KR20190098809A - 동시 다중 출력 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동시 다중 출력 3D 프린터에 관한 것으로서, 그 구성은, 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임으로부터 수직하게 배치되고, 서로 간격을 두고 배치된 다수의 수직부; 상기 수직부를 가로지르며 배치되는 적어도 하나 이상의 수평부; 상기 수평부를 상기 수직부 상에서 상하방향으로 이동하게 하는 z축 구동부; 상기 수평부 상에 이동 가능하게 마련된 노즐부; 상기 노즐부를 상기 수평부 상에서 좌우방향으로 이동하게 하는 x축 구동부; 상기 베이스 프레임의 상면에 배치되고, 프린트하고자 하는 대상이 안착되는 베드부; 상기 프린트하고자 하는 대상을 상기 베드부 상에서 전후방향으로 이동하게 하는 y축 구동부;를 포함하며, 상기의 구성에 따르면, 다수의 노즐부에 의해 출력시간을 줄일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 베드부에 안착된 출력물을 자동적으로 분리시킬 수 있으므로 생산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 일일이 수작업으로 출력물을 분리시킬 필요가 없어 매우 효율적인 효과가 있다.

Description

동시 다중 출력 3D 프린터{3D printer with multi-nozzles}

본 발명은 다수의 노즐부에 의해 출력시간을 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 동시 다중 출력 3D 프린터에 관한 것이다.

종래 3D 프린터는 여러 가지 사용되는 소재, 경화방식, 구동원리 등에 따라 여러 가지로 분류되나 세계적으로 널리 통용되는 미국 ASTM (American Society for Testing and Materials) F2792-12a의 분류에 따라 7가지로 분류할 수 있다.

첫째, 빛에 반응하여 경화되는 광경화성 폴리머를 기반 소재로 이용하여 한층 한층 빛을 조사하며 경화시켜 3차원 형상을 만드는 방법인 광중합 방식이 있으며, 대표적으로 stereo lithography (SLA)와 digital light processing (DLP)방식이 있다.

둘째, 고온가열한 소재를 노즐을 통해 압력으로 연속적으로 밀어내어 3차원 형상을 제작하는 재료압출방식이 있으며 대표적으로 fused deposition modeling (FDM)방식이 있다.

셋째, 가루형태의 모재 위에 액체 형태의 접착제를 토출시켜 모재를 결합, 3차원 형상을 제작하는 접착제 분사방식이 있다.

넷째, 용액형태의 소재를 제팅 (jetting)으로 토출시키고 자외선 등으로 경화시키는 재료분사방식이 있다.

다섯째, 레이저나 전자빔 등의 고에너지원으로 원료 소재를 녹여 3차원 형상을 제작하는 고에너지 직접조사방식이 있다.

여섯째, 분말형태의 모재 위에 고에너지빔을 주사하여 조사해 선택적으로 결합, 3차원 형상을 제작하는 분말적층용융방식이 있다.

일곱째, 얇은 필름형태의 재료를 열이나 접착제 등으로 붙여가며 3차원 형상으로 적층하는 시트라미네이션 방식이 있다.

종래 '다중 광중합형 압출방식 복합 3D프린터'가 대한민국 등록특허 10-1747780호(2017. 6.9)에 제시되어 있다.

그러나 종래의 3D 프린터들은 단일 노즐부 만을 사용하여 프린트하기 때문에 오랜 시간에 걸쳐 출력해야 한다는 문제점이 있었다.

또한, 프린트된 출력물을 3D 프린터로부터 분리하는데에 많은 시간이 걸리고, 일일이 수작업으로 출력물을 분리해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 다수의 노즐부에 의해 출력시간을 줄일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 베드부에 안착된 출력물을 자동적으로 분리시킬 수 있으므로 생산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 일일이 수작업으로 출력물을 분리시킬 필요가 없어 매우 효율적인 동시 다중 출력 3D 프린터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은, 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임으로부터 수직하게 배치되고, 서로 간격을 두고 배치된 다수의 수직부; 상기 수직부를 가로지르며 배치되는 적어도 하나 이상의 수평부; 상기 수평부를 상기 수직부 상에서 상하방향으로 이동하게 하는 z축 구동부; 상기 수평부 상에 이동 가능하게 마련된 노즐부; 상기 노즐부를 상기 수평부 상에서 좌우방향으로 이동하게 하는 x축 구동부; 상기 베이스 프레임의 상면에 배치되고, 프린트하고자 하는 대상이 안착되는 베드부; 상기 프린트하고자 하는 대상을 상기 베드부 상에서 전후방향으로 이동하게 하는 y축 구동부;를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 z축 구동부는, 상기 수직부를 따라 마련된 볼스크류와, 상기 수평부에 장착되고, 상기 볼스크류와 나사 결합되는 너트와, 상기 볼스크류를 회전시키는 z축 구동수단을 포함하고, 상기 x축 구동부는, 상기 노즐부가 연결되는 가이드 벨트와, 상기 가이드 벨트가 감기는 적어도 하나 이상의 풀리와, 상기 풀리 중 어느 하나를 구동시키는 x축 구동수단을 포함하며, 상기 y축 구동부는, 상기 베드부가 감기는 롤러와, 상기 롤러를 회전시키는 y축 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 베드부의 일측에는, 상기 프린트하고자 하는 대상이 상기 베드부 상에서 전후방향으로 이동하여 수납되는 수납부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동시 다중 출력 3D 프린터에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

다수의 노즐부를 이용하여 동시 다발적으로 프린트함으로써, 대형 출력물의 경우 출력시간을 1/3 이상으로 줄일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 베드부가 롤러에 감길 수 있는 벨트로 구성됨으로써, 베드부에 안착된 출력물을 밀어내면서 자동적으로 분리시킬 수 있으므로 생산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 일일이 수작업으로 출력물을 분리시킬 필요가 없어 매우 효율적이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동시 다중 출력 3D 프린터를 도시한 도면.
도 4는 도 1 내지 도 3에서 x축 구동부와 z축 구동부를 상세하게 도시한 도면.
도 5는 도 1 내지 도 3에서 베드부와 y축 구동부를 상세하게 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동시 다중 출력 3D 프린터는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스 프레임(100)과 다수의 수직부(200)와 적어도 하나 이상의 수평부(300)와 z축 구동부(400)와 노즐부(500)와 x축 구동부(600)와 베드부(700)와 y축 구동부(800)를 포함한다.

다수의 수직부(200)는 베이스 프레임(100)으로부터 수직하게 배치되고, 서로 간격을 두고 배치되어 있다.

본 실시예에서 수직부(200)는 일방향으로 긴 일자형의 프레임으로 구성되어 있고, 베이스 프레임(100)은 직사각형 형상으로 형성되어 있음에 따라, 베이스 프레임(100)의 길이가 긴 양변에 각각 세 개씩 총 여섯 개의 수직부(200)가 마련되어 있다.

적어도 하나 이상의 수평부(300)는 수직부(200)를 가로지르며 배치된다. 즉, 수평부(300)는 두 개의 수직부(200) 사이를 가로지르며 배치된다.

본 실시예에서는, 베이스 프레임(100)의 길이가 긴 양변에 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 수직부(200)를 가로지르며 하나의 수평부(300)가 마련되어 있어, 총 세 개의 수평부(300)가 마련되어 있다.

수평부(300)를 수직부(200) 상에서 상하방향(z축 방향)으로 이동하게 하는 z축 구동부(400)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 볼스크류(410)와 너트(430)와 z축 구동수단(450)을 포함하는 것이 바람직하다.

볼스크류(410)는 수직부(200)를 따라 회전 가능하게 마련되어 있다.

너트(430)는 일측이 수평부(300)에 장착되고, 볼스크류(410)의 외면을 감싸며 마련됨으로써, 너트(430)의 내면이 볼스크류(410)와 나사 결합된다.

z축 구동수단(450)은 볼스크류(410)를 회전시키는 수단이며, 모터 등이 될 수 있다. z축 구동수단(450)이 모터로 구성될 경우 모터(450)의 모터축에 볼스크류(410)의 끝단이 연결되어, 모터(450)가 구동함에 따라 볼스크류(410)가 회전한다.

이와 같이 구성되는 z축 구동수단(450)은, 도 1과 같이 수직부(200)의 상단 측에 장착될 수도 있고, 도 4와 같이 수직부(200)의 하단 측에 장착될 수도 있다.

노즐부(500)는 수평부(300) 상에 이동 가능하게 마련된다.

노즐부(500)를 수평부(300) 상에서 좌우방향(x축 방향)으로 이동하게 하는 x축 구동부(600)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 가이드 벨트(610)와 적어도 하나 이상의 풀리(630)와 x축 구동수단(650)을 포함하는 것이 바람직하다.

가이드 벨트(610)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 수평부(300) 하부에 수평부(300)를 따라 배치되는 것이 바람직하며, 가이드 벨트(610)에는 노즐부(500)가 연결되어 있다.

적어도 하나 이상의 풀리(630)는, 수평부(300)의 일측에 배치되며, 도 4에 도시한 바와 같이, 가이드 벨트(610)가 감긴다.

본 실시예에서 풀리(630)는 세 개로 구성되어 있다. 세 개의 풀리(630) 중 한 개인 구동 풀리(631)는 x축 구동수단(650)의 회전축에 장착되어 있으며, 나머지 두 개인 종동 풀리(635)는 구동 풀리(631)의 양측 하부에 각각 회전 가능하게 장착되어 있다. 상기와 같이 배치된 세 개의 풀리(630)에는 가이드 벨트(610)가 지그재그로 감긴다.

x축 구동수단(650)은 풀리(630) 중 어느 하나를 구동시키며, 모터 등이 될 수 있다. x축 구동수단(650)이 모터로 구성될 경우 모터축에는 상기에서 설명하였듯이 구동 풀리(631)가 장착된다. 따라서, x축 구동수단(650)이 구동함에 따라, 모터축에 장착된 구동 풀리(631)가 회전하여 가이드 벨트(610)가 구동가능하다.

베드부(700)는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 베이스 프레임(100)의 상면에 배치되고, 베드부(700)에는 프린트하고자 하는 대상이 안착된다.

본 실시예에서 베드부(700)는 하기에서 설명할 롤러(810)에 감길 수 있도록 마련되어 있어, 안착성이 좋은 재질의 벨트인 것이 바람직하다.

베드부(700)의 내측에는 베드부(700)에 놓인 프린트 대상물에 열을 가할 수 있도록 가열성 히트베드(750)가 마련되어 있다.

프린트하고자 하는 대상을 베드부(700) 상에서 전후방향으로 이동하게 하는 y축 구동부(800)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 롤러(810)와 y축 구동수단(830)을 포함하는 것이 바람직하다.

롤러(810)는 베이스 프레임(100)의 전, 후에 각각 회전 가능하게 마련되어 있고, 전, 후에 배치된 롤러(810)에 베드부(700)가 감긴다. 이러한 롤러(810)는 마찰력이 높은 재질인 것이 바람직하다.

y축 구동수단(830)은 롤러(810)를 회전시키며, 모터 등이 될 수 있다. y축 구동수단(830)이 모터로 될 경우 모터축에 롤러(810)의 회전축이 연결된다. 본 실시예에서는 전, 후에 각각 배치된 두 개의 롤러(810) 중 어느 하나의 롤러(810)의 회전축에 모터축이 연결되어 있다. 따라서, y축 구동수단(830)이 구동함에 따라, 모터축에 장착된 회전축이 함께 회전함으로써, 롤러(810)가 회전하며, 이에 따라 롤러(810)에 감긴 베드부(700)가 이동한다.

한편, 베드부(700)의 일측에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 수납부(900)가 마련되는 것이 바람직하다.

수납부(900)는 베드부(700)의 어느 일측 하부에 배치되어 있어, 베드부(700)에 놓인 프린트하고자 하는 대상이 베드부(700) 상에서 전후방향으로 이동하여 베드부(700)에 끝에서 하부로 떨어질 때 수납부(900)에 수납될 수 있다.

본 실시예에서는 여섯 개의 수직부(200)와, 세 개의 수평부(300)가 마련된 것으로 설명하였지만, 수직부(200)와 수평부(300)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는 각각의 수직부(200)와 수평부(300)가 이동 가능한 것으로 설명하였지만, 실시예에 따라 다수의 수직부(200)와 수평부(300) 중 일부만 이동 가능하게 할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 다중 출력 3D 프린터의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 베드부(700)의 상면에 프린트하고자 하는 대상물이 안착된다.

z축 구동부(400)가 구동함에 따라 수직부(200)를 따라 수평부(300)가 적정한 위치로 이동한다. 또한, x축 구동부(600)가 구동함에 따라 수평부(300)를 따라 노즐부(500)가 적정한 위치로 이동한다. z축 구동부(400)와 x축 구동부(600)는 실시예에 따라 동시 또는 따로따로 구동할 수 있다.

이와 같이 z축 구동부(400)와 x축 구동부(600)가 동시 또는 따로따로 구동하면서, 노즐부(500)에서 프린트할 소개가 분사됨으로써, 베드부(700)의 상면에 놓인 프린트하고자 하는 대상물이 프린트된다.

프린트가 끝난 출력물은 y축 구동수단(830)이 구동하여 롤러(810)를 회전시키고, 롤러(810)에 의해 베드부(700)가 이동함으로써, 베드부(700) 상면에 안착된 출력물은 베드부(700)의 끝으로 밀러나 하부로 떨어진다. 하부로 떨어진 출력물은 수납부(900)에 수납된다.

이후 y축 구동수단(830)은 역회전하여 롤러(810)를 역으로 회전시키고, 롤러(810)에 의해 베드부(700)가 본래의 위치로 이동하게 되고, 새로운 출력물을 프린트할 수 있는 위치가 세팅된다.

각각의 x축 구동부(600), y축 구동부(800), z축 구동부(400)는 하나의 컴퓨터 모듈에 의해 제어되고 작동됨으로써, 네트워크를 통하여 실시간으로 모니터링이 가능하며, 이는 라즈베리파이를 이용할 수 있다.

이와 같이, 단일 3D 프린터 다수 개를 이용하여 프린트하는 것보다 시간과 비용면에서 훨씬 높은 효율성을 기대할 수 있으며, 특히 대형 출력물 또는 대량생산이 필요한 곳에 더욱 용이하게 적용할 수 있다.

본 발명의 동시 다중 출력 3D 프린터에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

다수의 노즐부(500)를 이용하여 동시 다발적으로 프린트함으로써, 대형 출력물의 경우 출력시간을 1/3 이상으로 줄일 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 베드부(700)가 롤러(810)에 감길 수 있는 벨트로 구성됨으로써, 베드부(700)에 안착된 출력물을 밀어내면서 자동적으로 분리시킬 수 있으므로 생산성을 더욱 향상시킬 수 있고, 일일이 수작업으로 출력물을 분리시킬 필요가 없어 매우 효율적이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 베이스 프레임 200 : 수직부
300 : 수평부 400 : z축 구동부
410 : 볼스크류 430 : 너트
450 : z축 구동수단 500 : 노즐부
600 : x축 구동부 610 : 가이드 벨트
630 : 풀리 631 : 구동 풀리
635 : 종동 풀리 700 : 베드부
800 : y축 구동부 810 : 롤러
830 : y축 구동수단 900 : 수납부

Claims (3)

1. 베이스 프레임;
   상기 베이스 프레임으로부터 수직하게 배치되고, 서로 간격을 두고 배치된 다수의 수직부;
   상기 수직부를 가로지르며 배치되는 적어도 하나 이상의 수평부;
   상기 수평부를 상기 수직부 상에서 상하방향으로 이동하게 하는 z축 구동부;
   상기 수평부 상에 이동 가능하게 마련된 노즐부;
   상기 노즐부를 상기 수평부 상에서 좌우방향으로 이동하게 하는 x축 구동부;
   상기 베이스 프레임의 상면에 배치되고, 프린트하고자 하는 대상이 안착되는 베드부;
   상기 프린트하고자 하는 대상을 상기 베드부 상에서 전후방향으로 이동하게 하는 y축 구동부;를 포함하는 동시 다중 출력 3D 프린터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 z축 구동부는,
   상기 수직부를 따라 마련된 볼스크류와,
   상기 수평부에 장착되고, 상기 볼스크류와 나사 결합되는 너트와,
   상기 볼스크류를 회전시키는 z축 구동수단을 포함하고,
   상기 x축 구동부는,
   상기 노즐부가 연결되는 가이드 벨트와,
   상기 가이드 벨트가 감기는 적어도 하나 이상의 풀리와,
   상기 풀리 중 어느 하나를 구동시키는 x축 구동수단을 포함하며,
   상기 y축 구동부는,
   상기 베드부가 감기는 롤러와,
   상기 롤러를 회전시키는 y축 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동시 다중 출력 3D 프린터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 베드부의 일측에는,
   상기 프린트하고자 하는 대상이 상기 베드부 상에서 전후방향으로 이동하여 수납되는 수납부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 동시 다중 출력 3D 프린터.

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