WO2021020668A1 - 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치 및 이를 구비하는 바이오 3d 프린터 - Google Patents

분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치 및 이를 구비하는 바이오 3d 프린터 Download PDF

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Abstract

바이오 3D 프린터의 분사 노즐로부터 분사된 생체 물질의 광경화 시에 분사 노즐 및 디스펜서 내부의 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치는, 회전 구동부, 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 분사 노즐을 가리지 않는 제1 위치와 적어도 분사 노즐을 가리는 제2 위치 간을 왕복 이동하도록 구성된 셔터 부재, 및 분사 노즐 및 복수의 광원과 함께 회전 구동부를 제어하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 복수의 광원으로부터 빛을 발광하지 않을 때는 셔터 부재가 제1 위치 또는 제2 위치에 위치하고, 분사 노즐로부터 생체 물질을 분사할 때는 셔터 부재가 제1 위치에 위치하고, 분사 노즐로부터 생체 물질을 분사하지 않고, 복수의 광원으로부터 빛을 발광할 때는, 셔터 부재가 제2 위치에 위치하도록 회전 구동부를 제어한다. 회전 구동부 및 셔터 부재는, 분사 노즐 및 복수의 광원과 함께 일체화된 헤드를 구성한다.

Description

분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치 및 이를 구비하는 바이오 3D 프린터
본 발명은 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치 및 이를 구비하는 바이오 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는 1984년 미국의 3D Systems에서 SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식의 3D 프린터를 최초로 출시한 이래, 2002년 스트라타시스(Stratasys)사에서 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 개발하는 등 발전을 거듭하여 왔다. 최근에는 의학 분야의 수요 증가에 따라 생체 물질을 이용하는 바이오 3D 프린터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
예컨대, 특허문헌 1은 페트리 디쉬(petri dish)를 기판으로 삼아 그 위에 가교-결합 물질을 코팅하고, 하이드로겔(hydrogel)을 프린팅한 뒤, 하이드로겔 레이어 속에 세포를 위치시키고 다시 가교-결합 물질로 표면 코팅을 하는 방법을 개시하고 있다.
바이오 3D 프린터는 생체 물질을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 디스펜서(dispenser), 분사된 생체 물질이 적층되는 용기인 바이오웨어를 고정하는 스테이지, 그리고 스테이지 또는 디스펜서를 x, y, z축 방향으로 이동시킬 수 있는 프레임으로 구성된다.
생체 물질을 소재로 3D 프린터를 이용하여 출력하는 과정은, 먼저 하이드로겔(hydrogel)과 세포 등을 섞어 출력 소재로 사용할 생체 물질을 제작하고, 3D CAD 모델로 제작된 STL 파일을 슬라이싱하여 그에 따라 분사 노즐로 생체 물질을 분사하는 방식으로 이루어진다.
이 때 생체 물질이 광경화성 유체 상태인 경우, 생체 물질이 분사된 직후 자외선을 조사하여 생체 물질을 경화 시킴으로써 생체 물질이 적층된 이후에 무너져 내리지 않도록 할 수 있다. 그러나 자외선을 분사 노즐 근처에서 조사하면 이미 토출된 생체 물질 뿐 아니라 분사 노즐 부위에 남아있거나 시린지(syringe) 속에 있는 생체 물질까지 경화되는 현상이 발생할 수 있고, 그 결과 분사 노즐의 막힘(cogging)이 발생할 수 있다는 문제가 있다.
선행기술문헌
특허문헌 1: US Pat. Pub. No. 2011/0212501
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 하나의 기술적 과제는, 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하는 광경화 방지 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 하나의 기술적 과제는, 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치를 구비하는 바이오 3D 프린터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 생체 물질을 분사하기 위한 분사 노즐 및 상기 분사 노즐로부터 분사된 생체 물질을 광경화시키기 위한 빛을 발광하는 복수의 광원을 포함하는 디스펜서를 구비하는 바이오 3D 프린터에서 상기 분사 노즐로부터 분사된 생체 물질의 광경화 시에 상기 분사 노즐 및 상기 디스펜서 내부의 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치에 있어서, 회전력을 제공하기 위한 회전 구동부, 상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 상기 분사 노즐을 가리지 않는 제1 위치와 적어도 상기 분사 노즐을 가리는 제2 위치 간을 왕복 이동하도록 구성된 셔터 부재, 및 상기 분사 노즐 및 상기 복수의 광원과 함께 상기 회전 구동부를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 광원으로부터 빛을 발광하지 않을 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고, 상기 분사 노즐로부터 상기 생체 물질을 분사할 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고, 상기 분사 노즐로부터 상기 생체 물질을 분사하지 않고, 상기 광원으로부터 빛을 발광할 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고, 상기 회전 구동부 및 상기 셔터 부재는, 상기 분사 노즐 및 상기 복수의 광원과 함께 일체화된 헤드를 구성하고, 상기 헤드는, 상기 분사 노즐의 선단측에 구비된 하단부를 포함하고, 상기 셔터 부재 및 상기 분사 노즐은 상기 하단부의 중앙 부분에 위치하고, 상기 복수의 광원은 상기 하단부의 하측면 상에 상기 셔터 부재 및 상기 분사 노즐을 사이에 두고 위치하는, 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화 방지 장치를 제공한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 회전하는 셔터 회전축을 더 구비하고, 상기 셔터 부재는, 일측이 상기 셔터 회전축에 결합되어 상기 셔터 회전축의 회전에 따라 상기 일측을 중심으로 타측이 회전하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 회전 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 병진 운동하는 셔터 이동축을 더 구비하고, 상기 셔터 부재는, 상기 셔터 이동축에 결합되어 상기 셔터 이동축의 이동에 따라 적어도 일부가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 직선 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 셔터 부재는, 상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 조리개 형상으로 회전하여 적어도 일부가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 회전 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 하단부는, 상기 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부를 포함하고, 상기 분사 노즐 및 상기 셔터 부재는 상기 단차부 내에 위치하고, 상기 복수의 광원은 상기 단차부 이외의 상기 하측면에 위치한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 하단부는, 상기 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부를 포함하고, 상기 분사 노즐 및 상기 셔터 부재는 상기 단차부 내에 위치하고, 상기 복수의 광원은 상기 분사 노즐을 사이에 두고 상기 하측면에 위치한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 분사 노즐은 상기 단차부 내의 상기 복수의 광원에 가까운 제1 측벽 측에 위치하고, 상기 단차부 내의 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치를 넘어서 이동하지 않도록 제한하고, 상기 단차부 내의 상기 제1 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치를 넘어서 이동하지 못하도록 제한한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치에 위치할 때 빛을 발광하고, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치에 있을 때 빛을 발광하지 않도록 상기 복수의 광원을 제어한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 상기 광경화 장치를 구비하는, 바이오 3D 프린터를 제공한다.
본 명세서에서 각각의 실시예는 독립적으로 기재되어 있으나 각각의 실시예는 상호 조합이 가능하며 조합된 실시예도 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
상술한 요약은 단지 설명을 위한 것이며 어떠한 방식으로도 제한을 의도하는 것은 아니다. 상술한 설명적 양태, 실시예 및 특징에 덧붙여 추가의 양태, 실시예 및 특징이 도면 및 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하는 광경화 방지 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치를 구비하는 바이오 3D 프린터를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이오 3D 프린터에서 생체 물질의 경화에 의한 분사 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 디스펜서 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 UV 경화 방지를 위한 셔터 구조의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 디스펜서 모듈 내부의 모터와 분사 노즐의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 UV 경화 방지를 위한 셔터 구조의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 UV 경화 방지를 위한 셔터 구조의 동작을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 디스펜서 모듈의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 UV 경화 방지를 위한 셔터 구조의 사시도이다.
디스펜서 모듈(100)에서 생체 물질은 변성을 막기 위해 일정한 온도로 유지되어야 하므로, 워터 재킷과 같은 온도를 조절하기 위한 구성이 부가되어 있다. 본 발명에서는 편의상 디스펜서 모듈(100)의 워터 재킷은 생략되어 있으며, 다만 워터 재킷에 사용되는 냉매의 유출입부(110) 및 그 유량을 조절하는 나사(120)만이 도시되어 있다.
시린지(130)는 생체 물질의 분사 전까지 생체 물질을 보관하는 공간이다. 주사기와 비슷한 형태를 가지고 있으며, 공압을 통해 시린지 내부에 남아있는 생체 물질의 양이 변동되더라도 일정한 압력을 가지도록 구성될 수 있다. 시린지의 단부에는 튜브(140)가 연결되어 있는데, 시린지에 보관되어 있던 생체 물질이 튜브를 통해 분사 노즐(150)로 이동한다. 생체 물질은 시린지(130) 내부에 보관 가능하고 튜브(140)와 후술할 분사 노즐(150)을 통해 이동가능한 유체로서, 소정의 점성을 가질 수 있다.
분사 노즐(150)은 분사 모듈(210)에 결합되어 있으며, 분사 모듈(210)이 외부로부터 일정한 펄스 전압을 수신하면 그에 대응하여 분사 노즐(150)에 체류하는 생체 물질을 일정량만큼 분사하게 된다. 펄스 전압의 강도와 지속시간을 조절함으로써 분사되는 생체 물질의 양을 조절할 수 있다. 분사 노즐(150)에서 분사된 생체 물질은 중력의 영향으로 바닥 쪽으로 떨어지므로, 도 1에서 시린지(130)에서 하단부(200)로 향하는 방향이 중력 방향임을 알 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하단부(200)에는, 도 1에 도시된 디스펜서 모듈(100) 내부의 분사 모듈(210) 및 분사 노즐(150)이 배치되어 있다.
발광 소자(광원)(230a, 230b)는 분사 노즐(150)에서 분사된 생체 물질이 분사 노즐(150)과 분리되어 떨어질 때, 자외선을 포함하는 빛을 분리된 생체 물질에 조사하여 생체 물질의 광경화를 일으키는 역할을 한다. 발광 소자(230a, 230b)는 LED, OLED 기타 원하는 파장 대역의 빛을 방출할 수 있는 임의의 발광 소자일 수 있다.
도 2에서 하단부(200)는 두 개의 발광 소자(230a, 230b)를 구비한 것으로 도시되어 있으나, 당업자라면 공간적 배치, 제조 원가, 발광 소자의 배치에 따른 분사된 생체 물질의 광경화의 균일성 여부 등을 고려하여 적절한 수의 발광 소자를 배치하는 것을 용이하게 생각할 수 있을 것이다. 발광 소자(230a, 230b)를 구동하기 위하여, 하단부의 내부에 발광 소자를 구동하기 위한 회로가 실장될 수 있다.
도 2에서 셔터는 셔터의 회전축(240) 및 셔터 부재(250)로 구성된다. 셔터의 회전축(240)은 디스펜서 모듈 내부에 설치된 모터(회전 구동부)의 회전축이거나 또는 모터축과 연결된 회전축으로 셔터 부재(250)를 회전시킨다. 셔터 부재(250)는 셔터 회전축(240)에 연결되어 있으며, 셔터 회전축(240)의 회전에 따라 회전한다. 본 발명의 일 실시예에서 셔터 부재(250)는 하단부(200)와 평행하게 배치된다.
도 2에서 셔터 부재(250)는 셔터 회전축(240)을 중심으로 일정한 각도 범위에서 반경 방향으로 확장되는 라운드진 부채꼴의 형상으로 도시되어 있으나, 그 이외의 형상도 가능하다. 다만 셔터 부재(250)는 회전되었을 때 분사 노즐(150), 바람직하게는 분사 모듈(210)을 오버랩(차폐)해야 하므로, 셔터 부재(250)의 회전시에 분사 모듈(210)과 오버랩 되는 부분의 면적은 적어도 분사 모듈(210)을 대략 또는 완전히 가릴 수 있을 정도여야 한다.
즉, 셔터 부재(250)의 형상은, 오픈 시에 분사 모듈(210)이 개방되어 분사 노즐(150)로부터 생체 물질이 의도한대로 분사되고 클로즈 시에 분사 모듈(210)이 차폐되어 발광 소자(230a, 230b)로부터 발광되는 빛이 분사 모듈(210)에 조사되지 않도록 최소한 분사 모듈(210)에 대응하는 부분이 분사 모듈(210)을 가릴 수 있는 면적을 가지는 한 어떠한 형태로도 구성할 수 있다.
셔터 회전 제한부(260a)는 하단부(200)의 평면으로부터 일정 깊이만큼 함몰된 단차부(270)에 의해 형성되며, 내부에 분사 노즐(150), 분사 모듈(210), 셔터 회전축(240) 및 셔터 부재(250)가 있고, 셔터 회전축(240)의 회전에 의해 셔터 부재(250)가 회전할 때 장애물이 되어 일정한 범위(각도) 이상으로 회전하지 못하도록 막는 역할을 한다.
모터에 전압이 인가되어 셔터 회전축(240)이 회전할 때 셔터 회전 제한부(260a)가 없으면 셔터 부재(250)가 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가리는 데서 멈추지 않고 더 회전하게 될 것이지만, 셔터 회전 제한부(260a)가 장애물 역할을 하여 더 회전하지 못한 채 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가린 채로 멈추게 되어 본 발명의 원하는 목적을 달성하게 된다.
셔터 회전 제한부(260a)는 어디까지나 선택적인 구성요소로, 예를 들어 스텝 모터를 사용하여 셔터의 회전 위치를 전기적으로 제어 가능하거나, DC 모터와 기어 구조를 사용하여 셔터의 회전 위치를 전기 및 기계적으로 제어 가능한 경우에는 별도로 셔터 회전 제한부(260a)를 구비할 필요가 없다.
도 2에서는, 회전축을 중심으로 회전하는 셔터 부재로 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화 방지 구조를 구성하는 예를 보여주고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화 방지 구조를 구성할 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서는, 도 2에 도시된 회전축을 중심으로 회전하는 셔터 부재 대신, 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 병진 운동하는 셔터 이동축(미 도시)을 구비하고, 셔터 부재는, 셔터 이동축에 결합되어 셔터 이동축의 이동에 따라 적어도 일부가 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가리지 않는 제1 위치와 적어도 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가리는 제2 위치 간을 직선 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서는, 도 2에 도시된 회전축을 중심으로 회전하는 셔터 부재 대신, 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 카메라의 조리개와 같은 형태로 회전하는 셔터 부재(미 도시)를 사용하여 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화 방지 구조를 구성할 수 있다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서는, 도 2에 도시된 회전축을 중심으로 회전하는 셔터 부재 대신, 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 회전 및 병진 운동 중 적어도 하나를 통해 적어도 일부가 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가리지 않는 제1 위치와 적어도 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 가리는 제2 위치 간을 회전 왕복 이동 및 직선 왕복 이동 중 적어도 하나를 수행하도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 디스펜서 모듈 내부의 모터와 분사 노즐의 사시도이다. 도 3에는 도 1에 도시된 시린지(130), 분사 노즐(150), 및 분사 모듈(210)이 도시되어 있으며, 튜브(140)는 편의상 생략되어 있다.
분사 모듈(210) 옆에는 모터부(310)가 위치하는데, 이곳에 본 도면에서는 도시되지 않은 모터가 설치되어 그 회전축이 도 2의 하단부(200)의 셔터 회전축(240)과 연결되거나 모터의 회전축 자체가 셔터 회전축(240)의 역할을 하게 된다. 따라서 모터부(310)에 위치한 모터가 전압을 인가받아 모터축을 회전시키면, 셔터 회전축(240)이 회전하게 된다.
모터는 DC 모터를 비롯한 다양한 모터를 본 발명의 목적에 적합하게 소형화하여 디스펜서 모듈 내부에 탑재할 수 있고 전압의 인가에 따라 회전 방향을 전환할 수 있는 임의의 모터로 구성할 수 있다.
모터부(310), 발광 소자(230a, 230b), 분사 모듈(210)에의 전원 연결은 각 전원선을 디스펜서 모듈의 재킷에 구비된 통로를 통해 외부 전력원과 연결함으로써 구성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터의 UV 경화 방지를 위한 셔터 구조가 동작하는 모습을 도시한 평면도이다.
도 4a에서 셔터 부재(250a)는 열린(오픈) 위치에 있으며, 발광 소자(230a, 230b)들은 소등되어 있다. 여기서 '열린 위치'라는 용어는 분사 노즐(150)의 입장에서 차폐가 되지 않았음을 의미하는 것이다. 셔터 부재(250a)가 열린 위치에 있고, 분사 노즐(150) 및 분사 모듈(210)을 전혀 가리지 않기 때문에, 분사 노즐(150)에서 생체 물질이 분사될 수 있다.
도 4b에서 생체 물질이 분리된 후 경화시키기 위해, 발광 소자(230a, 230b)가 점등되고, 셔터 부재(250b)는 회전되어 분사 노즐(150) 및 분사 모듈(210)을 차폐하고 있다. 따라서 셔터 부재(250b)는 '닫힌(클로즈) 위치'에 있으며, 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 전부 가리고 있다. 결과적으로, 발광 소자(230a, 230b)에 의해 광경화를 일으키는 빛이 조사되더라도, 분사 노즐(150), 튜브(140), 및 시린지(130)에 남아있는 생체 물질은 그 빛으로부터 차폐되므로 광경화가 일어나지 않고, 막힘 현상이 방지된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따른 광경화 방지 장치는, 회전 구동부(모터부(310)), 셔터 부재(250), 분사 노즐(150), 및 복수의 광원(230a, 230b)이 일체화된 헤드(H)를 구성한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 헤드(H)는, 분사 노즐(150)의 선단측에 구비된 하단부(200)를 포함하고, 셔터 부재(250) 및 분사 노즐(150)은 하단부(200)의 중앙 부분에 위치하고, 복수의 광원(230a, 230b)은 하단부(200)의 하측면 상에 셔터 부재(250) 및 분사 노즐(150)을 사이에 두고 위치한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 헤드(H)는 회전 구동부(모터부(310))로부터 회전력을 제공받아 회전하는 셔터 회전축(240)을 더 구비하고, 셔터 부재(250)는, 일측이 셔터 회전축(240)에 결합되어 셔터 회전축(240)의 회전에 따라 일측을 중심으로 타측이 회전하여 제1 위치와 제2 위치 간을 회전 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 헤드(H)는 회전 구동부(모터부(310))로부터 회전력을 제공받아 병진 운동하는 셔터 이동축(미 도시)을 더 구비하고, 셔터 부재는, 셔터 이동축에 결합되어 셔터 이동축의 이동에 따라 적어도 일부가 제1 위치와 제2 위치 간을 직선 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 셔터 부재(250)는, 회전 구동부(모터부(310))로부터 회전력을 제공받아 조리개 형상으로 회전하여 적어도 일부가 제1 위치와 제2 위치 간을 회전 왕복 이동한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 하단부(200)는, 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부(270)를 포함하고, 분사 노즐(150) 및 셔터 부재(250)는 단차부(270) 내에 위치하고, 복수의 광원(230a, 230b)은 단차부(270) 이외의 하단부(200)의 하측면에 위치한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 하단부는, 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부(270)를 포함하고, 분사 노즐(150) 및 셔터 부재(250)는 단차부(270) 내에 위치하고, 복수의 광원(230a, 230b)은 분사 노즐(150)을 사이에 두고 하단부(200)의 하측면에 위치한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(150)은 단차부(270) 내의 복수의 광원(230a, 230b)에 가까운 제1 측벽(260b) 측에 위치하고, 단차부(270) 내의 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽(260a)이, 셔터 부재(250)가 제1 위치를 넘어서 이동하지 않도록 제한하고, 단차부(270) 내의 제1 측벽(260b)이, 셔터 부재(250)가 제2 위치를 넘어서 이동하지 못하도록 제한한다.
본 발명의 최소한 하나의 실시예에서, 제어부(미 도시)는, 셔터 부재(250)가 제2 위치에 위치할 때 빛을 발광하고, 셔터 부재(250)가 제1 위치에 있을 때 빛을 발광하지 않도록 복수의 광원(230a, 230b)을 제어한다. 제어부는, 분사 노즐(150), 복수의 광원(230a, 230b), 회전 구동부(모터부(310))를 제어하는 컨트롤러이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 3D 프린터 디스펜서 내부의 생체 물질의 UV 경화를 방지하면서 토출된 생체 물질을 UV 경화하기 위한 셔터 구조의 동작을 설명하는 순서도이다.
먼저, 단계 510에서, 'LED'로 표현된 발광 소자(230a, 230b)는 소등되어 있고 '셔터'로 표현된 셔터 부재(250)는 열린 위치에 있다.
생체 물질을 분사하기 위해 분사 모듈(210)에 일정한 펄스 전압이 가해짐에 따라, 분사 모듈(210)은 분사 노즐(150)을 개방시키고(단계 520), 일정한 양의 생체 물질이 분사되며, 펄스 전압의 인가가 종료되면서 분사 노즐(150)이 폐쇄된다(단계 530).
여기서 분사 노즐(150)이 개방되고 폐쇄된다는 것은 분사 노즐에 생체 물질의 토출을 막는 기계적인 혹은 압전 방식 등을 포함하는 물리적인 개폐장치가 있어 그 개폐장치가 열리고 닫히는 경우 뿐 아니라, 물리적인 개폐장치가 없더라도 공압 등의 조절로 분사 노즐(150)에서 생체 물질의 토출을 방지하는 방식을 사용하는 경우까지 포함하는 표현이다. 따라서, '개방'과 '폐쇄'는 물리적인 개폐방식만을 의미하는 것으로 한정되는 것이 아니라, 그와 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 방식을 모두 포괄하는 비유적 표현으로 이해되어야 한다.
분사된 생체 물질은 중력의 영향에 따라 아래 쪽으로 떨어지고, 셔터 부재(250)가 닫힌 위치로 이동하여 분사 노즐(150)과 분사 모듈(210)을 차폐한다(단계 540).
셔터 부재(250)는 모터의 전기적인 제어 또는 셔터 회전 제한부(260)와 같은 물리적인 제어에 의해 더 이상 회전하지 못하고 닫힌 위치(250b)에 머물러 있게 된다.
그 후, 발광 소자(230a, 230b)가 점등되고(단계 550), 발광 소자로부터의 빛의 조사로 분사된 생체 물질에 광경화가 일어나며, 이후 발광 소자(230a, 230b)가 다시 소등된다(단계 560).
이후 생체 물질의 새로운 분사를 위해서는 먼저 셔터 부재(250)가 열린 위치로 이동하여(단계 570), 생체 물질 분사의 한 주기가 종료된다(단계 580).
위와 같은 절차는 분사 모듈(210), 발광 소자(230a, 230b), 및 모터에 인가되는 전압을 조절하는 것에 의하여 원하는 시간주기와 패턴을 가지도록 구성될 수 있다. 위와 같은 절차를 반복함으로써 디스펜서 모듈에 의한 빠른 속도의 생체 물질 분사 및 각 생체 물질에 대한 광경화와 디스펜서 모듈 내부에 남아있는 생체 물질의 보호가 달성될 수 있다.
여기에서는 본 발명의 실시예들에 의한 바이오 3D 프린터용 디스펜서 내부의 셔터 구조만을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 바이오 3D 프린터용 디스펜서 내부의 셔터 구조를 사용한 다양한 응용방법을 구현할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이오 3D 프린터용 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화를 방지하는 광경화 방지 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 분사 노즐 및 디스펜서 내부 생체 물질의 UV 경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치를 포함하는 바이오 3D 프린터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이오 3D 프린터에서 생체 물질의 경화에 의한 분사 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있다.
위에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
부호의 설명
100: 디스펜서 모듈
110: 냉매 유출입부
120: 유량 조절 나사
130: 시린지
140: 튜브
150: 분사 노즐
200: 하단부
210: 분사 모듈
230a, 230b: 발광 소자
240: 셔터 회전축
250: 셔터 부재
250a: 셔터 부재 (열린 위치)
250b: 셔터 부재 (닫힌 위치)
260b: 셔터 회전 제한부 (제1 측벽)
270: 단차부
310: 모터부
H: 헤드

Claims (10)

  1. 생체 물질을 분사하기 위한 분사 노즐 및 상기 분사 노즐로부터 분사된 생체 물질을 광경화시키기 위한 빛을 발광하는 복수의 광원을 포함하는 디스펜서를 구비하는 바이오 3D 프린터에서 상기 분사 노즐로부터 분사된 생체 물질의 광경화 시에 상기 분사 노즐 및 상기 디스펜서 내부의 생체 물질의 광경화를 방지하기 위한 광경화 방지 장치에 있어서,
    회전력을 제공하기 위한 회전 구동부;
    상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 상기 분사 노즐을 가리지 않는 제1 위치와 적어도 상기 분사 노즐을 가리는 제2 위치 간을 왕복 이동하도록 구성된 셔터 부재; 및
    상기 분사 노즐 및 상기 복수의 광원과 함께 상기 회전 구동부를 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 광원으로부터 빛을 발광하지 않을 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고,
    상기 분사 노즐로부터 상기 생체 물질을 분사할 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고,
    상기 분사 노즐로부터 상기 생체 물질을 분사하지 않고, 상기 광원으로부터 빛을 발광할 때는, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치에 위치하도록 상기 회전 구동부를 제어하고,
    상기 회전 구동부 및 상기 셔터 부재는, 상기 분사 노즐 및 상기 복수의 광원과 함께 일체화된 헤드를 구성하고,
    상기 헤드는, 상기 분사 노즐의 선단측에 구비된 하단부를 포함하고,
    상기 셔터 부재 및 상기 분사 노즐은 상기 하단부의 중앙 부분에 위치하고,
    상기 복수의 광원은 상기 하단부의 하측면 상에 상기 셔터 부재 및 상기 분사 노즐을 사이에 두고 위치하는,
    광경화 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 회전하는 셔터 회전축을 더 구비하고,
    상기 셔터 부재는, 일측이 상기 셔터 회전축에 결합되어 상기 셔터 회전축의 회전에 따라 상기 일측을 중심으로 타측이 회전하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 회전 왕복 이동하는,
    광경화 방지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 병진 운동하는 셔터 이동축을 더 구비하고,
    상기 셔터 부재는, 상기 셔터 이동축에 결합되어 상기 셔터 이동축의 이동에 따라 적어도 일부가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 직선 왕복 이동하는,
    광경화 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셔터 부재는, 상기 회전 구동부로부터 회전력을 제공받아 조리개 형상으로 회전하여 적어도 일부가 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간을 회전 왕복 이동하는,
    광경화 방지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하단부는, 상기 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부를 포함하고,
    상기 분사 노즐 및 상기 셔터 부재는 상기 단차부 내에 위치하고,
    상기 복수의 광원은 상기 단차부 이외의 상기 하측면에 위치하는,
    광경화 방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하단부는, 상기 하측면에 대해 내측으로 들어간 단차부를 포함하고,
    상기 분사 노즐 및 상기 셔터 부재는 상기 단차부 내에 위치하고,
    상기 복수의 광원은 상기 분사 노즐을 사이에 두고 상기 하측면에 위치하는,
    광경화 방지 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 단차부 내의 상기 복수의 광원에 가까운 제1 측벽 측에 위치하고,
    상기 단차부 내의 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치를 넘어서 이동하지 않도록 제한하고,
    상기 단차부 내의 상기 제1 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치를 넘어서 이동하지 못하도록 제한하는,
    광경화 방지 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 단차부 내의 상기 복수의 광원에 가까운 제1 측벽 측에 위치하고,
    상기 단차부 내의 상기 제1 측벽에 대향하는 제2 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치를 넘어서 이동하지 않도록 제한하고,
    상기 단차부 내의 상기 제1 측벽이, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치를 넘어서 이동하지 못하도록 제한하는,
    광경화 방지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 셔터 부재가 상기 제2 위치에 위치할 때 빛을 발광하고, 상기 셔터 부재가 상기 제1 위치에 있을 때 빛을 발광하지 않도록 상기 복수의 광원을 제어하는,
    광경화 방지 장치.
  10. 제1항에서 제9항의 어느 한 항에 기재된 광경화 방지 장치를 구비하는,
    바이오 3D 프린터.
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