KR20190088105A

KR20190088105A - 3d 입체물 제조 로봇 시스템

Info

Publication number: KR20190088105A
Application number: KR1020180000175A
Authority: KR
Inventors: 얀-안데르스 에드빈 만손; 만손 퀸 창; 박봉희
Original assignee: 이이엘씨이이주식회사
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2019-07-26

Abstract

본 발명은 3D 입체물 제조 로봇 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 복합 재료로 구성된 3차원 입체물의 제조 로봇 시스템에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 테이블; 상기 테이블 상에 고정되어 배치되고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐; 상기 오븐 아래에 고정되어 배치되고, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 아래로 토출하는, 헤드 유닛; 및 상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 제1 축과 수직한 제2 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 수직한 제3 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능한, 지그;를 포함한다.

Description

3D 입체물 제조 로봇 시스템{THREE-DIMENSIONAL PRODUCT MANUFACTURING ROBOT SYSTEM}

본 발명은 3D 입체물 제조 로봇 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 복합 재료로 구성된 3차원 입체물의 제조 로봇 시스템에 관한 것이다.

최근, 플라스틱 복합소재를 이용하여 강도와 내구성을 보강하기 위한 내부 보강재(reinforcement)를 제조하는 기술이 이용되고 있다. 적층 가공(additive manufacturing) 장치 및 폴리머/복합재의 내부 보강재와 같은 내부 골격 제조 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이를 이용하면, 경량 복합 소재 입체물의 원재료 사용량은 줄이면서도 기계적 성능을 높일 수 있다는 점에서 3D 프린팅이나 3D 몰딩이 각광받고 있다. 특히, 적층 가공 속도도 개선되어 자동화 공정의 일부로서 기능할 수 있게 되었다.

적층 가공은 자동차, 항공기, 전자제품, 가전제품(consumer electronics), 스포츠 용품(sporting goods), 건축소재 등 다양한 분야에서 이용되고 있지만, 제조의 정교성, 원가 절감, 제조 공정과 설비의 단순화 등 선결해야 할 과제가 아직 많다. 특히, 3D 프린팅이나 3D 몰딩에 의한 제품의 성능을 좌우하는 원재료의 강성과 내구성 향상에 대한 연구가 매우 필요한 상황이다.

적층 가공 장치(3D 프린터 등)는 가늘고 기다란 원재료의 토출 방향, 각도 및 위치를 제어하면서 원하는 형상의 제품을 형성한다. 제품의 정교한 형성을 위해서는 원재료가 적층 가공 장치에 의해 자유롭게 제어(투입에서 토출까지)될 수 있어야 한다. 또한, 최종 형성되는 제품의 성능을 위해, 원재료의 강성과 내구성이 뛰어나야 한다. 하지만, 상술한 선결 과제를 해결하면서, 강성과 내구성까지 확보할 수 있는 원재료에 대한 연구나 개발이 아직은 미진한 상태이다.

또한, 강성과 내구성이 뛰어난 원재료를 이용하여 3D 입체물을 제조하는 로봇 시스템도 미진한 상태이다.

KR

10-2015-0042660

A

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고분자 복합 재료로 구성된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 제공한다.

또한, 3D 입체물의 대량 생산이 가능한 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 제공한다.

또한, 고분자 복합 재료의 성형, 탈형 및 후 공정을 동시에 진행할 수 있는 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 제공한다.

또한, 5축 또는 6축 이동이 가능한 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 제공한다.

실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 테이블; 상기 테이블 상에 고정되어 배치되고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐; 상기 오븐 아래에 고정되어 배치되고, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 아래로 토출하는, 헤드 유닛; 및 상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 제1 축과 수직한 제2 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 수직한 제3 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능한, 지그;를 포함한다.

다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 테이블; 상기 테이블 상에 배치되고, 제2 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐; 상기 제2 축과 수직한 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 상기 제2 축 방향으로 토출하는, 헤드 유닛; 및 상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 상기 제1 축과 평행한 회전축을 기준으로 상기 배치면이 회전가능한, 지그;를 포함한다.

또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 내부에 수납부를 갖고, 상기 수납부 상에 위치한 상면을 포함하는 테이블; 상기 테이블 상면에 고정되어 배치되고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐; 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 제1 축과 수직한 제3 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하며, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 상기 제3 축 방향으로 토출하는, 헤드 유닛; 및 상기 수납부에 배치되고, 상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 상기 제1 축과 평행한 회전축을 기준으로 상기 배치면이 회전 가능하고, 상기 제1 축 및 상기 제3 축과 수직한 제2 축을 따라 직선 왕복 이동이 가능한, 지그;를 포함한다.

본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 사용하면, 다양한 형상의 3D 입체물을 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 3D 입체물을 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고분자 복합 재료의 성형, 탈형 및 후 공정을 동시에 진행할 수 있어 작업 속도를 향상시킬 수 있는 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 헤드 유닛에 공급될 수 있는 고분자 복합 재료의 일 예이다.
도 11은 도 10에 도시된 고분자 복합 재료의 다른 일 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템에 대해 상세히 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 본 발명을 이해하기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 구조, 사용, 응용 방식을 한정하려는 의도를 갖지 않는다. 본 발명의 실시예에 대한 설명은 첨부된 도면과 연관되어 이해할 수 있고, 첨부된 도면은 본 발명에 대한 설명의 일부로 간주될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 헤드 유닛(100), 오븐(200), 테이블(300), 및 턴 테이블(400)을 포함할 수 있다.

헤드 유닛(100)은 오븐(200)으로부터 출력되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받아 배출한다. 헤드 유닛(100)은 제2 축(y)을 따라 고분자 복합 재료(50)를 배출한다.

헤드 유닛(100)은 제2 축(y)과 평행한 회전축을 기준으로 로테이팅이 가능하며, 상기 회전축을 기준으로 헤드 유닛(100)의 끝단이 소정 각도로 틸팅이 가능하다.

헤드 유닛(100)은 제1 축(x)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다. 헤드 유닛(100)은 제1 직교 로봇(230)에 의해 제1 축(x)을 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

제1 직교 로봇(230)은 이동 부재(250) 상에 배치되고, 제1 축(x)을 따라 배치된다. 제1 직교 로봇(230)은 제1 축(x)을 따라 소정 길이를 갖는 레일(231)과 레일(231)에 장착되어 레일(231)을 따라 이동하는 제1 이동부(233)를 포함할 수 있다.

제1 이동부(233) 상에 헤드 유닛(100)이 장착된다. 여기서, 제1 이동부(233)와 헤드 유닛(100)을 연결하는 연결부(235)가 배치될 수 있다. 제1 이동부(233)가 레일(231)을 따라 이동하는 것에 의해, 헤드 유닛(100)이 제1 축(x)을 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

제2 이동부(237)는 레일(231)에 장착되어 레일(231)을 따라 이동한다. 제2 이동부(237)는 제1 이동부(233)과 소정 간격 떨어져서 제1 이동부(233)와 함께 레일(231)을 따라 이동한다.

제2 이동부(237) 상에는 보상 캐리지(239)가 배치된다. 보상 캐리지(239)는 제2 이동부(237)의 이동에 연동한다. 보상 캐리지(239)의 일 측은 제2 이동부(237)와 결합되고, 타 측은 오븐(200) 안에 배치된다.

보상 캐리지(239)는 오븐(200) 내부에서 소정의 이동 경로를 따라 이동하는 고분자 복합 재료(50)를 상기 소정의 이동 경로의 역 방향으로 방향 전환시킨다. 이를 위해, 보상 캐리지(239)의 타 측은 고분자 복합 재료(50)의 이동 경로를 변환하는 다수의 롤러를 포함할 수 있다.

보상 캐리지(239)는 오븐(200)의 투입구로부터 고분자 복합 재료(50)가 토출되는 헤드 유닛(100)의 토출구까지의 거리를 일정하게 유지하고, 오븐(200) 내부에 위치한 고분자 복합 재료(50)의 장력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 여기서, 제2 이동부(237)의 이동은 외부 제어신호에 따라 구동될 수 있고, 제2 이동부(237)와 제1 이동부(233) 사이의 소정 간격은 제1 이동부(233)의 위치에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 보상 캐리지(239)는 헤드 유닛(100)의 제1 축(x) 이동과 함께 이동하되, 보상 캐리지(239)와 헤드 유닛(100) 사이의 간격은 헤드 유닛(100)의 위치에 따라 가변된다.

오븐(200)은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받고, 제공된 고분자 복합 재료(50)에 열을 가한다. 오븐(200)에 의해 고분자 복합 재료(50)가 가열되어 성형성과 유동성이 향상될 수 있다.

오븐(200)은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 다수의 고분자 복합 재료(50)를 합쳐 하나의 통합된 고분자 복합 재료를 형성할 수 있다.

오븐(200)과 헤드 유닛(100) 사이에 고분자 복합 재료(50)가 이동하는 이동관(210)이 배치될 수 있다. 이동관(210)은 오븐(200)의 개구부(201)에 배치되어 헤드 유닛(100)의 이동과 연동할 수 있다.

여기서, 오븐(200)의 개구부(201)는 제1 축(x) 방향으로 형성된다. 도면에 도시하지 않았지만, 개구부(201)에는 오븐(200) 내부의 열이 밖으로 나가는 것을 줄이고, 오븐(200) 내부로 차가운 공기가 유입되는 것을 줄이기 위한 벨로우즈(미도시)가 배치될 수 있다. 벨로우즈(미도시)는 이동관(210)과 보상 캐리지(239)가 이동함에 따라 그 형태가 가변될 수 있다.

오븐(200)은 테이블(300) 상에 배치되고, 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다.

여기서, 오븐(200)은 이동 부재(250)와 제2 직교 로봇(270)에 의해 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

오븐(200)은 이동 부재(250) 상에 고정되어 배치될 수 있다. 이동 부재(250)는 이동판일 수 있다. 이동 부재(250)는 제2 직교 로봇(270) 상에 배치되어 제2 직교 로봇(270)의 이동에 의해 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다.

제2 직교 로봇(270)은 테이블(300)과 이동 부재(250) 사이에 배치되고, 제2 축(y)을 따라 배치된다. 제2 직교 로봇(270)은 레일(271)과 레일(271)에 장착되어 레일(271)을 따라 이동하는 하나 또는 다수의 이동부(273, 275)를 포함할 수 있다. 하나 또는 다수의 이동부(273, 275) 상에 이동 부재(250)가 장착된다. 제2 직교 로봇(270)은 오븐(200) 아래에 다수로 배치될 수 있다.

이동 부재(250)는 제2 직교 로봇(270)에 의해 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다. 이동 부재(250)의 직선 왕복 운동에 의해 이동 부재(250) 상에 고정된 오븐(200)이 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

한편, 도면에 도시되지 않았지만, 이동 부재(250)는 생략될 수 있다. 즉, 오븐(200)이 제2 직교 로봇(270)의 하나 또는 다수의 이동부(273, 275)에 직접 장착될 수 있다. 그리고, 제1 직교 로봇(230)은 오븐(200)에 장착되어 오븐(200)과 함께 이동할 수 있다.

테이블(300) 상에 헤드 유닛(100), 오븐(200), 제1 직교 로봇(230), 제2 직교 로봇(270) 및 이동 부재(250)가 배치된다.

좀 더 구체적으로, 테이블(300) 상에 제2 직교 로봇(270)이 배치되고, 제2 직교 로봇(270) 상에 이동 부재(250)이 배치되며, 이동 부재(250) 상에 제1 직교 로봇(230)과 오븐(200)이 배치될 수 있다.

턴 테이블(400)은 헤드 유닛(100) 전방에 위치한다.

턴 테이블(400)은 제2 축(y)과 평행한 회전축(A) 상에 배치되며, 회전축(A)을 기준으로 회전가능한 지그(410)을 포함한다. 또한 턴 테이블(400)은 지그(410)를 지지하는 지지부(430)을 포함한다. 지그(410)은 지지부(430)에 장착되어 회전축(A)을 기준으로 회전가능하다.

지그(410)는 적어도 2 이상의 배치면(411, 412)을 포함한다. 적어도 2 이상의 배치면(411, 412)은 회전축(A)을 사이에 두고 배치될 수 있다. 지그(410)의 적어도 2 이상의 배치면(411, 412) 중 어느 하나의 배치면 상에 헤드 유닛(100)으로부터 배출되는 고분자 복합 재료가 위치된다.

지그(410)의 적어도 2 이상의 배치면(411, 412) 각각에는 금형(50')이 배치될 수 있다. 헤드 유닛(100)으로부터 배출되는 고분자 복합 재료가 금형(50')에 성형될 때, 지그(410)가 미리 설정된 제어 신호에 따라 회전한다. 지그(410)의 회전으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 제3 축(z)을 따라 이동이 가능하게 된다.

여기서, 지그(410)의 적어도 2 이상의 배치면(411, 412) 각각에는 금형(50')을 회전축(A)에 수직한 방향으로 직선 왕복 이동시키는 레일(415)이 더 배치될 수 있다. 레일(415)을 따라 금형(50')이 회전축(A)과 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 레일(415)은, 예를 들어, LM 가이드 레일일 수 있다.

여기서, 금형(50')은 지그(410)가 회전하면서 레일(415)을 따라 이동할 수도 있고, 지그(410)가 특정 위치에서 고정된 상태에서 레일(415)을 따라 이동할 수도 있다. 특히, 지그(410)의 배치면(411)이 제3 축(z)에 평행하게 위치된 경우, 금형(50')은 레일(415)을 따라 제3 축(z) 방향으로 직선 왕복 운동을 할 수 있어서 헤드 유닛(100)의 제3 축(z) 방향으로 이동하지 못하는 점을 보완할 수 있다.

헤드 유닛(100)으로부터 배출된 고분자 복합 재료가 지그(410)의 어느 하나의 배치면(411) 상에 위치한 금형(50') 위에 완전히 성형되면, 지그(410)가 회전할 수 있다. 지그(410)가 회전하면, 지그(410)의 다른 하나의 배치면(412)이 헤드 유닛(100)과 마주보게 되어 다른 하나의 배치면(412) 상에 위치한 금형(50') 위로 고분자 복합 재료가 성형될 수 있는 준비 작업이 마쳐진다. 한편, 어느 하나의 배치면(411) 상에 위치한 금형(50')에는 성형이 완료된 고분자 복합 재료가 놓여져 있는데, 후공정 로봇(미도시)이 성형이 완료된 고분자 복합 재료를 금형(50')으로부터 떼어낼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 고분자 복합 재료의 성형 작업, 후공정 또는 준비 작업을 동시에 진행할 수 있어 작업속도가 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 6축 이동이 가능한 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 제1 직교 로봇(230)에 의한 제1 축(x) 이동, 제2 직교 로봇(270)에 의한 제2 축(y) 이동, 지그(410)의 소정 각도 회전과 레일(415)에 의한 제3 축(z) 이동, 헤드 유닛(100)을 향하는 배치면(411, 412)이 교체되는 지그(410)의 회전 이동, 헤드 유닛(100) 자체의 로테이팅, 그리고 헤드 유닛(100)의 자체의 틸팅으로 6축 이동이 가능하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 헤드 유닛(100), 오븐(200'), 테이블(300'), 및 턴 테이블(400)을 포함할 수 있다.

헤드 유닛(100)은 오븐(200')으로부터 출력되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받아 배출한다. 헤드 유닛(100)은 제3 축(z)을 따라 아래로 고분자 복합 재료(50)를 배출한다.

헤드 유닛(100)은 제3 축(z)과 평행한 회전축을 기준으로 로테이팅이 가능하며, 상기 회전축을 기준으로 헤드 유닛(100)의 끝단이 소정 각도로 틸팅이 가능하다.

헤드 유닛(100)은 제1 축(x)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다. 헤드 유닛(100)은 제1 직교 로봇(230)에 의해 제1 축(x)을 따라 직선 왕복 운동할 수 있다. 제1 직교 로봇(230)은 도 1에 도시된 직교 로봇(230)과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

헤드 유닛(100)은 제3 축(z)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다. 헤드 유닛(100)이 제3 축(z)을 따라 이동한다는 점이 도 1에 도시된 헤드 유닛(100)과 차이가 있다.

헤드 유닛(100)을 제3 축(z)을 따라 이동시키기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 제3 직교 로봇(220)을 포함할 수 있다.

제3 직교 로봇(220)은 제1 직교 로봇(230)의 이동부 상에 장착되어 제1 축(x) 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하다.

제3 직교 로봇(220)은, 제3 축(z)을 따라 배치된 레일, 및 레일에 장착되어 레일을 따라 이동하는 이동부를 포함할 수 있다. 제3 직교 로봇(220)의 이동부에는 연결부(235')가 장착되고, 연결부(235')에 헤드 유닛(100)이 장착된다.

헤드 유닛(100)은 제1 직교 로봇(230)과 제3 직교 로봇(220)에 의해 제1 축(x) 및 제3 축(z)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다.

헤드 유닛(100)이 제3 축(z)을 따라 직선 왕복 운동이 가능하므로, 위치가 고정된 오븐(200')에서 출력되는 고분자 복합 재료(50)를 헤드 유닛(100)으로 안정적으로 전달하기 위해서, 오븐(200')과 헤드 유닛(100) 사이에 회전 이동관(210')이 배치될 수 있다.

회전 이동관(210')은 헤드 유닛(100)의 제3 축(z) 직선 왕복 운동을 고려하여, 하나 또는 다수의 회전 관절부(211)를 가질 수 있다. 헤드 유닛(100)이 제3 축(z)을 따라 직선 왕복 운동하는 것에 대응하여 하나 또는 다수의 회전 관절부(211)가 회전하여 회전 이동관(210')의 형상이 변형될 수 있다.

오븐(200')은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받고, 제공된 고분자 복합 재료(50)에 열을 가한다. 오븐(200')에 의해 고분자 복합 재료(50)가 가열되어 성형성과 유동성이 향상될 수 있다.

오븐(200')은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 다수의 고분자 복합 재료(50)를 합쳐 하나의 통합된 고분자 복합 재료를 형성할 수 있다.

오븐(200')의 개구부(미도시)는 제1 축(x) 방향으로 형성된다. 개구부(미도시)에는 오븐(200') 내부의 열이 밖으로 나가는 것을 줄이고, 오븐(200') 내부로 차가운 공기가 유입되는 것을 줄이기 위한 벨로우즈(205)가 배치될 수 있다. 벨로우즈(205)는 회전 이동관(210')과 제1 직교 로봇(230)의 보상 캐리지가 이동함에 따라 그 형태가 가변될 수 있다.

오븐(200')은 도 1에 도시된 오븐(200)과 동일할 수도 있지만, 내부 구성이 도 1에 도시된 오븐(200)의 내부 구성과 다를 수 있다.

오븐(200')은 테이블(300') 상에 고정되어 배치된다. 이 점이 도 1에 도시된 오븐(200')과 차이가 있다.

테이블(300') 상에 헤드 유닛(100), 오븐(200'), 제1 직교 로봇(230) 제3 직교 로봇(220)이 배치되고, 테이블(300') 내부에 턴 테이블(400)이 배치된다.

좀 더 구체적으로, 테이블(300')은 오븐(200')과 제1 직교 로봇(230)이 배치되는 상면을 포함하고, 턴 테이블(400)을 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 이동시키는 제2 직교 로봇(270)이 배치되는 하면을 포함한다. 또한, 테이블(300')은 상면과 하면 사이에 턴 테이블(400)이 수납되는 수납부를 갖는다. 테이블(300')의 수납부는 턴 테이블(400)이 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 이동될 수 있는 소정의 공간을 갖는다.

턴 테이블(400)은 도 1에 도시된 턴 테이블(400)과 구성은 동일하지만, 배치 위치와 이동한다는 점에서 차이가 있다. 구체적으로, 턴 테이블(400)은 테이블(300') 내부에 배치되고, 헤드 유닛(100) 아래에 배치된다. 턴 테이블(400)은 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 이동이 가능한다.

턴 테이블(400)을 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 이동시키기 위해서, 턴 테이블(400) 아래에 제2 직교 로봇(270)이 배치된다. 턴 테이블(400)은 제2 직교 로봇(270)의 이동부 위에 고정되고, 제2 직교 로봇(270)의 이동부의 이동에 연동한다. 여기서, 제2 직교 로봇(270)은 도 1에 도시된 직교 로봇(270)과 구성은 동일하되, 배치 위치에서 차이가 있다.

턴 테이블(400)의 지그(410)는 금형(50')이 배치될 수 있는 다수의 배치면을 포함한다. 다수의 배치면은 회전축(A)을 사이에 두고 배치되며, 다수의 배치면 중 어느 하나의 배치면 상에 헤드 유닛(100)으로부터 배출되는 고분자 복합 재료가 위치된다. 헤드 유닛(100)으로부터 배출되는 고분자 복합 재료가 금형(50')에 성형될 때, 지그(410)가 미리 설정된 제어 신호에 따라 회전한다.

헤드 유닛(100)으로부터 배출된 고분자 복합 재료가 지그(410)의 어느 하나의 배치면 상에 위치한 금형(50') 위에 완전히 성형되면, 지그(410)가 회전할 수 있다. 지그(410)가 회전하면, 지그(410)의 다른 하나의 배치면이 헤드 유닛(100)과 마주보게 되어 다른 하나의 배치면 상에 위치한 금형(50') 위로 고분자 복합 재료가 성형될 수 있는 준비 작업이 마쳐진다. 한편, 어느 하나의 배치면 상에 위치한 금형(50')에는 성형이 완료된 고분자 복합 재료(5)가 놓여져 있는데, 중력에 의해 성형이 완료된 고분자 복합 재료(5)가 금형(50')으로부터 떨어질 수 있다. 성형이 완료된 고분자 복합 재료(5)는 지그(410) 아래에 위치한 이송 지그(500) 위에 놓여진다.

운반 지그(500)는 테이블(300') 내부에 위치하고, 제2 축(y)을 따라 직선 왕복 이동이 가능한 제4 직교 로봇(290) 상에 장착된다. 제4 직교 로봇(290)의 이동부는 운반 지그(500)를 외부 제어 신호에 따라 이동시킨다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 고분자 복합 재료의 성형 작업, 후공정 또는 준비 작업을 동시에 진행할 수 있어 작업속도가 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 6축 이동이 가능한 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 제1 직교 로봇(230)에 의한 제1 축(x) 이동, 제2 직교 로봇(270)에 의한 제2 축(y) 이동, 제3 직교 로봇(220)에 의한 제3 축(z) 이동, 헤드 유닛(100)을 향하는 배치면이 교체되는 지그(410)의 회전 이동, 헤드 유닛(100) 자체의 로테이팅, 그리고 헤드 유닛(100)의 자체의 틸팅으로 6축 이동이 가능하다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 오븐 가스 순환부(700)를 더 포함할 수 있다.

오븐 가스 순환부(700)는 오븐(200') 내부에 존재하는 가스(fume)를 흡입하고, 흡입된 가스를 필터링하고, 필터링된 가스를 오븐(200') 내부로 유입시킨다.

여기서, 오븐(200') 내부에 존재하는 가스는 고분자 복합 재료(50)에 열을 가함으로서 생성하는 뜨거운 가스로서, 상기 가스가 오븐(200') 내부에 그대로 존재하면, 오븐(200') 내에 위치한 가열 램프(미도시)의 겉면을 오염시켜 오븐(200')의 가열 능력을 저하시킬 수 있다.

오븐 가스 순환부(700)가 필터링된 가스를 다시 오븐(200') 내부로 보내면, 이미 가열된 가스를 버리는 것보다 다시 오븐(200') 내부로 보내 재사용하여 오븐(200') 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 이점이 있다.

오븐 가스 순환부(700)는, 오븐(200') 내부에 존재하는 가스를 빨아들이고, 흡입된 가스를 필터링하는 필터링부(730), 오븐(200')과 필터링부(730)를 연결하고 오븐(200') 내부에 존재하는 가스를 이동시키는 제1 덕트(710), 및 필터링부(730)와 오븐(200')을 연결하고 필터링부(730)에서 필터링된 가스를 오븐(200') 내부로 안내하는 제2 덕트(750)를 포함할 수 있다.

오븐 가스 순환부(700)의 제1 덕트(710)가 오븐(200'') 하부와 연결되고, 제2 덕트(750)가 오븐(200')의 측부에 연결된다. 여기서, 제2 덕트(750)는 오븐(200')의 측부의 상부에 연결될 수 있다.

한편, 오븐 가스 순환부(700)는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템에도 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 일 측에서 바라본 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템을 다른 일 측에서 바라본 사시도이며, 도 9는 도 7에 도시된 3D 입체물 제조 로봇 시스템의 측면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 헤드 유닛(100), 오븐(200''), 테이블(300''), 및 지그(410)를 포함할 수 있다.

헤드 유닛(100)은 오븐(200'')으로부터 출력되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받아 배출한다. 헤드 유닛(100)은 제3 축(z)을 따라 아래로 고분자 복합 재료(50)를 배출한다.

헤드 유닛(100)은 오븐(200'') 아래에 배치된다. 헤드 유닛(100)은 오븐(200'') 아래의 특정 위치에 고정된다.

헤드 유닛(100)과 오븐(200'') 사이에는 고분자 복합 재료(50)가 이동하는 이동관(210)이 배치된다. 이동관(210)을 통해 헤드 유닛(100)은 오븐(200'')으로부터 가열된 고분자 복합 재료(50)를 제공받는다.

오븐(200'')은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 고분자 복합 재료(50)를 제공받고, 제공된 고분자 복합 재료(50)에 열을 가한다. 오븐(200'')에 의해 고분자 복합 재료(50)가 가열되어 성형성과 유동성이 향상될 수 있다.

오븐(200'')은 테이블(300'') 상에 고정되어 배치된다.

오븐(200'')은 재료 공급 장치(미도시)로부터 제공되는 다수의 고분자 복합 재료(50)를 합쳐 하나의 통합된 고분자 복합 재료를 형성할 수 있다.

오븐(200'')은 이동관(210)이 배치되는 개구부(미도시)를 가질 수 있다.

테이블(300'') 상에 오븐(200'')이 배치되고, 내부에 도 5에 도시된 오븐 가스 순환부(700)가 배치된다. 오븐 가스 순환부(700)의 제1 덕트(710)가 오븐(200'') 하부와 연결되고, 제2 덕트(750)가 오븐(200'')의 측부에 연결된다. 여기서, 제2 덕트(750)는 오븐(200'')의 측부의 상부에 연결될 수 있다.

헤드 유닛(100) 아래에 지그(410)와 지그(410)를 제1 내지 제3 축(x, y, z)을 따라 이동시키는 다수의 구성들이 배치된다.

지그(410) 상에 금형(50')이 배치될 수 있다. 헤드 유닛(100)에서 배출되는 고분자 복합 재료(50)가 금형(50') 위에 놓여질 수 있다.

지그(410)는 제1 내지 제3 축(x, y, z) 중 적어도 하나 이상의 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하다. 지그(410)를 적어도 하나 이상의 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 지그 이송부를 이하에서 설명한다.

지그 이송부는, 제1 직교 로봇(230), 제1 직교 로봇(230) 상에 배치된 제2 직교 로봇(270), 및 제2 직교 로봇(270) 상에 배치된 업다운 로봇(280)을 포함한다.

제1 직교 로봇(230)은 도 1에 도시된 제1 직교 로봇(230)과 구성은 동일하다. 즉, 제1 직교 로봇(230)은 레일과 이동부를 포함한다. 서로 이격된 한 쌍의 제1 직교 로봇(230)이 제1 축(x)을 따라 배치된다.

제2 직교 로봇(270)은 도 1에 도시된 제2 직교 로봇(270)과 구성은 동일하다. 즉, 제2 직교 로봇(270)은 레일과 이동부를 포함한다. 서로 이격된 한 쌍의 제2 직교 로봇(270)이 제2 축(y)을 따라 배치되고, 한 쌍의 제1 직교 로봇(230) 상에 배치된다.

한 쌍의 제1 직교 로봇(230) 아래에 한 쌍의 제1 직교 로봇(230)을 지지하는 지지 부재(205)가 배치될 수 있다.

한 쌍의 제1 직교 로봇(230)과 한 쌍의 제2 직교 로봇(270) 사이에 제1 이동 부재(240)가 배치될 수 있다. 제1 이동 부재(240)는 한 쌍의 제1 직교 로봇(230)의 이동부 상에 배치되어, 한 쌍의 제1 직교 로봇(230)의 이동부의 제1 축(x) 직선 왕복 이동과 연동한다. 제1 이동 부재(240) 상에 한 쌍의 제2 직교 로봇(270)이 고정 장착된다.

한 쌍의 제2 직교 로봇(270)과 업다운 로봇(280) 사이에 제2 이동 부재(260)가 배치될 수 있다. 제2 이동 부재(260)는 한 쌍의 제2 직교 로봇(270)의 이동부 상에 배치되어, 한 쌍의 제2 직교 로봇(270)의 이동부의 제2 축(y) 직선 왕복 운동과 연동한다. 제2 이동 부재(260) 상에 업다운 로봇(280)이 고정 장착된다.

업다운 로봇(280)과 지그(410) 사이에 제3 이동 부재(285)가 배치될 수 있다. 제3 이동 부재(285)는 업다운 로봇(280) 상에 배치되어, 업다운 로봇(280)의 제3 축(z) 직선 왕복 이동과 연동한다. 제2 이동 부재(260) 상에 업다운 로봇(280)이 고정 장착된다.

이러한 지그 이송부에 의해, 지그(410)는 제1 축(x), 제2 축(y) 및 제3 축(z)을 따라 동시에 또는 이시에 이동할 수 있다.

지그 이송부는 펜스(900)에 의해 둘러싸일 수 있다. 펜스(900)는 다수의 로봇을 포함하는 지그 이송부로부터 작업자의 안전 사고를 예방하며, 외부의 이물질로부터 지그 이송부를 보호할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 5축 이동이 가능한 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 제1 직교 로봇(230)에 의한 제1 축(x) 이동, 제2 직교 로봇(270)에 의한 제2 축(y) 이동, 업다운 로봇(280)에 의한 제3 축(z) 이동, 헤드 유닛(100) 자체의 로테이팅, 그리고 헤드 유닛(100)의 자체의 1회 틸팅으로 5축 이동이 가능하다. 여기서, 헤드 유닛(100)이 2회 이상 틸팅 이동되면 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은 최소 6축 이동도 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 헤드 유닛(100)과 오븐(200'')이 고정되어 있기 때문에, 일정한 온도를 갖는 고분자 복합 재료(50)가 헤드 유닛(100)에서 배출될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 3D 입체물 제조 로봇 시스템은, 후공정 로봇(800)을 더 포함할 수 있다. 후공정 로봇(800)이 금형(50') 위에 성형되어 경화된 고분자 복합 재료(50)를 지그(410)로부터 떼어낼 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 9에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)는, 고분자 재료(polymer material) 또는 복합 재료(composite material)의 연속적으로 이어진 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band), 테이프(tape) 등이다. 여기서, 고분자 재료로는 PLA, PE, PP, PA, ABS, PC, PET, PEI, PEEK 등의 열가소성 수지(thermoplastics) 혹은 에폭시(epoxy), 불포화 폴리에스터 수지(unsaturated polyester), PI, PUR 등의 열경화성 수지(thermosetting resins)일 수 있다. 고분자 재료는 이에 한정되지 않는다. 여기서, 보강재(reinforcing fibers)는 GF(glass fiber), CF(carbon fiber), NF(natural fiber), AF(aramid fiber) 등일 수 있다. 또한, 복합 재료는 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 각종 휘스커(whisker) 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 9에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)는, 상기 고분자 재료에 상기 복합 재료가 혼합된 것일 수 있다.

도 1 내지 도 9에 도시된 헤드 유닛(100)으로 공급될 수 있는 고분자 복합 재료(50)의 또 다른 구체적인 예를 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 헤드 유닛에 공급될 수 있는 고분자 복합 재료의 일 예이고, 도 11은 도 10에 도시된 고분자 복합 재료의 다른 일 예이다.

도 10과 도 11을 참조하면, 고분자 복합 재료(50, 50')는 심재(52)와 심재(52)를 둘러싸는 섬유층(54)과 코팅층(56)을 포함한다.

도 10에 도시된 고분자 복합 재료(50)는, 심재(52)를 섬유층(54)이 둘러싸고, 섬유층(54)을 코팅층(56)이 둘러싸는 구조이고, 도 9에 도시된 고분자 복합 재료(50')는 심재(52)를 코팅층(56)이 둘러싸고, 코팅층(56)을 섬유층(54)이 둘러싸는 구조인 점에서 차이가 있다.

도 10와 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 심재(52)는 고분자 화합물과 섬유재 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

고분자 화합물은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고분자 화합물은 폴리 젖산(PolyLactic Acid; PLA), 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE), 폴리프로필렌(PolyPropylene; PP), 폴리아미드(PolyAmide; PA), 에이비에스(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene; ABS), 폴리메타크릴산메칠(Poly Methyl MethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate; PET), 폴리부틸렌테레프탈레이드(PolyButylene Terephthalate; PBT), 폴리에테르이미드(PolyEtherImide; PEI), 폴리페닐렌설파이드(PolyPhenylene Sulfide; PPS), 폴리에텔에텔케톤(PolyEtherEtherKetone; PEEK), 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate; EVA), 폴리우레탄(PolyUrethane; PU), 에폭시(EPoxy; EP), 불포화 폴리에스터(Unsaturated Polyester; UP), 폴리이미드(PolyImide; PI), 페놀릭(PHenolic; PF) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

섬유재는 유리 섬유, 탄소 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 점조화 유체 섬유, 형상 기억 합금 섬유, 광 섬유, 압전 섬유, 현무암 (Basalt) 섬유 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 고분자 화합물과 혼합되었을 때 섬유재는 고분자 화합물의 보강재일 수 있다. 어떤 섬유재는 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 몇몇의 층들로 코팅될 수 있다. 이 경우, 섬유재는 작은 직경을 갖는 케이블의 구조를 가질 수 있다.

심재(52)의 형태는 스트랜드 형태뿐만 아니라 밴드 형태 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 심재(52)의 형태는 연속적으로 이어진 스트랜드, 얀, 고분자 복합 재료, 번들, 밴드, 테이프 등의 형태와 실질적으로 동일할 수 있다. 심재(52)는 일방향성을 가질 수 있다.

예를 들어, 심재(52)는 일방향 스트랜드일 수 있다. 이를 위해 심재(52)는 예열된 재료 스트랜드를 압밀함으로써 형성될 수 있다. 즉, 심재(52)는 고분자 화합물 또는 섬유재 중 적어도 하나를 포함하는 재료 스트랜드를 소정의 온도에서 압밀함으로써 형성될 수 있다. 재료 스트랜드는 크릴 유닛이 구비한 적어도 하나의 보빈에 감길 수 있다. 실시예에 따라, 서로 다른 물질을 포함하는 2 이상의 재료 스트랜드들이 하나의 보빈에 감길 수 있다. 보빈은 재료 스트랜드를 정렬시킬 수 있고, 재료 스트랜드를 보관할 수 있다. 재료 스트랜드는 보빈에서 풀려나올 수 있고, 풀려나온 재료 스트랜드는 예열 유닛의 예열 위치로 공급될 수 있다. 예열 위치에서 재료 스트랜드는 기 설정된 온도로 예열될 수 있다. 여기서 기 설정된 온도는 재료 스트랜드가 압축 및 압밀되기에 충분한 온도일 수 있다. 재료 스트랜드는 예열 유닛에 의해 기 설정된 온도로 예열될 수 있고, 예열된 재료 스트랜드는 압축 유닛에 공급될 수 있다. 예열된 재료 스트랜드는 압밀될 수 있다. 기 설정된 온도를 갖는 재료 스트랜드는 압축 유닛에 의해 2 이상이 함께 압축 및 압밀될 수 있다. 예열 및 압밀 과정을 거치는 동안, 재료 스트랜드는 2 이상이 서로 합쳐질 수 있다. 그 결과, 일방향성을 갖는 심재(52)가 형성될 수 있다.

실시예에 따라, 구성 물질이 서로 다른 재료 스트랜드가 서로 합쳐질 수 있다. 이 경우, 형성된 심재(52)는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.

도 10과 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 섬유층(54)은 섬유재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유층은 유리 섬유, 탄소 섬유, 천연 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 점조화 유체 섬유, 형상 기억 합금 섬유, 광 섬유, 압전 섬유 현무암 (Basalt) 섬유 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 섬유재는 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 몇몇의 층들로 코팅될 수 있다. 이 경우, 섬유재는 작은 직경을 갖는 케이블 구조를 가질 수 있다. 심재(52)에 포함된 섬유재와 섬유층(54)에 포함된 섬유재는 실질적으로 서로 동일할 수 있지만, 심재(52)에 포함된 섬유재와 섬유층(54)에 포함된 섬유재는 실질적으로 상이할 수 있다.

섬유층(54)은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬유층(54)은 폴리 젖산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 에이비에스, 폴리메타크릴산메칠, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에텔에텔케톤, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리우레탄, 에폭시, 불포화 폴리에스터, 폴리이미드, 페놀릭 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

섬유층(54)은 편조 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유재는 편조 유닛에 의해 심재(52) 상에 편조될 수 있다. 여기서, 편조 유닛은 섬유재를 감고 있는 다수의 보빈을 구비할 수 있고, 보빈은 동일 원주 상에 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 심재(52)가 원주 상의 중심을 통과할 때, 다수의 보빈은 회전함과 동시에 원주를 따라 이동할 수 있다. 이 때, 섬유재는 보빈으로부터 풀려나올 수 있고, 풀려나온 섬유재는 심재(52) 상에 편조됨으로써 편조 구조가 형성될 수 있다. 이렇게 편조된 섬유층(54)은 심재(52)가 방사상으로 가하는 압력(strain)이나 부하(load)를 견딜 수 있는 충분한 강성(rigidity/strength)을 가질 수 있다.

도 10과 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')에서의 코팅층(56)은 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 여기서, 고분자 화합물은 코팅 폴리머(coating polymer)를 포함할 수 있다. 코팅 폴리머는 고분자 복합 재료(50)를 기초로 형성될 입체물을 결합시키기에 적절한 유동적 특성(rheological characteristic)을 가질 수 있다. 즉, 코팅 폴리머는 향후 고분자 복합 재료(50)를 기초로 형성될 입체물이 인접한 물질과 적절한 결합(suitable bonding)을 갖도록 할 수 있다. 이를 위해, 코팅 폴리머는 적절한 화학적 및/또는 물리적 접착력을 갖는 물질 중 하나로 선택될 수 있다. 예를 들어, 형성된 고분자 복합 재료(50)의 표면에 코팅층(160)이 위치하는 도 10에 도시된 실시예에서는 고점성(high viscosity)을 갖는 코팅 폴리머가 선택될 수 있다. 나아가, 코팅 폴리머는 향후 형성될 입체물이 인접한 물질과의 접촉면에서 발생되는 강한 전단력(shear)에도 견딜 수 있도록 선택될 수 있다.

한편, 특정 텍스처(texture)나 구조형태(configuration)가 고분자 복합 재료(50)에 요구된다면, 그립핑 구조(gripping configuration)가 고분자 복합 재료(50)의 표면에 형성될 수 있다. 즉, 코팅층(160)은 그립핑 구조를 포함할 수 있다. 그립핑 구조는 상호간의 기계적 결합력(bonding)을 향상시키는 구조일 수 있다. 예를 들어, 그립핑 구조는 고분자 복합 재료(50)와 후속으로 이루어지는 오버몰딩 재료 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 코팅 폴리머는 "화학적" 본딩을 제공할 수 있고, 그립핑 구조는 부가적인 "기계적" 본딩을 제공할 수 있다. 그립핑 구조는 고분자 복합 재료(50)의 특정 표면 텍스처나 패턴을 구비할 수 있고, 전체적인 접촉 면적을 증가시킬 수도 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 고분자 복합 재료(50, 50')는 심재(52), 섬유층(54) 및 코팅층(56) 사이의 물리적 상호작용에 기초하여 강성, 내구성 및 충격성 등의 성능을 조절할 수 있다.

상술한 설명과 첨부된 도면은 본 발명의 가능한 실시예를 보여주고 있지만, 본 발명의 권리범위는 오로지 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 즉, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위나 사상으로부터 벗어나지 않는 한 다양한 부가, 변형 및 대체가 이루어질 수 있고, 다른 특정 형태, 구조, 배치, 성분, 크기로 구현되거나, 기타 요소, 물질, 부품과 함께 구현될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 기본적인 원리를 벗어나지 않으면서 특정 환경이나 동작 조건에 적응될 수 있을 것이며, 이는 당업자에 자명할 것이다.

100: 헤드 유닛
200, 200', 200'': 오븐
300, 300', 300'': 테이블
400: 턴 테이블
410: 지그

Claims

테이블;
상기 테이블 상에 고정되어 배치되고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐;
상기 오븐 아래에 고정되어 배치되고, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 아래로 토출하는, 헤드 유닛; 및
상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 제1 축과 수직한 제2 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 수직한 제3 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능한, 지그;
를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 지그 아래에 배치되고, 상기 지그를 상기 제3 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 업다운 로봇;
상기 업다운 로봇 아래에 배치되고, 상기 업다운 로봇을 상기 제2 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 서로 이격된 한 쌍의 제2 직교 로봇;
상기 제2 직교 로봇 아래에 배치되고, 상기 제2 직교 로봇을 상기 제1 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 서로 이격된 한 쌍의 제1 직교 로봇;
을 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 직교 로봇과 상기 제2 직교 로봇 사이에 배치된 제1 지지 부재; 및
상기 제2 직교 로봇과 상기 업다운 로봇 사이에 배치된 제2 지지 부재; 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 헤드 유닛은, 상기 제3 축과 평행한 회전축을 기준으로 로테이팅이 가능하고, 상기 헤드 유닛의 토출구가 상기 제3 축과 평행한 회전축을 기준으로 소정 각도 틸팅 가능한, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
테이블;
상기 테이블 상에 배치되고, 제2 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐;
상기 제2 축과 수직한 제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 상기 제2 축 방향으로 토출하는, 헤드 유닛; 및
상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 상기 제1 축과 평행한 회전축을 기준으로 상기 배치면이 회전가능한, 지그;
를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 헤드 유닛을 상기 제1 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제1 직교 로봇; 및
상기 테이블과 상기 오븐 사이에 배치되고, 상기 오븐을 상기 제2 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제2 직교 로봇;
를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 직교 로봇 상에 배치되어 상기 제2 직교 로봇의 이동과 연동하고, 상면에 상기 오븐과 상기 제1 직교 로봇이 고정되어 배치된, 이동 부재;를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 헤드 유닛 아래에 배치되고, 상기 헤드 유닛을 상기 제1 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제1 직교 로봇; 및
상기 헤드 유닛과 상기 오븐 사이에 배치되어 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 상기 헤드 유닛으로 전달하고, 상기 헤드 유닛의 이동과 연동하는 이동관;을 더 포함하고,
상기 오븐은 상기 제1 축을 따라 형성되고 상기 이동관이 배치되는 개구부를 갖고,
상기 제1 직교 로봇은 상기 제1 축을 따라 배치된 레일, 상기 레일을 따라 이동하는 제1 이동부, 및 상기 레일을 따라 이동하고 상기 제1 이동부와 소정 거리 떨어져 배치되는 제2 이동부를 포함하고,
상기 제1 이동부와 상기 헤드 유닛을 연결하는 연결부; 및 상기 제2 이동부 상에 배치되고 상기 개구부를 통해 상기 오븐 내부에 배치되어 상기 오븐 내부에서 소정의 이동 경로를 따라 이동하는 상기 고분자 복합 재료를 상기 소정의 이동 경로의 역 방향으로 방향 전환시키는 보상 캐리지;를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 헤드 유닛은, 상기 제2 축과 평행한 회전축을 기준으로 로테이팅이 가능하고, 상기 헤드 유닛의 토출구가 상기 제2 축과 평행한 회전축을 기준으로 소정 각도 틸팅 가능한, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
내부에 수납부를 갖고, 상기 수납부 상에 위치한 상면을 포함하는 테이블;
상기 테이블 상면에 고정되어 배치되고, 제공되는 고분자 복합 재료에 열을 가하여 배출하는, 오븐;
제1 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하고, 상기 제1 축과 수직한 제3 축을 따라 직선 왕복 운동이 가능하며, 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 제공받아 상기 제3 축 방향으로 토출하는, 헤드 유닛; 및
상기 수납부에 배치되고, 상기 헤드 유닛으로부터 토출되는 상기 고분자 복합 재료가 성형되는 적어도 하나 이상의 배치면을 포함하고, 상기 제1 축과 평행한 회전축을 기준으로 상기 배치면이 회전가능하고, 상기 제1 축 및 상기 제3 축과 수직한 제2 축을 따라 직선 왕복 이동이 가능한, 지그;
를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 헤드 유닛을 상기 제1 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제1 직교 로봇;
상기 수납부의 바닥면에 배치되고, 상기 지그를 상기 제2 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제2 직교 로봇; 및
상기 헤드 유닛을 상기 제3 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제3 직교 로봇;
을 더 포함하고,
상기 제3 직교 로봇은 상기 제1 직교 로봇와 연결되어 상기 제1 직교 로봇의 이동부의 이동과 연동하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 헤드 유닛을 상기 제1 축을 따라 직선 왕복 운동시키는 제1 직교 로봇; 및
상기 헤드 유닛과 상기 오븐 사이에 배치되어 상기 오븐으로부터 배출되는 상기 고분자 복합 재료를 상기 헤드 유닛으로 전달하고, 상기 헤드 유닛의 상기 제1 축 이동에 연동하고, 상기 헤드 유닛의 상기 제3 축 이동에 연동하는 다수의 회전 관절부를 포함하는, 회전 이동관;을 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 오븐은 상기 제1 축을 따라 형성되고 상기 회전 이동관이 배치되는 개구부를 갖고,
상기 제1 직교 로봇은 상기 제1 축을 따라 배치된 레일, 상기 레일을 따라 이동하는 제1 이동부, 및 상기 레일을 따라 이동하고 상기 제1 이동부와 소정 거리 떨어져 배치되는 제2 이동부를 포함하고,
상기 제3 직교 로봇과 상기 헤드 유닛을 연결하는 연결부; 및 상기 제2 이동부 상에 배치되고 상기 개구부를 통해 상기 오븐 내부에 배치되어 상기 오븐 내부에서 소정의 이동 경로를 따라 이동하는 상기 고분자 복합 재료를 상기 소정의 이동 경로의 역 방향으로 방향 전환시키는 보상 캐리지;를 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 헤드 유닛은, 상기 제3 축과 평행한 회전축을 기준으로 로테이팅이 가능하고, 상기 헤드 유닛의 토출구가 상기 제3 축과 평행한 회전축을 기준으로 소정 각도 틸팅 가능한, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오븐은, 상기 고분자 복합 재료가 배출되는 개구부를 갖고,
상기 오븐은, 상기 개구부에 장착되어 상기 오븐 내부의 열기가 밖으로 배출되는 것을 줄이고 상기 오븐 밖의 냉기가 상기 오븐 내부로 유입되는 것을 줄이는 벨로우즈를 더 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오븐과 연결된 오븐 가스 순환부;를 더 포함하고,
상기 오븐 가스 순환부는,
상기 오븐 내의 가스를 흡입하고, 상기 가스를 필터링하며, 상기 필터링된 가스를 상기 오븐 내로 주입하는 구동부;
상기 오븐과 상기 구동부를 연결하고, 상기 오븐 내의 가스를 상기 구동부로 전달하는 제1 덕트; 및
상기 구동부와 상기 오븐을 연결하고, 상기 필터링된 가스를 상기 오븐으로 전달하는 제2 덕트;을 포함하는, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 제1 덕트는 상기 오븐의 측면의 상부와 연결되고, 상기 제2 덕트는 상기 오븐의 저면에 연결된, 3D 입체물 제조 로봇 시스템.