KR20190115497A

KR20190115497A - 멀티노즐 방식의 3d 조형장치

Info

Publication number: KR20190115497A
Application number: KR1020180029776A
Authority: KR
Inventors: 류근호; 박희규
Original assignee: 만다린로보틱스 주식회사
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-10-14
Also published as: KR102141454B1

Abstract

본 발명은 멀티노즐 방식의 3D 조형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이싱과, 상기 케이싱에 설치되어 적어도 두 가지 이상의 원료를 하방으로 공급하기 위한 공급노즐이 설치되는 원료공급수단과, 상기 원료공급수단의 하부에 설치되며, 상기 원료공급수단으로부터 하방으로 낙하되어 원료가 적재되는 용기가 안착되는 안착수단과, 상기 원료공급수단과 상기 안착수단을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 구동수단과, 제작될 조형물의 형상을 기초로 하여 상기 원료공급수단에서 토출되는 원료의 토출량 및 상기 구동수단의 이동경로를 제어하는 제어부를 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 멀티노즐 방식을 채택하여 노즐을 통해 특성이 다른 재료의 출력이 가능하여 다양한 색상의 카페라떼 3차원 거품조형이 자동적으로 쉽게 구현되어, 소비자로 하여금 흥미를 유발시켜 매출을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 단일의 컴프레서로 원료의 토출량을 제어하도록 하여 장치 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 다른 종류의 원료가 담긴 디스펜서만 교체시켜 신속하게 다른 종류의 3차원 거품조형이 가능하여, 소비자로 하여금 선택의 폭을 넓혀 소비를 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티노즐 방식의 3D 조형장치{3 Dimension constructing apparatus using multiple nozzles}

본 발명은 멀티노즐 방식의 3D 조형장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특성이 다른 원료가 저장된 복수개의 디스펜서를 개별 제어하여 노즐을 통해 원료가 토출되어 다양한 색상과 형태를 가지는 3D 형상의 라떼 거품조형물이 자동으로 제조될 수 있도록 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치에 관한 것이다.

국내 커피 소비량을 통계적으로 살펴보면, 2018년 성인 1인당 연간 커피소비는 512잔으로 시장규모가 11.7조원에 달하며, 관련시장이 10년간 200% 성장한 것으로 나타난다.

이에 따라, 커피 소비량이 급증하면서 전문커피매장 및 관련 부가제품이 다양하게 출시되고 있으며, 전문화된 커피매장에서는 다른 매장과의 차별화하기 위해 커피의 품질뿐만 아니라 다양한 부가 서비스를 제공하고 있다.

이 중, 카페라떼 제품의 경우에는 도 1의 (a)에서와 같이 카페라떼가 담긴 잔의 표면에 심미감을 높이기 위한 평면조형을 제작하여 소비자로 하여금 구매력을 높이고 있으며, 아울러 도 1의 (b)에서와 같이 2차원적인 형상이 아닌 거품을 다양한 크기로 제작하여 3차원적인 조형형상을 커피잔에 담아 손님들로 하여금 흥미를 유발시키도록 하고 있다.

그러나 이러한 조형형상은 숙련된 바리스타가 아니고서는 쉽게 제작할 수 없어 타매장과 차별화할 수 있는 전략이긴 하나, 이러한 전문적인 조형을 할 수 있는 바리스타의 경우에는 높은 인건비가 소요되고, 이와 같은 조형능력을 갖춘 인력을 구하기가 쉽지도 않으며, 3차원 형상의 거품조형을 하기 위해 적지 않은 시간이 소요되어 차별화된 서비스로 제공하기에는 다소 불합리한 점이 있다.

아울러, 거품으로 이루어지는 조형 형상을 제작하기 위해서는 반복적인 훈련을 통해 이루어지며, 다른 형상의 거품조형을 제작하기 위해서는 정량화된 방법이 제공되지 않아 다시 반복적으로 연습해야 하는 번거로움이 발생되어, 다양한 형상의 거품조형을 구비할 수 없어, 매장을 찾는 소비자에서 쉽게 흥미를 잃게 한다.

이에, 최근에는 도 1의 (c)에서와 같이 식용잉크를 사용하여 카페라떼의 표면에 다양한 2D 형상을 프린트 할 수 있는 장치가 개발된 바 있으나, 평면적인 형상에 지나지 않아, 소비자로 하여금 호기심을 유발시킬 수 있는 입체감을 형성할 수는 없다.

따라서, 이러한 종래 수작업으로 이루어지는 라떼 거품조형의 불합리한 점을 극복하고, 최근 대두되고 있는 3D 프린팅 기법을 적용하여 전문가가 아니더라도 쉽게 다양한 형상의 라떼 거품조형을 제작할 수 있도록 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

한국등록특허 제 1234041호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3D 프린팅 기법을 적용하여 전문가가 아니더라도 쉽게 다양한 라떼 거품조형을 제작할 수 있도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 케이싱과, 상기 케이싱에 설치되어 적어도 두 가지 이상의 원료를 하방으로 공급하기 위한 공급노즐이 설치되는 원료공급수단과, 상기 원료공급수단의 하부에 설치되며, 상기 원료공급수단으로부터 하방으로 낙하되어 원료가 적재되는 용기가 안착되는 안착수단과, 상기 원료공급수단과 상기 안착수단을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 구동수단과, 제작될 조형물의 형상을 기초로 하여 상기 원료공급수단에서 토출되는 원료의 토출량 및 상기 구동수단의 이동경로를 제어하는 제어부를 포함하여 제공된다.

여기서, 상기 원료공급수단은 내측에 원료가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 하단에 결합되어 외측으로 상기 저장탱크에 저장된 원료가 토출되는 토출노즐을 포함하는 디스펜서와, 상기 저장탱크의 일측에 연결되어 상기 저장탱크의 내부로 공기압을 주입시키는 공기압제공부를 포함하여 제공된다.

아울러, 상기 디스펜서는 적어도 2개 이상 설치되고, 상기 공기압제공부는 단일의 컴프레서로 공기압을 생성시킨다.

또한, 상기 각 디스펜서로 공기압이 공급되는 공급라인에는 솔레노이드 밸브가 각각 설치되어, 상기 제어부에서는 상기 각 디스펜서로 공급되는 공기압을 개별 제어하도록 한다.

아울러, 상기 구동수단은 상기 케이싱 내에 설치되되, 상기 각 디스펜서에 고정되어 상기 각 디스펜서를 X, Y축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 상기 안착수단의 일측에 설치되어, 상기 안착수단을 Z축 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 포함하여 제공된다.

여기서, 상기 제1 구동부는 양단이 상기 케이싱에 결합되어 상기 케이싱 내에서 전후방향으로 이동되는 Y축 이동몸체와, 상기 제1 이동몸체의 길이방향을 따라 설치되는 가이드레일과, 상기 가이드레일상에 설치되되, 일측에 상기 디스펜서를 고정시키기 위한 브라켓이 결합되어 상기 가이드레일을 따라 좌우측방향으로 이동되는 X축 이동몸체를 포함하여 제공된다.

또한, 상기 브라켓은 일측이 개방된 링형상으로 형성되며, 상기 디스펜서의 하단부에는 단턱이 형성되어, 상기 단턱이 상기 브라켓의 상부면에 안착된다.

아울러, 상기 안착수단의 상면에는 내측에 상기 용기의 하단부가 삽입되는 홀더가 설치된다.

더욱이, 상기 디스펜서 중 적어도 하나 이상의 디스펜서 내측에 저장되는 원료는 거품형태의 원료로서, 상기 제어부에서는 상기 거품형태의 원료가 토출되는 양을 제어하도록 상기 컴프레서의 공기압을 설정한다.

아울러, 상기 제어부에서는 상기 컴프레서의 압력을 PWM 방식으로 토출량을 제어하되, 상기 디스펜서에 저장되는 각 원료의 물성에 맞도록 duty 파라미터를 조정한다.

더욱이, 상기 제어부에서는 제작될 조형물의 형상 또는 상기 각 디스펜서에 저장되는 각 원료의 특성에 따라 상기 조형물의 제작방식을 다중적층 출력방식 또는 단일 출력방식 중 하나의 출력방식으로 결정한 다음, 상기 구동수단의 이동을 제어하도록 한다.

아울러, 중심부가 일정형상으로 절개되어 압력에 의해 중심부가 사방으로 벌려지는 탄성편이 복수개로 형성되는 차단막을 상기 토출노즐 내측에 더 설치하여, 상기 저장탱크 내측으로 공기압이 작용되어 상기 저장탱크 내에 저장된 원료가 가압되면서 상기 토출노즐로 토출될 경우, 상기 차단막의 탄성편이 펼쳐지면서 상기 원료가 상기 토출노즐을 통해 외부로 토출되며, 상기 저장탱크 내부 공기압이 떨어지게 되면 상기 차단막의 탄성편이 탄성복원되면서 상기 토출노즐의 단부로 원료 토출이 차단된다.

여기서, 상기 차단막의 중심부가 십자형태로 절개되어 4면에 탄성편이 일체로 형성된다.

또한, 상기 차단막이 설치되는 디스펜서 내측에는 일정 점성을 가지는 원료가 저장된다.

더욱이, 상기 원료는 용융상태의 초콜렛이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 멀티노즐 방식을 채택하여 노즐을 통해 특성이 다른 재료의 출력이 가능하여 다양한 색상의 카페라떼 3차원 거품조형이 자동적으로 쉽게 구현되어, 소비자로 하여금 흥미를 유발시켜 매출을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 단일의 컴프레서로 원료의 토출량을 제어하도록 하여 장치 제조비용을 절감시킬 수 있으며, 다른 종류의 원료가 담긴 디스펜서만 교체시켜 신속하게 다른 종류의 3차원 거품조형이 가능하여, 소비자로 하여금 선택의 폭을 넓혀 소비를 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 카페라떼의 심미감을 높이기 위한 다양한 조형을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 디스펜서를 브라켓에서 분리시킨 상태의 도면이다.
도 4에서 도 7은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 구동상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 제어부에서의 출력제어명령의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 토출노즐의 결합부분을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치를 이용하여 카페라떼의 3차원 거품조형 완성품의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치를 이용한 3차원 형상의 라떼 거품 조형 제작과정을 나타낸 블럭도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 사시도를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 디스펜서를 브라켓에서 분리시킨 상태의 도면이고, 도 4에서 도 7은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치의 구동상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 제어부에서의 출력제어명령의 일례를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치는 케이싱(100)과, 원료공급수단(200)과, 안착수단(300)과, 구동수단(400) 및 제어부(500)를 포함하여 구성된다.

케이싱(100)은 프레임을 육면체 형상으로 조립한 것으로 내측에 원료공급수단(200), 안착수단(300) 및 구동수단(400)이 설치되도록 한다.

원료공급수단(200)은 조형을 위한 용기 내측으로 3차원 형상을 이루게 되는 원료를 공급시키는 것으로, 케이싱(100)의 내측에 적어도 두 가지 이상의 원료를 하방에 배치되는 안착수단(300)으로 공급하기 위한 토출노즐(212)이 설치된다.

이러한 원료공급수단(200)은 디스펜서(210)와, 디스펜서(210)로 원료가 토출될 수 있도록 공기압을 제공하는 공기압제공부(220)를 포함하여 구성된다.

디스펜서(210)는 내측에 원료가 저장되는 저장탱크(211)와, 저장탱크(211)의 하단에 결합되어 하방으로 저장탱크(211)에 저장된 원료가 토출되는 토출노즐(212)을 포함하여 구성된다. 본 발명에서는 저장탱크(211)가 원통형상으로 케이싱(100) 내에 상하 길이방향으로 설치되며, 하단부에 토출노즐(212)이 설치된다.

아울러, 본 발명에서는 두 개의 디스펜서(210)가 설치되며, 각 디스펜서(210)에는 각기 다른 종류의 원료가 토출되도록 하여 색상 및 질감을 다양하게 하여 심미감이 높은 조형물이 제작되도록 한다.

공기압제공부(220)는 저장탱크(211)의 상단에 연결되어 저장탱크(211) 내부로 공기압을 주입시켜 저장탱크(211) 내에 저장된 원료가 공기압에 의해 하단 토출노즐(212)로 토출되도록 한다.

이러한 공기압제공부(220)는 각 디스펜서(210)의 상단에 공기압을 공급하는 공급라인(223)이 각각 설치되며, 다이어프램 방식의 소형 컴프레서(221)에 의해 공기압이 공급라인(223)을 통해 전달되도록 한다. 여기서 본 발명에 따른 공기압제공부(220)는 단일의 컴프레서(221)로 공기압을 생성시키도록 하고, 생성된 공기압은 제어부(500)를 통해 각 디스펜서(210)로 공급되도록 한다.

즉, 디스펜서(210)로 공기압이 제공되는 각 공급라인(223)상에 솔레노이드 밸브(222)가 각각 설치되며, 제어부(500)에서는 밸브제어를 통해 각 디스펜서(210)로 공급되는 공기압이 개별 제어되도록 한다.

안착수단(300)은 원료공급수단(200)의 하부에 설치되며, 원료가 하방으로 토출되어 원료가 적재되는 용기가 안착수단(300)의 상부면에 안착된다. 이러한 안착수단(300)의 상면에는 내측에 용기의 하단부가 삽입되는 홀더(310)가 설치되어, 조형작업간에 용기가 외부충격에 의해 넘어지지 않도록 외측면을 지지하게 된다.

구동수단(400)은 원료공급수단(200)과 안착수단(300)을 X, Y 및 Z축 방향으로 이동시키는 것으로, 디스펜서(210)를 X,Y축 방향으로 이동시키는 제1 구동부(410)와, 안착수단(300)을 Z축 방향으로 이동시키는 제2 구동부(420)를 포함하여 구성된다.

제1 구동부(410)는 양단이 상기 케이싱(100)의 좌우측면에 결합되어 케이싱(100) 내에서 전후방향으로 이동되는 Y축 이동몸체(411)와, 제1 이동몸체의 상부에 Y축 이동몸체(411)의 길이방향을 따라 설치되는 가이드레일(412)과, 가이드레일(412)상에 설치되되 일측에는 상기 디스펜서(210)를 고정시키기 위한 브라켓(414)이 결합되어 가이드레일(412)을 따라 좌우측 방향으로 이동되는 X축 이동몸체(413)를 포함하여 구성된다.

이러한 제1 구동부(410)는 제어부(500)의 제어명령에 따라 디스펜서(210)의 토출노즐(212)이 지정된 좌표로 이동되도록 디스펜서(210)가 고정된 상태에서 X, Y축 좌표방향으로 이동된다.

아울러, 디스펜서(210)가 고정되는 브라켓(414)은 일측이 개방된 링형상으로 형성되고, 원통형상의 저장탱크(211)의 하단부에는 단턱(210a)이 형성되어, 이러한 단턱(210a)이 브라켓(414)의 상부면에 안착된다.

아울러, 브라켓(414)의 내경은 저장탱크(211)의 외연보다 작게 형성될 수 있으며, 이에 따라 저장탱크(211)가 삽입되면 탄성에 의해 브라켓(414)이 벌어지면서 저장탱크(211)의 외연을 가압시켜 고정력을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 브라켓(414)에 의해 다양한 종류의 원료가 담긴 디스펜서(210)의 탈부착이 용이하도록 하여 신속하게 디스펜서(210)만 교체시켜 다양한 형상 및 색상의 조형물을 제작할 수 있도록 한다.

제2 구동부(420)는 케이싱(100)의 일측에 상하 길이방향으로 설치된 승강볼트(421)에 안착수단(300)이 결합되어, 승강볼트(421)의 회전에 따라 안착수단(300)이 상하방향으로 이동되도록 한다.

제어부(500)는 제작될 조형물의 형상을 기초로 하여 원료공급수단(200)에서 토출되는 원료의 토출량 및 구동수단(400)의 이동경로를 제어하도록 한다.

이러한 제어부(500)는 3D 프린터의 제어방식 중 FDM 방식과 유사한 방식으로 제어되는데, FDM 방식은 수지용해 적층방식으로 열가소성 수지인 플라스틱 와이어를 녹여서 반 융용상태로 만든 다음, 컴퓨터가 제어하는 경로대로 움직이는 헤드에서 융용된 플라스틱 수지 와이어를 하방으로 밀어내어 바닥인 플랫폼에 접착시켜 플랫폼에서 굳히는 방식으로 한층 (Layer)씩 쌓아 출력물을 만들어가게 된다.

이를 위해 종래에는 먼저 제작될 형상의 3d 모델을 STL 파일형태로 변환하고 슬라이싱(slicing) 프로그램을 동작시켜 형상의 단면을 층별로 2차원화 한 다음, 노즐 제어 및 3차원 운동명령을 생성시키도록 한다.

이러한 종래 일반적인 3D 프린터의 3차원 운동명령은 Gcode로 생성되며, 이러한 Gcode는 문자열로 이루어진 명령어로서 모터변위 이동과 히터온도, 기기장치의 온오프를 제어하는 명령코드로 구성되어지며, 명령코드에 이어진 세부 명령정보는 출력속도, 이동좌표, 필라멘트 공급량 등의 문자열로 이루어지는데, 본 발명에서는 종래 3D 프린터와 같이 단일의 노즐을 제어하는 것이 아니라, 멀티 노즐 방식으로 제어되어 도 8의 명령어 코드 예시에서와 같이 Gcode에 노즐을 출력시키기 위한 별도의 N으로 시작되는 특수코드를 생성되도록 하여, 출력을 조절하도록 한다.

이와 같이 본 발명은 멀티 노즐을 채택하여 특성이 다른 다양한 재료의 출력이 가능하며, 다른 재료들을 섞어 혼합된 상태로도 출력 가능하여 다양한 색깔의 표현이 가능하며, 노즐 간격만 확보된다면 동시에 2개 이상의 조형물의 제작이 가능하다.

아울러, 디스펜서(210) 중 적어도 하나 이상의 디스펜서(210) 내측에 저장되는 원료는 거품형태의 원료로서, 제어부(500)에서는 거품형태의 원료가 토출되는 양을 제어하도록 컴프레서(221)의 공기압을 설정하게 되는데, 본 발명에서는 전압신호의 Pulse(전압파형)를 이용하여 원하는 전압신호 평균값을 출력으로 하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 토출량을 제어하도록 하되, 각 디스펜서(210)에 저장되는 각 원료의 물성에 맞도록 duty 파라미터를 조정하여 특정 원료에 최적화된 토출 출력명령을 생성시키도록 한다.

이러한 컴프레서(221)의 압력조절은 가압후 원료가 토출노즐(212)을 통해 외부로 토출되면 저장탱크(211) 내의 압력이 줄어드는 시간에 맞춰 압력을 주기적으로 가압하는 방식으로 이루어진다.

이와 같이 제어부(500)에서는 원료의 토출량을 결정함과 함께, 제작될 조형물의 형상 또는 각 디스펜서(210)에 저장되는 각 원료의 특성에 따라 조형물의 제작방식을 다중적층 출력방식 또는 단일 출력방식 중 하나의 출력방식으로 결정한 다음, 구동수단(400)의 이동을 제어하기 위한 명령을 생성시키도록 한다.

이러한 다중적층 출력방식은 기존 3D 프린터에 적용되는 방식으로 층상으로 수회 반복하여 원료를 적층시키는 것이며, 단일 출력방식은 원료를 한번 토출시켜 형상을 형성시키도록 하는 방식이다.

예를 들어 거품형태의 원료가 저장된 디스펜서(210)는 다중적층 출력방식을 채택할 경우 층상으로 경계면이 뚜렸하게 남게되어 미관이 미려하지 않게 된다. 이에, 이러한 거품형태의 원료는 단일 출력방식으로 거품의 점성으로 부풀려지도록 조형물의 크기에 맞게 기설정된 토출량으로 토출되도록 하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 따른 토출노즐의 결합부분을 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면, 본 발명에서는 토출노즐(212) 내측에 차단막(230)을 더 설치하여 일정 압력 이상일 경우에만 저장탱크(211) 내부에 저장된 원료가 토출되도록 하고, 압력이 떨어질 경우 토출노즐(212)을 막아 원료가 더 이상 하방으로 토출되지 않도록 한다.

이러한 차단막(230)은 중심부가 일정형상으로 절개되어, 일정 이상의 압력에 의해 중심부가 사방으로 벌려지는 탄성편(231)이 복수개로 형성되는데, 본 발명에서는 차단막(230)의 중심부가 십자형태로 절개되어 4면에 탄성편(231)이 일체로 형성된다.

이와 같이, 저장탱크(211) 내측으로 공기압이 작용되며, 저장탱크(211) 내에 저장된 원료가 가압되어 토출노즐(212)로 토출될 경우, 차단막(230)의 탄성편(231)이 펼쳐지면서 차단막(230)의 중심에 형성되는 절개공이 확공되면서 원료가 토출노즐(212)을 통해 하방으로 토출되며, 다시 저장탱크(211) 내부 공기압이 떨어지게 되면 차단막(230)의 탄성편(231)이 탄성복원되면서 절개공이 좁아져 토출노즐(212)의 단부를 막아 원료 토출을 차단시키도록 한다.

이와 같이 차단막(230)은 원료의 토출 끊김을 촉진시키는 역할을 수행하게 되는데, 즉, 점성이 높은 원료를 토출시킬 경우 공기압이 제거되더라도 점성에 의해 원료가 끊어지지 않고 길게 늘어뜨려지게 되는데 이러한 차단막(230)에 의해 이를 방지할 수 있게 된다.

특히, 용융상태의 초콜렛을 조형 원료로 사용될 경우 특정 조형물 형상을 형성시킨 다음 점성에 의해 길게 늘어뜨려지게 되는 초콜릿원료를 끊어주도록 하여 매우 정밀한 조형작업이 이루어지도록 한다.

도 11은 본 발명에 따른 멀티노즐 방식의 3D 조형장치를 이용한 3차원 형상의 라떼 거품 조형 제작과정을 나타낸 블럭도이다.

본 발명에 따른 3D 조형장치는 멀티 노즐 방식으로, 이러한 3차원 형상의 라떼 거품을 제작하기 위해 우유거품이 저장된 디스펜서(210)와 용융상태의 초콜렛이 저장된 디스펜서(210)를 브라켓(414)에 고정시키도록 한다. 이때, 용융상태의 초콜렛이 저장되는 디스펜서(210)의 토출노즐(212)에는 차단막(230)이 별도로 설치된다.

그리고 안착수단(300)의 홀더(310) 내에는 카페라떼가 담긴 용기를 장착시키도록 한다.

이와 같이 라떼 거품조형 작업을 위한 준비가 완료되면, 제어부(500)에서는 전술한 바와 같이 제작될 조형물의 3d 모델을 slicing 프로그램으로 단면 층별로 2차원화시켜 3차원 운동명령코드인 Gcode를 생성시키도록 한다. 이때, Gcode에는 별도로 복수개 노즐의 멀티제어를 위한 명령코드도 함께 생성되도록 하며, 더욱이 각 디스펜서(210)에서의 조형물 제작방식이 다중적층 출력방식인지 단일 출력방식인지 먼저 결정함과 함께, 우유거품과 용융된 초콜렛의 물성에 맞는 토출량에 따른 토출압력을 미리 설정하여 각각의 디스펜서(210)에 적합한 토출명령이 생성되도록 한다.

상기와 같이 제어부(500)에서 생성된 Gcode에 의해 구동수단(400)과 공기압제공부(220)의 동작을 제어하여 도 10과 같은 3D 형상의 라떼 거품조형을 용기 상단부에 형성시키도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100 : 케이싱
200 : 원료공급수단 210 : 디스펜서
210a : 단턱 211 : 저장탱크
212 : 토출노즐 220 : 공기압제공부
221 : 컴프레서 222 : 솔레노이드 밸브
223 : 공급라인 230 : 차단막
231 : 탄성편
300 : 안착수단 310 : 홀더
400 : 구동수단 410 : 제1 구동부
411 : Y축 이동몸체 412 : 가이드레일
413 : X축 이동몸체 414 : 브라켓
420 : 제2 구동부 421 : 승강볼트
500 : 제어부

Claims

케이싱과;
상기 케이싱에 설치되어 적어도 두 가지 이상의 원료를 하방으로 공급하기 위한 공급노즐이 설치되는 원료공급수단과;
상기 원료공급수단의 하부에 설치되며, 상기 원료공급수단으로부터 하방으로 낙하되어 원료가 적재되는 용기가 안착되는 안착수단과;
상기 원료공급수단과 상기 안착수단을 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동시키는 구동수단과;
제작될 조형물의 형상을 기초로 하여 상기 원료공급수단에서 토출되는 원료의 토출량 및 상기 구동수단의 이동경로를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 1항에 있어서,
상기 원료공급수단은
내측에 원료가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 하단에 결합되어 외측으로 상기 저장탱크에 저장된 원료가 토출되는 토출노즐을 포함하는 디스펜서와,
상기 저장탱크의 일측에 연결되어 상기 저장탱크의 내부로 공기압을 주입시키는 공기압제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 2항에 있어서,
상기 디스펜서는 적어도 2개 이상 설치되고, 상기 공기압제공부는 단일의 컴프레서로 공기압을 생성시키는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 3항에 있어서,
상기 각 디스펜서로 공기압이 공급되는 공급라인에는 솔레노이드 밸브가 각각 설치되어, 상기 제어부에서는 상기 각 디스펜서로 공급되는 공기압을 개별 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 3항에 있어서,
상기 구동수단은
상기 케이싱 내에 설치되되, 상기 각 디스펜서에 고정되어 상기 각 디스펜서를 X, Y축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와,
상기 안착수단의 일측에 설치되어, 상기 안착수단을 Z축 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 5항에 있어서,
상기 제1 구동부는
양단이 상기 케이싱에 결합되어 상기 케이싱 내에서 전후방향으로 이동되는 Y축 이동몸체와,
상기 제1 이동몸체의 길이방향을 따라 설치되는 가이드레일과,
상기 가이드레일상에 설치되되, 일측에 상기 디스펜서를 고정시키기 위한 브라켓이 결합되어 상기 가이드레일을 따라 좌우측방향으로 이동되는 X축 이동몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 6항에 있어서,
상기 브라켓은 일측이 개방된 링형상으로 형성되며, 상기 디스펜서의 하단부에는 단턱이 형성되어, 상기 단턱이 상기 브라켓의 상부면에 안착되는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 1항에 있어서,
상기 안착수단의 상면에는 내측에 상기 용기의 하단부가 삽입되는 홀더가 설치되는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 3항에 있어서,
상기 디스펜서 중 적어도 하나 이상의 디스펜서 내측에 저장되는 원료는 거품형태의 원료로서, 상기 제어부에서는 상기 거품형태의 원료가 토출되는 양을 제어하도록 상기 컴프레서의 공기압을 설정하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 9항에 있어서,
상기 제어부에서는 상기 컴프레서의 압력을 PWM 방식으로 토출량을 제어하되, 상기 디스펜서에 저장되는 각 원료의 물성에 맞도록 duty 파라미터를 조정하여 특정 원료가 토출되는 양이 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 10항에 있어서,
상기 제어부에서는 제작될 조형물의 형상 또는 상기 각 디스펜서에 저장되는 각 원료의 특성에 따라 상기 조형물의 제작방식을 다중적층 출력방식 또는 단일 출력방식 중 하나의 출력방식으로 결정한 다음, 상기 구동수단의 이동을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 2항에 있어서,
중심부가 일정형상으로 절개되어 압력에 의해 중심부가 사방으로 벌려지는 탄성편이 복수개로 형성되는 차단막을 상기 토출노즐 내측에 더 설치하여,
상기 저장탱크 내측으로 공기압이 작용되어 상기 저장탱크 내에 저장된 원료가 가압되면서 상기 토출노즐로 토출될 경우, 상기 차단막의 탄성편이 펼쳐지면서 상기 원료가 상기 토출노즐을 통해 외부로 토출되며, 상기 저장탱크 내부 공기압이 떨어지게 되면 상기 차단막의 탄성편이 탄성복원되면서 상기 토출노즐의 단부로 원료 토출이 차단되는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 12항에 있어서,
상기 차단막의 중심부가 십자형태로 절개되어 4면에 탄성편이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 13항에 있어서,
상기 차단막이 설치되는 디스펜서 내측에는 일정 점성을 가지는 원료가 저장되는 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.
제 14항에 있어서,
상기 원료는 용융상태의 초콜렛인 것을 특징으로 하는 멀티노즐 방식의 3D 조형장치.