3-213)로 구성된다.

상기 액추에이터(3-211)는, 서보모터와 같이 회전력을 발생시키고 그렇게 발생된 회전력에 의해 상기 볼스크루(3-212)가 정방향 또는 역방향으로 회전되도록 하는 동력체이다.

상기 볼스크루(3-212)에는, 상기한 액추에이터(3-211)의 구동으로 더불어 회전될 때, 상기 볼부시(3-213)가 길이방향을 따라 상,하 이동 가능토록 한 나선홈(3-2121)이 형성되어 있다.

상기 볼부시(3-213)에는, 상기한 볼스크루(3-212)를 둘러 감싸는 리테이너(3-2131)와, 상기 리테이너(3-2131)와 볼스크루(3-212) 사이에는 상기 나선홈(3-2121)에 삽입된 상태로 구름하되 마찰계수가 적어 이동 정밀도가 향상되도록 한 다수의 스틸볼(3-2132)이 내재되어 있다.

상기 전후이동패널(3-22)은, 상기한 바디부(1)를 횡으로 가로지르되 상기 제1드라이브어셈블리(3-3)의 X축 좌표이동 관계를 고려하여 횡으로 긴 형태를 이룸이 바람직하다. 그리고, 상기 제2리니어유닛(3-21)과의 연계조립 및 지지를 위한 하나 이상 다수의 서포트(3-211)가 하측으로 연장되어 있다.

상기 리니어샤프트(3-23)는, 상기 바디부(1) 상측의 다른 일측에 구비결합된 상태로 상기 제2리니어유닛(3-21)에 의해 전,후로 이동작용하는 상기 전후이동테이블(3-22)의 그 이동작용이 정교하게 이루어질 수 있도록 보조하게 되는바, 길이방향을 따라 이동 가능한 상태로 구비된 리니어부시(3-231)의 그 상단에 상기 서포트(3-211)가 일체로 연결됨으로써 상기 전후이동테이블(3-22)의 설치와 이동작용이 가능하다.

상기 가이드부재(3-24)는, 상기 바디부(1)가 위치한 전후이동테이블(3-21)의 하측에 부착조립되는 하나 이상의 가이드레일(3-241)과, 전후이동테이블(3-21)에 부착조립되고 상기 가이드레일(3-241)에 각각 연계조립되는 하나 이상의 레일가이드(3-242)로 구성된다.

상기 제3드라이브어셈블리(3-3)는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제3리니어유닛(3-31)과, 상기 제3리니어유닛(3-31)의 조립결합을 위해 상기 제2드라이브유닛(3-2)의 전후이동테이블(3-22) 상에 안착설치되는 지지패널(3-32)과, 상기 지지패널(3-32) 일측에 연계조립되고 제1드라이브유닛(3-1)이 타측에 연계장착되는 한편 상기 제3리니어유닛(3-31)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 좌,우로 이동되도록 왕복(진퇴(往復 / 갔다가 돌아옴)작동을 하는 좌우이동패널(3-33)과, 상기 지지패널(3-32)과 좌우이동패널(3-33) 사이에서 상기 좌우이동패널(3-33)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-34)로 구성된다.

상기 제3리니어유닛(3-31)은, 회전 동력을 발생시키는 액추에이터(3-311)와, 상기 액추에이터(3-311) 구동시 축회전되는 볼스크루(3-312)와, 상기 볼스크루(3-312)에 조립되고 그 볼스크루(3-312) 회전시 상승 또는 하강 이동하는 볼부시(3-313)로 구성된다.

상기 액추에이터(3-311)는, 서보모터와 같이 회전력을 발생시키고 그렇게 발생된 회전력에 의해 상기 볼스크루(3-312)가 정방향 또는 역방향으로 회전되도록 하는 동력체이다.

상기 볼스크루(3-312)에는, 상기한 액추에이터(3-311)의 구동으로 더불어 회전될 때, 상기 볼부시(3-313)가 길이방향을 따라 상,하 이동 가능토록 한 나선홈(3-3121)이 형성되어 있다.

상기 볼부시(3-313)에는, 상기한 볼스크루(3-312)를 둘러 감싸는 리테이너(3-3131)와, 상기 리테이너(3-3131)와 볼스크루(3-312) 사이에는 상기 나선홈(3-3121)에 삽입된 상태로 구름하되 마찰계수가 적어 이동 정밀도가 향상되도록 한 다수의 스틸볼(3-3132)이 내재되어 있다.

상기 지지패널(3-32)에는, 상기 제3리니어유닛(3-31)의 볼부시(3-313)의 이동이 가능토록 하기 위해 길이방향을 따라 장공(3-321) 길게 관통형성되어 있다.

상기 가이드부재(3-34)는, 상기 지지패널(3-32)의 일측에 부착조립되는 하나 이상의 가이드레일(3-341)과, 상기 좌우이동패널(3-33)에 부착조립되고 상기 가이드레일(3-341)에 각각 연계조립되는 하나 이상의 레일가이드(3-342)로 구성된다.

미 설명부호, (b)는 상기 볼스크루의 조립결합과 더불어 원활한 회전이 가능토록 하기 위한 베어링블록(bearing block)이고, (c)는 상기 노즐부 및 그 노즐부로 이어지는 공급라인을 상하이동패널에 조립고정하기 위한 고정클립이며, (s)는 상기 리니어샤프트의 조립결합을 위한 샤프트클램프(shaft clamp)이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

A : 3D 프린터, 1 : 바디부
2 : 노즐부, 3 : 운전부
3-1 : 제1드라이브어셈블리, 3-11 : 상하이동패널
3-12 : 제1리니어유닛, 3-13 : 조립패널
3-14, 3-24, 3-34 : 가이드부재, 3-2 : 제2드라이브어셈블리
3-21 : 전후이동테이블, 3-22 : 제2리니어유닛
3-23 : 리니어샤프트, 3-3 : 제3드라이브어셈블리
3-31 : 지지패널, 3-32 : 제3리니어유닛
3-33 : 좌우이동패널, 3-121, 3-221, 3-321 : 액추에이터
3-122, 3-222, 3-322 : 볼스크루, 3-123, 3-223, 3-323 : 볼부시
3-141, 3-241, 3-341 : 가이드레일, 3-142, 3-242, 3-342 : 레일가이드
3-211, 3-331 : 서포트, 3-231 : 리니어부시
3-311 : 장공, 3-1221, 3-2221, 3-3221 : 나선홈
3-1231, 3-2231, 3-3231 : 리테이너, 3-1232, 3-2232, 3-3232 : 스틸볼
11 : 가로프레임, 12 : 세로프레임
13 : 빌드플레이트, 14 : 컨트롤박스
15 : 캐스터, 21 : 공급라인
22 : 고정클립

Claims

기기의 본체로써, 입체 물품의 출력공간이 내측에 마련된 바디부(1);
상기 바디부(1)에 연계장착된 상태로, X, Y, Z축으로 좌표이동을 하며 원료를 압출시켜서 된 레이어를 겹겹이 쌓아 입체 물품을 조형(출력)하는 노즐부(2); 및,
상기 바디부(1)에 연계설치되고, 상기 노즐부(2)가 장착되며 기설정된 프로그램에 의거하여 상기 노즐부(2)를 X, Y, Z축으로 이동시키는 운전부(3);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 운전부(3)는, 기설정된 프로그램에 의거 구동하는 한편,
상기 바디부(1) 내측에 위치한 상태로 상기 노즐부(2)를 Z축으로 이동시켜주는 제1드라이브어셈블리(3-1)와,
상기 바디부(1) 상측에 설치된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 Y축으로 이동시켜주는 제2드라이브어셈블리(3-2)와,
상기 제1드라이브어셈블리(3-1)와 제2드라이브어셈블리(3-2)에 연계된 상태로 상기 노즐부(2)가 장착된 제1드라이브어셈블리(3-1)를 X축으로 이동시켜주는 제3드라이브어셈블리(3-3)로 구성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제1드라이브어셈블리(3-1)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제1리니어유닛(3-11)과,
상기 제1리니어유닛(3-11)이 일측에 연계장착되고 상기 노즐부(2)가 타측에 고정장착되는 한편 상기 제1리니어유닛(3-11)의 구동에 따라 상기한 노즐부(2)가 상,하로 이동되도록 승강(昇降 / 오르고 내림)작동을 하는 상하이동패널(3-12)과,
상기 제1리니어유닛(3-11)에 일측이 연계장착되고 상기 제3드라이브어셈블리(3-3)에 타측이 연계장착되는 조립패널(3-13)과,
상기 상하이동패널(3-12)과 조립패널(3-13) 사이에서 상기 상하이동패널(3-12)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-14)로 구성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제2드라이브어셈블리(3-2)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제2리니어유닛(3-21)과,
상기 바디부(1) 상에 안착설치되고 상기 제1드라이브어셈블리(3-1)가 상측에 연계장착되는 한편 상기 제2리니어유닛(3-21)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 전,후로 이동되도록 진퇴(進退 / 앞으로 나아가고 뒤로 물러남)작동을 하는 전후이동테이블(3-22)과,
상기 제2리니어유닛(3-21)에 의한 전후이동테이불(3-22)의 전,후 이동을 보조하는 리니어샤프트(3-23)와,
상기 바디부(1)와 전후이동테이블(3-22) 사이에서 상기 전후이동테이블(3-22)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-24)로 구성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제3드라이브어셈블리(3-3)는, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력장치인 제3리니어유닛(3-31)과,
상기 제3리니어유닛(3-31)의 조립결합을 위해 상기 제2드라이브유닛(3-2)의 전후이동테이블(3-22) 상에 안착설치되는 지지패널(3-32)과,
상기 지지패널(3-32) 일측에 연계조립되고 제1드라이브유닛(3-1)이 타측에 연계장착되는 한편 상기 제3리니어유닛(3-31)의 구동에 따라 상기한 제1드라이브어셈블리(3-1)가 좌,우로 이동되도록 왕복(진퇴(往復 / 갔다가 돌아옴)작동을 하는 좌우이동패널(3-33)과,
상기 지지패널(3-32)과 좌우이동패널(3-33) 사이에서 상기 좌우이동패널(3-33)의 이동을 안내하는 가이드부재(3-34)로 구성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 제1,2,3리니어유닛(3-11)은, 회전 동력을 발생시키는 액추에이터(3-111)와,
상기 액추에이터(3-111) 구동시 축회전되는 볼스크루(3-112)와,
상기 볼스크루(3-112)에 조립되고 그 볼스크루(3-112) 회전시 상승 또는 하강 이동하는 볼부시(3-113)로 구성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 볼스크루(ball screw, 3-112)에는, 상기 액추에이터(3-111)의 구동으로 더불어 회전될 때, 상기 볼부시(3-113)가 길이방향을 따라 상,하 이동 가능토록 한 나선홈(3-1121)이 형성됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.
제1항에 있어서,
상기 볼부시(ball bush, 3-113)에는, 상기 볼스크루(3-112)를 둘러 감싸는 리테이너(3-1131)와,
상기 리테이너(3-1131)와 상기 볼스크루(3-112) 사이에는, 상기 나선홈(3-1121)에 삽입된 상태로 구름하되 마찰계수(coefficient of friction)가 적어 이동 정밀도가 향상되도록 한 다수의 스틸볼(steel ball, 3-1132)이 내재됨을 특징으로 하는 운전 정밀도가 향상된 3D 프린터.