KR20210121078A - 공구 유닛 - Google Patents

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KR20210121078A
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콘라드 슈라이너
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에이엠 디자인 이.유.
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Publication date
Application filed by 에이엠 디자인 이.유. filed Critical 에이엠 디자인 이.유.
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Abstract

본 발명은, 적어도 공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛에 관한 것이며, 공구 홀더는 공구를 유지하기 위해 그리고 축방향으로의 안내 하에서 공구를 대기 포지션으로부터 작업 포지션으로 그리고 뒤로 이동시키기 위해 설계된다. 본 발명에 따르면, 공구 홀더(14, 19)는 제어 프로파일(12)을 갖는 제어 구역을 가지며, 그리고 제어 핀(4, 18)은 축방향(5)으로 오프셋되는 제어 프로파일(14)에서 구역들(13', 13'')과 상호작용하도록 설계된다.

Description

공구 유닛
본 발명은 공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛뿐만 아니라 이러한 도구 유닛을 갖는 3D 위치결정 디바이스에 관한 것이며, 공구 홀더는 공구를 유지하기 위해 그리고 축방향으로 휴지 포지션으로부터 작업 포지션까지 그리고 뒤로의 공구의 안내된 변위를 위해 설계된다.
본 발명은 주로, 3D 위치결정 디바이스의 분야에서 그리고 특히 적층 가공 프로세스들(additive manufacturing processes)을 실행하기 위한 기계들의 분야에서 공구 유닛들에 관한 것이다. 3D 인쇄 프로세스들로서 또한 공지되어 있는 생성 제조 프로세스들(generative manufacturing processes)는, 성형 본체가 층들로 빌드업되는(built up) 사실에 의해 특징화된다. 보통, 작업 평면은, 한 줄씩(line by line) 또는 한 지점씩(point by point) 반복적으로 횡단되며, 그리고 재료는 위치-선택 방식으로 적용되며, 그리고, 그 후, 작업 평면은 상방으로 이동된다. 층 두께들은 적용에 따라 0.025mm 내지 1.25mm 또는 그 이상이다. 3D 인쇄 프로세스들에 대한 기초는, 예를 들어, CAD 소프트웨어의 도움으로 생성할 수 있는 제조될 대상물의 컴퓨터 모델들이다. 이러한 경우에, 제조될 대상물의 높이 층 플랜(plan)이 생성되며, 여기서 제조 그리드가 각각의 층에 대해 생성되며, 이는, 제조 재료가 위치-선택 방식으로 증착될 수 있고 그리고 고형화될 수 있는 그리드의 셀들을 규정한다. 그러나, 동일한 원리를 사용하여, 예를 들어, CNC 밀링으로의 경우와 같이, 단단한 블록의 재료로부터의 층들은 또한 위치-선택 방식으로 제거할 수 있다.
본 발명은 특히, FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication)로 지칭되는 3D 인쇄 프로세스들을 위한 공구 유닛에 관한 것이며, 여기서 성형된 본체는 용융가능한 플라스틱으로부터의 층들로 빌드업된다. 이러한 목적을 위해, 보통 재료 공급부로부터 와이어의 형태로 공급되는 플라스틱 또는 왁스 재료(필라멘트)는 우선적으로 가열함으로써 액화되며, 그리고 그 후, 액화된 재료는 노즐을 사용하여 압출에 의해 적용되며, 그리고 최종적으로 재료는 작업 평면 상의 요망되는 포지션에서 냉각에 의해 경화된다. 재료는 가닥(strand) 또는 점의 형태로 적용될 수 있다.
몰드 왁스들 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락티드, ABS, PETG 및 열가소성 탄성중합체들과 같은 열가소성 플라스틱들은 현재 FDM 프로세스를 위해 사용될 수 있다.
필라멘트 재료는 "고온 단부(hot end)"로 또한 지칭되는, 본 발명과 연관되어 보다 일반적으로 공구로서 또한 지칭되는 프린트 헤드에 의해 보통 가열되고 그리고 압출된다. 종래의 FDM 프로세스들에서, 필라멘트는 프린트 헤드의 가열된 챔버를 통해 이송되고 그리고 그곳에서 용융된다. 용융된 재료는 규정된 단면을 갖는 프린트 헤드 또는 공구의 노즐을 통해 가압된다.
3D 인쇄 프로세스들은 점차 복잡해지고 있고 그리고 더 이상 오직 프로토타이핑(prototyping)을 위해서만 사용되지 않는다. 오히려, 이러한 프로세스들은 또한 즉시 사용가능한(ready-to-use) 구성요소들을 제조하는데 또한 사용되며, 이는, 이와 같이, 때때로, 개개의 구성요소의 상이한 구역들에서 상이한 기계적 및 열적 요건들을 충족해야 한다. 이러한 이유로, 구성요소들은, 이들의 색상, 경도, 및 충격 강도, 이들의 온도 저항 또는 다른 재료 특성들에 대해 상이할 수 있는 상이한 재료들의 적층 제조 프로세스들을 사용하여 제조되어야 한다. 상이한 재료들은, 상이한 프린트 헤드들 또는 공구들과 함께 적용되어야 하며, 그렇지 않으면, 재료의 각각의 변경으로 프린트 헤드를 비우고, 세정하고, 그리고 다시 채우는 것, 또는 새로운 재료로 프린트 헤드를 로드하는 것이 필수적일 것이며, 이를 위해, 예를 들어, 프린트 헤드로 도달할 수 있는 용융 온도에 관하여, 개개의 프린트 헤드는 개개의 재료에 따라 전혀 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 3D 위치결정 디바이스들, 특히 3D 프린터들은 캐리어 상에서 다수의 프린트 헤드들 또는 공구들을 가지는 종래 기술에서 이미 공지되어 있으며, 프린트 헤드들 또는 공구들은 가공물의 특정 섹션들 또는 구역들을 인쇄하기 위해 요구되는 바와 같이 구성요소 또는 가공물들의 제조를 위해 작동이 실시된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 경우에 사용되는 프린트 헤드는, 현재 사용하지 않는 프린트 헤드들의 휴지 포지션에 대해 프린트 헤드의 축방향으로 전진되는 작업 포지션이 되게 된다. 이는, 현재 사용하지 않는 프린트 헤드들이 새로 적용되는 재료 층과 충돌하고 그리고 이 재료 층을 손상시키는 것, 다른 재료에 달라붙거나 자체 손상되는 것을 방지하기 위해 필수적이다. 상이한 재료들의 신속한 처리를 보장하기 위해, 다양한 프린트 헤드들 또는 공구들을 휴지 포지션으로부터 작업 포지션까지 자동으로 이동시키고 그리고 그곳에 프린트 헤드들 또는 공구들을 잠금하는 것이 종래 기술에 이미 공지되어 있다.
예를 들어, US 2015/0140147 A1은, 처음에 언급된 유형의 공구 유닛을 갖는 3D 프린터를 개시하며, 여기서 복수의 프린트 헤드들 또는 공구들은 터렛형 공구 유닛(turret-like tool unit) 상에 배열되며, 각각 요구되는 프린트 헤드는 공구 캐리어를 회전시키고 그리고 그 후 구동부에 의해 전진됨으로써, 구동부와 작동 연결되게 된다. 터렛형 공구 유닛 때문에, 공구 유닛은, 한편으로 그의 치수들에 대해 상대적으로 크고 그리고 다른 한편으로, 공구들, 즉 프린트 헤드들이 신속하게 교환되는 것을 허용하지 않는다.
따라서, 본 발명은, 특히 다중의 프린트 헤드들 또는 작업 헤드들을 갖는 보다 밀집한 3D 프린터들 및 유사한 3D 위치결정 디바이스들을 구현하기 위해, 공구 유닛이 보다 작게 만들어지며 그리고 공구들 또는 인쇄 헤드들이 신속하게 그리고 용이하게 교환될 수 있는 방식으로 처음에 언급된 유형의 공구 유닛을 개선하는 목적에 기초된다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 처음에 언급된 유형의 공구 유닛은 본 발명에 따라, 공구 홀더가 제어 프로파일을 갖는 제어 구역을 포함하며 그리고 제어 핀이 제어 프로파일에서 축방향으로 오프셋되는 구역들과 상호작용하도록 설계된다는 점에서 특징화된다. 축방향으로 오프셋되는 구역들을 가지는 제어 프로파일과의 제어 핀의 상호 작용은, 소형 수단(small-sized means)이 구역들의 축방향 오프셋에 따라 공구를 변위시키는 것을 허용하며, 이 구역들은, 제어 핀이 제어 프로파일에서 축방향으로 오프셋되는 구역들을 스캔하게 함으로써 축방향으로 오프셋된다. 동시에, 제어 핀은 제어 구역과 맞물림 상태 또는 맞물림해제 상태가 될 수 있어서, 공구는 상대적으로 용이하게 교체될 수 있다.
본 발명의 제1 바람직한 실시예에 따르면, 공구 홀더는 기초 본체(base body) 및 적어도 하나의 안내 요소를 포함하며, 적어도 하나의 안내 요소는 공구 홀더에서 적어도 하나의 공구를 이동시키기 위해 기초 본체 상에 배열되고,
적어도 하나의 안내 요소의 벽에, 제어 홈에서의 맞물림을 위한 공구의 제어 핀을 위한 적어도 하나의 제어 홈이 형성되고, 제어 홈은 벽의 원주방향을 따라 이어지는 제어 프로파일을 포함하며, 제어 프로파일은 축방향으로 오프셋되는 적어도 2개의 구역들을 포함하고, 그리고 구동 수단은 공구 홀더에서 적어도 하나의 안내 요소를 회전시키기 위해 공구 홀더에 제공된다.
공구가 공구를 축방향으로 이동시키기 위한 안내 요소에 수용되며, 공구가 공구 또는 프린트 헤드 상의 제어 핀과 상호작용하는 제어 홈의 형태의 변위 수단을 동시에 가지기 때문에, 공구의 안내를 안정화하고 그리고 작업 포지션 또는 휴지 포지션으로의 변위를 실시하는 기능들은 단일 구성요소에 의해, 즉 안내 요소에 의해 제공될 수 있다. 안내 요소는, 공구를 수용하기 위해 중공형이거나 본질적으로 튜브형이도록 설계되고 그리고 따라서 경사짐(tilting)에 대해 대응하는 외부 윤곽을 갖는 공구를 안전하게 지지할 수 있다. 적어도 하나의 안내 요소가 공구 홀더에서 구동 수단의 작용에 의해 회전될 때, 축방향으로 오프셋되는 제어 홈의 적어도 2개의 구역들을 갖는 제어 프로파일과 벽의 원주방향을 따라 이어진 제어 섹션으로 인해, 안내 요소의 벽의 제어 홈들은 회전 고정된 방식으로 적어도 하나의 안내 요소에 유지되는 공구 상의 제어 핀과의 이들의 상호작용으로 인해, 안내 요소에 공구 또는 프린트 헤드의 축방향의 전방 및 후방 움직임을 제공한다. 전반적으로, 이는, 공구들이 견고하게 지지되는 것을 보장하며, 예를 들어, 3D 프린터의 프린트 헤드는, 제어 홈과의 제어 핀의 상호작용을 통해 개개의 포지션들에서 용이하게 그리고 자동으로 전후로 푸시될 수 있고 그리고 잠금될 수 있다.
제어 홈이 벽의 에지에서 개방되는 제어 핀을 위한 축방향으로 지향된 유입구 섹션을 가진다면, 본 발명의 바람직한 실시예에 대응하는 바와 같이, 대응하는 안내 요소가 회전 포지션 ─ 이 회전 포지션에서, 제어 핀은 제어 홈의 유입구 섹션에 축방향으로 진입할 수 있거나 유입구 섹션으로부터 나올 수 있음 ─ 에 있을 때, 이러한 공구는, 유입구 섹션을 통해 용이하게 제거될 수 있거나 삽입될 수 있다.
적어도 하나의 안내 요소가 회전하도록 구동하기 위한 다수의 가능성들이 고려가능하다. 그러나, 구동 수단 상기 적어도 하나의 안내 요소 주위에서 이어지고 그리고 적어도 하나의 안내 요소와 맞물리는 벨트에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 리볼빙 벨트(revolving belt)는, 예를 들어, V-벨트로, 하지만 바람직하게는 대응하는 모터에 의해 구동되는 치형식 벨트(toothed belt)로 설계될 수 있으며, 필요한 경우, 기어가 또한 제공될 수 있는 모터 유닛은 바람직하게는 공구 홀더에 부착된다. 벨트는 바람직하게는 공구 홀더 내부로 이어진다.
대안적으로, 본 발명의 바람직한 실시예는, 구동 수단이 적어도 하나의 안내 요소와 기어링되는(geared) 피동 기어휠에 의해 형성되는 것을 제공한다.
본 발명에 따른 공구 유닛은, 단지 하나의 공구와 함께 사용될 때조차도, 공구를 이동시키기 위해 공간-절약적이고 그리고 효율적인 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 본 발명은, 공구 홀더가 복수의 안내 요소들, 바람직하게는 3개의 안내 요소들을 포함하며, 그리고 구동 수단이 안내 요소들을 동기식으로 회전시키도록 설계된다면 특히 유리한 것으로 입증하며, 복수의 안내 요소들은 구동 수단에 대해 축방향으로 오프셋되는 제어 홈들의 구역들에 대한 안내 요소들은 안내 요소들의 원주방향으로 오프셋되는 공구 홀더에 수용된다. 이러한 방식으로, 구동 수단, 예를 들어, 벨트를 가동할 때, 공구 홀더의 모든 안내 요소들이 동시에 그리고 동기식으로 회전되며, 이에 의해 공구들의 제어 핀들은 제어 홈들의 제어 프로파일들에 의해 가동된다. 이제, 제공되는 바와 같이, 제어 프로파일들이 이에 따라 오프셋되어 배열된다면, 즉, 공구들의 제어 핀들과 상호작용하여 작업 포지션 및 휴지 포지션을 규정하는, 축방향으로 오프셋된 제어 프로파일들의 구역들이, 항상 단지 하나의 공구가 작업 포지션에 있으며 그리고 다른 공구는 휴지 포지션, 즉 후퇴된 포지션에 있는 방식으로 동기식 회전 움직임에 배열되며, 본 발명에 따른 공구 유닛의 모든 공구들은 간단히 벨트를 구동시킴으로써 본 발명에 따른 디바이스와 함께 개개의 작업 포지션 및 휴지 포지션을 취하도록 구동될 수 있다. 또한, 벨트의 회전 포지션들은 각각의 안내 요소에 대해 또는 안내 요소에서의 각각의 공구에 대해 프로그래밍될 수 있으며, 이는 공구가 유입구 섹션을 통해 개개의 제어 홈으로부터 제거되는 것을 허용한다.
이러한 맥락에서, 구동 수단이 상기 복수의 안내 요소들 중 제1 안내 요소와 맞물리며, 그리고 복수의 안내 요소들 중 적어도 하나의 추가 안내 요소는 제1 안내 요소와 맞물리는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 구동 수단에 의해, 바람직하게는 기어휠에 의해 직접적으로 구동되는 제1 안내 요소는 추가의 안내 요소를 구동시켜서, 복수의 안내 요소들의 동기식 회전 움직임이 달성된다.
적어도 하나의 안내 요소에서의 공구의 보다 양호한 안내를 위해, 본 발명은 바람직하게는 3개의 동일한 제어 홈들이 적어도 하나의 안내 요소의 원주방향으로 바람직하게는 120°만큼 각각 오프셋되는 적어도 하나의 안내 요소에 배열되는 효과로 추가적으로 발전된다. 이는, 가동력이 공구의 원주부 주위에 균일하게 가해지는 것을 보장하며, 이는 안내 요소의 경사짐 및 걸림(jamming)을 상쇄시킨다.
안내 요소에서의 공구의 보다 정확한 안내는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대응하는 바와 같이, 탄성 정지부가 공구와 적어도 하나의 안내 요소 사이에 형성될 때 달성된다. 이는, 제어 홈의 공구가 제어 프로파일의 상부 에지에 맞닿게 가압되어서, 제어 핀과 제어 홈 사이의 일정한 양의 유격이 제거되는 것을 의미한다. 동시에, 안내 요소의 회전 포지션이 이에 따라 설정될 때, 공구는 제거를 위해 유입구 섹션을 통해 제어 프로파일 밖으로 가압된다.
본 발명의 대안적인 바람직한 실시예에 따르면, 제어 프로파일은, 공구 홀더 상의 프로파일 홀로서 설계되며, 그리고 프로파일 홀은 공구 유닛의 지지 요소 상에서 회전가능한 프로파일링된 제어 핀과 협동한다. 공구 홀더는 축방향으로 변위가능하도록 지지 요소 상에서 안내된다. 본 발명을 실현하는 이러한 대안적인 방식은, 프로파일 그리고 이에 따라 편심도(eccentricity)를 차례로 가지는 회전가능한 제어 핀이, 그의 프로파일로 인해 제어 프로파일을 제공하는 프로파일링된 홀과 상호작용한다는 사실에 기초된다. 회전할 때, 홀에서의 제어 프로파일은 제어 핀에 의해 스캔되어서, 전체 공구 홀더는 공구 유닛의 지지 요소에 대해 축방향으로 변위된다. 따라서, 공구 홀더에 부착된 공구는 또한 축방향으로 변위된다.
지지 요소는 바람직하게는 동기식 회전을 위한 구동 수단에 의해 구동되는 복수의 제어 핀들을 포함하며, 프로파일링된 홀을 가지는 공구 홀더는 제어 핀과 각각 협동한다. 이러한 방식으로, 복수의 공구들 또는 프린트 헤드들은 축방향으로 작업 포지션으로 또는 휴지 포지션으로 동기식으로 다시 변위된다.
임의의 제조 공차들을 보상하기 위해, 제어 핀은 본 발명의 바람직한 실시예에 대응하는 바와 같이 그의 회전 축을 따라 탄성적으로 장착된다. 이는, 프로파일링된 홀에 맞물리는 제어 핀이 스프링 힘으로 공구 홀더에 작용하고 그리고 이에 따라 지지 요소에 맞닿게 공구 홀더를 가압하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 3D 위치결정 디바이스는 특히 3D 프린터로 설계되고 그리고 본 발명에 따른 공구 유닛을 포함한다.
본 발명은 도면에 도시되는 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 공구, 안내 요소 및 공구용 비틀림 방지 디바이스의 사시도이다.
도 2는 3개의 안내 요소들을 갖는 공구 홀더의 사시도이다.
도 3은 3개의 안내 요소들 또는 공구들을 위한 3개의 제어 홈들의 개략도이다.
도 4는 3개의 안내 요소들을 위한 구동 수단의 예시이다.
도 5는 3개의 안내 요소들을 위한 대안적인 구동 수단의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공구 유닛의 대안적인 실시예의 사시도를 도시한다.
도 1에서, 공구(1)는 3D 프린터용 작업 헤드 또는 프린트 헤드(1)로서 설계된다. 필라멘트(filament)(미도시됨)는 근위 단부(2)에서 프린트 헤드(1)로 공급되며 그리고 필라멘트는 프린트 헤드(1)에서 용융되고 그리고 적층 가공 프로세스에서 가공물을 구축하기 위해 원위 단부(3)("고온 단부")에서 방출되고 그리고 고형화된다. 공구(1)는 또한, 절단 공구, 예를 들어, CNC 밀링 머신로서 설계될 수 있지만, 이는 도면들에 도시되지 않는다.
프린트 헤드(1)는 프린트 헤드(1)의 원주부 주위에 배열되고 그리고 120°만큼 오프셋된 3개의 제어 핀들(4)을 갖는다. 프린트 헤드(1)는 이제, 안내 요소(9)의 벽(8)에서 제어 홈(7)의 유입구 섹션(6)에 제어 핀(4)을 삽입함으로써, 양방향 화살표(5)에 의해 상징되는 축방향으로 안내 요소(9)에 진입할 수 있다. 프린트 헤드(1)가 안내 요소(9) 내로 삽입되고 그리고 그의 제어 핀(4)과 함께 제어 홈(7) 내로 삽입될 때, 프린트 헤드는, 회전 방지 디바이스(11) 상에서 대응하는 오목부들(10')과 상호작용하는 리브(10)에 의해 안내 요소(9)에서 회전에 대해 고정되어서, 안내 요소(9)는 프린트 헤드(1) 또는 공구(1)를 축방향(5)으로 변위시키기 위해 제어 홈(7)의 제어 프로파일(12)의 작용에 의해 회전된다. 이에 대한 이유는, 제어 프로파일(12)이 축방향으로 오프셋되고 그리고 양방향 화살표(5)의 의미에서 공구(1)의 상이한 축방향 포지션들에 대응하는 영역들(13' 및 13')을 갖는다는 점이다. 안내 요소(9)를 회전시킴으로써, 공구(1) 또는 프린트 헤드(1)의 제어 핀들(4)은 제어 프로파일(12)을 통과하며, 그리고 프린트 헤드(1)는 제어 프로파일(12)의 상이한 구역들의 축방향 포지션들에 따라 전방으로 또는 후방으로 푸시된다.
도 2는 이제, 본 발명이 복수의 공구들 또는 프린트 헤드들을 이동시키기 위한 특히 유리한 방식으로 사용될 수 있는 것을 도시한다. 이러한 목적을 위해, 수개의 안내 요소들(9, 9' 및 9")은 공통의 공구 홀더(14)에 배열된다. 안내 요소들(9, 9' 및 9")은 서로 상이한 제어 프로파일들(12, 12' 및 12")을 가지며, 제어 프로파일들은, 공구 홀더(14)에 수용되는 구동 수단에 관한 축방향으로 오프셋되는 제어 홈들(7, 7', 7")의 구역들(13', 13")에 대해, 안내 요소들(9, 9', 및 9'')의 (양방향 화살표들(15)에 의해 상징되는) 원주방향으로 오프셋되는 공구 홀더(14)에 각각 수용된다. 안내 요소들(9, 9' 및 9'')은 공통 및 동기식 회전을 위한 구동 수단에 의해 구동되며, 그리고 제어 프로파일들(12, 12' 및 12'')은, 구동 수단의 개개의 회전 포지션에 따라, 다른 공구들은 후퇴된 휴지 포지션에 있으면서 또는 공구의 제어 핀(들)이 방출 포지션에서 유입구 섹션들(6)과 정렬된다면, 단지 하나의 공구(도 2에서 미도시됨)가 축방향으로 전진되는 작업 포지션에 있는 방식으로 서로 배향된다. 도면 부호 16은, 구동 수단에 대해 모터 및 기어를 갖는 구동부를 지정한다.
방금 설명된 사실은, 도 3을 본다면, 보다 양호하게 이해될 수 있다. 공구 홀더에서의 안내 요소들(9, 9', 9'')의 제1 회전 포지션 또는 회전 포지션(A)에서, 제1 프린트 헤드의 제어 핀(4)은 제어 홈(7)의 축방향으로 전진된 구역에 위치된다. 따라서, 대응하는 프린트 헤드는 작업 포지션에 있다. 동시에, 제2 프린트 헤드의 제어 핀(4')은 제어 홈(7')의 축방향으로 후퇴된 구역에 위치되며, 그리고 제3 프린트 헤드의 제어 핀(4")은 안내 요소(9'')의 유입구 섹션(6)과 정렬되고, 그리고 또한 제어 홈(7'')의 축방향으로 후퇴된 구역에서 그 곳에 있다.
공구 홀더에서의 안내 요소들(9, 9' 및 9")의 제2 회전 포지션 또는 회전 포지션(B)에서, 제1 및 제3 프린트 헤드의 제어 핀들(4 및 4")은 제어 홈들(7 및 7'')의 축방향으로 후퇴된 구역에 위치되며, 그리고 따라서 대응하는 프린트 헤드들은 휴지 포지션에 있다. 그러나 동시에, 제2 프린트 헤드의 제어 핀(4')은 제어 홈(7')의 축방향으로 전진된 구역에 위치되며, 그리고 따라서 프린트 헤드는 작업 포지션에 있다.
공구 홀더에서의 안내 요소들(9, 9' 및 9")의 제3 회전 포지션 또는 회전 포지션(C)에서, 제어 핀들(4 및 4')은 제어 홈들(7 및 7')의 축방향으로 후퇴된 구역에 위치되며, 그리고 따라서 대응하는 프린트 헤드들은 휴지 포지션에 있다. 그러나, 동시에, 제3 프린트 헤드의 제어 핀(4'')은 제어 홈(7'')의 축방향으로 전진된 구역에 위치되며, 그리고 따라서 프린트 헤드는 작업 포지션에 있다.
명시적으로 지정되지 않고 그리고 도 3에서 파선들로 도시되는 추가의 예시적인 회전 포지션들은 전환 포지션들이거나, 프린트 헤드들을 제거하거나 삽입하는데 사용된다. 도 3의 제어 홈들(7, 7' 및 7")은 이전 도면들에서 볼 수 있는 것들에 반드시 대응하지는 않으며, 그리고 제어 프로파일들(12, 12' 및 12")의 풍부한 상이한 구성들이 고려가능하다.
도 4에서, 구동 수단은 안쪽으로 지향된 치향부들을 갖는 치형식 벨트(23)로서 구현된다. 치형식 벨트(23)는 안내 요소들(9, 9', 9")과 치형결합되어서(toothed), 화살표(24)의 방향으로 치형식 벨트의 회전은 동일한 방향으로의 안내 요소들(9, 9', 9")의 동기식 회전으로 이어지는데, 왜냐하면, 도 4에 도시된 실시예에서, 안내 요소들(9, 9', 9'')은 서로 직접 인터로크되지 않고, 단지 치형식 벨트(23)를 통해 서로 연결되기 때문이다.
대안적으로, 구동 수단은 제1 안내 요소(9)와 메싱하는(mesh) 피동 기어휠(미도시됨)에 의해 형성될 수 있다. 도 5는 이러한 변형에 관한 것이며, 그리고 제1 안내 요소(9)가 다른 안내 요소들(9', 9')과 차례로 맞물리는 것이 보일 수 있다. 제1 안내 요소(9)가 화살표(25)의 방향으로 회전할 때, 추가의 안내 요소들(9', 9')은 화살표들(26)의 방향으로 반대 그리고 동기식 회전을 수행한다.
도 6은, 축방향 움직임이 본 발명으로 달성되는 것을 허용하기 위해, 공구, 예를 들어, 프린트 헤드가 지지 요소(17)에 고정될 수 있는 방법을 도시한다. 지지 요소(17) 상의 회전가능한 제어 핀(18')은 대안적인 공구 홀더(19)의 대응하는 프로파일링된 홀(18'')과 상호작용한다. 공구 홀더(19)는 프로파일링된 홀(18")과 함께 회전가능한 제어 핀(18') 위로 푸시된다. 양방향 화살표(20)의 방향으로의 회전가능한 제어 핀(18')의 회전시에, 프로파일 홀(18'')의 프로파일이 편심 제어 볼트(18')에 의해 스캔되어서, 공구 홀더(19)의 변위 및 따라서 공구가 공구 홀더에 부착되는 것이 양방향 화살표(5)의 방향으로, 그리고 따라서 축방향으로 발생한다. 핀들(21)은 대응하는 세장형 홀들(21')에 또는 홈(21'')에 맞물리며, 이는, 프린트 헤드 또는 일반적으로 공구를 이동시키기 위한 축방향(5)으로의 움직임을 허용한다. 베어링 볼들(22)은 대응하는 홈들(22')을 가압하고 그리고 또한 양방향 화살표(5)의 방향으로 동일하게 변위될 수 있다.

Claims (13)

  1. 공구 홀더(tool holder) 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛(tool unit)으로서,
    상기 공구 홀더는 상기 공구를 유지하기 위해 그리고 휴지 포지션(rest position)으로부터 작업 포지션까지 그리고 뒤로 축방향으로의 상기 공구의 안내된 변위를 위해 설계되며,
    상기 공구 홀더(14, 19)는 제어 프로파일(12)을 갖는 제어 구역을 포함하고, 그리고 제어 핀(control pin)(4, 18)은 제어 프로파일(14)에서 상기 축방향(5)으로 오프셋되는(offset) 구역들(13', 13'')과 상호작용하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공구 홀더(14)는 기초 본체(base body) 및 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9'')를 포함하며, 상기 적어도 하나의 안내 요소는 상기 공구 홀더(14)에서 상기 적어도 하나의 공구(1)를 이동시키기 위해 상기 기초 본체 상에 배열되고,
    상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9'')의 벽(8)에, 상기 제어 홈(7)에서의 맞물림을 위한 상기 공구(1)의 제어 핀(4)을 위한 적어도 하나의 제어 홈(7)이 형성되고, 상기 제어 홈은 상기 벽(8)의 원주방향을 따라 이어지는 제어 프로파일(12, 12', 12'')을 포함하며, 상기 제어 프로파일은 상기 축방향으로 오프셋되는 적어도 2개의 구역들(13', 13'')을 포함하고, 그리고 구동 수단은 상기 공구 홀더(14)에서 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9'')를 회전시키기 위해 상기 공구 홀더(14)에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어 홈(7)은 상기 제어 핀(4)을 위한 축방향으로 지향된 유입구 섹션(inlet section)(6)을 포함하며, 상기 유입구 섹션(6)은 상기 벽(8)의 에지에서 개방되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9") 주위에서 이어지고 그리고 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9")와 맞물리는 벨트(belt)(23)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9")와 치형결합되는(toothed) 피동 기어휠(driven gearwheel)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  6. 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 홀더(14)는 복수의 안내 요소들(9, 9', 9"), 바람직하게는 3개의 안내 요소들(9, 9', 9")을 포함하며, 그리고 상기 구동 수단은 상기 안내 요소들(9, 9', 9")을 동기식으로 회전시키도록 설계되고, 상기 복수의 안내 요소들(9, 9', 9")은 상기 구동 수단에 대해 상기 축방향(5)으로 오프셋되는 상기 제어 홈들(7, 7', 7'')의 상기 구역들(13', 13')에 대한 상기 안내 요소들(9, 9', 9'')은 상기 안내 요소들(9, 9', 9'')의 원주방향으로 오프셋되는 상기 공구 홀더(14)에 수용되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 상기 복수의 안내 요소들(9, 9', 9") 중 제1 안내 요소(9)와 맞물리며, 그리고 상기 복수의 안내 요소들(9, 9', 9") 중 적어도 하나의 추가 안내 요소(9', 9")는 상기 제1 안내 요소(9)와 맞물리는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  8. 제2 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3개의 동일한 제어 홈(7, 7', 7")은, 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9")에 배열되고, 바람직하게는 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9")의 원주방향으로 120°만큼 각각 오프셋되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  9. 제2 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄성 정지부는 상기 공구(1)와 상기 적어도 하나의 안내 요소(9, 9', 9") 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 프로파일은, 상기 공구 홀더(19) 상의 프로파일 홀(18')로서 설계되며, 그리고 상기 프로파일 홀(18')은 상기 공구 유닛의 지지 요소(17) 상에서 회전가능한 프로파일링된 제어 핀(18'')과 협동하는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 지지 요소(17)는 동기식 회전을 위한 구동 수단에 의해 구동되는 복수의 제어 핀들(18'')을 포함하며,
    상기 프로파일링된 홀(18')을 갖는 상기 공구 홀더(19)는 상기 제어 핀(18'')과 각각 협동하는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 제어 핀(18')은 그의 회전 축을 따라 탄성적으로 장착되는 것을 특징으로 하는,
    공구 홀더 및 적어도 하나의 공구를 포함하는 공구 유닛.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 따른 공구 유닛을 포함하는 3D 위치결정 디바이스(positioning device), 특히 3D 프린터(printer).
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