KR20210030696A - 3d 프린터 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서의 수광신호의 유무 정보는 필라멘트의 유무를 판단하는 정보로 활용되고, A/D컨버터의 변환 값은 익스트루더 모터에 인가되는 펄스값과 대비 판단하여 필라멘트의 정상적인 공급여부를 판별하는 정보로 활용함으로써 노즐로의 필라멘트의 공급 상태는 물론 필라멘트의 유무와 익스트루더 모터에서 노즐까지 이어지는 경로에서 발생할 수 있는 필라멘트의 공급이상 문제나 노즐 막힘 등에 대응하여 3D 프린터를 정확하게 제어할 수 있고, 변환된 디지탈 값만큼 G-code 크기 값을 차감후 환산하여 프린팅 완료시간, 필라멘트 사용량 및 소모량을 표시부를 통해 표시하는 3D 프린터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

3D 프린터 제어방법{3D PRINTER CONTROL METHOD}

본 발명은 3D 프린터 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이미지센서의 수광신호의 유무 정보는 필라멘트의 유무를 판단하는 정보로 활용되고, A/D컨버터의 변환 값은 익스트루더 모터에 인가되는 펄스값과 대비 판단하여 필라멘트의 정상적인 공급여부를 판별하는 정보로 활용함으로써 노즐로의 필라멘트의 공급 상태는 물론 필라멘트의 유무와 익스트루더 모터에서 노즐까지 이어지는 경로에서 발생할 수 있는 필라멘트의 공급이상 문제나 노즐 막힘 등에 대응하여 3D 프린터를 정확하게 제어할 수 있고, 변환된 디지탈 값만큼 G-code 크기 값을 차감후 환산하여 프린팅 완료시간, 필라멘트 사용량 및 소모량을 표시부를 통해 표시하는 3D 프린터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 3D 프린터는 플라스틱 소재를 이용하여 3차원 물체를 형성하는 장치로, 종이 표면에 이차원적으로 인쇄하는 사무용 프린터와는 달리 3차원으로 프린팅을 완료하기 까지 수 십분 내지 수 일이 소요되므로 프린팅 작업이 종료될 때까지 필라멘트(Filament)는 계속 노즐(Nozle)로 공급되어야 한다.

그러나, 소용되는 필라멘트의 량이 부족하거나 필라멘트 공급이 비정상적(예: 익스트루더에서 필라멘트의 슬립, 절단, 꺽임, 꼬임, 노즐 막힘, 빈번한 리트렉션에 의한 마모)인 상황이 발생되더라도 컨트롤러는 이를 인지하지 못한 채 계속 프린팅 작업을 수행하게 된다.

그로 인해, 프린팅 작업 완료 후 결과물을 보면, 인쇄물의 어느 레이어에서 부터 레이어가 그려지지(적층) 않아 처음부터 인쇄 작업을 다시 해야 한다. 그래서 시간과 필라멘트가 동시에 낭비되는 뚜렷한 문제가 생긴다.

또한 3D 프린터는 앞서 설명한 바와 같이, 인쇄를 완료하는데 까지는 많은 시간이 소요되기 때문에 사용자는 앞서 설명한 문제가 발생되지는 않았는지, 얼마 만큼 프린팅 작업이 진행되었고 프린팅 완료까지 어느 정도의 시간이 소요될지를 추측하기 위해 수시로 3D 프린터의 출력 상태를 살펴보아야 한다. 그래서 인쇄가 진행되는 동안 사용자는 시간을 자유롭게 사용하기가 어렵다.

위와 같은 문제는 FDM(Fused Deposition Modeling, 또는 FFF) 용융수지 압출조형방식을 사용하는 3D 프린터에서 주로 발생되고 있는데, 이 문제를 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 3D 프린터(100)의 익스트루더 모터(120)에 스위치(122)를 부설하여 스위칭 동작에 의해 필라멘트(F)가 공급되는지 유무를 검출하는 방법이 시도되었다.

그러나, 이 방법은 3D 프린터(100)의 작동 중 노즐(130)쪽으로 이송되는 필라멘트(F)의 유무를 스위치의 접점(On/Off)에 의해 판별하기 때문에 익스트루더 모터(120)의 반복적인 리트렉션(익스트루더 모터의 정·역회전 동작)에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 이송기어(121)에 물고 있는 필라멘트(F)가 반복되는 이송기어(121)의 정역회전에 의해 깍이면서 이송기어에 의해 필라멘트(F)가 정상적으로 이송되지 않는 문제가 발생되기도 한다.

이러한 문제는 등록특허 10-1704620의 문단번호 [0010]에서 같은 문제점을 지적하고 있다. 이러한 현상에 의해 앞서 설명한 바와 같이 무의미한 인쇄작업이 계속 진행되는 문제가 여전히 존재한다.

한편, 등록특허 10-1704620에서는 현재의 레이어 높이값과 상기 최상부층 레이어 높이의 평균값의 차이가 미리 정해진 값 이상인 경우 오류로 판단하고, 오류로 판단시 오류의 위치 및 오류 깊이를 포함하는 출력오류정보를 산출하고 산출된 출력오류정보에 따른 보정정보를 생성하는 출력오류 보정부; 및 상기 보정 정보를 바탕으로 다음 레이어의 적층에서, 상기 프린터 헤드 및 스테이지 구동부를 제어하여 상기 오류의 위치로 이동시키고, 상기 익스트루더의 필라멘트 용액의 압출량을 제어하여 출력오류를 보정하는 프린팅 제어부를 통해 문제점을 해결하고자 시도하였으나 필라멘트의 공급 불안정 문제가 예측할 수 없게 발생되고 있기 때문에 실효성도 낮고 불명확한 단점이 있다.

도 1에서 도면부호 110은 필라멘트(F)가 권선된 스플(spool)이고, 130은 필라멘트 용용 히터(이하, 히팅블럭이라 함)를 갖추고, 용융된 필라멘트를 압출시키는 노즐 조립체(이하 노즐이라 함)이며, 141은 노즐을 이송시키기 위한 타이밍벨트이고, 142는 노즐(130)을 X축 방향으로 이동할 수 있도록 안내하는 가이드 축이며, 140은 타이밍벨트(141)에 맞물려 그를 회동시키는 타이밍기어가 결합된 구동모터(도면에는 미도시)를 고정시키기 위한 블럭이고, 101은 3D 프린터(100)에 전원을 공급하기 위한 전력 케이블 접속플러그와 파워 On/Off 스위치이다.

그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만 도 1에 도시된 가이드 축(142)과 함께 블럭(140)은 양 지지대(102) 내에 상하로 이동할 수 있도록 설치되어 있다.

도면에서 도면부호 150은 베드로, 그 위로 X, Y, Z축 구동모터에 의해 노즐(130)이 X, Y, Z축 방향으로 이동하면서 용융 필라멘트를 토출하는 방식으로 순차적으로 레이어를 그리게 된다.

베드(150)는 구동모터(도면에는 미도시)에 의해 도 1의 화살표 방향으로 이동될 수 있다.

도면부호 20은 본 발명에 따른 인쇄회로기판에 실장된 컨트롤러와 컨트롤러(제어부)의 판단 및 처리결과를 표시하는 액정 디스플레이를 갖춘 표시부(도 5 참조)이다. 이에 관해서는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이고, 또한 도 1에 도시된 구성의 일부는 본 발명의 설명에서 동일 참조번호로 인용될 것이다.

본 발명자는 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 창안하게 되었고 괄목할 만한 성과가 있어 이를 본 발명을 통해 제안하고자 한다.

본 발명의 제 1 목적은 필라멘트를 노즐로 계속 공급함에 있어 익스트루더 모터속으로 필라멘트가 정상적으로 공급되는지 여부를 검출할 수 있는 3D 프린터를 제공하려는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 필라멘트 검출용 이미지센서의 센싱 값을 디지탈로 변환하여 그 값을 익스트루더 모터로 인가되는 펄스 값과 실시간으로 대비 판단하여 필라멘트의 유무 및 필라멘트의 공급상태를 파악하고, 그 판단 결과에 따라 3D 프린터를 제어하는 3D 프린터 제어방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 제 3 목적은 프린팅 작업이 개시되는 동안 디지탈 센싱값 만큼 G-code 크기 값을 차감하고, 차감한 값을 프린팅 완료시간, 필라멘트 사용량 및 소요량으로 환산하여 그 정보를 표시부를 통해 표시하는 3D 프린터 제어방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 제 1 목적을 해결하기 위한 해결과제는, 익스트루더 모터속으로 공급되는 필라멘트의 유무와 상태를 확인하기 위하여 익스크루더 모터에 결합되는 이미지센서를 부설하는 것이다.

구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 익스트루더 모터에 센서 하우징을 부설하여 필라멘트를 익스트루더 모터속으로 공급되도록 안내함에 있어, 센서 하우징내에 차광영역(차광부) 및 투광영역(투광부)을 갖춘 휠의 축선에 휠 축을 결합하되, 휠 축이 일측방향으로는 상기 휠과 함께 회전되도록 하고, 반대방향으로는 휠 축만 자전되도록 함으로써 필라멘트가 익스트루더 모터로 공급될 때에만 휠축과 함께 휠이 회전되도록 하고, 이미지센서를 통해 상기 투광영역을 투광한 광을 전기신호로 변환한 후, 이 전기신호를 A/D 컨버터를 통해 디지탈 신호로 변환한 값을 이용하여 제어부가 3D 프린터를 통합 제어하는 3D 프린터 필라멘트 센싱장치를 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 목적 및 제 3 목적을 구현하기 위한 해결과제는,

제어부는,

G-code 크기 값을 메모리부(21)에 저장하고, 환산부(18)를 통해 저장된 G-code 크기 값을 프린팅 종료시간으로 환산하여 G-code 크기 값과 함께 표시부로 전송하여 단계와;

G-code 신호에 따라 X, Y, Z축의 각 구동모터와 익스트루더 모터에 펄스 값을 인가하고, 히팅블럭에 전원을 인가하는 단계와;

상기 익스트루더 모터에 부착된 이미지센서로부터 수광신호가 미검출되면, 표시부에 알람를 전송함과 동시에 상기 익스트루더 모터와 X, Y, Z축 구동모터 및 히팅블럭으로 인가되는 제어신호가 차단되도록 제어하고,

반대인 경우, A/D 변환부를 통해 상기 이미지센서의 수광신호를 디지탈 신호로 변환되어진 디지탈 센싱 값을 판단부로 전송하여 판단부를 통해 익스트루더 모터로 인가되는 펄스 값과 실시간으로 비교하되,

센싱 값이 펄스 값 범위를 이내이면, G-code 신호에 따라 익스트루더 모터와, X, Y, Z축 각 구동모터 및 히팅블럭에 계속 구동되도록 제어(On)하고,

상기 센싱 값이 상기 펄스 값 범위를 벗어난 경우에는 익스트루더 모터와 각 X, Y, Z축 구동모터 및 히팅블럭이 정지되도록 제어(Off)하면서 표시부에 상태정보를 전송하는 단계로 이루어진 3D 프린터 제어방법에 특징이 있다.

전술한 디지탈 센싱 값은 전술한 필라멘트가 익스트루더 모터속으로 공급될 때 취득되는 것에 특징이 있다.

이렇게 하면, 익스트루더 모터가 역회전할 때에는 센싱 값이 도출되고 정회전할 때에만 센싱값을 도출할 있다.

또한 전술한 제어부는 프린팅 작업이 개시되는 동안 환산부에 의해 메모리부에 저장된 G-code의 크기 값을 디지탈 센싱 값 만큼 실시간으로 차감하여 프린팅 완료시간과, 필라멘트 사용량 및 요구량을 환산하여 표시부에 실시간으로 출력하는 단계를 포함될 수 있다.

본 발명에 의하면, 이미지센서의 수광신호의 유무 정보는 필라멘트의 유무를 판단하는 정보로 활용되고, A/D컨버터의 변환 값은 익스트루더 모터에 인가되는 펄스값과 대비 판단하여 필라멘트의 정상적인 공급여부를 판별하는 정보로 활용함으로써 노즐로의 필라멘트의 공급 상태는 물론 필라멘트의 유무와 익스트루더 모터에서 노즐까지 이어지는 경로에서 발생할 수 있는 필라멘트의 공급이상 문제나 노즐 막힘 등에 대응하여 3D 프린터를 정확하게 제어할 수 있으므로 레이어가 없는 불량 프린팅 작업을 미연에 차단할 수 있다.

따라서, 필라멘트의 유무와 공급상태를 명확히 판단해서 익스트루더 모터의 구동여부와 X, Y, Z축 구동모터 및 히팅블럭의 구동여부를 제어함으로써 인쇄 시간과 필라멘트를 낭비하는 일이 없다.

또한 본 발명은 환산부를 통해 G-code 크기 값을 이미지센서의 센싱 값 만큼 실시간 차감하여 필라멘트 사용량(프린팅 작업에 쓰여진 량) 및 요구량(프린팅 작업에 투입될 량)을 표시부에 표시할 수 있다.

또한, G-code 크기 값을 이용하여 프린팅 종료시간, 필라멘트 소요량 및 사요량을 표시부에 표시할 수 있고, 위 G-code 값을 디지탈 센싱 값만큼 실시간 차감하면서 환산한 후 그 환산 값(프린트 종료시간, 필라멘트 사용량 및 필라멘트 요구량)을 실시간으로 표시부에 표시함으로써 사용자가 프린팅 작업 종료시간을 명확하게 인지할 수 있다. 그래서 사용자는 시간을 자유롭게 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 채용된 종래의 필라멘트 검출 스위치를 도시한 익스트루더의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 익스트루더의 요부 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 휠 하우징을 발췌하여 도시한 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 주요 모듈(회로)을 도시한 블럭다이야그램이다.
도 6은 본 발명에 따른 제어부의 제어 프로세서를 도시한 플로우챠트이다.

본 발명에서 사용하는 용어는 오로지 본 발명의 실시예에 대한 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐 한정하는 의미로 사용한 것이 아님을 밝혀둔다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함한다", "갖추고 있다" , "구비하고 있다." 또는 "마련되어 있다." 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.

이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터, 3D 프린팅 제어방법 을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지가희석되지 않도록 생략될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트 공급 검사 장치 및 방법은 종전에 볼 수 없던 새로운 기술을 적용하는데 이를 위해 본 발명에서 사용하는 단어를 먼저 정의할 수 있다.

"노즐(130, 도 1)"은 3D 프린터(100)에서 베드(150)에 필라멘트(F)를 출력하는 최종단으로서 노즐 사이즈에 따라 출력량의 결정된다. 물론 모터 회전 수를 바꿔서 필라멘트(F)의 가압 속도를 변경하여 출력량을 설정할 수 있지만 일차적으로 노즐 구멍에 의존된다.

"레이어"는 출력물은 Z축으로 적층하는 구조로 노즐(130)을 통해 출력하며 한층 한층 쌓아 갈 때 한 층 단위를 의미한다.

"필라멘트"는 통상적인 3D 프린터의 FDM 방식에서 사용되는 실 같은 모양의 원재료로서 ABS, PLA 등으로 공지의 구성이다. "스플(110, 도 1)"은 상기 필라멘트(F)가 감겨져 있는 통을 뜻한다.

"STL 포맷"은 3D 디자인 데이터를 규정한 형식으로 3D 모델링 후에, "Slicing" 프로그램에 전달할 때 많이 사용하는 형식이다.

"Slicing"(슬라이싱)은 STL 포맷의 3D 디자인 데이터를 레이어별로 데이터를 분해하는 작업으로 이후에 3D 프린터에서 출력할 수 있는 형식(G-code)으로 변환한다.

"익스트루더(이하 압출로 표기)"은 필라멘트를 노즐에 삽입한다는 뜻이고, "익스트루더 모터"은 필라멘트를 노즐에 계속적으로 공급하기 위한 모터를 의미하고, 종래 3D 프린터는 3D 모델링 작업을 하여 STL 포맷으로 슬라이싱 프로그램에 넘겨서 출력물의 특성에 맞게 여러 옵션을 주고 슬라이싱을 한다.

그리고 G-code 형식으로 출력하여 도 5에 도시된 G-code 인입부(19)를 통해 인입되고, 3D 프린터(100, 도 1)에서는 출력물의 재료 선정과 노즐 또는 베드의 온도를 설정하고 출력을 시작하면 상기 슬라이싱된 G-code 데이터에 따라 3차원으로 움직여 노즐의 경로를 생성하면서 하나의 레이어씩 3D 형상을 생성하게 된다.

3D 프린터는 도 1에 도시된 바와 같이"Print Bed(150)"는 Y축 방향으로 움직이고, 노즐(130)은 지지대(102)에 대해 상하좌우(Y,X축방향)로 움직이게 된다.

본 발명의 3D 프린트의 노즐이 X, Y, Z축으로 이동하는 방식은 다른 프린터와 차이가 있을 수 있지만 출력물이 적층되는 방식은 동일하다. 또한 익스트루더 모터(120)는 도면에 싱글 타입으로 도시되어 있으나 복수개인 경우에도 동일한 방식으로 채용될 수 있다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 필라멘트 익스트루더 모터(120 도 1)의 필라멘트 (F) 인입측에 부설되는 센서 하우징의 단면도로, 그 중 도 4b는 도 4a에 도시된 휠(11)을 발췌하여 도시한 요부 단면도이다.

도 4a 및 도 4b에서, 도면부호 11은 하나 이상 혹은 등간격으로 배치되는 복수의 투광부(11d)을 갖춘 디스크형태의 휠이고, 11a는 휠(11)을 회전가능하게 센서 하우징(10)에 결합되는 휠 축이며, 11b는 볼 베어링이고, 11c는 볼 베어링(11b)이 회전되는 통로가 점차 한쪽 방향으로 좁아지도록 완만하게 경사진 축경돌기이며, 12a는 LED(이하 광원이라 함)이고, 12b는 이미지센서이며 12c는 반사경이다.

전술한 휠(11)의 휠 축(11a)은 축경돌기(11c)와 볼 베어링(11b)에 의해 일측방향으로는 휠(11)이 함께 회전되지만 반대방향으로 회전할 때에는 휠 축(11a)만 자전하게 된다.

이렇게 하면, 필라멘트(F)가 익스트루더 모터(120)의 출구측으로 이송될 때(노즐로 공급될 때)에는 휠(11)과 휠 축(11a)이 함께 회전되고, 반대인 경우에는 휠(11)은 회전되지 않고 휠 축(11a)만 공회전하게 된다. 미설명 부호 11e는 아이들링 휠로, 양 휠(11)(11e)사이에 필라멘트가 물려 있다.

따라서, 익스트루더 모터의 역회전시 휠(11)은 회전되지 않고 휠 축(11a)만 역회전되므로 이미지센서의 수광신호는 필라멘트가 공급될 때에만 후술하는 A/D 컨버터(13, 도 5)에 의해 누계되고, A/D 컨버터에 의해 디지탈로 변환된 센싱 값만큼 프린팅 작업이 진행되는 동안 G-code 크기 값을 계속 차감할 수 있다.

상기한 광원(12a)은 LED의 파장에 따라 일반 광이나 레이저 광이 있으나 어느 것이든 채용해도 무방하고, 상기한 이미지센서(12b)는 수광신호를 전기신호로 변환하여 A/D변환부(13)로 전송한다. 만일 투광부(11d)를 복수로 채용하는 경우 3D 프린터의 리트렉션 시 즉, 필라멘트(F)가 익스트루더 모터에서 후진할 때 광원의 빛이 휠의 투광부를 통과하지 않도록 해야 한다. 즉, 필라멘트가 전후진되는 스트로크 길이보다 투광부간의 원주 길이보다 더 길게 배치되어야 한다. 그렇지 않으면 이미지센서는 수광신호를 도출하게 된다.

위 구성에 의해 광원(12a)의 빛이 반사경(12c)을 통해 휠(11) 투광부(11d)을 투광하여 이미지센서(12b)에 착상되고, 이미지센서(12b)의 전기신호는 A/D 컨버터(13, 도 5)로 전송된다.

전술한 A/D 컨버터(13)에 의해 이미지센서(12b)의 수광신호는 A/D 컨버터(13)에 의해 디지탈화돤 상태로 제어부(15)로 전달되고, 상기 제어부(15)에 의해 필라멘트(F)의 유무와 공급량 즉, 사용량 및 프린팅 종료시간을 환산하기 위한 값으로 활용된다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 주요 모듈(회로장치)를 도시한 블럭다이야 그램이다.

도 5에서 G-code 인입부(19)는 컴퓨터의 출력포트(도면에는 미도시)과 연결되어 미리 3D로 설계된 디자인된 신호를 케이블(도면에는 미도시)을 통해 3D 프린터(100)로 인입되는 입력포트를 말하고, 메모리부(21)는 G-code의 크기 값을 저장하는 반도체로, 1회 프린팅 작업에 따른 총 G-code 크기 값을 저장할 수 있는 용량이고, 프린팅 작업이 진행되면 저장된 G-code 크기 값은 센싱 값만큼 실시간으로 차감되고, 3D 프린터를 초기화하면 모두 휴발된다.

제어부(15)는 3D 프린터(100)를 통합 제어하는 구성으로, 제어로직이 미리 프로그램되어진 CPU 반도체 혹은 마이컴일 수 있다.

구동부(16)는 전술한 노즐을 X, Y, X축 방향으로 구동시키기 위한 각 구동모터와 익스트루더 모터(120) 및 히팅블럭(필라멘트(F) 용융 히터)을 통칭하는 것으로, G-code의 신호에 따라 제어부(15)에 의해 제어된다. 상기 X, Y, X축 구동모터와 익스트루더 모터(120)는 펄스모터(혹은 스테핑 모터)를 채용하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 노즐의 이송량을 정밀하게 제어할 수 있을 뿐 아니라 제어부(15)는 구동부(16, 상기 X, Y, X축 구동모터와 익스트루더 모터(120)로 전달되는 펄스 값을 실시간으로 알 수 있다.

센싱부(17)는 X, Y, X축의 각 구동모터에 의해 이송되는 노즐(130)의 X, Y, X축방향으로의 이동 범위를 설정하고, 또한 이동거리를 제한할 목적으로 X, Y, X축의 해당 경로에 고정되게 설치되는 리미트센서(도면에는 미도시)를 통칭하는 것으로, 리미트센서의 스위칭 위치를 통해 노즐(130)의 프린팅 작업 개시 위치를 초기화하고 프린팅 작업시 노즐의 운동범위를 제한할 수 있다.

표시부(20)는 G-code의 크기 값, 필라멘트(F) 사용 량과 필요한 량, 프린팅 종료시간, 필라멘트(F)의 유무에 관한 정보를 디스플레이하는 액정화면을 말한다.

환산부(18)는 메모리부(21)에 저장된 G-code 크기 값을 프린팅 작업이 개시되는 동안 이미지센서의 센싱 값 만큼 G-code 크기 값을 순차적으로 차감하고, 차감된 값을 일, 시, 분 단위로 프로그램적으로 환산하는 모듈이다.

즉, A/D 변환부(14)에서 출력되는 이미지센서(12b)의 변환된 센싱 값을 순차적으로 차감하면서 그 결과값을 제어부(15)로 전달하여 제어부(15)에 의해 표시부(20)로 그 결과값을 출력한다.

전술한 환산부(18)는 제어부(15)와 통합되게 구성해도 되지만, 이렇게 하면 다종의 3D 프린터마다 제어부(15)를 별도로 설계(제조)해야 하는 불리함이 있다.

판단부(14)는 제어부(15)에서 익스트루더 모터(120)로 전달되는 펄스 값과 이미지센서(12b)의 센싱 값을 비교 판단과 센싱 값의 유무를 판단하는 모듈이다. 따라서, 상기 판단부(14)에 의해 제어부(15)는 필라멘트(F) 유무와 공급상태를 파악할 수 있게 되고, 그 결과에 따라 구동부(16)를 제어하고 작업 상태를 사용자가 확인할 수 있도록 표시부(20)에 해당 정보를 디스플레이하게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제어프로세스에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 3D 프린터(100)는 프린팅 작업이 개시된 것을 전제한다(도 6의 시작).

제어부(15)는 G-code 인입부(16)를 통해 전송된 G-code값을 메모리부(21)에 저장하면서 G-code의 총 크기 값을 표시부(20)에 표시되는데, G-code의 크기 값은 환산부(18)를 통해 프린팅 완료시간으로 환산하여 표시부(20)에 일, 시, 분 형식으로 G-code 크기 값과 함께 전송한다(S1).

상기 표시부(20)에 표시된 프린팅 종료시간 정보를 통해 사용자는 프린팅 종료시간을 인지할 수 있고, 그 시간동안 시간을 자유롭게 사용할 수 있게 된다.

이후, 상기 제어부(15)는 G-code 신호에 따라 X, Y, Z축의 구동모터와 익스트루더 모터(120)에 펄스 값을 인가하여 각각 구동시키는 프로세스를 수행한다(S2). 이때 히팅블럭은 필라멘트(F)를 용융시킬 수 있는 상태가 된다.

이어서, 필라멘트(F)는 익스트루더 모터(120)의 구동에 따라 히팅블록을 경유하여 용융된 상태로 노즐(130)으로 공급되게 되지만, 이 과정에서 휠(11, 도 4)이 회전되지 않으면 즉, 이미지센서(12b)의 센싱 값이 없으면(S3) 제어부(15)는 필라멘트(F)가 없거나 혹은 필라멘트(F)가 이송되지 않거나 혹은 필라멘트(F) 공급과정에서 어떤 문제가 발생한 것이므로, 제어부(15)는 그와 해당하는 알람(미리 정해진 문자 혹은 전기신호)를 표시부(20)로 전송함과 동시에 전술한 익스트루더 모터(120)와 X, Y, Z축의 각 구동모터에 인가되는 제어신호를 회로적으로 차단하여 정지시킨다(S4).

반대로, 이미지센서(12b)의 센싱 값이 펄스 값 범위를 이내이면(S5), G-code 신호에 따라 계속 프린트 작업을 수행하도록 익스트루더 모터(120)와, X, Y, Z축의 각 구동모터 및 히팅블럭을 제어하고,

센싱 값이 펄스 값 범위를 벗어난 경우에는 익스트루더 모터(120)와 각 X, Y, Z축 각 구동모터 및 상기 히팅블럭에 인가되는 전원 및 제어신호를 차단하고, 그 상태를 표시부(20)에 표시하는 프로세스를 수행한다(S6).

이때 환산부(18)는 프린팅 작업이 개시되는 순간부터 메모리부(21)에 저장된 G-code 크기 값을 이미지센서(12b)의 센싱 값 만큼 계속 차감하면서 차감된 G-code 크기 값에 대한 프린팅 종료시간을 일. 시, 분 형식으로 환산하여 그 환산 값을 카운트 다운 방식으로 표시부(20)에 실시간으로 출력한다.

전술한 펄스 값 이내란, 제어부에서 익스트루더 모터로 인가되는 펄스값에 대해 ±값(프린터 기종마다 펄스값은 차이가 있으므로 해당 기종의 펄스값에 대해 ±값을 제조시 설정함)을 말한다.

전술한 이미지센서의 수광신호의 유무 정보는 필라멘트의 유무를 판단하는 정보로 활용되고, A/D컨버터의 변환 값은 익스트루더 모터에 인가되는 펄스값과 대비 판단하여 필라멘트의 정상적인 공급여부를 판별하는 정보로 활용함으로써 노즐로의 필라멘트의 공급 상태는 물론 필라멘트의 유무와 익스트루더 모터에서부터 노즐까지의 이송경로에서 발생할 수 있는 필라멘트의 공급이상 문제나 노즐 막힘 등에 대응하여 3D 프린터를 정확하게 제어할 수 있으므로 레이어가 없는 불량 프린팅 작업을 미연에 차단할 수 있다. 그래서 다시 프린팅해야 하는 문제가 없기 때문에 전력 및 필라멘트가 낭비되는 일이 전혀 없다.

또한, 본 발명은 사용자가 프린팅이 완료되는 시간을 바로 확인할 수 있기 때문에 시간을 자유롭게 사용할 수 있다.

이상에서 설명되는 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에 기술된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

이상에서 본 발명에 대한 바람직한 실시 예를 설명하였으나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 한정적 의미로 설명한 것이 아니며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 예 및 응용 예를 실시할 수 있으나, 이러한 변형 예나 응용예는 본 발명자가 의도하는 진정한 의미의 기술적 사상과 이하의 특허청구범위 포함된다는 것을 미리 밝혀두는 바이다.

11: 휠 11a: 휠 축
12a: 광원 13: A/D 컨버터
14: 판단부 15: 제어부
16: 구동부 17: 센싱부
18: 환산부 19: G-code 인입부
20: 표시부 21: 메모리부
100: 3D 프린터 110: 스플
120: 익스트루더 모터 130: 노즐

Claims (3)

1. 3D 프린터에 있어서,
   익스트루더 모터(120)에 결합되어 필라멘트(F)를 상기 익스트루더 모터(120)속으로 안내하는 센서 하우징(10)과;
   하나 이상의 투광부가 마련되어 있는 휠(11)의 축선에 회전가능하게 결합되되, 일측방향으로는 상기 휠과 함께 회전되고, 반대방향으로 회전될 때에는 자전되도록 상기 센서 하우징(10)에 축받이된 휠 축(11a)과;
   광원(12a)의 광이 상기 투광부속으로 투광될 수 있도록 상기 센서 하우징내에 고정되는 반사경(12b)과;
   상기 투광부를 투광하는 광을 수광하여 전기신호로 변환하는 이미지센서(12c)와;
   상기 이미지센서의 전기신호를 디지탈 신호로 변환하여 제어부로 전송하는 A/D 컨버터(13) 및;
   상기 A/D 컨버터(13)의 전송 신호값을 익스트루더 모터(120)에 인가되는 펄스값과 비교 판단하여 그 결과에 따라 구동부를 제어하는 제어부(15)로 구성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
2. 3D 프린터 제어방법에 있어서,
   제어부는,
   G-code 크기 값을 메모리부(21)에 저장하고, 환산부(18)를 통해 저장된 G-code 크기 값을 프린팅 종료시간으로 환산하여 G-code 크기 값과 함께 표시부로 전송하여 단계와;
   G-code 신호에 따라 X, Y, Z축의 각 구동모터와 익스트루더 모터에 펄스 값을 인가하고, 히팅블럭에 전원을 인가하는 단계와;
   상기 익스트루더 모터에 부착된 이미지센서로부터 수광신호가 미검출되면, 표시부에 알람를 전송함과 동시에 상기 익스트루더 모터와 X, Y, Z축 구동모터 및 히팅블럭으로 인가되는 제어신호가 차단되도록 제어하고,
   반대인 경우, A/D 변환부를 통해 상기 이미지센서의 수광신호를 디지탈 신호로 변환되어진 디지탈 센싱 값을 판단부로 전송하여 판단부를 통해 익스트루더 모터로 인가되는 펄스 값과 실시간으로 비교하되,
   센싱 값이 펄스 값 범위를 이내이면, G-code 신호에 따라 익스트루더 모터와, X, Y, Z축 각 구동모터 및 히팅블럭에 계속 구동되도록 제어(On)하고,
   상기 센싱 값이 상기 펄스 값 범위를 벗어난 경우에는 익스트루더 모터와 각 X, Y, Z축 구동모터 및 히팅블럭이 정지되도록 제어(Off)하면서 표시부에 상태정보를 전송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 환산부에 의해 프린팅이 개시되는 순간부터 메모리부에 저장되어진 G-code 크기 값을 A/D 변환부의 센싱 값만큼 실시간으로 차감하고, 차감된 G-code 크기 값을 프린팅 완료시간과 필라멘트의 소모량 및 요구량을 각각 환산하여 표시부로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터 제어방법.

Images