KR20220088591A

KR20220088591A - 식재료 적층에 따라 냉각 조건을 변경할 수 있는 냉각 베이스를 구비한 3차원 푸드 프린터

Info

Publication number: KR20220088591A
Application number: KR1020200178845A
Authority: KR
Inventors: 한경희; 이산홍
Original assignee: 경일대학교산학협력단; (주)엘에스비
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-28
Also published as: KR102557933B1

Abstract

실시예는, 냉각 베이스 장치; 상기 냉각 베이스 장치를 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축 방향으로 이동시키는 이송부; 및 상기 냉각 베이스 장치 상부에 배치되어 3차원 푸드 프린팅 공정을 수행하기 위한 압출기와 이송 유닛을 구비한 압출 시스템을 포함하고, 상기 압출기는, 압출 커버, 상기 압출 커버 내측에 삽입되어 상기 압출 커버와 결합되고 액상의 초콜릿을 수용하는 캡슐, 상기 캡슐에 설치되어 상기 액상의 초콜릿을 출력하는 노즐, 상기 캡슐의 내측에 삽입되어 상기 초콜릿에 압력을 전달하는 피스톤부, 상기 압출 커버의 하측에 배치되어 초콜릿을 히팅하는 히팅부, 상기 압출 커버에 하측에 상기 압출 커버의 측면의 적어도 일부 영역을 둘러싸며 배치되어 상기 압출 커버가 소정의 각도 범위 내에서 회전하도록 하는 회전수단 및 상기 회전수단에 일측이 고정되고 타측은 상기 이송 유닛에 고정되는 고정 지지부를 포함하고, 상기 냉각 베이스 장치는 상기 노즐의 위치에 따라 냉각 공기의 출력을 제어하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

Description

식재료 적층에 따라 냉각 조건을 변경할 수 있는 냉각 베이스를 구비한 3차원 푸드 프린터{3D food printer equipped with a cooling base that can change cooling conditions according to the stacking of food ingredients}

본 발명은 3차원 푸드 프린터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 식재료 적층에 따라 냉각 조건을 변경할 수 있는 냉각 베이스를 구비한 3차원 푸드 프린터에 관한 것이다.

3D 프린터는 잉크 대신 합성수지, 분말, 세포 등을 얇은 두께로 층층이 쌓아 일정한 모양을 만들어 내는 일종의 공작기계이다. 미국의 찰스 헐(Charles Hull)이 기본 원리를 착안하고, '88년 최초의 3D 프린터(SLA-250)를 개발하였다. 이후 이 기술의 가능성을 눈여겨본 대학과 기업들의 참여로 다양한 제품들이 물밀듯이 출시되었다. 각 분야에서의 3D프린터의 활약을 살펴보면 의료 분야에서 환자의 세포를 이용하는 '바이오 잉크'를 입체적으로 쌓아 신장, 귀, 뼈 등의 인공장기를 만드는 기술이 탄생하였다. 또한 MRI(자기공명영상 법)과 결합하여 고난도 수술의 성공 가능성을 높이고 있다. 또한 환자의 신체 구조에 정확히 맞는 보조 기구도 개발되고 있다.

그리고 자동차 분야에서는 이미 수십년 전부터 시제품을 제작하는데 이용해왔고, 최근에는 완성차까지 만들어지고 있다. 항공분야에서는 엔진 등 부품을 만들고, 여객기의 무게를 줄이는데 활용중이다. 우주분야에서는 작업에 필요한 공구에서부터 인공위성 망원경을 제작하는데에도 이용되고 있다. 또한, 개도국의 낮은 수공비 때문에 어려움을 겪는 선진국의 주얼리 업체의 수요가 증가하고 있다. 패션에서는 완성에 이르는 시간의 단축과 주문량 및 디자인 변경에 대한 능동적 대응이 가능하다. 또한, 유수의 농기계 업계에서는 3D프린팅을 이용하여 시제품을 만들고, 고가의 농기계 부품을 대체하는 기업도 탄생했다. 뿐만 아니라 병해충 종합 관리 시스템(IPM), 토양 연구, 도시농업 분야에서도 많이 응용되고 있다.

아울러, 최근에는 미세 조류, 배양육, 식용 곤충 등을 원료로 하여 식량 문제를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행 중이며, 기존과는 전혀 다른 형태의 식품이 탄생할 수 있는 기회도 만들어지고 있다.

한국공개특허공보 제10-2018-0064668호 (득허문헌 002) 한국공개특허공보 제10-2019-0016291호

3D 프린터를 이용하여 식품을 성형하는데 있어서, 토출되는 액상의 빠른 경화가 필수적이다. 경화제를 사용하여 경화를 촉진할 수 있으나 사람이 섭취하는 식품이라는 점, 인체에 악영향을 끼킬 수 있는 성분이 경화제에 함유되는 점에서 경화제 없이도 빠르게 성형품의 경화가 가능하도록 하는 기술이 필요하다. 특히, 초콜릿과 같이 온도에 민감한 재료의 경우 이와 관련한 기술의 중요성이 매우 높다고 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 적층되는 식품을 빠르게 경화시켜 성형된 식품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 3차원 푸드 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 캡슐을 고정하는 피스톤부와 이송 유닛 사이에 회전수단을 배치하여 캡슐과 압출 커버의 분리 및 결합을 용이하게 할 수 있는 3차원 푸드 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 압출 커버에 회전수단을 배치하여 압출 커버와 캡슐을 용이하게 분리 및 결합할 수 있도록 한 3차원 푸드 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 3차원 푸드 프린터를 구성하는 구성부들을 작업자의 수작업 없이 시스템적으로 수행할 수 있도록 함으로써 푸드 프린터의 손상을 방지하고 식재료의 보충 및 교환을 신속하게 할 수 있도록 한 3차원 푸드 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다른 측면에서, 상기 냉각 베이스 장치는, 외형을 구성하는 프레임부 및 상기 프레임부의 상부면의 가장자리를 둘러싸며 설치된 냉각송풍부를 포함하고, 상기 냉각송풍부는 서로 독립적으로 냉각 공기를 출력하는 복수의 냉각송풍부를 포함하고, 주기적으로 상기 노즐의 위치를 검출하여 상기 복수의 냉각송풍부 중 상기 노즐과 최인접한 어느 하나의 냉각송풍부에서 상기 냉각 공기가 출력되도록 하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 냉각송풍부는 냉각 공기의 출력 방향을 조절하기 위한 날개부를 더 포함하고, 상기 날개부를 제어하여 상기 냉각 베이스 장치 상에서 식품의 적층 높이에 따라 상기 냉각 공기의 출력 방향을 조절하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 프레임부의 상부면에는 중앙 영역이 개구된 개구 영역이 형성되고, 상기 냉각 베이스 장치는, 상기 개구 영역에 설치된 이동플레이트를 더 포함하고, 상기 이동플레이트 상에 위치한 베이스 식품의 높이에 기초하여 성형 전 상기 이동플레이트의 초기 높이를 조절하여 상기 냉각송풍부로부터의 냉각 공기가 상기 베이스 식품의 상부면에서 성형되는 식품에 제공될 수 있도록 하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 주기적으로 상기 노즐의 위치를 검출하여 상기 복수의 냉각송풍부 중 상기 노즐과 최인접한 냉각송풍부가 복수개인 경우, 다음 시점에서의 노즐의 위치에서의 노즐과 최인접한 냉각송풍부와 동일한 냉각송풍부에서 냉각 공기가 출력되도록 하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 이송 유닛은, 상기 피스톤부와 결합하는 이송 프레임, 상기 이송 프레임이 이동할 수 있는 이송 가이드와, 상기 이송 가이드 내부에 배치되어 상기 이송 프레임을 수직한 방향으로 이송시키는 이송 기어부, 상기 이송 프레임과 체결되는 동력 프레임, 상기 동력 프레임에 배치되어 상기 이송 프레임에 동력을 전달하는 모터, 및 상기 이송 가이드의 하측에 배치되어 상기 압출 커버가 상기 소정의 각도 범위 내에서 정 위치가 되도록 유도하기 위한 자기력을 제공하는 자기력 제공수단을 포함하는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 이송 기어부는, 제1 고정판과 상기 제1 고정판 상에 적어도 하나의 자성체로 구성된 제1 마그네틱부가 배치된 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 자기력 제공수단은 상기 이송 기어부와 피스톤부 사이에 배치되어 상기 캡슐을 회전시키는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 상기 피스톤부는 샤프트와, 상기 샤프트 일측에 배치되어 상기 캡슐의 액상 초콜릿에 압력을 전달하는 패킹부와, 상기 샤프트 타측에 배치되고 상기 이송 기어부에 배치된 제1 고정판 및 제1 마그네틱부와 체결되는 제2 고정판 및 상기 제2 고정판 상에 복수의 자성체들이 구성된 제2 마그네틱부를 포함하며, 상기 자기력 제공수단은 상기 제1 및 제2 마그넥티부를 회전자로 하고, 상기 제1 및 제2 마그네틱부 주위 둘레를 따라 배치된 스테이터와, 상기 스테이터에 배치된 복수의 코일들을 포함하고, 상기 제1 마그네틱부와 제2 마그네틱부의 자성체들은 서로 대응되어 체결되고, 상기 스테이터에 배치된 코일들에서 발생하는 자력에 의해 상기 피스톤부를 회전시켜 상기 피스톤부와 고정된 캡슐을 상기 압출 커버로부터 분리하거나 탈착할 수 있는 3차원 푸드 프린터를 제공할 수 있다.

실시예는, 노즐의 현재 및 다음의 위치를 고려하여 냉각 공기의 배출 영역 과 배출 높이를 제어함으로써 토출되는 액상의 식품이 빠르게 경화시킬 수 있어 성형 식품의 품질을 높일 수 있다. 특히, 실시예는, 초콜릿, 젤리, 양갱 등과 같이 토출 전 고온에서 용융 상태를 유지하고 토출 후에는 경화를 위해 신속히 냉각이 필요한 식품을 성형할 때 식품의 품질을 향상시킬 수 있다.

실시예는, 캡슐을 고정하는 피스톤부와 이송 유닛 사이에 회전수단을 배치하여 캡슐과 압출 커버의 분리 및 결합을 용이하게 할 수 있도록 한 효과가 있다.

실시예는, 압출 커버에 회전수단을 배치하여 압출 커버와 캡슐을 용이하게 분리 및 결합할 수 있도록 한 효과가 있다.

실시예는, 3차원 푸드 프린터를 구성하는 구성부들을 작업자의 수작업 없이 시스템적으로 수행할 수 있도록 함으로써 푸드 프린터의 손상을 방지하고 식재료의 보충 및 교환을 신속하게 할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 개략적 사시도이다.
도 1b는 냉각 베이스 장치 측을 바라본 3차원 푸드 프린터의 개략도이다.
도 2 및 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에 배치되는 압출 유닛의 구조를 도시한 사시도이다.
도 3b는 소정의 각도 범위 내에서 압출 커버의 회전을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 유닛에 배치되는 압출 구동부를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 구동부와 모터의 연결 구조를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 구동부와 압출기의 체결 구조를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기에 배치되는 피스톤과 압출 구동부의 체결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기의 피스톤과 케이스를 분리하기 위한 자기력 제공수단의 구조를 도시한 평면도이다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기에서 피스톤, 케이스 및 노즐부의 조리 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일부 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 압출기의 케이스와 피스톤의 분리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 자기력 제공수단에 의해 피스톤이 케이스로부터 분리되는 모습을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 다른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단과 압출기의 케이스의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단의 구조를 도시한 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단에 의해 압출기의 케이스가 회전하는 모습을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 제2 회전수단에 의해 피스톤이 케이스로부터 분리되는 모습을 도시한 도면이다.
도 18 및 도 19는 압출 시스템을 통해 냉각 베이스 장치 상에서 푸드를 성형하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 20 및 도 21은 냉각 베이스 장치의 동작을 설명하기 위한 냉각 베이스 장치의 단면과 압출 시스템 그리고 푸드를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 개략적 사시도이다. 도 1b는 냉각 베이스 장치 측을 바라본 3차원 푸드 프린터의 개략도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에 배치되는 압출 유닛의 구조를 도시한 사시도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 유닛에 배치되는 압출 구동부를 도시한 사시도이다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 구동부와 모터의 연결 구조를 도시한 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출 구동부와 압출기의 체결 구조를 도시한 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기에 배치되는 피스톤과 압출 구동부의 체결 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기의 피스톤과 케이스를 분리하기 위한 자기력 제공수단의 구조를 도시한 평면도이다. 도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 압출기에서 피스톤, 케이스 및 노즐부의 조리 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 일부 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 압출기의 케이스와 피스톤의 분리 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 자기력 제공수단에 의해 피스톤이 케이스로부터 분리되는 모습을 도시한 도면이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 다른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단과 압출기의 케이스의 결합 구조를 도시한 도면이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단의 구조를 도시한 사시도이다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터의 제2 회전수단에 의해 압출기의 케이스가 회전하는 모습을 도시한 도면이다. 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 푸드 프린터에서 제2 회전수단에 의해 피스톤이 케이스로부터 분리되는 모습을 도시한 도면이다.

도 1a 내지 도 3a를 참조하면, 본 발명의 압출 커버와 피스톤을 자동으로 분리 및 결합할 수 있는 3차원 푸드 프린터(100)는, 3차원 푸드 제조 작업 공간을 제공하는 케이스(101), 케이스(101) 내부에 배치되어 식재료를 압출하는 압출 시스템(200), 케이스(101)의 내부에 배치되어 식재료가 디스펜싱되는 냉각 베이스 장치(120), 냉각 베이스 장치(120)를 X축, Y축 및 Z축으로 이동시키는 이송부(140) 및 3차원 푸드 프린터(100)를 구성하는 각 구성부들에 전원을 공급하거나 동작을 제어하는 제어부(130)를 포함한다. 도면에는 도시하였지만 설명하지 않은 110은 외부에서 작업자(또는 사용자)가 3차원 푸드의 제조 과정을 확인하거나 제조가 완료된 3차원 푸드를 반입 및 반출할 수 있는 입구부이고, 150은 3차원 푸드의 제조 과정에서 사용자에게 제공되는 정보를 표시하는 디스플레이부이다.

또한, 입구부(110)는 케이스(101)의 내부가 시인되도록 투명한 재질로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 입구부(110)에는 도어 장치가 마련되어 사용자는 도어를 열어 내부의 압출 시스템 상에서 캡슐을 배출시키고, 새로운 캡슐을 압출 시스템에 결합시킬 수 있다.

케이스(101)는 도면에는 내부 공간을 갖는 직육면체 구조를 갖는 것으로 도시되었지만, 이것은 고정된 것이 아니다. 3차원 푸드 프린터(100)의 사용 환경이나 소비자의 요구에 따라 그 형태는 다양하게 변형될 수 있다.

케이스(101) 내부에 배치되는 냉각 베이스 장치(120)는 전술한 바와 같이, 3차원 푸드 프린팅 방식으로 식품을 제조할 때 이송부(140)의 동작에 따라 3축 방향으로 움직일 수 있다. 이송부(140)는 압축 시스템(200)의 압출기(250)를 중심으로 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동할 수 있다.

하지만, 경우에 따라서는 냉각 베이스 장치(120)는 고정된 상태에서 압축 시스템(200)의 압출기(250)가 X축, Y축 및 Z축 방향으로 이동하면서 3차원 푸드 프린팅 공정이 수행될 수 있다.

다른 측면에서, 냉각 베이스 장치(120)는 X, Y, Z 축 중 적어도 어느 한 방향으로 이동 가능하고, 압출기(250)는 나머지의 방향으로 이동 가능함에 따라 냉각 베이스 장치(120)와 압출기(250)의 이동에 따라 X, Y, Z 축 방향으로 자유롭게 푸드의 성형이 가능할 수 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만 냉각 베이스 장치(120)를 지지하는 이송부(140)의 지지바에는 냉각수단이 배치될 수 있다. 즉, 냉각 베이스 장치(120)는 소정의 온도로 점성을 갖는 재료가 압출기(250)를 통해 제공되면 냉각수단을 이용하여 빠르게 굳도록할 수 있다.

제어부(130)는 3차원 푸트 프린터(100)의 동작을 제어한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 제어부(130)는 프로세서, 메모리, 통신부, 위치 설정부 및 전원부 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 3차원 푸트 프린터(100)는 외부에서 제공되는 데이터를 이용하여 3차원 푸드를 제조하거나 내부의 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 3차원 푸드를 제조할 수 있다. 특히, 외부 네트워크를 통해 정보를 실시간으로 제공받아 3차원 푸드를 제조할 수 있다.

따라서, 통신부는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등을 통해 푸드와 관련된 데이터를 제공받을 수 있다.

또한, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 사용자나 작업자의 단말기와 푸드 관련 정보를 입력할 수 있는 프로그램(Program) 또는 어플리케이션(application)을 이용하여 제어될 수 있다.

단말기는 스마트 폰, 디지털방송용 단말기, 휴대폰, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 태블릿 PC(tablet PC), 웨어러블 디바이스(wearable device) 및 스마트 글라스(smart glass) 등을 포함할 수 있다.

또한, 통신부는 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식 (예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말기, 임의의 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.

디스플레이부(150)는 푸드 제조 과정시 케이스 내부의 조건 정보, 푸드에 관한 재료 정보, 온도 정보, 위치 정보, 시간 정보 등을 표시하거나 3차원 푸드 프린터(100)를 제어할 수 있도록 정보 입력이 가능한 터치 입력영역을 제공할 수 있다.

디스플레이부(150)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세스(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 식재료를 점성이 있는 형태로 가공하여 냉각 베이스 장치(120)에 푸드 제조에 관한 제공된 정보에 따라 식재료를 압출하는 압출 시스템(200)을 포함한다. 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 식품을 제조하기 위한 식재료에는 그 제한이 없으나 성형 및 배합이 용이하지 않으나 본 발명에 따른 실시예에 따라 3차원 프린팅을 구현이 가능한 초콜릿을 사용하는 것이 바람직한 실시예일 수 있다. 따라서 이하 설명에서는 3차원 푸드 프린터(100)가 초콜릿을 이용하여 3차원 푸드 제품을 제조하는 것으로 한정하여 설명한다.

또한, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 식재료를 중심으로 설명하지만 반드시 푸드에만 적용되지 않는다. 예를 들어, 다양한 형태의 3차원 양초를 제조할 때 파라핀이나 밀랍을 이용하여 3차원 양초를 제작할 수 있다.

본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)에 배치된 압출 시스템(200)은, 초콜릿을 점성이 있는 액체로 변환하여 냉각 베이스 장치(120) 상에 압출하는 압출기(250)와, 압출기(250)를 냉각 베이스 장치(120)에 대하여 수직 방향으로 상하 이동시키는 이송 유닛(280)을 포함할 수 있다.

압출기(250)는 압출 커버(251)와, 압출 커버(251) 내측에 삽입되어 압출 커버(251)와 결합되는 캡슐(256)과, 캡슐(256)의 내측에 삽입되어 점성 상태의 초콜릿에 압력을 전달하는 피스톤부(252)와, 압출 커버(251)의 하측에 배치되어 초콜릿을 히팅하는 히팅부(255)와, 압출 커버(251)에 배치되어 압출 커버(251)와 캡슐(256)을 분리하는 자기력 제공수단(254)과, 자기력 제공수단(254)에 일측이 고정되고 타측은 이송 유닛(280)과 고정되는 고정 지지부(253)를 포함한다.

히팅부(255) 외측에는 복수의 노즐홀(NH)이 형성되고, 노즐홀(NH)을 통해 캡슐(256)에 체결된 노즐(277) 외부로 인출된다.

도 3b를 더 참조하면, 고정 지지부(253)의 말단에는 회전수단(600)이 구비될 수 있다.

회전수단(600)은 압출 커버(251)와 결합될 수 있다. 상세하게, 회전수단(600)은 압출 커버(251)의 하측 영역을 둘레의 일부 영역을 감싸는 형태로 위치하여 압출 커버(251)의 양 측면에 결합할 수 있다.

압출 커버(251)는 회전수단(600)에 결합된 상태에서 소정의 각도 범위(a) 내에서 회전할 수 있다.

상세하게, 지면과 평행한 제1 가상의 축과 상기 제1 가상의 축과 수직한 제2 가상의 축을 기준으로 압출 커버(251)는 회전수단(600)에 결합된 상태에서 제1 및 제2 가상의 축 사이의 범위 내에서의 a 각도 범위 내로 회전할 수 있다.

압출 커버(251) 상에서 캡슐(256)을 분리하기 위하여 캡슐(256) 상의 피스톤부(252)와 자기력 제공수단(500) 사이의 자기적인 결합을 해제한 후 압출 커버(251)를 a1 방향(도 1에서의 입구부(110) 측으로)으로 회전시켜 캡슐(256)을 압출 커버(251)로부터 분리할 수 있다. 또한, 압출 커버(251)가 a1 방향으로 이동한 상태에서 캡슐(256)을 압출 커버(251)로 삽입하고 압출 커버(251)를 a1과 반대 방향인 a2 방향(도 1의 케이스(101)의 뒷면 방향)으로 이동시킨 상태에서 캡슐(256)의 피스톤부(252)를 자기력 제공수단(500)에 자기적인 결합을 시킴으로써 캡슐(256)이 정 위치(cp)가 되도록 하여 최종적으로 압출 커버(251)가 정 위치(cp)가 되도록 할 수 있다.

보다 상세하게, 압출 커버(251)로 캡슐(256)을 분리시킬 때는 압출 커버(251)가 b 각도 범위 내에서 위치할 수 있고, 캡슐(256)이 압출 커버(251)에 삽입하여 압출 커버(251)를 a2 방향으로 이동시키면 압출 커버(251)는 c 각도 범위 내에서 위치할 수 있다. 그리고, 그 후 피스톤부(252)와 자기력 제공수단(500)의 자기적인 결합에 의해 캡슐(256)이 정 위치(cp)에 위치하면 c 각도 범위 내에서도 정위치가 아닌 곳에 압출 커버(251)는 정 위치(cp)에 위치하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 압출 커버(251)로부터 캡슐(256)의 분리 및 결합이 용이하고 자기적인 결합을 이용하여 정 위치에 있지 않은 압출 커버(251)가 자연스럽게 정 위치(cp)가 되도록 할 수 있다.

또한, 사용자는 압출 커버(251)에 캡슐(256)을 삽입한 후에 압출 커버(251)를 a2 방향으로 이동시키고 캡슐(256)을 살짝 들어올리면 피스톤부(252)와 자기력 제공수단(500)의 자기적인 인력에 의해 자연스럽게 피스톤부(252)가 자기력 제공수단(500)에 자기적인 결합을 함으로써 압출 커버(251)가 정 위치(cp)가 되도록 한다. 또한, 피스톤부(252)가 자기력 제공수단(500)에 자기적인 결합을 할 때 피스톤부(252)의 상부 끝단이 자기력 제공수단(500) 내부로 삽입되도록 하고 피스톤부(252)의 상부 끝단과 자기력 제공수단(500)의 내부의 가벼운 충돌에 따른 충돌음이 발생하여 사용자로 하여금 압출 커버(251)가 정 위치(cp)가 되었음을 인지하도록 음향 피드백할 수 있다.

발명회전수단발명회전수단발명

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이송 유닛(280)은 이송 프레임(284)이 이동할 수 있는 이송 가이드(281)와, 이송 가이드(281) 내부에 배치되어 이송 프레임(284)을 수직한 방향으로 이송시키는 이송 기어부(282)와, 이송 프레임(284)과 체결되는 동력 프레임(283)과, 동력 프레임(283)에 배치되어 이송 프레임(284)에 동력을 전달하는 제1 모터(288) 및 제2 모터(289)와, 이송 가이드(281)의 하측에 배치되어 압출기(250)의 캡슐(256)과 압출 커버(251)를 분리 및 결합하는 자기력 제공수단(500)을 포함한다.

보다 구체적으로, 이송 프레임(284)은 이송 프레임(284)으로부터 확장된 확장부(284a)와 동력 프레임(283)이 서로 고정된다. 제1 모터(288)의 제1 회전부(270a)는 이송 프레임(284)에 배치된 제2 회전부(270b)와 동력 벨트(271)에 의해 연결되어 제1 모터(288)의 회전력이 이송 프레임(284)의 제2 회전부(270b)에 전달된다.

또한, 이송 가이드(281)는 이송 프레임(284)과 동력 프레임(283)이 상하로 이동할 때, 이동이 원활할 수 있도록 측벽에 가이드홈(232)이 형성될 수 있다. 이송 기어부(282)는 일측이 이송 가이드(281)의 상면에 고정되고 타측은 압출기(250)의 피스톤부(252)와의 고정을 위한 제1 고정판(282a) 및 제1 마그네틱부(282b)가 배치된다. 제1 마그네틱부(282b)는 제1 고정판(282a) 상에 복수의 자성체들로 구성될 수 있다. 이는, 피스톤부(252)의 제2 고정판(252c) 상에 배치된 제2 마그네틱부(252d)와 자력에 의한 체결을 위함이다. 또한, 제1 마그네틱부(282b)와 제2 마그네틱부(252d)는 자기력 제공수단(500)의 회전자 기능을 하여 캡슐(256)과 압출 커버(251)의 분리 및 체결을 할 수 있도록 한다.

따라서, 도면에는 도시하지 않았지만, 이송 기어부(282)와 제1 고정판(282a) 사이에는 제1 고정판(282a)과 제1 마그네틱부(282b)가 이송 기어부(282)와 독립적으로 회전할 수 있도록 베어링과 같은 회전링을 배치할 수 있다.

또한, 이송 프레임(284)이 상하 이동을 하면 이송 프레임(284)과 고정된 동력 프레임(283)도 함께 상하 이동을 한다. 이송 프레임(284)의 상측과 하측에는 각각 제1 위치감지수단(297)과 제2 위치감지수단(298)이 각각 배치되어 있어 이송 프레임(284)이 이송 가이드(281)의 상측에 위치할 때 제1 위치감지수단(297)에 의해 상부 방향의 이동을 멈추도록 할 수 있다.

마찬가지 방식으로 이송 프레임(284)이 이송 가이드(281)의 하측에 위치할 때, 제2 위치감지수단(297)에 의해 하부 방향의 이동을 멈추도록 할 수 있다.

예시적으로, 제1 및 제2 위치감지수단(297, 298) 각각은 스위치 형태로 구성될 수 있고, 이송 프레임(284)이 이송 가이드(281)의 상측의 미리 정해진 위치에 도달하거나 이송 프레임(284)이 이송 가이드(281)의 하측에 미리 정해진 위치에 도달하면 제1 위치감지수단(297) 또는 제2 위치감지수단(298)의 스위치가 턴온됨으로써 이송 프레임(284)의 이동이 중단될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 압출 커버와 캡슐을 자동으로 분리 및 결합할 수 있는 3차원 푸드 프린터는 캡슐을 고정하는 피스톤부와 이송 유닛 사이에 회전수단을 배치하여 캡슐과 압출 커버의 분리 및 결합을 용이하게 할 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 압출 커버와 캡슐을 자동으로 분리 및 결합할 수 있는 3차원 푸드 프린터는 압출 커버에 회전수단을 배치하여 압출 커버와 캡슐을 용이하게 분리 및 결합할 수 있도록 한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 압출 커버와 캡슐을 자동으로 분리 및 결합할 수 있는 3차원 푸드 프린터는 3차원 푸드 프린터를 구성하는 구성부들을 작업자의 수작업 없이 시스템적으로 수행할 수 있도록 함으로써 푸드 프린터의 손상을 방지하고 식재료의 보충 및 교환을 신속하게 할 수 있도록 한 효과가 있다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 압출기(250)에 배치되는 피스톤부(252)는 바(bar) 형태의 샤프트(252a)와, 샤프트(252a) 일측에 배치되는 패킹부(252b)와, 샤프트(252a) 타측에 배치되는 제2 고정판(252c)과 제2 고정판(252c) 상에 배치된 제2 마그네틱부(252d)를 포함한다. 샤프트(252a)의 일측에 배치되는 패킹부(252b)는 캡슐(256)의 내부에 삽입되어 액상의 초콜릿에 압력을 전달하는 기능을 한다. 또한, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 압출기(250)의 피스톤부(252)를 이송 유닛(280)에 얼라인 하여 고정하기 위해 피스톤부(252)의 일측에 제2 고정판(252c)과 제2 마그네틱부(252d)가 배치된다.

전술한 바와 같이, 제2 마그네틱부(252d)는 제1 마그네틱부(282b)와 함께 캡슐(256)을 회전시키는 역할을 하지만, 피스톤부(252)를 이송 유닛(280)에 체결할 때, 별도의 얼라인 공정 없이 자력에 의해 고정하는 기능을 한다.

따라서, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는, 피스톤부(252)의 타측에 배치된 제2 고정판(252c)과 제2 마그네틱부(252d)는 이송 유닛(280)의 제1 고정판(282a) 상에 배치된 제1 마그네틱부(282b)와 체결된다. 즉, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는, 압출기(250)가 이송 유닛(280)으로부터 용이하게 탈착될 수 있도록 자기력 고정 방식을 이용한다.

따라서, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 압출기(250)의 제2 고정판(252c) 상에 복수의 자성체들로 구성된 제2 마그네틱부(252d)를 배치한다. 제2 마그네틱부(252d)를 구성하는 복수의 자성체들은 제1 마그네틱부(282b)를 구성하는 자성체들과 1:1 대응되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 제1 모터(288)의 동력이 동력 벨트(171)를 통해 제 2회전부(270b)에 전달되면 이송 프레임(284)은 이송 기어부(282)를 따라 상하로 이동한다. 따라서, 이송 프레임(284)의 이동에 따라 이송 프레임(284)과 체결된 압출기(250)의 피스톤부(252)는 상하 이동을 하면서 캡슐(256)에 있는 식재료를 외부로 압출시킨다. 이와 같이, 피스톤부(252)가 상하로 이동하면 패킹부(252b)가 캡슐(256) 내부에 채워진 초콜릿에 압력을 가하는 방식으로 3차원 푸드 프린팅 작업이 진행된다.

이때, 캡슐(256)은 몸체부(256b)와, 몸체부(256b) 전방에 배치된 노즐체결부(256a)와, 몸체부(256b)의 상부에 배치된 캡슐체결부(256c)를 포함한다. 몸체부(256b)는 내부가 비어 있는 원통형 구조로 형성되고, 액상의 초콜릿이 채워지는 공간이다. 노즐체결부(256a)는 액상 상태의 초콜릿을 냉각 베이스 장치(120) 상에 압출 또는 디스펜스 하기 위한 노즐(277)이 체결된다.

또한, 캡슐(256)은 압출 커버(251)와 체결을 위해 상부에 캡슐체결부(256c)가 형성된다. 캡슐(256)은 피스톤부(252)가 삽입되어 있고 피스톤부(252)의 패킹부(252b)에 의해 일정한 힘으로 고정되어 있어 피스톤부(252)를 회전하여 압출 커버(251)에 체결된다. 즉, 캡슐(256)의 캡슐체결부(256c)와 이와 대응하는 압출 커버(251)의 내측면은 나사산 결합을 할 수 있도록 나사산들이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 사용자가 직접 캡슐(256)을 회전시켜 캡슐체결부(256c)와 이와 대응하는 압출 커버(251)의 내측면이 나사 결합이 되도록 하여 캡슐(256)이 압출 커버(251)에 삽입되어 고정되도록 할 수 있고, 사용자가 직접 캡슐(256)을 반대 방향으로 회전시켜 캡슐체결부(256c)와 이와 대응하는 압출 커버(251)의 내측면의 나사 결합을 해제시킴으로써 캡슐(256)이 압출 커버(251)로부터 분리 가능한 형태가 되도록 할 수 있다. 이 경우, 실시예는 캡슐(256)과 압출 커버(251) 상호간의 분리 및 결합을 위한 자기력 제공수단(500)이 생략될 수 있다. 그러나, 캡슐(256)과 압출 커버(251) 사이의 결합 또는 분리의 자동화를 위하여 특히, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 작업자 또는 사용자의 체결 작업 없이 자동으로 캡슐(256)을 회전시켜 캡슐(256)과 압출 커버(251)를 체결할 수 있도록 자기력 제공수단(500)을 배치하였다.

자기력 제공수단(500)은 피스톤부(252)에 배치된 제2 마그네틱부(252d)와 제1 마그넥티부(282b)를 회전자로 하고, 제1 및 제2 마그네틱부(282b, 252d)를 회전시키기 위해 제1 및 제2 마그네틱부(282b, 252d)의 둘레를 따라 배치된 스테이터(352)와, 스테이터(352)의 내면을 따라 소정의 간격으로 배치된 돌출부(353)와, 돌출부(353)에 배치된 코일(353a)을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)에 배치되는 자기력 제공수단(500)은 제2 마그네틱부(252d)를 구성하는 자성체들이 스테이터(352)의 중앙을 기준으로 부채꼴 형태로 복수개가 배치된다. 제2 마그네틱부(252d)는 복수의 자성체로 구성되고 인접한 자성체들과 분리될 수 있도록 소정의 간격을 두고 배치된다. 제1 마그네틱부(282b)를 구성하는 자성체들도 제2 마그네틱부(252d)를 구성하는 자성체들과 대응되도록 형태와 개수가 설정될 수 있다.

제2 마그네틱부(252d)와 마주하는 스테이터(352)의 내면에는 복수의 코일(353a)이 이격배치되어 있어, 코일(353a)에서 발생하는 자기력선에 의해 제2 마그넥티부(252d)는 일정한 방향으로 회전한다. 이와 같이, 제2 마그네틱부(252d)가 회전하면 제2 마그네틱부(252d)와 연결된 피스톤부(252)가 회전하면서 캡슐(256)은 압출 커버(251)에 고정되거나 분리될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따르면 작업자가 피스톤부(252)를 제1 고정판(282a)로부터 분리한 후, 수작업으로 캡슐(256)을 압출 커버(251)에 고정하거나 분리할 수 있다.

다른 측면에서, 자동화를 위하여 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 자기력 제공수단(500)의 동작에 의해 캡슐(256)과 압출 커버(251)를 서로 체결하거나 분리할 수 있는 효과가 있다.

일부 실시예에서 도 14 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는, 캡슐(256)을 압출 커버(251)로부터 분리하거나 고정하기 위해 제2 회전수단(600)을 배치하였다. 제2 회전수단(600)은 압출 커버(251)를 감싸면서 고정할 수 있는 원통형 바디부(600a)와, 원통형 바디부(600a)의 일측에 원통형 바디부(600a)의 직경보다 큰 제1 고리부(600c)와, 제1 고리부(600c)와 대응되는 제2 고리부(600d)와, 제1 및 제2 고리부(600b, 600c) 사이에 삽입되어 제1 고리부(600c)와 고정되는 회전기어플레이트(600b)와, 제1 및 제2 고리부(600c, 600d)의 하측에 배치되어 제2 고리부(600c)에 동력을 전달하는 회전동력부(600e)를 포함한다.

회전기어플레이트(600d)는 제1 고리부(600c)와 제2 고리부(600d) 사이에 삽입 배치되기 위해 소정의 곡률을 갖는 유선형 구조로 형성되며, 일면에는 제1 나사산패턴(P1)이 형성된다. 또한, 회전기어플레이트(600d)는 고정 지지부(253)와 일체로 형성되거나 고정 지지부(253)에 고정되어 배치될 수 있다.

회전수단(600)의 제2 고리부(600d)는 회전기어플레이트(600b)의 제1 나사산패턴(P1)과 마주하는 내면을 따라 제2 나사산패턴(P2)이 형성된다. 따라서, 회전수단(600)에 배치된 회전동력부(600e)에 의해 제2 고리부(600d)가 회전하면 제2 고리부(600d)와 맞물려 있는 회전기어플레이트(600b)에 회전력인 전달된다.

회전기어플레이트(600b)는 전술한 바와 같이, 제1 고리부(600c)에 고정되어 있고 원통형 바디부(600a) 역시 압출 커버(251) 외면에 고정되어 있어 압출 커버(251)가 회전을 하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 회전수단(600)에 의해 압출 커버(251)를 회전시키는 방식으로 압출 커버(251)와 캡슐(256)을 분리하거나 고정할 수 있다.

도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)의 캡슐(256)에는 피스톤부(252)가 삽입되고, 타측의 노즐체결부(256a)에는 노즐(277)이 체결된다.

피스톤부(252)의 패킹부(252b)는 캡슐(256)의 내측과 체결되는데, 패킹부(252b)는 캡슐(256)의 액상 초콜릿에 압력을 전달할 수 있도록 완전히 고정되지 않는다. 하지만, 패킹부(252b)와 캡슐(256)은 소정의 힘을 가하지 않는 경우에는 고정상태를 유지해야 하기 때문에 패킹부(252b)가 위치하는 영역에서 캡슐(256)과 일정한 힘으로 고정된다.

따라서, 피스톤부(252)의 회전만으로 캡슐(256)의 캡슐체결부(256c)에 형성된 나사산과 압출 커버(251)의 내면에 형성된 나사산의 결합과 분리가 가능하다.

한편, 도 11a 내지 도 11d에서 제2 마그넥티부(252d)의 상부면이 평평한 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니고 도 9에서의 제2 마그넥티부(252d)부와 같이 상부면에는 제1 마그네틱부(282b)의 제1 고정판(282a) 상의 복수의 자성체들과 대응하는 형태의 복수의 자성체들이 마련될 수 있다.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 압출 커버와 캡슐을 자동으로 분리 및 결합할 수 있는 3차원 푸드 프린터(100)는, 압출 커버(251)와 캡슐(256)의 분리 및 결합을 위해 회전수단(600)을 배치한다.

회전수단(600)은, 압출 커버(251)를 감싸면서 고정할 수 있는 원통형 바디부(600a)와, 상기 원통형 바디부(600a)의 일측에 배치되고, 원통형 바디부(600a)의 직경보다 큰 제1 및 제2 고리부(600c, 600d)와, 상기 제1 및 제2 고리부(600c, 600d) 사이에 배치되는 회전기어플레이트(600b)와, 상기 제2 고리부(600d)에 동력을 전달하는 회전동력부(600e)를 포함한다.

또한, 회전기어플레이트(600b)는 제1 고리부(600c)에 고정되고, 회전기어플레이트(600b)는 제2 고리부(600d)의 내면과 마주하는 면에 복수의 나사산 패턴들이 형성된다. 제2 고리부(600d)는 회전기어플레이트(600b)의 나사산 패턴들과 마주하는 면에 복수의 나사산 패턴들이 형성되어 회전기어플레이트(600b)와 제2 고리부(600d)가 결합 및 회전할 수 있도록 하였다.

또한, 회전수단(600)과 이송 유닛(280) 사이에는 고정 지지부(253)가 배치되고, 고정 지지부(253)의 일측은 회전수단(600)의 회전기어플레이트(600b)와 고정된다. 회전기어플레이트(600b)는 제1 고리부(600c)의 둘레를 따라 고정배치되기 위해 소정의 곡률을 갖는 유선형 구조로 형성될 수 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 푸드 프린터(100)는 도 13a 및 도 13b와 달리 회전수단(600)의 회전에 의해 압출 커버(251)가 회전되고, 압출 커버(251)의 회전에 의해 압출 커버(251)와 캡슐(256)이 서로 분리되거나 결합되는 것을 볼 수 있다.

도 18 및 도 19는 압출 시스템을 통해 냉각 베이스 장치 상에서 푸드를 성형하는 것을 나타낸 개략도이다. 도 20 및 도 21은 냉각 베이스 장치의 동작을 설명하기 위한 냉각 베이스 장치의 단면과 압출 시스템 그리고 푸드를 나타낸 것이다.

도 18 내지 도 21을 참조하면, 냉각 베이스 장치(120)는 외형을 구성하는 프레임부(121), 프레임부(121)의 상부면의 중앙 영역을 구성하는 이동플레이트(124), 이동플레이트(124)의 높이를 조절하기 위한 높이조절장치(125) 및 프레임부(121)에 수납된 냉각공기생성부(126)를 구비한다.

프레임부(121)는 이송부(140)에 설치되고, 이송부(140)에 의해 평면 영역 상에서 다양한 방향으로 이동할 수 있다.

프레임부(121)의 상부면 중 중앙 영역은 개구되고, 개구 영역에 이동플레이트(124)가 설치될 수 있다. 그리고, 이동플레이트(124)의 초기 최초 위치에서 이동플레이트(124)와 프레임부(121)의 상부면은 동일 평면을 형성할 수 있다.

프레임부(121)의 상부면의 가장자리를 영역에는 냉각송풍부(122)가 설치될 수 있다.

냉각송풍부(122)는 프레임부(121)의 상부면의 가장자리를 둘러싸는 형태로 위치할 수 있다.

냉각송풍부(122)는 제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224)로 구성될 수 있다. 이들 각각은 서로 독립적으로 냉각 공기를 출력할 수 있다.

냉각공기생성부(126)는 예시적으로 펠티어 소자를 포함할 수 있다.

냉각공기생성부(126)는 상부면에 위치한 이동플레이트(124)의 하부면을 향해 냉각 공기를 출력할 수 있다. 따라서, 이동플레이트(124)는 냉각됨으로써 이동플레이트(124)의 상부면으로 출력된 출력물을 빠르게 경화시킴과 동시에 성형이 완성된 식품이 이동플레이트(124)의 상부면으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 한다.

또한, 냉각공기생성부(126)는 제어부(130)의 제어에 따라 제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224) 중 어느 하나의 냉각송풍부로 냉각 공기를 제공할 수 있다.

제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224) 각각은 프레임부(121)의 중앙에 배치된 성형 중인 푸드에 냉각 공기를 독립적으로 송출할 수 있다.

제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224) 각각에는 독립적으로 제어 가능한 냉각 공기 출력 방향을 제어하는 날개부(123)가 설치될 수 있다. 날개부(123)의 회전 각도에 따라 냉각 공기의 출력 방향을 조절될 수 있다.

제어부(130)는 푸드를 성형하는 과정에서 주기적으로 압출 시스템(200)의 노즐(277)이 현재 프레임부(121) 상측에서의 위치를 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부(130)는 푸드의 성형을 위한 3D 데이터를 이용하여 푸드 성형 과정 중 주기적으로 노즐(277)의 현재 위치를 검출할 수 있다.

제어부(130)는 노즐(277)의 위치를 검출한 후, 냉각 공기를 배출할 냉각송풍부 선택 동작을 수행할 수 있다. 노즐(277)의 위치는 주기적으로 검출되므로, 선택 동작 또한 주기적으로 수행될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어부(130)는 푸드의 성형을 위한 3D 데이터를 이용하게 되므로, 3D 데이터에 따른 노즐(277)의 위치를 사전에 파악할 수 있다. 따라서, 제어부(130)는 성형 전체 과정에서 노즐(277)과 최인접한 냉각송풍부에 대한 정보를 미리 검출할 수도 있다.

제어부(130)는 푸드를 성형할 때 제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224) 중에서 현재의 압출 시스템(200)의 노즐(277)(도 11a에서의 노즐(277))과 최인접한 냉각송풍부를 선택하고, 선택된 냉각송풍부에서만이 냉각 공기가 출력되도록 할 수 있다. 만약, 압출 시스템(200)의 노즐(277)과 최인접한 냉각송풍부가 복수개인 경우, 다음 시점에서의 노즐(277)의 위치에 따라 선택될 냉각송풍부와 최인접한 냉각송풍구에서 냉각 공기가 출력되도록 할 수 있다.

예를 들어, 현재 시점에서의 노즐(277)과 최인접한 냉각송풍구가 제1 및 제3 냉각송풍부(1221, 1223)이고, 다음 시점에서의 노즐(2770과 최인접한 냉각송풍구가 제4 냉각송풍부(1224)인 경우, 제4 냉각송풍부(1224)와 최인접한 제1 냉각송풍부(1221)에서 냉각 공기가 출력되도록 할 수 있다.

만약, 현재 시점에서의 노즐(277)과 최인접한 냉각송풍구가 제1 및 제2 냉각송풍부(1221, 1222)이고, 다음 시점에서의 노즐(2770과 최인접한 냉각송풍구가 제2 냉각송풍부(1222) 또는 제4 냉각송풍부(1224)인 경우, 제1 및 제2 냉각송풍부(1221, 1222) 모두 제2 냉각송풍부(1222) 또는 제4 냉각송풍부(1224)와 최인접하게 된다. 즉, 다음 시점에서의 노즐(277)의 위치에 따라 선택될 냉각송풍부와 최인접한 냉각송풍구가 복수개인 경우, 이들 중 이전 시점에서 냉각 공기를 출력했던 냉각송풍부에서 냉각 공기가 출력되도록 할 수 있다. 만약, 최인접한 냉각송풍부 중 현재 냉각 공기를 출력 중인 냉각송풍부가 없는 경우, 냉각 공기를 출력할 임의의 어느 하나의 냉각송풍부를 선택할 수 있다.

실시예는, 노즐(277)의 현재 및 다음 시점에서의 위치를 고려하여 제1 내지 제4 냉각송풍부(1221, 1222, 1223, 1224) 중에서 냉각 공기를 출력할 냉각송풍부를 선택함으로써, 성형 영역에 냉각 공기가 집중될 수 있도록 유도함으로써 성형 식품의 경화를 신속히 진행하여 성형 식품의 품질을 높일 수 있다.

또한, 제어부(130)는 냉각 공기를 출력할 냉각송풍부를 선택하고, 이동플레이트(124)의 상부면으로부터의 노즐(277)의 높이에 따라 선택된 냉각송풍부의 날개부(123)를 제어할 수 있다. 상세하게, 식품의 성형에 따라 적층 높이가 높아지는 경우, 날개부(123)를 제어하여 냉각 공기가 출력되는 높이를 조절함으로써 노즐(277)로부터 출력물이 적층될 때 빠르게 경화될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 식품의 성형 전 미리 입력된 베이스 식품의 높이 정보에 기초하여 이동플레이트(124)의 초기 높이를 조절할 수 있다.

베이스 식품은 기 가공된 식품으로써, 예를 들어 무지케익 상부면에 실시예를 이용하여 초콜릿 장식을 하는 경우, 해당 무지케익이 베이스 식품이다.

베이스 식품의 높이가 높은 경우, 냉각송풍부(122)에서 출력된 냉각 공기가 베이스 식품의 측면이나 상부 표면으로만 집중될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 이동플레이트(124)의 높이를 낮춤으로써 베이스 식픔의 높이를 낮출 수 있고, 냉각송풍부(122)에서 출력된 냉각 공기가 베이스 식품 상부면에서 성형되는 출력물에 집중적으로 공급될 수 있도록 한다.

한편, 실시예를 설명함에 있어서, 냉각 베이스 장치(120)가 냉각 공기를 출력하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고 온풍 공기를 출력하고 온풍 공기에 따라 이동플레이트(124)의 상부면이 소정의 온도 이상으로 가열될 수도 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100: 3차원 푸드 프린터
101: 케이스
120: 냉각 베이스 장치
121: 프레임부
122: 냉각송풍부
123: 날개부
124: 이동플레이트
125: 높이조절장치
126: 냉각공기생성부
130: 제어부
140: 이송부
200: 압출 시스템
250: 압출기
251: 압출 커버
252: 피스톤부
255: 히팅부
256: 캡슐
277: 노즐
280: 이송 유닛
281: 이송 가이드
282: 이송 기어부
284: 이송 프레임
283: 동력 프레임
500: 자기력 제공수단
600: 회전수단

Claims

냉각 베이스 장치;
상기 냉각 베이스 장치를 X축, Y축 및 Z축 중 적어도 어느 하나의 축 방향으로 이동시키는 이송부; 및
상기 냉각 베이스 장치 상부에 배치되어 3차원 푸드 프린팅 공정을 수행하기 위한 압출기와 이송 유닛을 구비한 압출 시스템을 포함하고,
상기 압출기는,
압출 커버,
상기 압출 커버 내측에 삽입되어 상기 압출 커버와 결합되고 액상의 초콜릿을 수용하는 캡슐,
상기 캡슐에 설치되어 상기 액상의 초콜릿을 출력하는 노즐,
상기 캡슐의 내측에 삽입되어 상기 초콜릿에 압력을 전달하는 피스톤부,
상기 압출 커버의 하측에 배치되어 초콜릿을 히팅하는 히팅부,
상기 압출 커버에 하측에 상기 압출 커버의 측면의 적어도 일부 영역을 둘러싸며 배치되어 상기 압출 커버가 소정의 각도 범위 내에서 회전하도록 하는 회전수단 및
상기 회전수단에 일측이 고정되고 타측은 상기 이송 유닛에 고정되는 고정 지지부를 포함하고,
상기 냉각 베이스 장치는 상기 노즐의 위치에 따라 냉각 공기의 출력을 제어하는
3차원 푸드 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 냉각 베이스 장치는,
외형을 구성하는 프레임부 및
상기 프레임부의 상부면의 가장자리를 둘러싸며 설치된 냉각송풍부를 포함하고,
상기 냉각송풍부는 서로 독립적으로 냉각 공기를 출력하는 복수의 냉각송풍부를 포함하고,
주기적으로 상기 노즐의 위치를 검출하여 상기 복수의 냉각송풍부 중 상기 노즐과 최인접한 어느 하나의 냉각송풍부에서 상기 냉각 공기가 출력되도록 하는
3차원 푸드 프린터.
제2 항에 있어서,
상기 냉각송풍부는 냉각 공기의 출력 방향을 조절하기 위한 날개부를 더 포함하고,
상기 날개부를 제어하여 상기 냉각 베이스 장치 상에서 식품의 적층 높이에 따라 상기 냉각 공기의 출력 방향을 조절하는
3차원 푸드 프린터.
제3 항에 있어서,
상기 프레임부의 상부면에는 중앙 영역이 개구된 개구 영역이 형성되고,
상기 냉각 베이스 장치는,
상기 개구 영역에 설치된 이동플레이트를 더 포함하고,
상기 이동플레이트 상에 위치한 베이스 식품의 높이에 기초하여 성형 전 상기 이동플레이트의 초기 높이를 조절하여 상기 냉각송풍부로부터의 냉각 공기가 상기 베이스 식품의 상부면에서 성형되는 식품에 제공될 수 있도록 하는
3차원 푸드 프린터.
제3 항에 있어서,
주기적으로 상기 노즐의 위치를 검출하여 상기 복수의 냉각송풍부 중 상기 노즐과 최인접한 냉각송풍부가 복수개인 경우, 다음 시점에서의 노즐의 위치에서의 노즐과 최인접한 냉각송풍부와 동일한 냉각송풍부에서 냉각 공기가 출력되도록 하는
3차원 푸드 프린터.
제1 항에 있어서,
상기 이송 유닛은,
상기 피스톤부와 결합하는 이송 프레임,
상기 이송 프레임이 이동할 수 있는 이송 가이드와, 상기 이송 가이드 내부에 배치되어 상기 이송 프레임을 수직한 방향으로 이송시키는 이송 기어부,
상기 이송 프레임과 체결되는 동력 프레임,
상기 동력 프레임에 배치되어 상기 이송 프레임에 동력을 전달하는 모터, 및
상기 이송 가이드의 하측에 배치되어 상기 압출 커버가 상기 소정의 각도 범위 내에서 정 위치가 되도록 유도하기 위한 자기력을 제공하는 자기력 제공수단을 포함하는
3차원 푸드 프린터.
제6 항에 있어서,
상기 이송 기어부는,
제1 고정판과 상기 제1 고정판 상에 적어도 하나의 자성체로 구성된 제1 마그네틱부가 배치된
3차원 푸드 프린터.
제7 항에 있어서,
상기 자기력 제공수단은 상기 이송 기어부와 피스톤부 사이에 배치되어 상기 캡슐을 회전시키는
3차원 푸드 프린터.
제8 항에 있어서,
상기 피스톤부는 샤프트와, 상기 샤프트 일측에 배치되어 상기 캡슐의 액상 초콜릿에 압력을 전달하는 패킹부와, 상기 샤프트 타측에 배치되고 상기 이송 기어부에 배치된 제1 고정판 및 제1 마그네틱부와 체결되는 제2 고정판 및 상기 제2 고정판 상에 복수의 자성체들이 구성된 제2 마그네틱부를 포함하며,
상기 자기력 제공수단은 상기 제1 및 제2 마그넥티부를 회전자로 하고, 상기 제1 및 제2 마그네틱부 주위 둘레를 따라 배치된 스테이터와, 상기 스테이터에 배치된 복수의 코일들을 포함하고,
상기 제1 마그네틱부와 제2 마그네틱부의 자성체들은 서로 대응되어 체결되고, 상기 스테이터에 배치된 코일들에서 발생하는 자력에 의해 상기 피스톤부를 회전시켜 상기 피스톤부와 고정된 캡슐을 상기 압출 커버로부터 분리하거나 탈착할 수 있는
3차원 푸드 프린터.