KR20200027393A

KR20200027393A - 3d 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법

Info

Publication number: KR20200027393A
Application number: KR1020180148085A
Authority: KR
Inventors: 이상범; 김원석; 도현옥; 문주영
Original assignee: 주식회사 큐비콘
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2020-03-12
Also published as: KR102164931B1

Abstract

본 발명은 X, Y축에 대한 각 노즐 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어는 것은 물론 출력 과정의 편의성 또한 향상시킬 수 있도록 한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것으로, 3D 프린터에 저장된 프로그램을 이용하여 3D 터치 프로브와 접촉에 의해 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 대한 노즐 1 및 노즐 2의 오프셋값을 획득하고, 획득한 오프셋값은 연산하여 노즐 1과 노즐 2의 위치에 따른 오차를 보정하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 하며, X, Y축에 대한 각 노즐 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 3D 프린터의 출력중이 아닌 상태에서 노즐부와 조형물이 간섭이 일어나는 것을 방지하는 것은 물론 노즐 1 및 노즐 2의 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 출력 과정의 편의성 또한 향상되는 효과가 있다.

Description

3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법{Method for correcting position of multi nozzle for 3D printer}

본 발명은 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 X, Y축에 대한 각 노즐 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어는 것은 물론 출력 과정의 편의성 또한 향상시킬 수 있도록 한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 3D 프린터는 압출헤드에 의해 지지되는 노즐을 통해 생성재료(통상, ABS 수지)를 출력용 베드(substrate bed)에 출력하여 적층 함으로써 입체물을 생성한다. 베드는 노즐부에 대해 직교좌표계에서 X, Y, Z의 세 축 방향 또는 일부 방향으로 (노블부가 움직이는 제품도 있음) 이동하며 생성재료가 베드 상의 정해진 위치에 적층 된다.

이러한 베드의 이동은 베드와 연결된 스크류 등에 의해 각 축 방향의 이동이 정확히 제어됨으로써 생성재료가 정확한 위치에 적층 된다. 다만, 이러한 수지 적층을 통한 결과물 생성 과정은 고온에서 이루어지며, 한 번의 작업 동안에 베드는 많은 이동을 수행하거나, 노즐부에 의해 외력을 받는다.

일반적으로 다중노즐을 구비한 3D 프린터는 여러 개의 노즐을 이용하여 서로 다른 재료로 프린팅하거나 또는 서로 다른 컬러로 프린팅을 진행한다. 2개의 노즐을 구비한 3D 프린터의 경우 각 노즐의 높이를 같게 하거나, 출력시마다 해당 노즐이 다른 노즐과 확실한 높이 차이가 나도록 구현할 수도 있다.

고정식이든 스위칭 방식이든 일반적으로 각 노즐은 특정 방향으로 일정 거리를 두고 배치되는데, 이 노즐 간 간격은 양산시 제작 과정에서 장비별로 약간씩 편차를 갖게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이 2개의 노즐 1과 노즐 2를 구비한 3D 프린터를 예로 들면 X, Y, Z 방향으로 오프셋(Offset)이 존재한다.

상기 노즐 1을 이용하여 출력을 진행하다가 노즐 2로 바꿔서 출력을 진행할 때 X 오프셋만큼 X축으로 이동하고, Y 오프셋만큼 Y축으로 이동하고, Z 오프셋만큼 Z축으로 이동하여 노즐 1이 출력하던 위치로 다른 노즐 2를 위치시킨 후 출력을 계속 진행한다.

다중 노즐을 구비한 3D프린터는 노즐 1 및 노즐 2 간 X, Y, Z 방향으로의 거리 편차를 정확히 알아야 양호한 품질의 출력물을 얻을 수 있다. 예를 들어 노즐 1과 노즐 2로 각각 반원을 그려서 하나의 원을 완성한다고 할 때, 프로그램된 X, Y Offset 값이 실제 노즐 간 X, Y Offset 값과 다른 경우 완전한 원이 출력되지 않는다.

또한, 프로그램된 Z축 Offset이 실제 Z축 Offset과 다른 경우에는 X, Y의 경우와 같이 Z축 방향으로 각 노즐 출력물간의 부정합이 발생하게 되며, 더 나아가 노즐과 Bed가 충돌하거나 노즐이 베드(Bed)와 너무 이격되어 출력물이 제대로 안착되지 않는 문제도 발생할 수 있다.

일반적으로 Z축 방향의 거리 편차는 출력을 진행하기 전 각 노즐부에 구비된 센서를 이용하여 노즐과 베드(Bed) 간의 거리를 측정하고, 비교하는 방식으로 알 수 있기 때문에 자동으로 수행할 수 있다.

상기 X, Y 방향으로의 거리 편차의 경우는 여러 오프셋을 적용한 특정 패턴을 각 노즐을 이용하여 실제 출력을 진행하고, 사용자로 하여금 육안으로 확인하게 한 후 각 노즐이 출력한 패턴 중 기준에 가장 부합하는 패턴을 선택하도록 하여 해당 패턴의 오프셋을 실제 출력에 반영한다.

상기 X, Y 방향으로의 거리 편차는 이렇게 수동으로 파악되며, 육안으로 확인하기 때문에 정확한 오프셋 적용이 보장되지 않는다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 선행문헌으로 한국 등록특허공보 제10-1850222호(2018. 05. 31. 공고)의 "삼차원 프린터의 축 오차 보정 장치 및 방법"은 헤드의 하부에 결합된 노즐을 통해 재료를 베드에 출력하여 출력물을 생성하는 3차원 프린터의 축 오차 보정 장치에 있어서, 상기 헤드를 X축 및 Z축 방향으로 이동시키는 제1 이동부; 3차원 프린터에 고정 배치되고, 상기 헤드가 이동하는 경로를 향하여 제1 평행광을 조사하는 제1 광원부; 상기 베드를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 이동부; 상기 베드의 하부에 위치하여 상기 베드의 원점을 중심으로 상하 회전시키는 회전구동부; 상기 베드의 일측면에 고정 배치되어 상기 베드의 타측면을 향해 기설정된 각도로 제2 평행광을 조사하는 제2광원부; 상기 헤드의 일측면에 배치되어, 상기 제1 평행광을 복수의 스팟(spot)으로 분할하는 제1 마이크로렌즈 어레이; 상기 베드의 타측면에 배치되어, 상기 제2 평행광을 복수의 스팟(spot)으로 분할하는 제2 마이크로렌즈 어레이; 상기 제1 평행광이 상기 제1 마이크로렌즈 어레이를 통과하면서 상기 분할된 복수의 스팟이 결상되는 제1 촬영부; 상기 제2 평행광이 상기 제2 마이크로렌즈 어레이를 통과하면서 상기 분할된 복수의 스팟이 결상되는 제2 촬영부; 및 상기 제1 촬영부 및 상기 제2 촬영부로부터 상기 분할된 복수의 스팟의 위치가 포함된 감광이미지를 입력을 받아 오차 값을 산출하고, 상기 산출된 결과에 따라 상기 이동부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 헤드와 상기 베드가 이동하는 방향에 따라 변동 스팟이 발행하고, 상기 3차원 프린터가 동작하기 전 상기 각 스팟의 위치가 촬영된 감광이미지를 지속적으로 입력받아, 상기 스팟의 최초 위치를 기준 위치로 하여, 상기 변동 스팟들의 배열에 따른 변위를 기반으로 상기 제1 평행광과 상기 제2 평행광 파면의 기울기와 오차값을 계산하고, 상기 기울기와 상기 오차값을 이용하여 상기 제1 이동부와 상기 제2 이동부를 제어하여 상기 헤드를 상기 X축, 상기 Y축, 및 상기 Z축 방향으로 이동시키고, 상기 회전 구동부를 제어하여 상기 베드를 원점을 기준으로 상하 회전시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징으로 이루어지는 선행문헌은 실시 평행광을 이용하여 삼차원 프린터 축에 대해 정확한 오차를 산출하면서도, 이러한 오차 측정을 위한 감광이미지가 셋 이상의 다수로 분할된 스팟으로 제공되도록 하여 위치별 기울기 정보를 더욱 정확히 판단하여 삼차원 프린터의 각 축을 자동으로 정확하게 보정 할 수 있으며, 이에 따라 3차원 물체를 정밀하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

그러나 선행문헌은 평행광을 이용하기 때문에 3D 프린터의 크기가 커져야 하는 문제점을 가지는 것을 물론 베드와 노즐간의 거리가 짧기 때문에 크기가 큰 물품을 구성하기가 곤란하다.

또한, 제1 광원부 및 제2 광원부에서 조사되는 빛을 촬영하기 위한 제1 촬영부, 제2 촬영부 및 반사부재를 반드시 구성해야 하고, 이러한 구성에 따른 3D 프린터의 가격이 상승하여 가격 경쟁력이 낮아지는 단점을 가지고 있다.

그리고 외부에서 광원이 베드 내측으로 유입되는 경우에는 유입되는 빛에 의해 헤드를 상기 X축, 상기 Y축, 및 상기 Z축 방향으로 보정이 정확하게 이루어지지 않는 문제점을 내포하고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1850222호(2018. 05. 31. 공고)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, X, Y축에 대한 각 노즐 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어는 것은 물론 출력 과정의 편의성 또한 향상시킬 수 있도록 한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 노즐 1 및 노즐 2의 Z축에 따른 오프셋(Offset) 값과 노즐 1 및 노즐 2의 형상에 따른 경사각을 이용하여 노즐 1 및 노즐 2의 위치에 대한 오차를 보상할 수 있도록 한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 360도 모든 방위에 대해 센싱이 가능한 센서를 이용하여 노즐 1 및 노즐 2의 Z축에 따른 위치에 대한 오차를 최소화할 수 있도록 한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로,

3D 프린터에 저장된 프로그램을 이용하여 3D 터치 프로브와 접촉에 의해 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 대한 노즐 1 및 노즐 2의 오프셋 값을 획득하고, 획득한 오프셋 값은 연산하여 노즐 1과 노즐 2의 위치에 따른 오차를 보정하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법을 제공한다.

본 발명의 오프셋획득과정은, 노즐 1을 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 1에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제10과정(S10)과; 노즐 2를 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 2에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제20과정(S20)과; 노즐 1을 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 1에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제30과정(S30)과; 노즐 2(20)를 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 2에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제40과정(S40)과; 노즐 1을 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 1에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제50과정(S50)과; 노즐 2를 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브와 접촉하여 노즐 2에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제60과정(S60)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10과정(S10)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 1을 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브에 밀착된 상태에 따른 노즐 1이 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제20과정(S20)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 2를 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브에 밀착된 상태에 따른 노즐 2가 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제30과정(S30)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 1을 X축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브의 외주면 전면과 후면에 밀착된 상태에서 전면과 후면으로 이동시켜 노즐 1에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제40과정(S40)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 2를 X축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브의 외주면에 밀착된 상태에서 전면과 후면으로 이동시켜 노즐 2에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제50과정(S50)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 1을 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 1에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제60과정(S60)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브에 노즐 2를 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 2에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 3D 터치 프로브는, 노즐 1과 노즐 2가 접촉된 상태에서 위치를 따른 신호를 감지할 수 있도록 금속재질의 다단으로 이루어지는 프로브몸체가 구성되고, 상기 프로브몸체의 내측에는 중앙에 관통공이 형성된 원통형의 허브가 구성되고, 상기 허브에서 120° 간격으로 3방향에 돌출되게 로드가 설치되며, 상기 로드의 끝단 부분에는 복수의 볼이 설치되며, 상기 볼은 로드를 사이에 두고 마주보는 상태에서 로드에 밀착되게 고정되고, 상기 허브의 하방향에는 노즐 1과 노즐 2가 접촉시 위치에 따른 데이터신호를 3D 프린터의 컨트롤러에 인가할 수 있도록 구성되되, 노즐 1과 노즐 2가 접촉되면, 3개의 로드 중 하나라도 볼(Ball)에서 떨어지면 전기적으로 분리되면, 이를 감지하여 3D 프린터의 컨트롤러로 신호를 인가하여 노즐 1과 노즐 2의 첨두치를 획득할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 X, Y축에 대한 각 노즐 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 3D 프린터의 출력중이 아닌 상태에서 노즐부와 조형물이 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 노즐 1 및 노즐 2의 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 출력 과정의 편의성 또한 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 노즐 1 및 노즐 2의 Z축에 따른 오프셋(Offset) 값과 노즐 1 및 노즐 2의 형상에 따른 경사각을 이용하여 노즐 1 및 노즐 2의 위치에 대한 오차를 보상할 수 있으므로 출력물간의 부정합이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 360도 모든 방위에 대해 센싱이 가능한 센서를 이용하므로 노즐 1 및 노즐 2의 Z축에 따른 위치에 대한 오차를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 3D 프린터용 노즐의 오프셋을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법을 나타낸 순서도이며, 도 3은 본 발명에 의한 노즐 1 및 노즐 2의 X축 방향으로 프로브에 접촉하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 노즐 1 및 노즐 2의 Y축 방향으로 프로브에 접촉하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 프로브가 고정된 상태에서 노즐 1 및 노즐 2의 Z축 방향으로 접촉하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 프로브를 Z축 방향으로 이동되는 상태에서 노즐 1 및 노즐 2의 Z축 방향으로 접촉하는 상태를 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. 또한, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 하나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 의한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법은 3D 프린터에 저장된 프로그램을 이용하여 3D 터치 프로브와 접촉에 의해 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 대한 노즐 1 및 노즐 2의 오프셋값을 획득하고, 획득한 오프셋값은 연산하여 노즐 1과 노즐 2의 위치에 따른 오차를 보정하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징으로 이루어지는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법을 도 2 내지 5를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명에 의한 노즐 1 및 노즐 2의 X축 방향으로 프로브에 접촉하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 노즐 1 및 노즐 2의 Y축 방향으로 프로브에 접촉하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 프로브가 고정된 상태에서 노즐 1 및 노즐 2의 Z축 방향으로 접촉하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 5를 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명에 의한 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법은 3D 프린터에 설치된 노즐부의 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 위치 오차를 보정하기 위해서는 다음과 같은 과정을 수행한다.

상기 오프셋획득과정은 노즐 1(10)을 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제10과정(S10)과, 노즐 2(20)를 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제20과정(S20)과, 노즐 1을 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제30과정(S30)과, 노즐 2(20)를 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제40과정(S40)과, 노즐 1(10)을 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제50과정(S50)과, 노즐 2(20)를 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제60과정(S60)을 수행한다.

상기 3D 터치 프로브(30)에 접촉하는 노즐 1 및 2(10, 20)는 도면에 도시된 바와 같이 원뿔형상으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 원뿔의 꼭짓점으로부터 경사지게 형성되는 경사각을 통해 노즐 1 및 2의 첨두치를 획득한다.

상기 노즐 1 및 2(10, 20)의 형상은 원뿔 형상에 국한되는 것은 아니며, 원통형의 형상이 소정 길이로 구성되고, 원통형의 형상의 끝단에 원뿔형상이 결합되는 형상으로도 구성할 수 있다.

상기한 과정에 의해 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 첨두치 값을 획득하기 위해 접촉되는 3D 터치 프로브(30)는 노즐 1(10)과 노즐 2(20)가 접촉된 상태에서 위치를 따른 신호를 감지할 수 있도록 금속재질의 다단으로 이루어지는 프로브몸체가 구성되고, 상기 프로브몸체의 내측에는 중앙에 관통공이 형성된 원통형의 허브가 구성되고, 상기 허브에서 120° 간격으로 3방향에 돌출되게 로드가 설치되며, 상기 로드의 끝단 부분에는 복수의 볼이 설치되며, 상기 볼은 로드를 사이에 두고 마주보는 상태에서 로드에 밀착되게 고정된다.

또한, 상기 노즐 1(10)과 노즐 2(20)가 접촉시 위치에 따른 데이터신호를 3D 프린터의 컨트롤러에 인가한다.

상기 3D 터치 프로브는 노즐 1과 노즐 2가 접촉되면, 3개의 로드 중 하나라도 볼(Ball)에서 떨어지면 전기적으로 분리되면, 이를 감지하여 3D 프린터의 컨트롤러로 신호를 인가한다.

상기와 같이 구성되는 3D 터치 프로브(30)를 이용하여 상기의 과정을 통해 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 첨두치를 구하는 과정을 설명한다.

상기 제10과정(S10)은, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)에 밀착된 상태에 따른 노즐 1(10)이 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득한다.

상기 제20과정(S20)은 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)에 밀착된 상태에 따른 노즐 2(20)가 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득한다.

상기 제10과정(S10)과 제20과정(S20)은 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 제작시 적용된 경사각과 3D 터치 프로브(30)에 접촉되는 점의 위치 및 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 끝단의 높이를 측정하여 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 가로 방향과 세로방향의 오차를 각각 계산하여 Z 방향의 오프셋 값을 측정한다.

상기 제30과정(S30)에서 노즐 1(10)의 첨두치 값을 획득하기 위해서는 3D 프린터의 베드에 고정되어 있는 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 X축 방향으로 접촉한 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 전면과 후면방향으로 이동시켜 노즐 1(10)에 대해 X축 방향의 첨두치를 획득한다.

상기 제40과정(S40)은 노즐 2(20)의 첨두치 값을 획득하기 위하여 노즐 1(10)의 첨두치 값을 획득하는 제30과정(S30)과 같이, 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 X축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 전면과 후면으로 이동시켜 노즐 1(10)에 대해 X축 방향의 첨두치를 획득한다.

상기 노즐 1(10)과 노즐 2(20)가 3D 터치 프린터의 접촉에 의해 얻어진 접촉된 첨두치 값은 3D 터치 프로브(30)에 의해 3D 프린터의 컨트롤러로 인가된다.

상기와 같이 3D 프린터의 컨트롤러에서 노즐 1과 노즐 2의 X축에 대한 오프셋 값을 획득한다.

그리고 상기 제50과정(S50)은 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 1(10)에 대해 Y축 방향의 첨두치를 획득한다.

상기 제60과정(S40)은 3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 2(20)에 대해 Y축 방향의 첨두치를 획득한다.

상기 노즐 1(10)과 노즐 2(20)가 3D 터치 프린터의 접촉에 의해 얻어진 접촉된 첨두치 값은 3D 터치 프로브(30)에 의해 3D 프린터의 컨트롤러로 인가한다.

상기 제50과정(S50)과 제60과정(S60)을 통해 상기와 같이 3D 프린터의 컨트롤러에 인가된 첨두치 값을 통해 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 Y축에 대한 오프셋 값을 획득한다.

상기와 같이 Z축 방향에서 얻어진 오프셋과, X축 방향에서 얻어진 오프셋 값 및 Y축 방향에서 얻어진 오프셋 값을 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)에 적용하여 위치를 보상하여 오차를 줄인다.

상기와 같이 프로브(30)가 고정된 상태뿐만 아니라 프로브(30)가 Z축 방향으로 이동할 수 있는 상태에서 오프셋 값의 오차를 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 프로브를 Z축 방향으로 할 수 있는 상태에서 노즐 1 및 노즐 2의 Z축 방향으로 접촉하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 Z Offset 값을 이용하여 오차를 계산하여 보상해 줄 수 있다. 노즐의 경사각을 알고 있으므로 오차는 쉽게 계산된다.

다시 설명하면, Z 오프셋(Offset)은 노즐 1(10)과 베드(Bed)를 접촉시켜 노즐 1(10)의 Z 좌표를 얻고, 같은 방법으로 노즐 2(20)와 베드를 접촉시켜 노즐 2(20)의 Z 좌표를 얻은 후 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 Z 좌표의 차를 구하여 Z Offset을 측정할 수 있다. 이때 실제 이용되는 값은 각 노즐과 접촉할 때의 베드의 Z축 방향으로의 이동 거리이다.

상기 노즐 1(10)과 프로브(30)의 접촉을 통해 첨두치의 값을 획득하고, 그리고 프로브(30)를 Z 오프셋(Offset) 만큼 Z축 방향으로 이동시켜 노즐 2(20)와 프로브(30)가 접촉되어 첨두치 값을 획득한다.

상기와 같이 X, Y축에 대한 각 노즐 1, 2(10, 20) 간의 간격을 정확히 측정하여 적용함으로써 오차가 발생할 수밖에 없는 육안 확인 방식에 비해 좋은 출력물 품질을 얻을 수 있도록 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 3D 프린터의 출력중이 아닌 상태에서 노즐부와 조형물이 간섭이 일어나는 것을 방지한다.

또한, 상기 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 오프셋(offset) 적용 과정을 자동화함으로써 사용자가 개입하지 않고 위치의 보정이 이루어지므로 출력 과정의 편의성 또한 향상된다.

그리고 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 Z축에 따른 오프셋(Offset) 값과 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 형상에 따른 경사각을 이용하여 위치에 대한 오차를 보상할 수 있으므로 출력물 간의 부정합이 발생하는 것을 방지한다.

그리고 3D 터치 프로브를 이용하여 360도 모든 방위에 대해 센싱이 가능하므로 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 Z축에 따른 위치에 대한 오차를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 고정식이든 스위칭 방식이든 일반적으로 각 노즐은 특정 방향으로 일정 거리를 두고 배치되는데, 이 노즐 간 간격은 양산시 제작 과정에서 장비별로 약간씩 편차를 갖게 되고, 2개의 노즐을 구비한 3D 프린터는 X, Y, Z 방향으로 오프셋(Offset)이 존재한다.

이러한 오프셋(Offset)을 이용하여 노즐 1(10)을 이용하여 출력을 진행하다가 노즐 2(20)로 바꿔서 출력을 진행할 때에는 Z 오프셋(Offse)t만큼 Z축으로 이동하고, X 오프셋(Offset)만큼 X축으로 이동하고, Y 오프셋(Offset)만큼 Y축으로 이동하여 노즐 1(10)이 출력하던 위치로 노즐 2(20)를 위치시킨 후 출력을 계속 진행해 거리 편차를 정확하게 파악하므로 출력물 간의 부정합이 발생하지 않는다.

더 나아가 노즐 1, 2(10, 20)와 베드(Bed)가 충돌하거나 노즐 1, 2(10, 20)가 베드(Bed)와 너무 이격돼 출력물이 제대로 안착되지 않는 문제가 발생되지 않는 이점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 노즐 1
20: 노즐 2
30: 프로브
S10: 제10과정
S20: 제20과정
S30: 제30과정
S40: 제40과정
S50: 제50과정
S60; 제60과정

Claims

3D 프린터에 저장된 프로그램을 이용하여 3D 터치 프로브(30)와 접촉에 의해 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 대한 노즐 1(10) 및 노즐 2(20)의 오프셋 값을 획득하고, 획득한 오프셋 값은 연산하여 노즐 1(10)과 노즐 2(20)의 위치에 따른 오차를 보정하여 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 오프셋 획득 과정은,
노즐 1(10)을 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제10과정(S10)과;
노즐 2(20)를 Z축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제20과정(S20)과;
노즐 1(10)을 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제30과정(S30)과;
노즐 2(20)를 X축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제40과정(S40)과;
노즐 1(10)을 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 1(10)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제50과정(S50)과;
노즐 2(20)를 Y축 방향으로 이동시켜 3D 터치 프로브(30)와 접촉하여 노즐 2(20)에 대하여 첨두치 값을 획득하는 제60과정(S60);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제10과정(S10)은,
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 X축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면 전면과 후면에 밀착된 상태에서 전면과 후면으로 이동시켜 노즐 1(10)에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제20과정(S20)은,
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 X축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 전면과 후면으로 이동시켜 노즐 2(20)에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제30과정(S30)은,
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 1(10)에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제40과정(S40)은,
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 Y축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)의 외주면에 밀착된 상태에서 좌측면과 우측면으로 이동시켜 노즐 2(20)에 대해 첨두치를 측정하여 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제50과정(S50)은,
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 1(10)을 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)에 밀착된 상태에 따른 노즐 1(10)이 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.
제1항에 있어서,
상기 제60과정(S60)은
3D 프린터의 베드에 고정된 3D 터치 프로브(30)에 노즐 2(20)를 Z 축 방향으로 이동시킨 상태에서 3D 터치 프로브(30)에 밀착된 상태에 따른 노즐 2(20)가 접촉된 접촉점의 위치와 경사각에 따른 값을 통해 첨두치를 획득하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 다중 노즐의 위치 보정방법.