KR20190024551A - 프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3d 프린터 및 그 프린트 헤드 제어방법 - Google Patents

프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3d 프린터 및 그 프린트 헤드 제어방법 Download PDF

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Abstract

일종의 3D 프린터에 관한 것으로서, 프린팅 플랫폼, 2D 분사헤드 및 3D 분사헤드로 구성되는 프린트 헤드, 정비유닛 및 위치결정 센서를 구비한다. 상기 제어방법은, 상기 프린트 헤드를 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계; 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드 간의 위치 오프셋을 근거로 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드에 대해 초기 위치결정을 수행하는 단계; 초기 위치결정이 완료된 후 작동상태로 진입하여 인쇄를 시작하는 단계; 비작동상태로 진입 시, 상기 프린트헤드를 상기 정비유닛으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계; 및, 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드의 위치 오프셋을 근거로 상기 프린트 헤드의 보정 이동을 제어함으로써, 상기 2D 분사헤드를 상기 정비유닛으로 진입시켜 정비 동작을 실시하도록 하는 단계를 포함한다.

Description

프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3D 프린터 및 그 프린트 헤드 제어방법{3D printer having maintain station of print head and method for controlling the same}
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 특히 프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3D 프린터 및 그 프린트 헤드 제어방법에 관한 것이다.
3D 인쇄 기술의 성숙, 및 3D 프린터의 부피 축소와 가격 인하에 따라, 최근 3D 프린터는 실로 급속한 속도로 보급화되었다. 인쇄가 완료된 3D 모델이 보다 쉽게 사용자에게 받아들여질 수 있도록 하기 위하여, 일부 업체는 이미 풀컬러 3D모델을 프린트할 수 있는 3D 프린터를 연구 개발하였다.
도 1을 참조하면, 관련 기술의 3D 프린터 설명도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 관련 기술의 3D 프린터(1)는 주로 프린팅 플랫폼(11) 및 프린트 헤드(12)를 포함한다. 프린트 헤드(12)는 성형재를 분사하여 인쇄 물체를 구축하기 위한 3D 분사헤드(121), 및 잉크를 분사하여 인쇄 물체에 대해 착색을 실시하기 위한 2D 분사헤드(122)를 포함한다. 이를 통해, 3D 프린터(1)는 다수의 착색을 거친 후의 인쇄 물체로 풀컬러의 3D 모형을 적층해낼 수 있다.
그러나, 3D 프린터(1)에 대한 상기 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)의 상대 좌표가 달라, 3D 프린터(1)는 하나의 3D 파일로 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)의 이동과 인쇄를 동시에 제어할 수 없다. 따라서 어떻게 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)의 위치를 효과적이면서 정확하게 결정할 것인가가 실로 시급히 해결해야 할 문제이다.
또한, 3D 프린터(1)는 주로 종래의 2D 프린터의 잉크 분사헤드를 상기 2D 분사헤드(122)로 사용하기 때문에, 인쇄 과정에서 2D 분사헤드(122)의 습윤을 유지시켜 2D 분사헤드(122)가 잉크의 응고로 인해 막히지 않도록 하는 것 역시 관련 업계 종사자가 극복해야 할 과제이다.
본 발명은 한 번의 동작으로 2D 분사헤드 및 3D 분사헤드에 대해 초기 위치결정을 수행하고, 2D 분사헤드를 정비유닛으로 정확하게 진입시켜 정비 동작을 실시하도록 할 수 있는 프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3D 프린터 및 그 프린트 헤드 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 3D 프린터는 주로 프린팅 플랫폼, 2D 분사헤드 및 3D 분사헤드로 구성되는 프린트 헤드, 정비유닛 및 위치결정 센서를 구비한다. 상기 제어방법은, 상기 프린트 헤드를 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계; 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드 간의 위치 오프셋을 근거로 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드에 대해 초기 위치결정을 수행하는 단계; 초기 위치결정이 완료된 후 작동상태로 진입하여 인쇄를 시작하는 단계; 비작동상태로 진입 시, 상기 프린트헤드를 상기 정비유닛으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계; 및, 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드의 위치 오프셋을 근거로 상기 프린트 헤드의 보정 이동을 제어함으로써, 상기 2D 분사헤드를 상기 정비유닛으로 진입시켜 정비 동작을 실시하도록 하는 단계를 포함한다.
관련 기술의 3D 프린터와 비교하여, 본 발명은 위치결정 센서의 설치 및 위치 오프셋의 계산을 통해, 한 번의 위치결정 동작으로 2D 분사헤드의 초기 위치결정 및 3D 분사헤드의 초기 위치결정을 동시에 완료할 수 있다. 또한, 2D 분사헤드를 정비유닛으로 진입시켜 정비를 실시하도록 정확하게 제어함으로써, 2D 분사헤드의 정상적인 작동을 보장할 수 있다.
도 1은 관련 기술의 3D 프린터 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 3D 프린터의 부감도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 전면도이다.
도 3b는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 측면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 제1 제어 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 제2 제어 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제1 동작도이다.
도 5b는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제2 동작도이다.
도 5c는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제3 동작도이다.
도 5d는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제4 동작도이다.
도 5e는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제5 동작도이다.
도 5f는 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드 제6 동작도이다.
도 6은 본 발명의 제2 구체적인 실시예의 3D 프린터의 부감도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 결합하여 아래와 같이 상세히 설명한다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 3D 프린터의 부감도이다. 본 발명은 주로 프린트 헤드 정비유닛을 구비한 3D 프린터(이하 3D 프린터라고 약칭함)를 공개하였으며, 도 2의 실시예에서, 3D 프린터(1)는 프린팅 플랫폼(11), 프린트 헤드(12), 복수의 위치결정 센서 및 정비유닛(maintain station)(3)을 구비한다. 언급해두어야 할 점으로, 본 실시예 중의 위치결정 센서의 수량은 복수개를 예로 들었으나(예를 들어 도 2의 제1 위치결정 센서(21)와 제2 위치결정 센서(22)), 기타 실시예에서, 3D 프린터(1)는 하나의 위치결정 센서만 배치될 수도 있으며, 위치결정 센서의 수량은 복수개로 한정되지 않는다.
도 2의 실시예에서, 프린트 헤드(12)는 통합 설치되는 3D 분사헤드(121) 및 2D 분사헤드(122)를 구비하며, 그 중 3D 분사헤드(121)는 프린팅 플랫폼(11)에 성형재를 압출하여 인쇄 물체를 구축하기 위한 것이고, 2D 분사헤드(122)는 인쇄 물체에 잉크를 분사하여 인쇄 물체에 대해 착색을 실시하기 위한 것이다. 프린팅 플랫폼(11)은 프린트 헤드(12)가 구축하는 컬러 인쇄 물체를 지지하기 위한 것으로서, 이를 통해 풀컬러 3D 모델을 적층 형성한다.
상기 2D 분사헤드(122)는 종래의 2D 프린터에 사용되는 잉크 분사헤드일 수 있으며, 상기 정비유닛(3)은 종래의 2D 프린터에서 잉크 분사헤드를 청소하고 정비하여, 잉크 분사헤드가 습윤한 상태를 유지하도록 하는 정비 소자이다. 본 발명 중 하나의 기술 특징은, 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)가 공동으로 프린트 헤드(12)를 구성하며, 따라서 3D 프린터(1)는 정기적으로 프린팅 프로세스를 중단시키고, 프린트 헤드(12)를 정비유닛(3)으로 이동시켜 정비해야 한다는데 있다. 이에 따라, 3D 프린터(1)는 정비유닛(3)을 통해 2D 분사헤드(122)의 정상적인 작동을 보장할 수 있으며, 2D 분사헤드(122)가 오랫동안 잉크를 분사하지 않았거나 또는 남아있는 잉크가 적체됨으로 인해 잉크가 굳어 막히는 문제를 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제1 위치결정 센서(21)는 프린팅 플랫폼(11)에 설치되고, 제2 위치결정 센서(22)는 정비유닛(3)에 설치된다. 3D 프린터(1)는 또한 프로세서(미도시)를 통해 하나의 인쇄 시작점(I0)을 규정한다. 구체적으로, 상기 프린트 시작점(I0)은 3D 프린터(1) 내부에 규정되고, 또한 하나의 특정한 X-Y축 좌표(예를 들어[0,0])가 부여되며, 이에 따라 3D 프린터(1)는 인쇄 시작점(I0)을 통해 프린트 헤드(12)의 위치를 결정할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 인쇄 시작점(I0)은 제1 위치결정 센서(21) 상에 규정된다.
도 2의 실시예에서, 제1 위치결정 센서(21)는 프린팅 플랫폼(11)상의 모서리에 설치되나(즉, 인쇄 시작점(I0)이 프린팅 플랫폼(11)의 모서리에 규정된다), 단 이로 한정되지 않는다. 기타 실시예에서, 3D 프린터(1)는 제1 위치결정 센서(21)를 프린팅 플랫폼(11)의 외부에 설치할 수도 있다(즉, 인쇄 시작점(I0)이 프린팅 플랫폼(11)의 외부에 규정될 수 있다). 설명의 편의를 위하여, 이하 프린팅 플랫폼(11)에 설치되는 제1 위치결정 센서(21) 및 인쇄 시작점(I0)을 예로 들어 설명한다.
상기 인쇄 시작점(I0)은 하나의 가상 위치이며(본 실시예에서, 인쇄 시작점(I0)의 좌표 위치는 제1 위치결정 센서(21)의 좌표 위치와 같다), 3D 프린터(1)는 인쇄를 시작하기 전, 먼저 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜 프린트 헤드(12)에 대해 초기 위치결정을 수행하도록 제어할 수 있다. 즉, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)가 인쇄 시작점(I0)(또는 Home점이라고 칭한다)으로 복귀하여 제로 복귀 동작을 수행하도록 제어한다.
구체적으로, 본 실시예에서, 3D 프린터(1)는 스텝모터(미도시)를 통해 프린트 헤드(12)의 이동을 제어하며, 상기 제로 복귀 동작이란 프린트 헤드(12)에 대한 스텝모터의 제어 파라미터를 제로로 복귀시키는 것을 말한다. 스텝모터는 3D 프린트 기술분야 중의 통상적인 지식이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
초기 위치결정이 완료된 후, 3D 프린터(1)는 프린팅 플랫폼(11)에 대한 프린트 헤드(12)의 X축 좌표와 Y축 좌표(예를 들어 [0,0])를 재설정할 수 있으며, 이를 통해 프린트 헤드(12)의 프린팅 플랫폼(11)에서의 이동을 정확하게 제어할 수 있고, 또한 3D 분사헤드(121) 및 2D 분사헤드(122)가 프린팅 플랫폼(11) 상의 대응 위치에서 성형재를 압출하고 잉크를 분사하도록 각각 제어할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 동시에 참조하면, 각각 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드의 전면도 및 프린트 헤드의 측면도이다. 본 실시예에서, 상기 프린트 헤드(12)에 하나의 위치결정점(L0)이 설치되며, 3D 프린터(1)가 프린트 헤드(12)의 상기 초기 위치를 결정 시, 주로 위치결정점(L0)의 위치를 결정한다. 구체적으로, 3D 프린터(1)는 위치결정점(L0)을 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜, 프린팅 플랫폼(11)에 대한 위치결정점(L0)의 X축 좌표와 Y축 좌표를 재설정한다.
본 실시예에서, 상기 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)는 각각 위치결정점(L0)에 대해 하나의 위치 오프셋을 갖는다. 구체적으로, 상기 위치 오프셋은 상기 X축에 대한 X축 오프셋(또는 수평 오프셋으로 칭한다), 및 상기 Y축에 대한 Y축 오프셋(또는 수직 오프셋이라 칭한다)을 포함한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명 중의 프린트 헤드(12)는 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)로 함께 구성되며(즉, 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)는 동일한 제어로드에 설치된다), 상기 2D 분사헤드(122)는 2D 분사헤드 위치결정점(L1)을 갖고, 상기 3D 분사헤드(121)는 3D 분사헤드 위치결정점(L2)을 갖는다. 상기 2D 분사헤드(122)의 2D 분사헤드 위치결정점(L1)과 상기 위치결정점(L0) 사이에 제1 수평 오프셋(C1) 및 제1 수직 오프셋(P1)이 존재할 수 있고, 상기 3D 분사헤드(121)의 3D 분사헤드 위치결정점(L2)과 상기 위치결정점(L0) 사이에 제2 수평 오프셋(C2) 및 제2 수직 오프셋(P2)이 존재할 수 있다. 본 발명에서, 3D 프린터(1)는 실제로 프린트 헤드(12) 상의 임의의 한 점을 랜덤으로 채택하여 상기 위치결정점(L0)으로 삼을 수 있으며, 도 3a, 도 3b에 도시된 것에 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 제1 수평 오프셋(C1)은 X축 축방향에서의 2D 분사헤드(122)의 잉크 분사구와 위치결정점(L0)의 거리와 같고, 제1 수직 오프셋(P1)은 Y축 축방향에서의 2D 분사헤드(122)의 잉크 분사구와 위치결정점(L0)의 거리와 같다. 마찬가지로, 상기 제2 수평 오프셋(C2)은 X축 축방향에서의 3D 분사헤드(121)의 성형재 압출구와 위치결정점(L0)의 거리와 같고, 제2 수직 오프셋(P2)은 Y축 축방향에서의 3D 분사헤드(121)의 성형재 압출구와 위치결정점(L0)의 거리와 같다.
다른 실시예에서, 제조자는 3D 프린터(1)를 제조 시 직접 2D 분사헤드(122)의 잉크 분사구 위치를 프린트 헤드(12)의 위치결정점에 설치할 수 있다. 이러한 실시예에서, 2D 분사헤드(122)와 위치결정점 사이에는 오프셋이 구비되지 않고, 3D 분사헤드(121)와 위치결정점 사이에는 수평 오프셋 및 수직 오프셋이 구비되며, 그 중 수평 오프셋은 X축 축방향에서의 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드(122)의 거리와 같고, 수직 오프셋은 Y축 축방향에서의 3D 분사헤드(121)와 2D 분사헤드의 거리와 같다.
또 다른 실시예에서, 제조자는 3D 프린터(1)를 제조 시 3D 분사헤드(121)의 성형재 압출구 위치를 프린트 헤드(12)의 위치결정점에 설치할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 3D 분사헤드(121)와 위치결정점 사이는 오프셋이 구비되지 않고, 2D 분사헤드(122)와 위치결정점 사이는 수평 오프셋 및 수직 오프셋이 구비되며, 그 중 수평 오프셋은 X축 축방향에서의 2D 분사헤드(122)와 3D 분사헤드(121)의 거리와 같고, 수직 오프셋은 Y축 축방향에서의 2D 분사헤드(122)와 3D 분사헤드(121)의 거리와 같다. 다만, 이상은 단지 본 발명의 구체적인 실시 범례일 뿐이며, 이에 대해 한정하지 않는다.
본 발명 중의 하나의 기술특징은, 인쇄 시작 시(즉, 3D 프린터(1)의 작동 상태에 진입 시), 3D 프린터(1)는 먼저 프린트 헤드(12)에 대한 위치결정을 수행하여야 한다는데 있다(즉, 프린트 헤드(1)의 좌표를 설정한다). 따라서, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)가 인쇄 시작점(I0)으로 이동하여, 그 중 하나의 위치결정 센서(도 2에 도시된 제1 위치결정 센서(21))가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 프린트 헤드(12)의 위치결정을 완료하도록 제어한다.
구체적으로, 일 실시예에서, 상기 위치결정 센서는 예를 들어 적외선 센서 또는 광 센서 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 3D 프린터(1)가 위치결정을 수행 시, 프린트 헤드(12)가 위치결정 센서가 소재하는 위치의 좌표(예를 들어 인쇄 시작점(I0)에 설치된 위치결정 센서의 좌표는 [0,0]이다)로 이동하도록 제어할 수 있다. 프린트 헤드(12)가 위치결정 센서의 좌표로 이동하여, 위치결정 센서가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)의 현재 위치를 좌표[0,0]로 재설정하여, 프린트 헤드(12)에 대한 위치결정 동작을 완료할 수 있다. 다만, 이상은 단지 본 발명 중 하나의 구체적인 실시 범례일 뿐이며, 이에 대해 한정하지 않는다.
프린트 헤드(12)가 위치결정을 완료한 후(즉, 위치결정점(L0)이 제1 위치결정 센서(21)에 도달한 후), 3D 프린터(1)는 즉시 위치결정이 완료된 위치결정점(L0), 제1 수평 오프셋(C1)과 제1 수직 오프셋(P1)을 통해 2D 분사헤드(122)의 초기 위치결정 동작을 완료하고(즉, 2D 분사헤드(122)의 좌표를 설정한다), 위치결정이 완료된 위치결정점(L0), 제2 수평 오프셋(C2)과 제2 수직 오프셋(P2)을 통해 3D 분사헤드(121)의 초기 위치결정 동작을 완료할 수 있다(즉, 3D 분사헤드(121)의 좌표를 설정한다). 이에 따라, 3D 프린터(1)는 한 번의 위치결정 동작을 통해 2개의 분사헤드(121), (122)의 위치결정 과정을 동시에 완료할 수 있어 상당히 편리하다.
본 발명의 또 다른 기술특징은, 3D 프린터(1)의 프린터 본체 내에 상기 정비유닛(3)이 설치되고, 그 중 하나의 위치결정 센서(도 2에 도시된 제2 위치결정 센서(22))가 정비유닛(3)에 설치된다는데 있다. 그 중, 상기 정비유닛(3)은 프린팅 플랫폼(11)의 외부에 설치되거나, 프린팅 플랫폼(11)에 설치되거나 또는 프린팅 플랫폼(11)의 내부에 설치될 수도 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
3D 프린터(1)가 2D 분사헤드(122)를 정비해야 한다고 판단 시(예를 들어 3D 프린터(1)가 중단 상태 또는 비작동 상태에 진입 시), 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)를 정비유닛(3)으로 이동시켜, 제2 위치결정 센서(22)가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 프린트 헤드(12)에 대한 위치결정을 완료하도록 제어한다.
프린트 헤드(12)의 위치결정이 완료된 후(즉, 위치결정점(L0)이 제2 위치결정 센서(22)에 도달 후), 프린트 헤드(12)는 즉 정비유닛(3)에 위치하게 된다(단 2D 분사헤드(122)는 정비유닛(3)의 작업 영역에 정렬되어 있지 않다). 이때, 3D 프린터(1)는 위치결정이 완료된 위치결정점(L0), 제1 수평 오프셋(C1)과 제1 수직 오프셋(P1)을 통해 프린트 헤드(12)의 보정 이동을 제어함으로써, 2D 분사헤드(122)를 정비유닛(3)으로 진입시켜 정비유닛(3)의 정비 동작을 받게 한다. 구체적으로, 3D 프린터(1)는 보정 이동을 통해 2D 분사헤드(122)를 정비유닛(3)의 작업 영역으로 완전히 진입시킨다.
도 4a 및 도 4b를 동시에 참조하면, 각각 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 제1 제어 흐름도 및 제2 제어 흐름도이다. 본 발명은 3D 프린터의 프린트 헤드 제어방법(이하 제어방법으로 약칭함)을 더 공개한다. 상기 제어방법은 주로 도2, 도3a 및 도 3b에 도시된 3D 프린터(1)에 응용되며, 구체적인 설명은 다음과 같다.
먼저, 3D 프린터(1)의 프로세서(미도시)가 3D 프린터(1)가 프린팅 프로세스를 시작하였는지 여부, 즉 작동 상태에 진입하였는지 여부를 판단한다(단계 S10). 만약 3D 프린터(1)가 아직 작동 상태에 진입하지 않은 경우, 단계 S10으로 되돌아간다(예를 들어 대기상태에서 대기한다). 3D 프린터(1)가 작동 상태로 진입 시 이어서 단계 S12를 실행한다.
작동 상태에 진입한 후, 3D 프린터(1)는 먼저 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜, 프린트 시작점(I0)에 대응하는 위치결정 센서가 프린트 헤드(12) 상의 위치결정점(L0)을 감지하도록 제어한다(단계 S12). 본 실시예에서, 3D 프린터(1)는 프린팅 플랫폼(11)에 설치되는 제1 위치결정 센서(21)를 구비하며, 또한 인쇄 시작점(I0)은 제1 위치결정 센서(21)상에 규정된다. 단계 S12에서, 3D 프린터는 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜, 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)이 제1 위치결정 센서(21)에 도달 시 프린트 헤드(12)의 위치결정 동작을 완료하도록 제어한다.
단계 S12 후, 3D 프린터(1)는 또한 위치결정점(L0)과 프린트 헤드(12) 상의 3D 분사헤드(121) 및 2D 분사헤드(122)의 위치 오프셋을 근거로 각각 3D 분사헤드(121) 및 2D 분사헤드(122)에 대해 초기 위치결정을 수행한다(단계 S14). 구체적으로, 3D 프린터(1)는 위치결정점(L0)과 2D 분사헤드(122) 간의 제1 수평 오프셋(C1) 및 제1 수직 오프셋(P1)을 통해 2D 분사헤드(122)의 초기 위치를 결정하여 프린팅 플랫폼(11)에 대한 2D 분사헤드(122)의 좌표를 설정하고; 또한, 위치결정점(L0)과 3D 분사헤드(121) 간의 제2 수평 오프셋(C2) 및 제2 수직 오프셋(P2)을 통해 3D 분사헤드(121)의 초기 위치를 결정하여 프린팅 플랫폼(11)에 대한 3D 분사헤드(121)의 좌표를 설정한다. 이에 따라, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)의 한 번의 이동을 통해 2개의 분사헤드(121), (122)의 초기 위치결정을 동시에 완료할 수 있다(즉, 2개의 분사헤드(121), 122)의 제로 복귀를 동시에 제어한다).
예를 들어 설명하면, 단계 S12 이후, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)의 좌표를 [0, 0]으로 설정할 수 있다. 위치결정점(L0)에 대한 2D 분사헤드(122)의 제1 수평 오프셋(C1)이 1(cm)이고, 제1 수직 오프셋(P1)이 1.5(cm)라면, 즉 단계 S14 후, 3D 프린터(1)는 2D 분사헤드(122)의 좌표를 [1, 1.5]로 설정할 수 있다. 다만, 이상은 단지 본 발명 중 하나의 실시예일뿐, 이에 대해 한정하지 않는다.
단계 S14 후, 3D 프린터(1)는 이미 3D 분사헤드(121) 및 2D 분사헤드(122)에 대한 위치결정을 완료하였기 때문에, 입력된 3D 파일(미도시)에 따라 프린트 헤드(12)가 프린팅 플랫폼(11)에서 인쇄 물체의 인쇄 동작을 수행하도록 제어할 수 있다(단계 S16). 구체적으로, 3D 프린터(1)는 3D 분사헤드(121)가 프린팅 플랫폼(11)상에서 이동하여 대응 위치에 성형재를 압출함으로써 인쇄 물체를 구성하도록 제어하거나, 또는 2D 분사헤드(122)가 프린팅 플랫폼(11)상에서 이동하여 대응 위치에 잉크를 분사함으로써 인쇄 물체에 대해 착색을 실시하도록 제어할 수 있다.
인쇄 과정에서, 3D 프린터(1)의 프로세서는 3D 프린터(1)가 비작동상태에 진입하였는지 여부를 지속적으로 판단한다(단계 S18). 일 실시예에서, 3D 프린터(1)는 작동상태에 진입하여 미리 설정된 시간에 도달한 후, 자동으로 비작동상태(또는 중단상태라 칭한다)로 진입할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 3D 프린터(1)는 하나의 인쇄층의 인쇄 물체의 인쇄가 완료된 후, 비작동상태로 진입할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 인쇄층은 3D 프린팅 기술분야 중의 통상적인 지식이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
프로세서가 비작동상태의 조건에 아직 도달하지 않았다고 판단한 경우, 즉 3D 프린터(1)는 단계 S16으로 되돌아가 프린트 헤드(12)가 작동상태에서 인쇄 동작을 수행하도록 지속적으로 제어한다. 프로세서가 비작동상태로 진입할 것이라 판단한 경우, 즉 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)가 인쇄를 중지하도록 제어한다(즉, 3D 분사헤드(121)가 성형재 압출을 중지하도록 제어하고, 2D 분사헤드(122)가 잉크 분사를 중지하도록 제어한다). 이어서, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)를 정비유닛(3)으로 이동시켜, 정비유닛(3)의 대응하는 위치결정 센서가 프린트 헤드(12)상의 위치결정점(L0)을 감지하도록 제어한다(단계 S20).
본 실시예에서, 3D 프린터(1)는 정비유닛(3)에 설치되는 제2 위치결정 센서(22)를 구비한다. 단계 S20에서, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)를 정비유닛(3)으로 이동시켜, 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)이 제2 위치결정 센서(22)에 도달 시 프린트 헤드(12)의 위치결정 동작을 완료하도록 제어한다.
정비유닛(3)은 비작동상태에서 2D 분사헤드(122)에 대해 정비를 수행하기 위한 것이다. 단계 S20 후, 프린트 헤드(12)는 위치결정점(L0)으로 정비유닛(3)의 작업 영역에 정렬되어 있기 때문에, 정비유닛(3)이 아직 정비 동작을 수행할 수 없다. 단계 S20 후, 3D 프린터(1)는 또한 위치결정점(L0)과 2D 분사헤드(122)의 위치 오프셋(즉, 상기 제1 수평 오프셋(C1) 및 제1 수직 오프셋(P1))을 통해 프린트 헤드(12)의 보정 이동을 제어하여, 2D 분사헤드(122)를 정비유닛(3)으로 진입시키고(단계 S22), 정비유닛(3)의 작업 영역에 정확하게 정렬시킨다. 이에 따라, 정비유닛(3)이 2D 분사헤드(122)에 대해 정비 동작을 수행하게 된다.
본 발명의 제어 방법을 통해, 프린트 헤드(12) 중의 2D 분사헤드(122)가 정비유닛(3)에 정확하게 진입하여 정비유닛(3)의 정비 동작을 받게 할 수 있어 상당히 편리하다.
이어서 도 4b에 도시된 바와 같이, 2D 분사헤드(122)가 정비 동작을 수행 시, 프로세서는 3D 프린터(1)가 작동상태를 회복하였는지 여부를 지속적으로 판단하며(단계 S24), 즉 정비 동작이 완료되었는지 여부를 판단한다. 프로세서가 아직 작동상태를 회복하지 않았다고 판단한 경우, 3D 프린터(1)는 정비유닛(3)이 2D 분사헤드(122)에 대해 지속적으로 정비 동작을 수행하도록 제어한다(단계 S26). 프로세서가 작동상태로 회복될 것이라 판단한 경우, 프린팅 프로세스가 이미 실행 완료되었는지 여부를 더 판단한다(단계 S28).
3D 모델(미도시)의 프린팅 프로세스가 아직 완료되지 않은 경우, 즉 3D 프린터(1)는 단계 S12로 되돌아가 프린트 헤드(12)에 대해 초기 위치결정을 수행하고, 초기 위치결정이 완료된 후 작동상태로 진입하여 프린팅 프로세스를 지속적으로 수행하도록 제어한다. 프린팅 프로세스가 이미 완료된 경우, 3D 프린터(1)는 본 발명의 제어 방법을 종료한다.
도 5a 내지 도 5f를 계속 참조하면, 각각 본 발명의 제1 구체적인 실시예의 프린트 헤드의 제1 동작도 내지 프린트 헤드의 제6 동작도이다. 본 실시예에서, 3D 프린터(1)는 적어도 2개의 위치결정 센서를 구비하며, 그 중 제1 위치결정 센서(21)는 인쇄 시작점(I0)에 대응하는 위치에 설치되고, 제2 위치결정 센서(22)는 정비유닛(3)에 대응하는 위치에 설치되나, 단 이에 대해 한정하지 않는다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 인쇄 시작 전, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜, 프린트 헤드(12)의 위치결정을 제어한다. 이어서 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 위치결정 센서(21)가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 3D 프린터(1)는 또한 위치결정점(L0) 및 2D 분사헤드(122)의 제1 수평 오프셋(C1)과 제1 수직 오프셋(P1)을 근거로 2D 분사헤드(122)에 대해 시작 위치를 결정하고, 위치결정점(L0) 및 3D 분사헤드(121)의 제2 수평 오프셋(C2)과 제2 수직 오프셋(P2)을 근거로 3D 분사헤드(121)에 대해 시작 위치를 결정한다(또는 제로 복귀라 칭한다).
도 5c에 도시된 바와 같이, 2D 분사헤드(122) 및 3D 분사헤드(121)가 모두 초기 위치 결정을 완료한 후, 3D 프린터(1)는 즉시 입력된 3D 파일에 따라 프린트 헤드(12)를 제어하여, 프린트 헤드(12)를 프린팅 플랫폼(11)에서 이동시켜 인쇄 물체(4)에 대해 인쇄와 착색을 실시할 수 있다.
비작동상태에 진입 시, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)가 정비유닛(3)으로 이동하도록 제어한다. 이어서 도 5d에 도시된 바와 같이, 제2 위치결정 센서(22)가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 3D 프린터(1)는 프린트 헤드(12)의 위치 결정이 완료되었다고 판단한다. 이어서 도 5e에 도시된 바와 같이, 3D 프린터(1)는 또한 위치결정점(L0) 및 2D 분사헤드(122)의 제1 수평 오프셋(C1) 및 제1 수직 오프셋(P1)을 근거로 프린트 헤드(12)에 대해 보정 이동을 수행하여, 2D 분사헤드(122)를 정비유닛(3)으로 진입시키고, 정비유닛(3)의 작업 영역에 정확하게 대응시킨다. 일 실시예에서, 정비유닛(3)의 작업 영역(미도시)의 크기는 2D 분사헤드(122)의 노즐(미도시) 크기와 같다.
마지막으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 2D 분사헤드(122)의 정비가 완료되고, 또한 3D 프린터(1)가 비작동상태를 이탈 시(즉, 작동상태로 복귀 시), 3D 프린터(1)는 다시 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜, 2D 분사헤드(122) 및 3D 분사헤드(121)에 대해 초기 위치를 결정하고, 위치결정이 완료된 후 상기 인쇄 물체(4)의 기타 부분(예를 들어 다음 인쇄층)을 계속 인쇄하도록 제어한다.
앞에서 설명한 바와 같이, 3D 프린터(1)는 일반적으로 스텝모터를 통해 프린트 헤드(12)의 이동을 제어한다. 전술한 실시예에서 3D 프린터(1)에 2개의 분리된 위치결정 센서(21), (22)가 배치되며, 또한 2개의 위치결정 센서(21), (22)의 설치 위치는 각각 인쇄 시작점(I0)의 위치와 정비유닛(3)의 위치에 대응된다. 인쇄 시작점(I0)과 정비유닛(3)의 위치가 다르므로, 프린트 헤드(12)는 두 지점에서 복귀한 후, 스텝모터의 제어 파라미터가 완전하게 나누어지지 못하는 문제가 있을 수 있고(즉, 누진 오차가 발생할 수 있다), 나아가 인쇄의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 또한, 전술한 실시예에서, 3D 프린터(1)에 2개의 위치결정 센서(21), (22)를 설치해야 하기 때문에, 3D 프린터(1)의 제조비용이 증가할 가능성이 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 구체적인 실시예의 3D 프린터의 부감도이다. 도 6은 또 다른 3D 프린터(5)를 공개하였다. 제2 구체적인 실시예의 3D 프린터(5)와 전술한 제1 구체적인 실시예의 3D 프린터(1)의 차이점은, 3D 프린터(5)에 하나의 공용 위치결정 센서(2)만 구비된다는데 있다.
도 6의 실시예에서, 3D 프린터(5)의 정비유닛(3)은 프린팅 플랫폼(1) 외부에 설치되나, 단 이에 대해 한정하지 않는다. 상기 공용 위치결정 센서(2)는 정비유닛(3)에 설치되고, 또한 인쇄 시작점(I0)은 공용 위치결정 센서(2)상에 규정된다. 다시 말해, 정비유닛(3)과 인쇄 시작점(I0)은 프린팅 플랫폼(11)에 대해 동일한 좌표를 구비하고, 또한 동일한 센서(즉, 공용 위치결정 센서(2))에 대응된다.
본 실시예에서, 3D 프린터(5)가 작동 상태로 진입 시, 주요하게는 프린트 헤드(12)를 인쇄 시작점(I0)으로 이동시켜(정비유닛(3)으로 이동시키는 것과 동일), 공용 위치결정 센서(2)가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시 프린트 헤드(12)의 위치 결정을 완료하도록 제어한다. 이어서, 3D 프린터(5)는 다시 위치결정점(L0), 2D 분사헤드(122)의 위치 오프셋 및 3D 분사헤드(121)의 위치 오프셋을 근거로 2D 분사헤드(122) 및 3D 분사헤드(121)의 초기 위치결정을 완료한다(즉, 2D 분사헤드(122) 및 3D 분사헤드(121)에 대해 제로 복귀를 동시에 실시한다).
또한, 3D 프린터(5)가 비작동상태로 진입 시, 주로 프린트 헤드(12)를 정비유닛(3)으로 이동시켜(인쇄 시작점(I0)으로 이동시키는 것과 동일), 공용 위치결정 센서(2)가 프린트 헤드(12)의 위치결정점(L0)을 감지 시, 프린트 헤드(12)의 위치 결정을 완료하도록 제어한다. 이어서, 3D 프린터(5)는 다시 위치결정점(L0) 및 2D 분사헤드(122)의 위치 오프셋을 근거로 프린트 헤드(12)의 보정 이동을 제어함으로써, 2D 분사헤드(122)를 정비유닛(3)의 작업 영역으로 완전히 진입시켜 정비유닛(3)의 정비 동작을 받게 한다.
본 실시예에서, 인쇄 시작점(I0)(즉, 프린트 헤드(12)의 제로 복귀점)과 정비유닛(3)의 좌표가 같기 때문에, 3D 프린터(5)의 스텝모터는 누진 오차 문제가 발생하지 않으며, 3D 프린터(5)의 인쇄 정확도를 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예 중 3D 프린터(5)는 하나의 위치결정 센서(즉, 공용 위치결정 센서(2))만 설치하면 되므로, 제1 구체적인 실시예의 3D 프린터(1)에 비해 제조비용을 효과적으로 낮출 수 있다.
이상의 설명은 단지 본 발명의 바람직한 구체적인 실시예일뿐, 결코 이로써 본 발명의 특허 범위를 국한시키는 것이 아니므로, 본 발명의 내용을 운용하여 실시되는 등가의 변화는 모두 같은 이치로 본 발명의 범위 내에 포함됨을 밝혀둔다.
1, 5: 3D 프린터 2: 공용 위치결정 센서
3: 정비유닛(maintain station) 4: 인쇄 물체
11: 프린팅 플랫폼 12: 프린트 헤드
21: 제1 위치결정 센서 22: 제2 위치결정 센서
121: 3D 분사헤드 122: 2D 분사헤드
I0: 인쇄 시작점 L0: 프린트 헤드 위치결정점
L1: 2D 분사헤드 위치결정점 L2: 3D 분사헤드 위치결정점
C1: 제1 수평 오프셋 C2: 제2 수평 오프셋
P1: 제1 수직 오프셋 P2: 제2 수직 오프셋
S10~S28: 제어 단계

Claims (12)

  1. 3D 프린터에 있어서,
    인쇄 물체를 지지하기 위한 프린팅 플랫폼;
    상기 3D 프린터에 규정되는 인쇄 시작점;
    2D 분사헤드 및 3D 분사헤드로 공동으로 구성되고, 또한 위치결정점을 구비하여, 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드가 각각 상기 위치결정점에 대해 하나의 위치 오프셋을 구비하는 프린트 헤드;
    정비유닛; 및
    상기 위치결정점을 감지하여 상기 프린트 헤드에 대해 위치결정을 수행하는 위치결정 센서를 포함하고;
    그 중, 상기 3D 프린터가 작동상태로 진입 시 상기 프린트 헤드를 상기 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하며, 이어서 상기 위치결정점과 상기 두 위치 오프셋을 근거로 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드에 대해 초기 위치결정을 수행하고, 또한 상기 초기 위치결정이 완료된 후 상기 인쇄 물체의 인쇄를 시작하며;
    그 중, 상기 3D 프린터가 비작동상태로 진입 시, 상기 프린트 헤드를 상기 정비유닛으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하고, 이어서 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드의 상기 위치 오프셋을 근거로 상기 프린트 헤드의 보정 이동을 제어함으로써, 상기 2D 분사헤드를 상기 정비유닛의 작업 영역으로 진입시켜 정비 동작을 수행하는 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 시작점이 상기 위치결정 센서 상에 규정되는 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 위치 오프셋은 각각 상기 프린팅 플랫폼의 X축에 대한 수평 오프셋 및 상기 프린팅 플랫폼의 Y축에 대한 수직 오프셋을 포함하는 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치결정 센서가 상기 정비유닛에 설치되는 3D 프린터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인쇄 시작점이 상기 위치결정 센서 상에 규정되는 3D 프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    제2 위치결정 센서를 더 포함하여, 상기 위치결정 센서는 상기 정비유닛에 설치되며, 상기 제2 위치결정 센서는 상기 프린팅 플랫폼에 설치되고, 상기 인쇄 시작점은 상기 제2 위치결정 센서 상에 규정되며, 또한 상기 3D 프린터는 상기 작동상태로 진입 시 상기 프린트 헤드를 상기 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 제2 위치결정 센서가 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하는 3D 프린터.
  7. 프린팅 플랫폼, 정비유닛, 2D 분사헤드 및 3D 분사헤드로 구성되는 프린트 헤드, 및 위치결정 센서를 구비하고, 그 중 상기 프린트 헤드는 위치결정점을 구비하여, 상기 2D 분사헤드 및 3D 분사헤드가 각각 상기 위치결정점에 대해 위치 오프셋을 갖는 3D 프린터에서 운용되는 3D 프린터의 프린트 헤드 제어방법에 있어서, 상기 제어방법은
    a) 작동상태로 진입 시, 상기 프린트 헤드를 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계;
    b) a 단계 이후, 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드 간의 위치 오프셋을 근거로 상기 2D 분사헤드 및 상기 3D 분사헤드에 대해 초기 위치결정을 수행하는 단계;
    c) 초기 위치결정이 완료된 후 프린팅 플랫폼 상에서 인쇄 물체의 인쇄를 시작하는 단계;
    d) 비작동상태로 진입 시, 상기 프린트헤드를 상기 정비유닛으로 이동시켜, 상기 위치결정 센서가 상기 프린트 헤드의 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하는 단계;
    e) d 단계 이후, 상기 위치결정점과 상기 2D 분사헤드의 위치 오프셋을 근거로 상기 프린트 헤드의 보정 이동을 제어함으로써, 상기 2D 분사헤드를 상기 정비유닛의 작업 영역으로 진입시켜 정비 동작을 실시하도록 하는 단계를 포함하는 3D 프린터의 프린트 헤드의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인쇄 시작점이 상기 위치결정 센서 상에 규정되는 프린트 헤드의 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    f) 상기 작동상태로 회복되었는지 여부를 판단하는 단계;
    g) 상기 작동상태로 회복되기 전, 상기 정비유닛을 통해 상기 2D 분사헤드에 대해 정비 동작을 지속적으로 수행하는 단계; 및
    h) 상기 작동상태로 회복된 후, a) 단계 내지 e) 단계를 재실행하는 단계를 더 포함하는 프린트 헤드의 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 위치 오프셋은 각각 상기 프린팅 플랫폼의 X축에 대한 수평 오프셋 및 상기 프린팅 플랫폼의 Y축에 대한 수직 오프셋을 포함하는 프린트 헤드의 제어방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 위치결정 센서는 상기 정비유닛에 설치되고, 또한 상기 인쇄 시작점이 상기 위치결정 센서 상에 규정되는 프린트 헤드의 제어방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 3D 프린터는 제2 위치결정 센서를 더 포함하여, 상기 위치결정 센서는 상기 정비유닛에 설치되며, 상기 제2 위치결정 센서는 상기 프린팅 플랫폼에 설치되고, 또한 상기 인쇄 시작점이 상기 제2 위치결정 센서 상에 규정되며, a) 단계에서, 상기 3D 프린터가 상기 작동상태로 진입 시, 상기 프린트 헤드를 상기 인쇄 시작점으로 이동시켜, 상기 제2 위치결정 센서가 상기 위치결정점을 감지하도록 제어하는 프린트 헤드의 제어방법.
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