WO2016028041A1 - 3ｄ 프린터 - Google Patents

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WO2016028041A1
WO2016028041A1 PCT/KR2015/008562 KR2015008562W WO2016028041A1 WO 2016028041 A1 WO2016028041 A1 WO 2016028041A1 KR 2015008562 W KR2015008562 W KR 2015008562W WO 2016028041 A1 WO2016028041 A1 WO 2016028041A1
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unit
temperature
moving
filament
cooling
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PCT/KR2015/008562
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김형석
최규진
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엘지전자 주식회사
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    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer, and more particularly to a 3D printer that can improve the output speed.
  • a 3D printer is a device which sequentially sprays predetermined materials on the basis of a three-dimensional drawing, stacks layers with a fine thickness, and outputs a solid three-dimensional shape.
  • Such 3D printers have been developed and used for manufacturing, and various products can be manufactured using 3D printers.
  • An object of the present invention is to provide a 3D printer which can improve the output speed.
  • an extruder comprising: a filament moving unit for moving the introduced filament in a downward direction; a heating unit for heating the filament moved by the filament moving unit; a nozzle for outputting the heated filament into the cavity;
  • the cooling unit has a cooling unit for cooling the filament moving unit to reduce heat by the filament moving unit, a first temperature sensing unit for sensing the temperature of the heating unit, and a second temperature sensing unit for sensing the temperature of the cooling unit, the processor,
  • the heating unit and the cooling unit are controlled based on the first temperature sensing unit and the second temperature sensing unit.
  • the extrusion unit includes a filament moving unit for moving the introduced filament downward, a heating unit for heating the filament moved by the filament moving unit, a nozzle for outputting the heated filament into the cavity, and a heating unit And a cooling unit for cooling the filament moving unit to reduce heat by the filament moving unit, a first temperature sensing unit sensing a temperature of the heating unit, and a second temperature sensing unit sensing a temperature of the cooling unit. Based on the 1st temperature sensing part and the 2nd temperature sensing part, by controlling a heating part and a cooling part, the output speed of a filament can be improved. The.
  • the carriage can be moved on the x, y plane, in particular, at least one of the two drive motors driving By the operation of the motor, the x-axis, y-axis movement can be performed at the same time.
  • the surface shape can be formed more smoothly at the time of creation of a molded object.
  • FIG. 1 is a view showing a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an example of a mobile device in the 3D printer of FIG. 1.
  • 3A to 3H are views referred to for describing the operation of the mobile device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an internal block diagram of the 3D printer of FIG. 1.
  • FIG. 5 is an example of the extruded part of FIG. 2.
  • FIG. 6 is another example of the extruded part of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of operating an extruded part.
  • module and “unit” for components used in the following description are merely given in consideration of ease of preparation of the present specification, and do not impart any particular meaning or role by themselves. Therefore, the “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • FIG. 1 is a view showing a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D printer 100 includes a case 101 forming an appearance, a cavity 50 formed in the case 101, and a space 50 for forming a sculpture. It is disposed in the case 101, and may be provided with a moving device 200 for moving and outputting the material for forming the sculpture. In addition, on the door 105 and the window 103 and the window 103 formed so that the inside of the cavity 50 can be seen on the door 105 and the door 105 for accessing the completed sculpture to the outside.
  • the display device may further include a display (not shown) for displaying an operation state of the 3D printer.
  • the 3D printer described in the present specification the first method, a polymer material or a metal powder to melt the thermoplastic material (ABS, Polyamide) of the filament line in a nozzle to solidify in a thin film form and then laminated to the application of the roller Sintered and stacked only the part to be formed into the product by using laser, and the photo-curable resin in the liquid state is placed in the chamber and the resin is cured by using laser light, ultraviolet light, digital light (projector), etc.
  • the third method the fourth method of curing the resin using ultraviolet light at the same time as the injection of the photo-curing liquid resin using the inkjet printhead, the adhesive coated material is cut into the desired cross-section using a laser beam and layered It may be classified into a fifth method of forming by laminating.
  • the filament line thermoplastic material (ABS, Polyamide) is melted in a nozzle to solidify in the form of a thin film mainly described a method of laminating.
  • the post-curing step is unnecessary, the product generation time can be shortened, the product having various colors can be produced, and the weight and manufacturing cost can be reduced.
  • the moving device 200 can move the carriage 280 to be attached at least in the x, y plane.
  • the extrusion part 300 of FIG. 2 or FIG. 3 for outputting a filament is attached to the carriage 280. As shown in FIG.
  • the heated filaments are sequentially stacked on the plate (115 in FIG. 2) in the cavity while the carriage 280 to be attached moves by the moving device 200 into the x, y plane. As a result, it is possible to create a sculpture desired by the user.
  • thermoplastic resin As the thermoplastic resin, ABS, PLA and the like can be used.
  • the mobile device 200 will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view of an example of a mobile device in the 3D printer of FIG. 1.
  • the moving device 200 is disposed on one side of the support 113, the plate 115 disposed on the support 113, the support 113 and intersects the support 113, that is, vertically. And a lifting shaft 117 extending between the first guide portion 116a, the second guide portion 116b, the second guide portion 116a, and the second guide portion 116b.
  • the moving device 200 includes a drive motor 251 for driving the z-axis, which is disposed above the first guide part 116a, the second guide part 116b, and the lifting shaft 117, and the lifting device.
  • Steel plate 252 may be provided.
  • the drive motor 251 is disposed on the lifting plate 252, and the first guide part 116a, the second guide part 116b, and the lifting shaft 117 are moved by the operation of the driving motor 251. Accordingly, the drive motor 251 and the lifting plate 252 can move in the z-axis direction.
  • the driving motor 251 for driving the z-axis and the elevating plate 252 may be referred to as a second moving unit 220 that is responsible for the z-axis movement in the moving device 200.
  • a frame 215 extending in the y-axis direction on the drive motor 251 and the lifting plate 252, and an arm extending in the x-axis direction crossing the frame 215 on the frame 215.
  • arm 225 is disposed.
  • the moving device 200 includes, on the frame 215, drive motors 212 and 214 disposed at both ends of the frame 215, and timing pulleys 211 and 213 connected to the respective motors 212 and 214. It is provided.
  • the moving device 200 moves on the arm 225, the idlers 216a, 216b, 216c, and 216d which are arranged in the area where the arm 225 and the frame 215 intersect, and the x-axis moves.
  • the drive motor extends through the carriage 280 and the idlers 216e, 216f and 216g disposed at both ends of the carriage 225, the plurality of idlers 216a, ..., 216g and the timing pulleys 211 and 213. And a timing belt 217 for transmitting the driving force of 212 and 214.
  • the timing belt 217 includes a first timing pulley 211 attached to the first drive motor 212, idlers 216a, 216f, and 216d, and a second timing pulley attached to the second drive motor 214 ( 213, idlers 216c, 216g, 216b and a first timing pulley 211 attached to the first drive motor 212.
  • the moving direction and the moving speed of the timing belt 217 are determined, and thus, mounted on the frame 215.
  • the arm 225 may move in the y axis direction, and the carriage 280 mounted on the arm 225 may move in the x axis direction.
  • the arm 225 in the moving device 200 is the y-axis.
  • the carriage 200 of FIG. 2 is disposed on the arm 225 in the movement apparatus 200 when the rotation directions of the first driving motor 212 and the second driving motor 214 are opposite to each other.
  • 280 moves on the x axis. This will be described later with reference to FIGS. 3A to 3H.
  • drive motors 212 and 214 for driving x and y axes, frame 215, arms 225, carriage 280, idlers 216a, ..., 216g, timing pulleys 211 and 213, timing belts. 217 and the like may also be referred to as a first moving unit 210 that is responsible for x, y axis movement in the moving device 200. In this case, the first moving unit 210 may not be included.
  • the first moving part 210 extends in the second direction crossing the frame 215 on the frame 215 extending in the first direction and the frame 215, and the carriage 280 is An arm 225 disposed thereon, first and second drive motors 212 and 214 disposed on the frame 215 and spaced apart from each other, and timing pulleys 211 and 213 connected to the first and second drive motors 212 and 214. It may be provided with a plurality of (216a, ..., 216g) disposed on the arm 225, and a timing belt 270 extending through the timing pulleys (211,213) and (216a, ..., 216g). .
  • the first moving unit 210 moves the arm in the first direction, and the first and second driving motors 212 and 214 are opposite to each other.
  • the carriage 280 on the arm moves in the second direction.
  • the first moving part 210 moves the carriage 280 in the second direction while moving the arm in the first direction.
  • the extrusion part 300 is attached to the carriage 280 arranged on the arm 225. Meanwhile, unlike the drawing, a bracket (not shown) may be connected between the carriage 280 and the extrusion part 300.
  • the second drive unit 220 may move the plate 115 in the z-axis direction without moving the drive motor 251 and the lifting plate 252.
  • the carriage 280 can be moved on the x, y plane, in particular, two drive motor By the operation of at least one of the driving motor, it is possible to perform the x-axis, y-axis movement at the same time. Thereby, the surface shape can be formed more smoothly at the time of creation of a molded object.
  • 3A to 3H are views referred to for describing the operation of the mobile device of FIG. 2.
  • FIGS. 3A-3B illustrate the carriage 280 moving in x-axis.
  • FIG. 3A illustrates that the carriage 280 moves forward when the first drive motor 212 rotates right and the second drive motor 214 rotates left. That is, the carriage 280 illustrates that the frame 215 moves in the opposite direction.
  • 3B illustrates that the carriage 280 moves backward when the first drive motor 212 rotates left and the second drive motor 214 rotates right. That is, the carriage 280 illustrates the movement in the frame 215 direction.
  • FIGS. 3C-3D illustrate the arm 225 moving in the y axis.
  • FIG. 3C illustrates that the arm 225 moves to the left when the first driving motor 212 and the second driving motor 214 turn right. That is, it illustrates that the arm 225 moves in the direction of the first drive motor 212.
  • 3D illustrates that the arm 225 moves to the right when the first drive motor 212 and the second drive motor 214 turn left. That is, it illustrates that the arm 225 moves in the direction of the second drive motor 214.
  • FIGS. 3E-3H illustrate the carriage 280 moving in the x-axis and the arm 225 moving in the y-axis.
  • FIG. 3E illustrates that the carriage 280 moves in the upper right direction when the first drive motor 212 rotates left and the second drive motor 214 stops. That is, the arm 225 moves to the right, and the carriage 280 moves backward. As a result, the carriage 280 moves in the approximately 45 degree direction.
  • FIG. 3F illustrates that the carriage 280 moves in the lower right direction when the first drive motor 212 stops and the second drive motor 214 is turned left. That is, the arm 225 moves to the right, and the carriage 280 moves forward. As a result, the carriage 280 moves in the approximately 135 degree direction.
  • FIG. 3G illustrates that the carriage 280 moves in the lower left direction when the first drive motor 212 rotates right and the second drive motor 214 stops. That is, the arm 225 moves to the left side, and the carriage 280 moves forward. As a result, the carriage 280 moves in the direction of approximately 225 degrees.
  • FIG. 3H illustrates that the carriage 280 moves in the upper left direction when the first drive motor 212 stops and the second drive motor 214 rotates to the right. That is, the arm 225 moves to the left, and the carriage 280 moves backward. As a result, the carriage 280 moves in the direction of approximately 315 degrees.
  • the carriage 280 can be moved on the x, y plane, in particular, Figures 3e to 3 As in 3h, by the operation of at least one of the two drive motors, the x-axis, y-axis movement can be performed at the same time.
  • the surface shape can be formed more smoothly at the time of creation of a molded object.
  • FIG. 4 is an internal block diagram of the 3D printer of FIG. 1.
  • the 3D printer 50, the external device interface unit 130, the network interface unit 120, the memory 140, the processor 170, the display 180, the power supply unit 195, the mobile device 200 may include an extrusion part 300.
  • the input unit 110 transmits a signal input by the user to the processor 170, and for this purpose, an operation button may be provided.
  • an operation button may be provided.
  • the power on button, a power on signal, a start signal by the start button, a pause signal by the pause button, and the like may be transmitted to the processor 170.
  • the network interface unit 120 provides an interface for connecting the 3D printer 50 with a network by wired / wireless data communication.
  • the network interface unit 120 provides an interface that can be connected to a mobile terminal, a PC, and the like. Accordingly, the network interface unit 120 can exchange data with a mobile terminal or a PC through wired / wireless communication.
  • data may be exchanged with an external server (not shown) through a network.
  • a wireless data communication method various data communication methods such as Bluetooth, WiFi Direct, WiFi, DLNA, and APiX are possible.
  • the 3D graphic image for generating a 3D sculpture may be received from a wired / wireless connected PC or a mobile terminal through the network interface unit 120.
  • the external device interface unit 130 provides an interface for exchanging data with an external device through input terminals such as USB and HDMI.
  • a 3D graphic image for generating a 3D sculpture may be received from a USB storage device, which is an external device, through a USB terminal.
  • the memory 140 may store a program for processing and controlling each signal in the processor 170, and may store a signal-processed video, audio, or data signal.
  • the memory 140 may perform a function for temporarily storing an image, audio, or data signal input from the external device interface unit 130.
  • the processor 170 may control each unit in the 3D printer 50.
  • the processor 170 may generate the 3D sculpture based on the 3D graphic image input from the network interface unit 120 or the external device interface unit 130.
  • the mobile device 200 and the extruder ( 300) can be controlled.
  • the processor 170 may control the first driving motor 212 and the second driving motor 214 such that the moving device 200 moves in the x and y axes, as illustrated in FIGS. 3A to 3H. . That is, the first driving motor 212 and the second driving motor 214 in the first moving unit 210 may be controlled.
  • the processor 170 may move the arm 225 in the first direction by rotating the first and second drive motors 212 and 214 in the same direction. 212 and 214 may rotate in opposite directions such that the carriage 280 on the arm 225 may move in the second direction.
  • the processor 170 may move only one of the first and second driving motors 212 and 214 to move the carriage 280 in the second direction while moving the arm 225 in the first direction. .
  • the processor 170 may control the driving motor 251 in the second moving unit 220 so that the moving device 200 moves in the z axis.
  • the processor 170 may control the filament moving speed and the like in the extruder (300).
  • the moving speed of the filament may be determined according to the temperature of the extrusion part 300. For example, the higher the temperature, the faster the movement speed.
  • the processor 170 in order to control the filament moving speed, etc. in the extruder 300, the filament moving unit 310, the heating unit 320, the cooling unit 330 in the extrusion unit 300 ) May be controlled.
  • the processor 170 receives a temperature sensed by the first temperature detector 325 that senses the temperature of the heating unit 320, and senses a second temperature that senses the temperature of the cooling unit 330.
  • the temperature sensed from the unit 335 may be received.
  • the processor 170 may control the heating unit 320 and the cooling unit 330 based on the first temperature sensing unit 325 and the second temperature sensing unit 335.
  • the processor 170 may control the heating unit 320 to rise to a target heating temperature and control the cooling unit 330 to lower to a target cooling temperature.
  • the processor 170 may temporarily lower the target heating temperature when the temperature of the cooling unit 330 is equal to or higher than the target cooling temperature.
  • the processor 170 may stop the operation of the filament moving unit 310.
  • the processor 170 at least one of the heating unit 320 or the cooling unit 330, such that the temperature difference between the temperature of the first temperature sensor 325 and the second temperature sensor 335 is within a predetermined range. You can also control.
  • the processor 170 may control the filament moving part 310 to decrease in speed as the temperature of the heating part 320 increases.
  • the processor 170 may control the filament moving unit 310 to temporarily reduce the moving speed of the filament. have.
  • the processor 170 may control the temperature of the cooling unit 330 to decrease as the temperature of the heating unit 320 increases. Specifically, as the temperature of the heating unit 320 increases, the processor 170 may temporarily control the temperature of the cooling unit 330 to decrease in order to reduce heat transferred to the filament moving unit 310. Can be.
  • the display 180 may display information related to the operation of the 3D printer 100.
  • the display 180 may be implemented as a PDP, an LCD, an OLED, or the like.
  • the power supply 195 may supply power required for the operation of each component under the control of the processor 170.
  • power may be supplied to the processor 170, which may be implemented in the form of a system on chip (SOC), and the display 180 for displaying information.
  • the power supply unit 195 may include a converter that receives AC power and converts the power into DC power, and a dc / dc converter that converts the DC power into level.
  • FIG. 5 is an example of the extruded part of FIG. 2.
  • the extruder 300 attached to the carriage 280, the filament moving unit 310 for moving the introduced filament in the downward direction, and the filament moved by the filament moving unit 310 Heating unit 320 for heating the filament, the nozzle 340 for outputting the heated filament into the cavity 50, the filament movement so that the heat by the heating unit 320 is reduced to or near the filament moving unit 310
  • the cooling unit 330 for cooling the unit 310 is provided.
  • the extruder 300 the first temperature sensing unit 325 for sensing the temperature of the heating unit 320, the second temperature sensing unit 335 for sensing the temperature of the cooling unit 330 It may be further provided.
  • the filament moving part 310 is a gear 314a which is operated by the drive motor 312 and the drive motor 312 so as to move the introduced filament 10 in a downward direction, that is, in the direction of the heating part 320. , 314b).
  • the rotation of the gears 314a and 314b causes the filament 10 in the solid state on the movement path to move downward.
  • the heating unit 320 heats the filament transferred by the filament moving unit 310.
  • the fitting part 320 may include a heater (not shown) and a heater driving part (not shown).
  • the first temperature sensing unit 325 for sensing the temperature of the heating unit 320 may be provided in the heating unit 320. The sensed temperature is transmitted to the processor 170.
  • the nozzle 340 outputs the filament heated in the heating unit 320 into the cavity 50.
  • the nozzle 340 outputs the filament heated in the heating unit 320 into the cavity 50.
  • the operation speed of the filament moving unit 310 is important, but cooling of the filament moved by the operation of the filament moving unit 310 is also an important factor.
  • heating the heating unit 320 it is preferable to include a cooling unit 330 so that heat is not transmitted to the filament moving unit 310 or its vicinity.
  • the cooling unit 330 may include a heat dissipation member 334 in contact with the filament moving unit 310, and a cooling fan 332 for cooling the heat dissipation member.
  • the cooling fan 332 is operated by the driving of the processor 170, and the air flow path by the operation of the cooling fan 332 may be formed in the direction of the heat radiating member 334.
  • the heat dissipation member 334 may be provided with a heat dissipation plate.
  • the cooling unit 330 may further include a base 337 in contact with the heating unit 320.
  • the base 337 may be disposed above the heating unit 320, and under the heat dissipation member 334 and the cooling fan 332.
  • the base 337 may be formed of a metal material having high thermal conductivity.
  • it may be formed of aluminum.
  • the temperature near the cooling unit 330 is required, in the embodiment of the present invention, the second temperature detection unit 335 for detecting the temperature of the cooling unit 330 To be provided in the extrusion part 300.
  • the second temperature sensor 335 may be disposed in the base 337.
  • the sensed temperature is transmitted to the processor 170.
  • the processor 170 controls the heating unit 320 to rise to a target heating temperature based on the temperature detected by the first temperature sensor 325, and controls the temperature to be detected by the second temperature sensor 335. Based on this, the cooling unit 330 may be controlled to fall to the target cooling temperature.
  • the processor 170 controls the operation time of the heater (not shown) so that the heating unit 320 rises to the target heating temperature.
  • the cooling unit 330 controls the operation time, the rotation speed, and the like of the cooling unit 330 to fall to the target cooling temperature.
  • the processor 170 may control the heating unit 320 to maintain the target heating temperature based on the first and second temperatures that are continuously detected, and to maintain the cooling unit 330 below the target cooling temperature. To control.
  • the processor 170 may not temporarily operate the heater (not shown). For example, when maintaining the target heating temperature for the first period, the heater (not shown) may be temporarily not operated.
  • the processor 170 may temporarily stop the operation of the cooling fan 332.
  • the processor 170 may temporarily lower the target heating temperature when the temperature of the cooling unit 330 is equal to or higher than the target cooling temperature.
  • the processor 170 may stop the operation of the filament moving unit 310 when the temperature of the cooling unit 330 is higher than the target cooling temperature or exceeds the allowable value for a predetermined time or more. After the predetermined time, when the temperature of the cooling unit 330 is equal to or less than the target cooling temperature, the filament moving unit 310 may be controlled to operate.
  • the processor 170 the temperature difference between the temperature of the first temperature sensor 325 and the second temperature sensor 335 is a predetermined range in order to output the filament stably heated through the nozzle 340 At least one of the heating unit 320 or the cooling unit 330 may be controlled to be within.
  • the processor 170 may control the filament moving part 310 to decrease in speed as the temperature of the heating part 320 increases.
  • the processor 170 may control the filament moving unit 310 to temporarily reduce the moving speed of the filament. have.
  • the processor 170 may control the temperature of the cooling unit 330 to decrease as the temperature of the heating unit 320 increases. Specifically, as the temperature of the heating unit 320 increases, the processor 170 may temporarily control the temperature of the cooling unit 330 to decrease in order to reduce heat transferred to the filament moving unit 310. Can be.
  • the heating unit 320 uses the first temperature detector 325 to detect the temperature of the heating unit 320 and the second temperature detector 335 to detect the temperature of the cooling unit 330, respectively, the heating unit 320 And by controlling the cooling unit 33, it is possible to stably improve the output speed of the filament. Therefore, when generating the sculpture using the 3D printer 100, it is possible to shorten the creation time.
  • FIG. 6 is another example of the extruded part of FIG. 2.
  • the extruded part 301 of FIG. 6 is similar to the extruded part 300 of FIG. 5, except that the bridges 336a and 336b are further provided in the cooling part 300.
  • bridges 336a and 336b are further provided between the base part 337, the cooling fan 332, and the heat dissipation member 334, and the base part 337, the cooling fan 332, and the heat dissipation member 334.
  • the difference is that) is spaced apart without touching each other.
  • the second temperature sensor 335 is disposed in the base 337, and as described above, the processor 170 may detect the temperature of the heating unit 320. And the heating unit 320 and the cooling unit 33 are controlled using the second temperature sensing unit 335 which senses the temperature of the cooling unit 330. Therefore, the output speed of the filament can be stably improved. Therefore, when generating the sculpture using the 3D printer 100, it is possible to shorten the creation time. In addition, by the bridges 336a and 336b, the heat of the heating part 320 is further reduced to the filament moving part 310 or the like.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of operating an extruded part.
  • the processor 170 determines whether the first temperature detected by the first temperature sensor 325 is equal to or higher than the target heating temperature (S710). ). Then, if applicable, the heating unit 320 is controlled to rise to the target heating temperature (S715). For example, a heater (not shown) in the heating unit 320 is operated.
  • step 710 if not applicable or after step 715 (S715), the processor 170, based on the first temperature detected by the first temperature sensor 325, the heating unit In operation S720, it is determined whether the target heating temperature is maintained for the first period.
  • the processor 170 may temporarily stop the operation of the heating unit 320. That is, the heater (not shown) may be temporarily stopped (S725).
  • the processor 170 determines whether the second temperature detected by the second temperature sensing unit 335 is less than the target cooling temperature (S740). ). If not, the cooling unit 330 is controlled to fall to the target cooling temperature (S745). For example, the cooling fan 332 in the cooling unit 330 is operated.
  • step 740 (S740), or if applicable, or after step 745 (S745), the processor 170, based on the second temperature detected by the second temperature sensor 335, the cooling unit ( In operation 750, it is determined whether the target cooling temperature is maintained for a second period of time. In addition, when applicable, the processor 170 may temporarily stop the operation of the cooling unit 330. That is, the cooling fan 332 can be temporarily stopped (S755).
  • step 740 determines whether the second temperature detected by the second temperature sensor 335 is greater than the allowable value. (S760).
  • the processor 170 may stop the operation of the filament moving unit 310. By this operation, it is possible to stably improve the output speed of the filament.
  • the operating method of the 3D printer of the present invention can be implemented as a processor-readable code on a processor-readable recording medium provided in the 3D printer.
  • the processor-readable recording medium includes all kinds of recording devices that store data that can be read by the processor. Examples of the processor-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave such as transmission over the Internet. .
  • the processor-readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the processor-readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • the present invention is applicable to a 3D printer, in particular, can be applied to a 3D printer that can improve the output speed of the filament.

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Abstract

본 발명은 3D 프린터에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터는, 캐비티 내에, 필라멘트를 압출하는 압출부와, 압출부가 부착되는 캐리지와, 캐리지를 이동시키는 이동부와, 및 압출부 및 이동부를 제어하는 프로세서를 포함하고, 압출부는, 도입되는 필라멘트를 하부 방향으로 이동시키는 필라멘트 이동부와, 필라멘트 이동부에 의해 이동되는 필라멘트를 히팅하는 히팅부와, 히팅된 필라멘트를 캐비티 내로 출력하는 노즐과, 히팅부에 의한 열이 필라멘트 이동부에서 저감되도록 필라멘트 이동부를 냉각하는 냉각부와, 히팅부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부와, 냉각부의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부를 구비하며, 프로세서는, 제1 온도 감지부와 제2 온도 감지부에 기초하여, 히팅부 및 냉각부를 제어한다. 이에 의해, 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

3Ｄ 프린터
본 발명은 3D 프린터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 출력 속도를 향상시킬 수 있는 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는, 3차원 도면을 바탕으로, 소정 재료를 순차적으로 분사하여, 미세한 두께로 층층이 쌓아 올려, 실물의 입체 형상을 출력하는 장치이다.
이러한 3D 프린터는 제조용으로 개발되어 사용되고 있으며, 다양한 제품을 3D 프린터를 이용하여 제조가 가능하다.
한편, 3D 프린터로 만든 제품의 정밀도, 표면 마감도 등을 향상하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 출력 속도를 향상시킬 수 있는 3D 프린터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터는, 캐비티 내에, 필라멘트를 압출하는 압출부와, 압출부가 부착되는 캐리지와, 캐리지를 이동시키는 이동부와, 및 압출부 및 이동부를 제어하는 프로세서를 포함하고, 압출부는, 도입되는 필라멘트를 하부 방향으로 이동시키는 필라멘트 이동부와, 필라멘트 이동부에 의해 이동되는 필라멘트를 히팅하는 히팅부와, 히팅된 필라멘트를 캐비티 내로 출력하는 노즐과, 히팅부에 의한 열이 필라멘트 이동부에서 저감되도록 필라멘트 이동부를 냉각하는 냉각부와, 히팅부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부와, 냉각부의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부를 구비하며, 프로세서는, 제1 온도 감지부와 제2 온도 감지부에 기초하여, 히팅부 및 냉각부를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 3D 프린터는, 3D 프린터는, 캐비티 내에, 필라멘트를 압출하는 압출부와, 압출부가 부착되는 캐리지와, 캐리지를 이동시키는 이동부와, 및 압출부 및 이동부를 제어하는 프로세서를 포함하고, 압출부는, 도입되는 필라멘트를 하부 방향으로 이동시키는 필라멘트 이동부와, 필라멘트 이동부에 의해 이동되는 필라멘트를 히팅하는 히팅부와, 히팅된 필라멘트를 캐비티 내로 출력하는 노즐과, 히팅부에 의한 열이 필라멘트 이동부에서 저감되도록 필라멘트 이동부를 냉각하는 냉각부와, 히팅부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부와, 냉각부의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부를 구비하며, 프로세서는, 제1 온도 감지부와 제2 온도 감지부에 기초하여, 히팅부 및 냉각부를 제어함으로써, 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터 내의 이동 장치에 의하면, 싱글 암 구조를 이용하여, x, y 평면 상에 캐리지의 이동이 가능하게 되며, 특히, 두 개의 구동 모터 중 적어도 어느 하나의 구동 모터의 동작에 의해, x축, y축 이동이 동시에 수행되도록 할 수 있다. 이에 의해, 조형물 생성시, 표면 형상을 보다 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 3D 프린터 내의 이동 장치의 일예의 사시도이다.
도 3a 내지 도 3h는 도 2의 이동 장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 3D 프린터의 내부 블록도이다.
도 5는 도 2의 압출부의 일예이다.
도 6은 도 2의 압출부의 다른 예이다.
도 7은 압출부의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한, 3D 프린터(100)는, 외관을 형성하는 케이스(101), 케이스(101) 내에 형성되며, 조형물 형성을 위한 공간인 캐비티(50), 케이스(101) 내에 배치되며, 조형물 형성을 위해, 재료를 이동 출력하기 위한 이동 장치(200) 등을 구비할 수 있다. 그 밖에, 완성된 조형물을 외부로의 출입을 위한, 도어(105)와, 상기 도어(105) 상에, 캐비티(50) 내부를 볼 수 있도록 형성되는 윈도우(103), 윈도우(103) 상에, 3D 프린터의 동작 상태 등을 표시하기 위한 디스플레이(미도시)를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기술되는 3D 프린터는, 필라멘트 선으로 된 열 가소성 물질(ABS, Polyamide)을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름형태로 고형화시킨 후 적층시키는 제1 방식, 고분자 재료 또는 금속분말을 롤러의 도포에 의해 쌓고 레이저를 이용하여 제품으로 형성할 부분만 소결 시켜 쌓아가는 제2 방식, 액체 상태의 광경화성 수지를 챔버에 담아두고 레이저광, 자외선, 디지털 광조명(프로젝터) 등을 이용해 수지를 경화시켜 제작하는 제3 방식, 잉크젯 프린트헤드를 이용하여 광경화 액상수지의 분사와 동시에 자외선을 이용하여 수지를 경화시키는 제4 방식, 접착제가 코팅된 재료를 레이저 광선을 이용하여 원하는 단면으로 커팅하고 이를 한 겹씩 적층하여 성형하는 제5 방식 등으로 구분될 수 있다.
본 발명에서는, 제1 방식의, 필라멘트 선으로 된 열 가소성 물질(ABS, Polyamide)을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름형태로 고형화시킨 후 적층시키는 방법을 위주로 기술한다.
이러한 제1 방식에 의하면, 후 경화의 공정이 불필요하여, 제품 생성 시간이 단축되며, 다양한 색상을 가지는 제품 생성이 가능하며, 경량화 및 제조 비용이 저감되게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른, 이동 장치(200)는, 부착되는 캐리지(280)를, 적어도, x,y 평면 내로 이동시킬 수 있다. 한편, 캐리지(280)에는, 필라멘트를 출력하기 위한 압출부(도 2 또는 도 3의 300)가 부착된다.
그리고, 이동 장치(200)에 의해, 부착되는 캐리지(280)가 x,y 평면 내로 이동하면서, 히팅된 필라멘트가, 캐비티 내의 플레이트(도 2의 115) 상에 차례로 적층된다. 이에 의해, 사용자가 원하는 조형물을 생성할 수 있게 된다.
한편, 필라멘트는, 열가소성 수지로서, ABS, PLA 등이 사용될 수 있다.
한편, 이동 장치(200)에 대해서는, 도 2 이하를 참조하여 보다 상세히 기술한다.
도 2는 도 1의 3D 프린터 내의 이동 장치의 일예의 사시도이다.
도면을 참조하면, 이동 장치(200)는, 지지대(113), 지지대(113) 상에 배치되는 플레이트(115), 지지대(113)의 일측에 배치되며 지지대(113)에 교차하는 방향, 즉 수직 방향으로 연장되는, 제1 가이드부(116a), 제2 가이드부(116b), 제2 가이드부(116a)와 제2 가이드부(116b) 사이의 승강축(117)을 구비한다.
또한, 이동 장치(200)는, 제1 가이드부(116a), 제2 가이드부(116b), 및 승강축(117)의 상부에 배치되는, z축 구동을 위한 구동 모터(251), 및 승강판(252)를 구비할 수 있다. 승강판(252) 상에, 구동 모터(251)가 배치되며, 구동 모터(251)의 동작에 의해, 제1 가이드부(116a), 제2 가이드부(116b), 및 승강축(117)을 따라, 구동 모터(251), 및 승강판(252)이 z축 방향으로 이동할 수 있다.
한편, z축 구동을 위한 구동 모터(251), 및 승강판(252)은, 이동 장치(200) 내의 z축 이동을 담당하는 제2 이동부(220)라 명명할 수도 있다.
한편, 구동 모터(251), 및 승강판(252) 상부에, y 축 방향으로 연장되는 프레임(215)과, 프레임(215) 상부에, 프레임(215)과 교차하는 x 축 방향으로 연장되는 암(arm)(225)이 배치된다.
그리고, 이동 장치(200)는, 프레임 (215) 상에, 프레임(215)의 양 단부에 배치되는 구동 모터(212,214), 및 각 모터(212,214)에 연결되는 타이밍 풀리(timing pulley)(211,213)를 구비한다.
한편, 이동 장치(200)는, 암(225) 상에, 암(225)과 프레임(215)이 교차하는 영역에 배치되는 아이들러(idler)(216a,216b,216c,216d), x 축 이동하는 캐리지(280), 캐리지(225)의 양 단부에 배치되는 아이들러(216e,216f,216g)와, 복수의 아이들러(216a, ...,216g)와 타이밍 풀리(211,213)를 거쳐 연장되며, 구동 모터(212,214)의 구동력을 전달하는 타이밍 벨트(217)를 구비한다.
타이밍 벨트(217)는, 제1 구동 모터(212)에 부착된 제1 타이밍 풀리(211), 아이들러들(216a,216f,216d), 제2 구동 모터(214)에 부착된 제2 타이밍 풀리(213), 아이들러들(216c,216g,216b), 제1 구동 모터(212)에 부착된 제1 타이밍 풀리(211)까지 연장된다.
제1 구동 모터(212)와 제2 구동 모터(214)의 회전 방향, 회전 속도 등에 따라, 타이밍 벨트(217)의 이동 방향 및 이동 속도 등이 결정되며, 따라서, 프레임(215) 상에 장착되는 암(225)이 y 축 방향으로 이동할 수 있으며, 암(225) 상에 장착되는 캐리지(280)가 x 축 방향으로 이동할 수 있게 된다.
구체적으로 설명하면, 도 2의 이동 장치(200)는, 제1 구동 모터(212)와 제2 구동 모터(214)의 회전 방향이 동일하면, 이동 장치(200) 내의 암(225)이 y 축으로 이동하며, 도 2의 이동 장치(200)는, 제1 구동 모터(212)와 제2 구동 모터(214)의 회전 방향이 반대이면, 이동 장치(200) 내의 암(225)에 배치되는 캐리지(280)가 x 축으로 이동한다. 이에 대해서는,도 3a 내지 도 3h를 참조하여 후술한다.
*한편, x, y축 구동을 위한 구동 모터(212,214), 프레임(215), 암(225), 캐리지(280), 아이들러(216a, ...,216g), 타이밍 풀리(211,213), 타이밍 벨트(217) 등은, 이동 장치(200) 내의 x, y축 이동을 담당하는 제1 이동부(210)라 명명할 수도 있다. 이때, 제1 이동부(210) 내에 포함되지 않을 수도 있다.
*즉, 제1 이동부(210)는, 제1 방향으로 연장되는 프레임(215)과, 프레임(215)임 상부에 프레임(215)과 교차하는 제2 방향으로 연장되며, 캐리지(280)가 배치되는 암225)과, 프레임(215) 상에 배치되며 서로 이격되는 제1 및 제2 구동 모터(212,214)와, 제1 및 제2 구동 모터(212,214)에 연결되는 타이밍 풀리(211,213)와, 암(225) 상에 배치되는 복수의 (216a, ...,216g)와, 타이밍 풀리(211,213)와 (216a, ...,216g)를 거쳐 연장되는 타이밍 벨트(270)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 이동부(210)는, 제1 및 제2 구동 모터(212,214)가 동일한 방향으로 회전하는 경우, 암을 제1 방향으로 이동시키며, 제1 및 제2 구동 모터(212,214)가 반대 방향으로 회전하는 경우, 암 상의 캐리지(280)가 제2 방향으로 이동시키
한편, 제1 이동부(210)는, 제1 및 제2 구동 모터(212,214) 중 어느 하나만 동작하는 경우, 암을 제1 방향으로 이동시키면서, 캐리지(280)를 제2 방향으로 이동시킨다.
한편, 구동 모터(251)의 동작에 의해, 구동 모터(251), 및 승강판(252)은 물론, 프레임(215), 암(225), 캐리지(280) 등이, z축 방향으로 이동할 수 있게 된다.
한편, 암(225) 상에 배치되는 캐리지(280)에, 압출부(300)가 부착된다. 한편, 도면과 달리, 캐리지(280)와 압출부(300) 사이에, 브라켓(미도시)이 접속되는 것도 가능하다.
한편, 도면과 달리, 제2 구동부(220)는, 구동 모터(251), 및 승강판(252)을 이동시키지 않고, 플레이트(115)를 z 축 방향으로 이동시키는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 장치(200)에 의하면, 싱글 암(225) 구조를 이용하여, x, y 평면 상에 캐리지(280)의 이동이 가능하게 되며, 특히, 두 개의 구동 모터 중 적어도 어느 하나의 구동 모터의 동작에 의해, x축, y축 이동이 동시에 수행되도록 할 수 있다. 이에 의해, 조형물 생성시, 표면 형상을 보다 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3h는 도 2의 이동 장치의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 3a 내지 도 3b는, 캐리지(280)가 x 축 이동하는 것을 예시한다.
먼저, 도 3a는, 제1 구동 모터(212)가 우회전, 제2 구동 모터(214)가 좌회전하는 경우, 캐리지(280)가, 전진하는 것을 예시한다. 즉, 캐리지(280)가, 프레임(215) 반대 방향으로 이동하는 것을 예시한다.
도 3b는, 제1 구동 모터(212)가 좌회전, 제2 구동 모터(214)가 우회전하는 경우, 캐리지(280)가, 후진하는 것을 예시한다. 즉, 캐리지(280)가, 프레임(215) 방향으로 이동하는 것을 예시한다.
다음, 도 3c 내지 도 3d는, 암(225)이 y 축 이동하는 것을 예시한다.
먼저, 도 3c는, 제1 구동 모터(212) 및 제2 구동 모터(214)가 우회전하는 경우, 암(225)이 좌측으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이, 제1 구동 모터(212) 방향으로 이동하는 것을 예시한다.
도 3d는, 제1 구동 모터(212) 및 제2 구동 모터(214)가 좌회전하는 경우, 암(225)이 우측으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이, 제2 구동 모터(214) 방향으로 이동하는 것을 예시한다.
다음, 도 3e 내지 도 3h는, 캐리지(280)가 x 축 이동하며, 암(225)이 y 축 이동하는 것을 예시한다.
먼저, 도 3e는, 제1 구동 모터(212)는 좌회전하고, 제2 구동 모터(214)는 정지하는 경우, 캐리지(280)가, 우상측 방향으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이 우측으로 이동하며, 캐리지(280)가, 후진하게 된다. 이에 따라, 대략 45도 방향으로, 캐리지(280)가 이동하게 된다.
다음, 도 3f는, 제1 구동 모터(212)는 정지하며, 제2 구동 모터(214)가 좌회전하는 경우, 캐리지(280)가, 우하측 방향으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이 우측으로 이동하며, 캐리지(280)가, 전진하게 된다. 이에 따라, 대략 135도 방향으로, 캐리지(280)가 이동하게 된다.
먼저, 도 3g는, 제1 구동 모터(212)는 우회전하고, 제2 구동 모터(214)는 정지하는 경우, 캐리지(280)가, 좌하측 방향으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이 좌측으로 이동하며, 캐리지(280)가, 전진하게 된다. 이에 따라, 대략 225도 방향으로, 캐리지(280)가 이동하게 된다.
다음, 도 3h는, 제1 구동 모터(212)는 정지하며, 제2 구동 모터(214)가 우회전하는 경우, 캐리지(280)가, 좌상측 방향으로 이동하는 것을 예시한다. 즉, 암(225)이 좌측으로 이동하며, 캐리지(280)가, 후진하게 된다. 이에 따라, 대략 315도 방향으로, 캐리지(280)가 이동하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이동 장치(200)에 의하면, 싱글 암(225) 구조를 이용하여, x, y 평면 상에 캐리지(280)의 이동이 가능하게 되며, 특히, 도 3e 내지 도 3h와 같이, 두 개의 구동 모터 중 적어도 어느 하나의 구동 모터의 동작에 의해, x축, y축 이동이 동시에 수행되도록 할 수 있다. 이에 의해, 조형물 생성시, 표면 형상을 보다 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.
도 4는 도 1의 3D 프린터의 내부 블록도이다.
도면을 참조하면, 3D 프린터(50)는, 외부장치 인터페이스부(130), 네트워크 인터페이스부(120), 메모리(140), 프로세서(170), 디스플레이(180), 전원 공급부(195), 이동장치(200), 압출부(300)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는, 사용자가 입력한 신호를 프로세서(170)로 전달하며, 이를 위해, 조작 버튼 등이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전원 온 버튼에 의한, 전원 온 신호, 시작 버튼에 의한 시작 신호, 일시 중지 버튼에 의한 일시 중지 신호 등을 프로세서(170)로 전달할 수 있다.
네트워크 인터페이스부(120)는, 3D 프린터(50)를, 유/무선 데이터 통신 방식에 의해, 네트워크와 연결하기 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스부(120)는, 이동 단말기, PC 등과 접속가능한 인터페이스를 제공하며, 이에 따라, 이동 단말기 또는 PC 등과 유/무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 그외, 네트워크를 통해, 외부 서버(미도시)와 데이터를 교환할 수도 있다. 한편, 무선 데이터 통신 방식으로는, 블루투스(Bluetooth), WiFi Direct, WiFi, DLNA, APiX 등 다양한 데이터 통신 방식이 가능하다.
예를 들어, 네트워크 인터페이스부(120)를 통해, 유/무선 접속된 PC 또는 이동 단말기로부터, 3D 조형물 생성을 위한, 3D 그래픽 이미지를 수신할 수 있다.
외부장치 인터페이스부(130)는, USB, HDMI 등의 입력 단자를 통해, 외부 장치와의 데이터 교환을 위한 인터페이스를 제공한다. 예를 들어, USB 단자를 통해, 외부 장치인, USB 저장 장치로부터, 3D 조형물 생성을 위한, 3D 그래픽 이미지를 수신할 수 있다.
메모리(140)는, 프로세서(170) 내의 각 신호 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 신호 처리된 영상, 음성 또는 데이터 신호를 저장할 수도 있다.
또한, 메모리(140)는 외부장치 인터페이스부(130)로부터 입력되는 영상, 음성 또는 데이터 신호의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
프로세서(170)는, 3D 프린터(50) 내의 각 유닛들을 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 네트워크 인터페이스부(120) 또는 외부장치 인터페이스부(130)로부터 입력되는 3D 그래픽 이미지에 기초하여, 3D 조형물을 생성하도록, 이동장치(200), 압출부(extruder)(300)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(170)는, 도 3a 내지 도 3h와 같이, 이동 장치(200)가 x,y축 이동되도록, 제1 구동 모터(212)와 제2 구동 모터(214)를 제어할 수 있다. 즉, 제1 이동부(210) 내의 제1 구동 모터(212)와 제2 구동 모터(214)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(170)는, 제1 및 제2 구동 모터(212,214)가 동일한 방향으로 회전하시켜, 암(225)을 제1 방향으로 이동시킬 수 있으며, 제1 및 제2 구동 모터(212,214)가 반대 방향으로 회전시켜, 암(225) 상의 캐리지(280)가 제2 방향으로 이동시킬 수 있다.
다른 예로, 프로세서(170)는, 제1 및 제2 구동 모터(212,214) 중 어느 하나만 동작시켜, 암(225)을 제1 방향으로 이동시키면서, 캐리지(280)를 제2 방향으로 이동킬 수도 있다.
또한, 프로세서(170)는, 이동 장치(200)가 z축 이동되도록, 제2 이동부(220) 내의 구동 모터(251)를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 압출부(extruder)(300) 내의, 필라멘트 이동 속도 등을 제어할 수 있다. 필라멘트의 이동 속도는, 압출부(300)의 온도에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 온도가 높을수록 이동 속도가 증가될 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 압출부(extruder)(300) 내의, 필라멘트 이동 속도 등을 제어하기 위해, 압출부(300) 내의 필라멘트 이동부(310), 히팅부(320), 냉각부(330) 등을 제어할 수도 있다.
이를 위해, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(325)로 부터 감지된 온도를 수신하고, 냉각부(330)의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(335)로부터 감지된 온도를 수신할 수 있다.
그리고, 프로세서(170)는, 제1 온도 감지부(325)와 제2 온도 감지부(335)에 기초하여, 히팅부(320) 및 냉각부(330)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(170)는, 히팅부(320)를 목표 히팅 온도까지 상승하도록 제어하며, 냉각부(330)를 목표 냉각 온도로 하강하도록 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 냉각부(330)의 온도가, 목표 냉각 온도 이상인 경우, 목표 히팅 온도를 일시 하강시킬 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 제2 온도 감지부(335)의 온도가 소정치 이상인 경우, 필라멘트 이동부(310)의 동작을 정지시킬 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 제1 온도 감지부(325)의 온도와 제2 온도 감지부(335)의 온도 차이가 소정 범위 이내 이도록, 히팅부(320) 또는 냉각부(330) 중 적어도 하나를 제어할 수도 있다.
한편, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 필라멘트 이동부(310)의 이동 속도가 감소되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(170)는, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도 이상 상승하는 경우, 필라멘트의 이동 속도가 너무 빨라지므로, 일시적으로, 필라멘트 이동부(310)의 이동 속도가 감소되도록 제어할 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 냉각부(330)의 온도가 감소되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 필라멘트 이동부(310)에 전달되는 열을 저감하기 위해, 일시적으로, 냉각부(330)의 온도가 감소되도록 제어할 수 있다.
디스플레이(180)는, 3D 프린터(100)의 동작과 관련한 정보를 표시할 수 있다. 이러한 이미지 표시를 위해, 디스플레이(180)는, PDP, LCD, OLED 등으로 구현될 수 있다.
전원 공급부(195)는, 프로세서(170)의 제어에 의해, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 특히, 시스템 온 칩(System On Chip,SOC)의 형태로 구현될 수 있는 프로세서(170)와, 정보 표시를 위한 디스플레이(180) 등에 전원을 공급할 수 있다. 이를 위해, 전원 공급부(195)는, 교류 전원을 입력받아 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 그리고, 직류 전원을 레벨 변환하는 dc/dc 컨버터를 구비할 수 있다.
도 5는 도 2의 압출부의 일예이다.
도면을 참조하면, 캐리지(280)에 부착되는 압출부(extruder)(300)는, 도입되는 필라멘트를 하부 방향으로 이동시키는 필라멘트 이동부(310)와, 필라멘트 이동부(310)에 의해 이동되는 필라멘트를 히팅하는 히팅부(320)와, 히팅된 필라멘트를 캐비티(50) 내로 출력하는 노즐(340)과, 히팅부(320)에 의한 열이 필라멘트 이동부(310) 또는 그 부근으로 저감되도록 필라멘트 이동부(310)를 냉각하는 냉각부(330)를 구비한다.
또한, 압출부(extruder)(300)는, 히팅부(320)의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(325)와, 냉각부(330)의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(335)를 더 구비할 수 있다.
필라멘트 이동부(310)는, 도입되는 필라멘트(10)를 하부 방향, 즉, 히팅부(320) 방향으로, 이동하도록, 구동 모터(312)와, 구동 모터(312)에 의해 동작하는 기어(314a,314b)를 구비할 수 있다. 기어(314a,314b)의 회전에 의해, 이동 경로 상의 고체 상태의 필라멘트(10)가, 하부 방향으로 이동되게 된다.
한편, 히팅부(320)는, 필라멘트 이동부(310)에 의해 전달된 필라멘트를 히팅시킨다. 이를 위해, 피팅부(320)는, 히터(미도시)와 히터 구동부(미도시)를 구비할 수 있다. 한편, 히팅부(320)의 온도를 감지하기 위한, 제1 온도 감지부(325)가 히팅부(320) 내에 구비될 수도 있다. 감지되는 온도는, 프로세서(170)에 전달된다.
한편, 노즐(340)는, 히팅부(320)에서 히팅된 필라멘트를 캐비티(50) 내로 출력한다. 특히, 상술한 바와 같이, 캐리지(280)의 x축, y축 이동에 따라, 소정 형상의 조형물을 생성할 수 있게 된다.
한편, 신속한 필라멘트의 공급을 위해, 필라멘트 이동부(310)의 동작 속도 등도 중요하지만, 필라멘트 이동부(310)의 동작에 의해 이동되는 필라멘트에 대한 냉각도 중요한 요소가 된다.
히팅부(320)의 히팅에 의해, 필라멘트 이동부(310) 또는 그 부근에, 열이 전달되지 않도록 냉각부(330)를 구비하는 것이 바람직하다.
냉각부(330)는, 필라멘트 이동부(310)에 접촉하는 방열부재(334)와, 방열 부재를 냉각하기 위한 냉각 팬(332)을 구비할 수 있다.
냉각 팬(332)은 프로세서(170)의 구동에 의해 동작하며, 냉각 팬(332)의 동작에 의한, 공기 유로는, 방열부재(334) 방향으로 형성될 수 있다. 방열부재(334)는, 방열판을 구비할 수 있다.
한편, 냉각부(330)는, 히팅부(320)에 접촉하는 베이스부(337)를 더 포함할 수 있다. 베이스부(337)는, 히팅부(320) 상부에, 그리고, 방열부재(334)와, 냉각 팬(332) 하부에 배치될 수 있다.
한편, 베이스부(337)는, 열전도도가 높은, 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 재질로 형성될 수도 있다.
한편, 냉각 팬(332)의 동작 제어를 위해, 냉각부(330) 부근의 온도가 필요하며, 본 발명의 실시예에서는, 냉각부(330)의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(335)가 압출부(300) 내에 구비되도록 한다.
구체적으로는, 베이스부(337)에 제2 온도 감지부(335)가 배치될 수 있다. 그리고, 감지되는 온도는, 프로세서(170)에 전달된다.
프로세서(170)는, 제1 온도 감지부(325)에서 감지된 온도에 기초하여, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도까지 상승하도록 제어하며, 제2 온도 감지부(335)에서 감지된 온도에 기초하여, 냉각부(330)가 목표 냉각 온도로 하강하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(170)는, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도까지 상승하도록, 히터(미도시)의 동작 시간을 제어한다. 그리고, 제2 온도 감지부(335)에서 감지된 온도에 기초하여, 냉각부(330)가 목표 냉각 온도로 하강하도록, 냉각 팬(332)의 동작 시간, 회전 속도 등을 제어한다.
그리고, 프로세서(170)는, 계속 감지되는 제1 온도와 제2 온도에 기초하여, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도를 유지하도록 제어하고, 냉각부(330)가 목표 냉각 온도 이하를 유지하도록 제어한다.
프로세서(170)는, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도를 유지하는 경우, 일시적으로 히터(미도시)를 일시적으로 동작시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 목표 히팅 온도를 제1 기간 동안 유지하는 경우, 일시적으로 히터(미도시)를 일시적으로 동작시키지 않을 수도 있다.
한편, 프로세서(170)는, 냉각부(330)가 목표 냉각 온도를 제2 기간 동안 유지하는 경우, 일시적으로 냉각 팬(332)의 동작을 정지시킬 수도 있다.
한편, 프로세서(170)는, 냉각부(330)의 온도가, 목표 냉각 온도 이상인 경우, 목표 히팅 온도를 일시 하강시킬 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 냉각부(330)의 온도가, 소정 시간 이상 동안 목표 냉각 온도 이상이거나 허용치를 초과한 경우, 필라멘트 이동부(310)의 동작을 정지시킬 수 있다. 그리고, 소정 시간 이후, 다시 냉각부(330)의 온도가, 목표 냉각 온도 이하인 경우, 필라멘트 이동부(310)가 동작하도록 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 노즐(340)을 통해, 안정적으로 히팅된 필라멘트가 출력하기 위해, 제1 온도 감지부(325)의 온도와 제2 온도 감지부(335)의 온도 차이가 소정 범위 이내가 되도록, 히팅부(320) 또는 냉각부(330) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 필라멘트 이동부(310)의 이동 속도가 감소되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(170)는, 히팅부(320)가 목표 히팅 온도 이상 상승하는 경우, 필라멘트의 이동 속도가 너무 빨라지므로, 일시적으로, 필라멘트 이동부(310)의 이동 속도가 감소되도록 제어할 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 냉각부(330)의 온도가 감소되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도가 증가될수록, 필라멘트 이동부(310)에 전달되는 열을 저감하기 위해, 일시적으로, 냉각부(330)의 온도가 감소되도록 제어할 수 있다.
결국, 히팅부(320)의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(325)와, 냉각부(330)의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(335)를 이용하여, 각각 히팅부(320)와 냉각부(33)를 제어함으로써, 안정적으로 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 3D 프린터(100)를 이용하여 조형물 생성시, 생성 시간을 단축할 수 있게 된다.
도 6은 도 2의 압출부의 다른 예이다.
도 6의 압출부(301)는 도 5의 압출부(300)와 유사하나, 냉각부(300) 내에 브릿지(336a,336b)가 더 구비되는 것에 그 차이가 있다.
즉, 베이스부(337)와, 냉각 팬(332), 방열부재(334) 사이에, 브릿지(336a,336b)가 더 구비되어, 베이스부(337)와 냉각 팬(332), 방열부재(334)가 서로 접촉하지 않고 이격되는 것에 그 차이가 있다.
이때, 제2 온도 감지부(335)는, 베이스부(337)에 배치되며, 상술한 바와 같이, 프로세서(170)는, 히팅부(320)의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(325)와, 냉각부(330)의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부(335)를 이용하여, 각각 히팅부(320)와 냉각부(33)를 제어한다. 따라서, 안정적으로 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 3D 프린터(100)를 이용하여 조형물 생성시, 생성 시간을 단축할 수 있게 된다. 또한, 브릿지(336a,336b)에 의해, 히팅부(320)의 열이, 필라멘트 이동부(310) 등으로 더 잘 저감되게 된다.
도 7은 압출부의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 압출부(300) 내의 히팅부(320)의 동작을 살펴보면, 프로세서(170)는, 제1 온도 감지부(325)에서 감지된 제1 온도가 목표 히팅 온도 이상인지 여부를 판단한다(S710). 그리고, 해당하는 경우, 히팅부(320)를 목표 히팅 온도까지 상승하도록 제어한다(S715). 예를 들어, 히팅부(320) 내의 히터(미도시)를 동작시킨다.
한편, 제710 단계(S710)에서, 해당하지 않는 경우, 또는 제715 단계(S715) 이후, 프로세서(170)는, 제1 온도 감지부(325)에서 감지된 제1 온도에 기초하여, 히팅부(320)가, 목표 히팅 온도를 제1 기간 동안 유지하는 지 여부를 판단한다(S720). 그리고, 해당하는 경우, 프로세서(170)는, 일시적으로 히팅부(320)의 동작을 정지시킬 수 있다. 즉, 히터(미도시)를 일시적으로 정지시킬 수 있다(S725).
한편, 압출부(300) 내의 냉각부(330)의 동작을 살펴보면, 프로세서(170)는, 제2 온도 감지부(335)에서 감지된 제2 온도가 목표 냉각 온도 미만인지 여부를 판단한다(S740). 그리고, 해당하지 않는 경우, 냉각부(330)를 목표 냉각 온도까지 하강하도록 제어한다(S745). 예를 들어, 냉각부(330) 내의 냉각 팬(332)을 동작시킨다.
한편, 제740 단계(S740)에서, 해당하는 경우, 또는 제745 단계(S745) 이후, 프로세서(170)는, 제2 온도 감지부(335)에서 감지된 제2 온도에 기초하여, 냉각부(330)가, 목표 냉각 온도를 제2 기간 동안 유지하는 지 여부를 판단한다(S750). 그리고, 해당하는 경우, 프로세서(170)는, 일시적으로 냉각부(330)의 동작을 정지시킬 수 있다. 즉, 냉각 팬(332)을 일시적으로 정지시킬 수 있다(S755).
한편, 제740 단계(S740)에서, 해당하는 경우, 또는 제745 단계(S745) 이후, 프로세서(170)는, 제2 온도 감지부(335)에서 감지된 제2 온도가 허용치 초과인지 여부를 판단한다(S760). 그리고 해당하는 경우, 프로세서(170)는, 필라멘트 이동부(310)의 동작을 정지시킬 수 있다(S765). 이러한 동작에 의해, 안정적으로 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 3D 프린터의 동작방법은 3D 프린터에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
본 발명은 3D 프린터에 적용 가능하며, 특히, 필라멘트의 출력 속도를 향상시킬 수 있는 3D 프린터에 적용 가능하다.

Claims (18)

  1. 캐비티 내에, 필라멘트를 압출하는 압출부;
    상기 압출부가 부착되는 캐리지;
    상기 캐리지를 이동시키는 이동부; 및
    상기 압출부 및 상기 이동부를 제어하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 압출부는,
    도입되는 상기 필라멘트를 하부 방향으로 이동시키는 필라멘트 이동부;
    상기 필라멘트 이동부에 의해 이동되는 상기 필라멘트를 히팅하는 히팅부;
    상기 히팅된 필라멘트를 상기 캐비티 내로 출력하는 노즐;
    상기 히팅부에 의한 열이 상기 필라멘트 이동부에서 저감되도록 상기 필라멘트 이동부를 냉각하는 냉각부;
    상기 히팅부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부;
    상기 냉각부의 온도를 감지하는 제2 온도 감지부;를 구비하며,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 온도 감지부와 상기 제2 온도 감지부에 기초하여, 상기 히팅부 및 상기 냉각부를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 히팅부를 목표 히팅 온도까지 상승하도록 제어하며,
    상기 냉각부를 목표 냉각 온도로 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 온도 감지부의 온도가, 허용치를 초과하거나, 소정 시간 이상 동안 목표 냉각 온도 이상인 경우, 상기 필라멘트 이동부의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 온도 감지부의 온도와 상기 제2 온도 감지부의 온도 차이가 소정 범위 이내 이도록, 상기 히팅부 또는 상기 냉각부 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 냉각부의 온도가, 상기 목표 냉각 온도 이상인 경우,
    상기 목표 히팅 온도를 일시 하강시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 온도 감지부의 온도가 제1 기간 동안 목표 히팅 온도를 유지하는 경우, 상기 히팅부의 동작을 일시적으로 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 온도 감지부의 온도가 제2 기간 동안 목표 냉각 온도를 유지하는 경우, 상기 냉각부의 동작을 일시적으로 정지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 히팅부의 온도가 증가될수록, 상기 필라멘트 이동부의 이동 속도가 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 히팅부의 온도가 증가될수록, 상기 냉각부의 온도가 감소되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 필라멘트 이동부에 접촉하는 방열부재;
    상기 방열 부재를 냉각하기 위한 방열 팬; 및
    상기 히팅부에 접촉하는 베이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 온도 감지부는, 상기 베이스부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 베이스부와, 상기 냉각 팬 또는 상기 방열부재 사이에, 배치되는 브릿지;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 필라멘트 이동부는,
    상기 필라멘트 이송을 위한 기어; 및
    상기 기어를 구동하는 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는
    제1 방향으로 연장되는 프레임;
    상기 프레임 상부에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되며, 상기 캐리지가 배치되는 암;
    상기 프레임 상에 배치되며 서로 이격되는 제1 및 제2 구동 모터;
    상기 구동 모터에 연결되는 타이밍 풀리;
    상기 암 상에 배치되는 복수의 아이들러; 및
    상기 타이밍 풀리와 상기 복수의 아이들러를 거쳐 연장되는 타이밍 벨트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 제1 및 제2 구동 모터가 동일한 방향으로 회전하는 경우, 상기 암을 상기 제1 방향으로 이동시키며, 상기 제1 및 제2 구동 모터가 반대 방향으로 회전하는 경우, 상기 암 상의 상기 캐리지가 상기 제2 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 제1 및 제2 구동 모터 중 어느 하나만 동작하는 경우, 상기 암을 상기 제1 방향으로 이동시키면서, 상기 캐리지를 상기 제2 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는, 상기 캐리지를 적어도, x,y 평면 내로 이동시키며,
    상기 캐리지를 상기 적어도 z축 방향으로 이동시키는 제2 이동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 압출되는 필라멘트에 의해 생성되는 조형물이 배치되는, 상기 캐비티 내의 플레이트를, z축 방향으로 이동시키는 제2 이동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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