KR20210060079A - 이물질 감지 및 출력물 탈착이 쉬운 3d 프린터 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추가적인 기능을 부여하는 3D 프린터 모듈로써, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 사용하는 사용자가 출력물을 출력하기 전 감지 동작하여 베드 위의 이물질을 여부를 사용자에게 인지시킬 뿐 아니라, 출력물을 출력한 후 베드위에 달라붙은 출력물에 대해 냉각제를 솔레노이드로 제어시켜 분사시켜서 출력물을 쉽게 탈착하게 하는 기능을 가진 모듈에 관한 것으로 3D 프린터를 사용하면서 느끼는 불편함들을 극복하기 위한 목적을 가지고 있다. 아이디어에는 모듈 장착부, 감지센서, 알림 저항체, 센서 제어부, 냉각제 출력부, 냉각제 입력부, 냉각제 통로, 냉각제 출력 제어부, 전원부로 구성 되어있다.

Description

이물질 감지 및 출력물 탈착이 쉬운 3D 프린터 모듈{Module of 3D Printer that is able to detect foreign material and are easy to remove output}

본 발명은 추가적인 기능을 부여하는 3D 프린터 모듈로써, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 사용하는 사용자가 출력물을 출력하기 전 감지 동작하여 베드 위의 이물질을 여부를 사용자에게 인지시킬 뿐 아니라, 출력물을 출력한 후 베드위에 달라붙은 출력물에 대해 냉각제를 솔레노이드로 제어시키고 분사시켜서 출력물을 쉽게 탈착하게 하는 기능을 하게 하는 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 3D 프린터는 FFF/FDM 방식의 3D 프린터가 많이 보급되었다. FFF/FDM 방식의 3D 프린터는 노즐을 통해 재료를 압출하며, 이 노즐이 X,Y,Z 축을 움직이면서 조형작업이 진행된다. 이 방식의 3D 프린터가 많이 보급된 이유는 개인이 직접 제작하거나 개발하기 용이하며, 제작하기 위한 장비 및 재료 가격이 저렴하기 때문이다. 또한 재료가 검증된 플라스틱 수지를 재료로 사용하기 때문에 출력물의 수명이 길고, 강도도 우수해서 후가공 하기에도 적합한 편이다. FFF/FDM 3D프린터는 XYZ 직교 좌표계를 바탕으로 상대운동을 수행하는 카르테시안 봇 3D 프린터가 매우 보편적이다. 카르테시안 봇 3D 프린터의 특징은 헤드와 베드가 전후좌우(x,y축)또는 상하(z) 방향으로 운동한다. 움직일 구조물은 2개인데 움직일 방향이 3곳이므로, 헤드와 베드를 각각 어느 축으로 움직일 것이냐에 따라서 다시 XZ-Y방식과 XY-Z방식으로 나뉜다. 여기서 이 모듈이 적용 가능한 방식은 XZ-Y방식이라는 멘델 방식 3D 프린터이다. 베드는 Y축 방향으로 움직이고, 헤드는 나머지 2축 방향으로 움직이는 구조이다. 각각의 축에는 1개 또는 2개의 전담 모터가 배치된다.

이처럼 기계적인 구조가 간단하므로 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있다. 또한 모터의 협동 없이 각 축이 독립적으로 움직이므로 이송 속도가 빠른 편이다. 직관적이고도 정확한 움직임으로 좌표계를 이동하므로 구조가 복잡한 출력물을 출력하는데 유리하다는 장점을 가지고 있다.

하지만, 이 3D 프린터를 사용하면서 2가지의 불편한 점을 관찰할 수 있었다. 첫 번째는 3D프린터를 사용하면서 출력 전에 사용자가 미처 점검하지 못한 베드 위의 이물질에 의해 출력물의 상태에 지장을 주거나 출력오류가 생기는 것이다. 두 번째 불편한 점은 3D 프린터를 사용하면서 출력 후에 출력물을 베드에서 떼어낼 때 보통 공구를 사용해서 떼어내는 경우가 많은데 그때마다 베드의 손상을 초래할 가능성이 큰 점이다.

따라서 이 두 가지 문제점을 해결할 수 있는 보다 편리한 3D 프린터를 제작하는 것에 대해 고려해보았고 이물질 감지 및 출력물 탈착이 용이한 3D 프린터 모듈을 고안해 보았다. 이 모듈의 원리는 광 화이버 센서를 통해 출력 전에 약 0.6mm이상의 이물질 및 요철을 감지하고 감지한 내용을 전기적 신호로 출력하여 저항체를 통해 사용자에게 감지시킨다. 또한 출력 후에 냉각제가 장착된 솔레노이드 밸브가 출력완료의 전기적 신호에 따라 제어되어 열린다. 그러면 베드에 달라붙어서 잘 떨어지지 않는 출력물에 대해 출력물과 베드 사이의 틈에 냉각제가 분사되어 온도가 떨어지고 동시에 탈착이 쉽게 되어서 사용자에게 편리성을 가져다준다.

본 발명의 목적은 3D 프린터를 사용하면서 느끼는 불편함들을 극복하기 위한 것이다. 그 중 첫 번째 불편함은 3D프린터를 사용하면서 출력 전에 사용자가 미처 점검하지 못한 베드 위의 이물질에 의해 출력물의 상태에 지장을 주거나 출력오류가 생기는 것인데, 출력 전 모듈의 동작을 통해 작동되는 광 화이버 센서의 감지동작으로 베드위의 이물질을 잡아내서 오류가 생길 수 있는 요인을 제거하는데 목적이 있다.

그 중 두 번째 불편함은 3D 프린터를 사용하면서 출력 후에 출력물을 베드에서 떼어낼 때 보통 공구를 사용해서 떼어내는 경우가 많은데 그때마다 베드의 손상을 초래할 가능성이 크다는 것인데, 출력 후 모듈의 동작을 통해 작동되는 냉각제가 장착된 솔레노이드 동작을 통해서 베드와 출력물 사이의 틈에 냉각제를 분사함으로써 사용자에게 편리성을 제공하고 베드의 손상을 최소화 하는데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 3D 프린터 수직기구부에 형성되어 모듈을 고정시켜주는 모듈 본체 장착부;

모듈 장착 부품에서 솔레노이드가 장착되는 솔레노이드 장착부;

모듈 장착 부품에서 센서가 장착되는 센서 장착부;

상기 모듈장착부의 하단에 형성되며, 3D 프린터 베드 위의 이물질을 감지하는 감지 센서;

감지된 센서의 전기적 신호를 받아서 사용자에게 인지시켜주는 알림 저항체;

상기 감지 센서의 센서동작을 제어하고, 알림 저항체에 전기적 신호를 보내는 센서 제어부;

상기 모듈장착부의 상단에 형성되며, 냉각제출력 제어부의 전기신호를 받아 냉각제 출력 여부를 결정하는 냉각제 출력부;

냉각제출력통로를 통해 냉각제(냉각제)를 흘려보내서 계속 공급해주는 냉각제 입력부;

냉각제 입력부로부터 냉각제 출력부로 냉각제를 이동시켜주는 냉각제 통로;

냉각제 출력부에 전기적 신호를 직접 보내줘서 냉각제의 출력여부를 결정하는 냉각제 출력 제어부;

상기 냉각제 출력 제어부와 센서 제어부에 전기를 공급하는 전원부를 포함하도록 구성된다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 출력 전에 사용자가 미처 점검하지 못한 베드 위의 이물질을 미리 인지함으로써, 베드위의 이물질을 완전히 제거할 수 있기 때문에 출력시 오류가 생길 수 있는 요인을 최소화할 수 있는 장점이 있고, 출력 후에 단단하게 붙어있는 출력물과 베드 사이에 냉각제가 분사됨으로써 사용자가 출력물을 쉽게 떼어낼 수 있고 출력물과 베드의 손상을 최소화 할 수 있다. 따라서 본 발명품에 의해 출력 전에 베드 위의 이물질을 인지하지 못하고 출력을 시작해서 출력물의 상태에 지장을 주거나 출력오류가 생기는 것을 막을 수 있고, 출력 후에 출력물을 베드에서 떼어낼 때 공구를 사용해서 떼어낼 필요가 없을 뿐 아니라 그로 인한 베드나 출력물의 손상을 막을 수 있다.

도1은 모듈이 3D 프린터에 장착될 때의 부품을 나타낸 부분도이다.
도2는 모듈 장착부품에 솔레노이드와 센서의 감지부분이 장착된 부분도이다.
도3은 해당 모듈이 필요한 전체 부품과 연결되고 장착되어 있는 전체도이다.
도4는 해당 도3의 모듈전체가 3D 프린터에 어떻게 장착되는 것인지를 보여주는 전체도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 모듈을 3D 프린터의 양쪽에 각각 하나씩 수직 기구부에 직접 장착할 수 있는 장착부로 본체 장착부(100), 솔레노이드 장착부(110), 센서 장착부(120)로 구성된다.

도2는 본 발명에 따른 모듈의 장착부에 냉각체 출력을 담당하는 부분과 광화이버센서의 출력부가 장착된 상태를 나타낸 것으로, 본체 장착부(100), 솔레노이드 장착부(110), 센서 장착부(120), 솔레노이드(130), 센서 감지부(140), 냉각제 출력부(200)로 구성된다.

도3은 본 발명에 따른 모듈의 장착부 전체와 모듈이 3D 프린터 출력에 따라 전체적으로 제어하는 부분들을 나타낸 상태로, 본체 장착부(100), 솔레노이드 장착부(110), 센서 장착부(120), 솔레노이드(130), 센서 감지부(140), 냉각제 출력부(200), 냉각제 통로(210), 냉각제 입력부(220), 냉각제 출력 제어부(230), 광 화이버 센서 제어부(240), 전원부(300), 센서알림저항체(310)로 구성된다.

도4는 도3의 부분이 실제 3D 프린터에 어떻게 장착되는 것인지 보여주는 도면으로써, 도3의 전체 모듈이 해당 3D 프린터의 양쪽 기구부에 하나씩 장착되게 된다. 또한 전원부가 실제 3D 프린터에도 전원공급을 위해 쓰인다. 따라서 본체 장착부(100), 전원부(300)로 구성된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 이물질 감지 및 출력물 탈착이 용이한 3D 프린터 모듈은 3D 프린터의 출력 전에 베드위의 이물질 감지 기능을 위해서 3D 프린터를 작동하면 시작된다. 작동 시 출력 전에 출력 베드의 왕복 운동을 할 때 센서 제어부(240)에서 제어를 통해 센서 감지부(140)가 빛을 내어 동작하게 되고 출력 베드의 왕복 운동을 통해 베드위의 이물질 여부를 파악한다. 이물질이 파악이 안된다면 그대로 출력을 시작하지만, 이물질이 파악된다면 센서제어부(240)이 전기적 신호를 보내서 3D 프린터 동작은 딜레이 되고, 알림저항체(310)이 동작해서 사용자에게 알려준다.

다음으로, 3D 프린터의 작동이 끝나서 출력 완료가 되면 마찬가지로 출력 베드의 왕복 운동을 시작함 과 동시에 냉각제 출력 제어부(230)에서 제어를 통해 시그널릴레이와 솔레노이드(130)을 동작시킨다. 그러면, 냉각제를 장착했던 냉각제 입력부(220)에서부터 냉각제가 냉각제 통로(210)을 통해서 냉각제 출력부(200)로 출력되고 왕복운동을 통해 베드위의 출력물과 출력베드 틈에 냉각제를 분사시켜서 그 틈의 온도를 낮춰준다. 온도가 낮아져서 출력베드에서 출력물이 쉽게 떨어질 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것이며 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다. 본 발명의 권리범위는 이하의 청구범위의 기재에 의하여 정하여 져야 할 것이다.

100 : 모듈 장착부 본체를 3D 프린터에 장착하는 부분
110 : 모듈 장착부 중 솔레노이드 장착 부분
120 : 모듈 장착부 중 센서 장착 부분
130 : 냉각제를 배출 제어하는 솔레노이드
140 : 광화이버 센서 감지 부분
200 : 냉각제 출력부
210 : 냉각제 통로
220 : 냉매제를 장착하여 냉각제를 입력하는 냉각제 입력부
230 : 냉각제 출력을 제어하는 냉각제 출력 제어부 MCU
240 : 센서 제어부
300 : 전원을 공급하는 전원부
310 : 센서 알림 저항체

Claims (1)

1. 3D프린터 수직 기구부 양쪽에 장착하는 이물질 감지 및 출력물 탈착이 용이한 3D 프린터 모듈에 있어서 3D 프린터 수직기구부에 형성되어 모듈을 고정시켜주는 모듈 본체 장착부;
   모듈 장착 부품에서 솔레노이드가 장착되는 솔레노이드 장착부;
   모듈 장착 부품에서 센서가 장착되는 센서 장착부;
   모듈장착부의 하단에 형성되며 3D 프린터 베드 위의 이물질을 감지하는 감지 센서;
   감지된 센서의 전기적 신호를 받아서 사용자에게 인지시켜주는 알림 저항체;
   상기 감지 센서의 센서 동작을 제어하고, 알림 저항체에 전기적 신호를 보내는 센서 제어부;
   상기 모듈장착부의 상단에 형성되며, 냉각제출력 제어부의 전기신호를 받아 냉각제 출력 여부를 결정하는 냉각제 출력부;
   냉각제출력통로를 통해 냉각제(냉각제)를 흘려보내서 계속 공급해주는 냉각제 입력부;
   냉각제 입력부로부터 냉각제 출력부로 냉각제를 이동시켜주는 냉각제 통로;
   냉각제 출력부에 전기적 신호를 직접 보내줘서 냉각제의 출력여부를 결정하는 냉각제 출력 제어부;
   상기 냉각제출력제어부와 센서 제어부에 전기를 공급하는 전원부를 구성

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