KR20190103518A - 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 헤드를 구비하는 3D 프린터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는, 상부프레임, 상기 상부프레임에 대응되는 하부프레임, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임을 연결하는 복수의 칼럼, 상기 복수의 칼럼이 형성하는 영역의 중앙에 위치되고, 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공유칼럼, 인접하는 두 개의 칼럼과 공유칼럼이 형성하는 공간 내에 위치되는 헤드, 상기 헤드와 어느 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 어느 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제1암, 상기 헤드와 상기 어느 하나의 칼럼에 인접하는 다른 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 다른 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제2암 및 상기 헤드와 상기 공유칼럼을 연결하고, 상기 공유칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제3암을 포함한다.

Description

3D 프린터{3D Printer}

본 발명은 복수의 헤드를 구비하는 3D 프린터에 관한 것이다.

3D 프린터는, 금속이나 고무, 플라스틱 등의 원재료를 설계도에 따라 실제 물체처럼 입체감 있게 제품을 생산하는 기기이다. 과거에는 대량 생산 이전에 목업 제품이나 시제품을 제조하는 등의 목적으로 많이 사용되었으나, 최근에는 자동차나 비행기의 부품를 제조하는 데에 사용되거나, 애니메이션이나 게임 속의 캐릭터 또는 모형을 출력하는 등의 활용 방안이 시도되고 있다.

3D 프린트 기술에는, 용융 적층 방식(FDM: Fused Deposition Model Technology)이 알려져 있다. FDM 방식은, 플라스틱 소재의 열가소성 필라멘트를 노즐의 열로 녹인 후 베드에 도포해 층층이 쌓아올리는 방식을 의미한다. FDM 방식에 의한 3D 프린터는 가격이 저렴하고 원료가 되는 필라멘트의 가격이 비싸지 않아 3D 프린터의 대중화에 기여하였다.

FDM 방식에 의한 3D 프린터는, 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고, 공급된 필라멘트는 X, Y, Z 세방향으로 위치조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터 노즐에서 용융시켜 배출하고, 이를 작업대 상에서 적층하여 입체적인 물체를 성형할 수 있다.

종래의 FDM 방식에 의한 3D 프린터에는 노즐이 구비되는 헤드가 단일하게 구비되었다. 복수의 노즐이 구비되는 경우에도, 헤드의 이동 경로가 간섭될 염려가 있어 노즐이 구비되는 헤드는 단일하게 구비되었다. 이러한 경우, 크기가 작은 출력물의 경우 가공 시간이 크게 문제되지 않을 수 있으나, 비교적 크기가 큰 출력물을 가공할 경우 단일한 헤드로는 출력시간이 크게 증가하여 3D 프린터의 사용시 불편함을 초래한다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 헤드가 개별적으로 움직이도록 구비되어 입체 형상의 물체를 제조할 수 있는 3D 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 복수의 헤드가 서로 간섭되지 않는 3D 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 프린트가 불가능한 영역이 발생하지 않는 3D 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터는, 상부프레임, 상기 상부프레임에 대응되는 하부프레임, 상기 상부프레임과 상기 하부프레임을 연결하는 복수의 칼럼, 상기 복수의 칼럼이 형성하는 영역의 중앙에 위치되고, 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공유칼럼, 인접하는 두 개의 칼럼과 공유칼럼이 형성하는 공간 내에 위치되는 헤드, 상기 헤드와 어느 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 어느 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제1암, 상기 헤드와 상기 어느 하나의 칼럼에 인접하는 다른 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 다른 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제2암 및 상기 헤드와 상기 공유칼럼을 연결하고, 상기 공유칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제3암을 포함한다.

또한, 상기 복수의 칼럼은 6개가 구비되고, 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임에 결합되는 각 단부가 정육각형을 형성하도록 배치된다.

상기 헤드는 6개가 구비되고, 인접하는 두 개의 칼럼과 공유칼럼이 형성하는 공간 내에 각각 위치된다.

상기 공유칼럼은 상기 상부프레임에 결합되어 상하로 이동 가능하게 마련된다.

상기 헤드는, 상기 제1암, 상기 제2암이 이들과 연결되는 각각의 칼럼을 따라 상하 방향을 이동하고, 상기 제3암이 연결되는 공유칼럼이 상하 방향으로 이동하거나, 상기 제3암이 상기 공유칼럼을 따라 상하 방향으로 이동함으로써 그 위치가 가변된다.

일 실시예에 따른 3D 프린터에 의하면, 개별적으로 움직이는 복수의 헤드에 의해 출력이 이루어짐으로써 출력 시간을 줄일 수 있다.

또한, 중앙의 공유칼럼을 공유하는 복수의 델타 이송방식의 구조에 의해 복수의 헤드가 동작되므로 복수의 헤드가 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 중앙의 공유칼럼이 상하 방향으로 움직이도록 구비되어 프린트가 불가능한 영역이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 주요 부분을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 주요부분을 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터를 주요 부분을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 주요부분을 도시한 평면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 동작 상태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(1)는, 상부프레임(10), 하부프레임(20) 및 상부프레임(10)과 하부프레임(20)을 연결하는 복수의 칼럼(40:column)을 포함한다. 또한, 복수의 칼럼(40)이 형성하는 영역의 중심부에는 상하 방향으로 이동 가능한 공유칼럼(50)이 더 구비될 수 있다. 공유칼럼(50)은 상부프레임(10)에 장착되어, 상하 방향으로 이동 가능하게 마련될 수 있다. 일례로, 공유칼럼(50)은 상부프레임(10)의 중앙에 위치될 수 있다.

복수의 칼럼(40) 및 공유 칼럼(50)에는 노즐 어셈블리(60)가 장착될 수 있다. 노즐 어셈블리(60)는 인접하는 두 개의 칼럼(40) 및 공유 칼럼(50)에 장착되는 개의 암(61,62,63) 및 헤드(64)를 포함한다. 헤드(64)에는 열가소성 필라멘트를 용융시켜 공급하는 노즐(미도시)이 구비될 수 있다.

복수의 칼럼(40)은 6개가 구비되어, 각각의 일측 단부는 상부프레임(10)에 연결되고, 각각의 타측 단부는 하부프레임(20)에 연결될 수 있다. 상부프레임(10)에 연결되는 6개의 칼럼(40)의 일측 단부를 연결한 선은 정육각형을 형성할 수 있다. 즉, 상부프레임(10)에 연결되는 6개의 칼럼(40)의 일측 단부는 정육각형의 꼭지점에 위치될 수 있다.

6개의 칼럼(40)은 각각 평행하게 연장된다. 따라서 하부프레임(10)에 연결되는 6개의 칼럼(40)의 타측 단부를 연결한 선은 정육각형을 형성한다. 상부프레임(10)에서 칼럼(40)이 형성하는 정육각형과 하부프레임(20)에서 형성하는 정육각형은 서로 대응될 수 있다. 따라서, 상부프레임(10), 하부프레임(20) 및 상부프레임(10) 및 하부프레임(20)을 연결하는 6개의 칼럼(40)은 정육각 기둥을 형성할 수 있다.

하부프레임(20)의 상부에는 베이스(30)가 더 구비될 수 있다. 베이스(30)는 입체 형상이 제작되는 작업대의 역할을 한다. 베이스(30)는 하부프레임(20) 상에 고정되어 있고, 노즐 어셈블리(60)가 움직이면서 입체 형상을 제작할 수 있다.

노즐어셈블리(60)는, 복수의 암(61,62,63)과 노즐이 장착된 헤드(64)를 포함한다. 노즐어셈블리(60)는 총 6개가 구비될 수 있다. 각각의 노즐어셈블리(60)는 인접하는 2개의 칼럼(41,42)과 공유칼럼(50)이 형성하는 공간 내에 각각 위치될 수 있다.

각각의 노즐어셈블리(60)는 3개의 암(61,62,63) 및 3개의 암(61,62,63)이 연결되는 헤드(64)를 포함한다. 3개의 암(61,62,63)은 서로 인접하는 제1칼럼(41), 제2칼럼(42) 또는 공유 칼럼(50)에 연결될 수 있다.

상세히, 3개의 암(61,62,63)은, 일단부가 제1칼럼(41)에 연결되고 타단부가 헤드(64)에 연결되는 제1암(61), 일단부가 제2칼럼(42)에 연결되고 타단부가 헤드(64)에 연결되는 제2암(62) 및 일단부가 공유 칼럼(50)에 연결되고 타단부가 헤드(64)에 연결되는 제3암(63)을 포함한다.

제1암(61)은 제1칼럼(41)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되고, 제2암(62)은 제2칼럼(42)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비된다. 또한 제3암(63)은 공유 칼럼(50)을 따라 상하 방향을 이동 가능하게 구비된다.

제1암(61), 제2암(62), 제3암(63)은 각각 제1칼럼(41), 제2칼럼(42) 또는 공유칼럼(50)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비될 뿐만 아니라, 각 칼럼에 대해 틸팅 가능하게 구비될 수 있다. 상세히, 제1암(61), 제2암(62) 및 제3암(63)은 각각 제1칼럼(41), 제2칼럼(42) 또는 제3칼럼(43)에서의 상하 이동이 방해받지 않도록 틸팅 가능하게 마련될 수 있다.

복수의 암(61,62,63)이 각각 제1칼럼(41), 제2칼럼(42) 또는 공유칼럼(50)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되고 각각의 칼럼들에 대해 틸팅 가능하게 마련됨으로써, 헤드(64)는 제1칼럼(41), 제2칼럼(42) 및 공유칼럼(50)에 의해 형성되는 소정의 영역(A)에서 입체 형상의 물체를 용이하게 제조할 수 있다.

공유 칼럼(50)은 상하 방향으로 이동 가능하게 마련될 수 있다. 제1암(61)이 제1칼럼(41)을 따라 상하 방향으로 이동하고, 제2암(62)이 제2칼럼(42)을 따라 상하 방향으로 이동할 때, 제3암(63)이 공유 칼럼(50)을 따라 상하 방향으로 이동하거나, 공유 칼럼(50)이 상하 방향으로 이동함으로써 헤드(64)의 위치가 조절될 수 있다.

이와 같이, 공유 칼럼(50)이 상하 방향으로 이동 가능하게 구비됨으로써, 헤드(64)가 공유칼럼(50)에 의해 간섭되지 않을 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 공유 칼럼(50)의 하부에 위치되는 영역에도 헤드(64)가 위치되어 입체 형상을 제조할 수 있다.

헤드(64)에는 히터 및 노즐이 구비되고, 히터에 의해 용융된 필라멘트가 노즐을 통해 공급되어 입체 형상의 물체가 제조될 수 있다.

상기와 같이, 헤드는 6개가 구비되어, 인접하는 두 개의 칼럼들 및 공유칼럼(50)에 의해 형성되는 6개의 영역에서 각각 입체 형상의 물체를 용이하게 제조할 수 있다. 각각의 영역에 위치되는 헤드들은 각각 개별적으로 움직일 수 있다. 즉, 각각의 영역에 위치되는 노즐어셈블리는 개별적으로 동작될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따르 3D 프린터(1)의 동작에 관해서 설명한다.

출력한 제품의 형상이 결정되면, 그 제품의 3D 파일을 전용 슬라이서 프로그램으로 변환한다. 전용 슬라이서 프로그램은 일반적인 슬라이싱과 좌표 생성만이 아닌 출력물을 분할할 구역을 지정하고 각 헤드들이 충돌하지 않도록 각각의 헤드들의 동선 플랜을 짜서 코드를 순서대로 변환한다. 그 후, 3D 프린터(1)에 코드를 전송하고 설정된 온도에 따라 3D 프린터(1)의 예열을 시작한다. 설정된 온도에 도달하면, 변환된 코드에 따라 각각의 헤드는 첫 번째 레이어(layer)를 출력한다. 첫 번째 레이어 출력을 완료한 헤드는 다른 헤드의 레이어 출력이 완료될 때까지 대기한다. 모든 헤드가 첫 번째 레이어 작업을 끝내면, 공유칼럼(50)의 높이를 조절해 헤드를 한 단계 상승시킨다. 헤드의 상승이 완료되면, 그 다음 레이어를 출력하는 작업을 반복하여 목표한 출력물을 완성한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(1)의 동작은 상기 기재된 바에 한정되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(1)는 복수의 헤드가 각각의 영역 내에서 움직이도록 구비되므로, 복수의 헤드 간에 충돌이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 복수의 헤드에 의해 빠른 속도로 입체 형상이 제조될 수 있다.

이때, 공유칼럼(50)은 중심부에 고정되지 않고, 헤드의 움직임을 방해하지 않도록 상하 방향으로 이동 가능하게 마련될 수 있다. 이로써 공유칼럼(50)에 위치되는 중심부에도 헤드가 위치되어 공유칼럼(50)의 간섭 없이 입체 형상을 제조할 수 있다.

1: 3D 프린터 10: 상부프레임
20: 하부프레임 30: 베이스
40: 칼럼 41: 제1칼럼
42: 제2칼럼 50: 공유칼럼
60: 노즐어셈블리 61: 제1암
62: 제2암 63: 제3암
64: 헤드

Claims (5)

1. 상부프레임;
   상기 상부프레임에 대응되는 하부프레임;
   상기 상부프레임과 상기 하부프레임을 연결하는 복수의 칼럼;
   상기 복수의 칼럼이 형성하는 영역의 중앙에 위치되고, 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 공유칼럼;
   인접하는 두 개의 칼럼과 공유칼럼이 형성하는 공간 내에 위치되는 헤드;
   상기 헤드와 어느 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 어느 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제1암;
   상기 헤드와 상기 어느 하나의 칼럼에 인접하는 다른 하나의 칼럼을 연결하고, 상기 다른 하나의 칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제2암; 및
   상기 헤드와 상기 공유칼럼을 연결하고, 상기 공유칼럼을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제3암; 을 포함하는 3D 프린터.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 칼럼은 6개가 구비되고, 상기 상부프레임 및 상기 하부프레임에 결합되는 각 단부가 정육각형을 형성하도록 배치되는 3D 프린터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 헤드는 6개가 구비되고, 인접하는 두 개의 칼럼과 공유칼럼이 형성하는 공간 내에 각각 위치되는 3D 프린터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공유칼럼은 상기 상부프레임에 결합되어 상하로 이동 가능하게 마련되는 3D 프린터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 헤드는, 상기 제1암, 상기 제2암이 이들과 연결되는 각각의 칼럼을 따라 상하 방향을 이동하고, 상기 제3암이 연결되는 공유칼럼이 상하 방향으로 이동하거나, 상기 제3암이 상기 공유칼럼을 따라 상하 방향으로 이동함으로써 그 위치가 가변되는 3D 프린터.

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