WO2021235654A1 - 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3d 프린터 - Google Patents

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WO2021235654A1
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peltier element
heater
printer
board
temperature
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차미선
박세준
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주식회사 메디팹
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Definitions

  • the present invention relates to a 3D printer using a Peltier element and a heater, and more particularly, to a 3D printer using a Peltier element when controlling a low temperature of the 3D printer and using a heater when controlling a high temperature of the 3D printer.
  • the 3D printer controls the temperature of the raw material and sprays it, and controlling the temperature of the raw material in the 3D printer is very important. In particular, since biomaterials are sensitive to temperature changes, temperature control is becoming a very important issue in a bio 3D printer.
  • a low-temperature module controllable at 4 to 80°C and a high-temperature module controllable at 200°C or higher are used separately to control the temperature of the raw material.
  • the present invention is to solve the above problems, and more particularly, to a 3D printer using a Peltier element when controlling a low temperature of the 3D printer and using a heater when controlling a high temperature of the 3D printer.
  • the raw material is stored, the dispenser is provided with a nozzle to which the raw material is sprayed; One side and the other side are cooled or heated according to the direction of the supplied current, the Peltier element coupled to the dispenser; a heater coupled to the dispenser and transferring heat to the dispenser; a sensor unit capable of measuring the temperature of the raw material stored in the dispenser; It characterized in that it comprises a; control unit for controlling the Peltier element and the heater according to the temperature of the sensor unit.
  • the control unit of the 3D printer using the Peltier element and the heater of the present invention for solving the above problems operates the heater when the temperature sensed by the sensor unit is lower than the specified temperature, and the temperature detected by the sensor unit When is higher than the specified temperature, the Peltier device can be operated.
  • One side cooled in the Peltier element of the 3D printer using the Peltier element and the heater of the present invention for solving the above-mentioned problems is in contact with the dispenser, and the other side heated by the Peltier element may be in contact with the heat sink.
  • a first board receiving a signal from the sensor unit is connected to the Peltier element and the heater, and the first It may include a second board for selectively transmitting a signal to the Peltier element and the heater according to the signal of the board.
  • a diode for allowing current to flow in one direction may be provided between the Peltier element and the first MOSFET of the 3D printer using the Peltier element and the heater of the present invention for solving the above-mentioned problems.
  • the first board of the 3D printer using the Peltier element and the heater of the present invention for solving the above problems compares the temperature sensed from the sensor unit and the target temperature, and the first board is sensed by the sensor unit When the set temperature is lower than the target temperature, the first voltage value specified to the second board is transmitted, and when the temperature sensed by the sensor unit is higher than the target temperature, the second voltage value specified by the second board can be transmitted. .
  • the heater of the 3D printer using the Peltier element and the heater of the present invention for solving the above problems may be made of a cartridge heater.
  • the present invention is a project specific number: 1425136551, department name: Ministry of SMEs and Startups. Research and management institution: Small and Medium Business Technology Information Promotion Agency, Research project name: Start-up growth technology development (R&D), Research project name: Development of hybrid implant technology for facial tissue restoration using 3D printing-based self-tissue-inducing functional biomaterial, Hosted by: Medi Co., Ltd. Fab, research period: It was created through a national project corresponding to 2020-12-02 ⁇ 2021-12-01.
  • the present invention is a project specific number: 1415168659, project number: 20008686, department name: Ministry of Trade, Industry and Energy, research management institution: Korea Industrial Technology Evaluation and Management Institute, research project name: bio-industrial technology development (R&D), research project name: tissue-derived extracellular Development of technology for commercialization of regenerative medicine through the development of substrate-based bioink, project execution institution: Medifab Co., Ltd., research period: It was created through a national project corresponding to 2021-01-01 ⁇ 2021-12-31.
  • the present invention relates to a 3D printer using a Peltier element and a heater, and the 3D printer can be controlled at a low temperature using the Peltier element, and there is an advantage in that the 3D printer can be controlled at a high temperature using the heater.
  • the present invention provides a diode that allows current to flow in only one direction between the first MOSFET and the Peltier element, thereby preventing the reverse voltage generated by the power generation effect of the Peltier element, thereby preventing the failure of the first MOSFET. There is this.
  • FIG. 1 is a view showing that a Peltier element and a heater are combined in a dispenser according to an embodiment of the present invention.
  • 2 (a) and 2 (b) is a view showing a Peltier device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing that a heat sink and a fan are provided on the other side of the Peltier device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing an operation state diagram for selectively operating the Peltier element and the heater through the control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing that the Peltier device according to an embodiment of the present invention is generated to generate a reverse voltage.
  • FIG. 7 is a view showing that a diode is provided between the Peltier device and the first MOSFET according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a 3D printer using a Peltier element and a heater, and to a 3D printer using a Peltier element when controlling a low temperature of the 3D printer and using a heater when controlling a high temperature of the 3D printer.
  • a 3D printer using a Peltier element and a heater includes a dispenser 110 , a Peltier element 120 , a heater 130 , a sensor unit 140 , and a control unit 200 .
  • the dispenser 110 stores raw materials, and the dispenser 110 is provided with a nozzle 111 for spraying the stored raw materials.
  • the dispenser 110 has a space therein so that raw materials can be stored, and the raw materials stored in the space are sprayed to the outside through the nozzle 111 .
  • the Peltier element 120 is an element in which one side (or one surface) can be cooled and the other side (or the other surface) can be heated as current flows.
  • the Peltier element 120 is cooled and heated when the direction of the supplied current is changed is changed. Specifically, when the direction of the current is changed as in FIG. 2(a) in FIG. 2(b), one side (or one surface) of the Peltier element 120 that has been cooled is heated, and the Peltier element 120 that has been heated. The other side is cooled.
  • the 3D printer using the Peltier element and the heater according to an embodiment of the present invention uses the Peltier element 120 during low temperature control, and the dispenser 110 may be cooled through the Peltier element 120 .
  • the Peltier element 120 may be coupled to the dispenser 110. In order to cool the dispenser 110 through the Peltier element 120 as described above, one side cooled in the Peltier element 120 is It is preferable to contact the dispenser 110 .
  • the Peltier element 120 may be coupled to various points of the dispenser 110 if one side of the Peltier element 120 to be cooled can cool the dispenser 110 .
  • a heat sink 150 may be provided on the other side heated by the Peltier element 120 .
  • the Peltier element 120 is an element in which one side (or one surface) can be cooled and the other side (or the other surface) can be heated as current flows.
  • the heat sink 150 is used to cool the other side of the Peltier device 120 that is heated, and heat generated from the other side of the Peltier device 120 may be dispersed through the heat sink 150 .
  • the heat sink 150 is preferably made of a copper heat sink, but is not limited thereto, and may be made of various materials if heat generated from the other side of the Peltier element 120 can be dispersed.
  • the heat sink 150 may be made of metal.
  • the 3D printer using the Peltier element and the heater is a fan 160 or water cooling together with the heat sink 150 in order to improve the cooling function of the Peltier element 120 . It may include more wealth.
  • a water cooling unit may be installed.
  • the water cooling unit 170 may be provided on the other side to be heated of the Peltier element 120 , it may be provided on the other side of the heat sink 150 .
  • the other side of the heated Peltier element 120 can be efficiently cooled, and the Peltier element that cools the dispenser 110 through this ( 120) to improve the cooling function.
  • the water cooling unit 170 may be formed of various devices as long as it can cool the other heated side of the Peltier element 120 .
  • the water block 171 may receive water from a tank 172 in which water is stored. When water is supplied from the tank 172 to the water block 171 , the water pump 173 provides power.
  • the water cooled by the radiator 174 may be introduced into the tank 172 again, and may be supplied back to the water block 171 through the power of the water pump 173 .
  • the water cooling unit 170 can cool the Peltier element 140 while circulating water between the tank 172 - the water block 171 - the radiator 174 .
  • Power through which water is circulated is supplied by the water pump 173 provided in the tank 172 .
  • the heater 130 is coupled to the dispenser 110 , and transfers heat to the dispenser 110 .
  • the 3D printer using the Peltier element and the heater according to an embodiment of the present invention uses the heater 130 when controlling high temperature, and the dispenser 110 can be heated through the heater 130 .
  • the sensor unit 140 may measure the temperature of the raw material stored in the dispenser 110 .
  • the sensor unit 140 is coupled to the dispenser 110 , and various devices may be used as long as the sensor unit 140 can measure the temperature of the raw material stored in the dispenser 110 , and the dispenser 110 . ) can be combined at various points.
  • the control unit 200 may control the Peltier element 120 and the heater 130 according to the temperature of the sensor unit 140 . Specifically, when the temperature sensed by the sensor unit 140 is lower than a specified temperature (target temperature), the controller 200 operates the heater 130 to heat the dispenser 110 , and the sensor unit When the temperature sensed at 140 is higher than the specified temperature (target temperature), the Peltier element 120 is operated to cool the dispenser 110 .
  • target temperature a specified temperature
  • control unit 200 the configuration of the control unit 200 and the operation of the control unit 200 according to the sensor unit 140 will be described in detail with reference to FIG. 5 .
  • the controller 200 may include a first board 210 , a second board 220 , a first MOSFET 230 , a second MOSFET 240 , and a voltage supply unit 250 . .
  • the first board 210 receives a signal from the sensor unit 140 , and may be a main board capable of comparing the temperature of the sensor unit 140 with a temperature that a user targets.
  • the second board 220 is connected to the Peltier element 120 and the heater 130 according to a signal from the first board 210 while being connected to any one of the Peltier element 120 and the heater 130 . It is possible to selectively transmit a signal.
  • the second board 220 is connected to the first board 210, the second board 220 according to the signal of the first board 210, the Peltier element 120 and the heater ( 130) may be an Atmega board that can selectively operate any one of them.
  • first board 210 and the second board 220 are illustrated separately in FIG. 5 , the first board 210 and the second board 220 may be provided on one board, and FIG. 5 may be provided separately.
  • the second board 220 and the Peltier device 120 may be connected through the first MOSFET 230 , and the second board 220 and the heater 130 connect the second MOSFET 240 to the second board 220 . can be connected through
  • the first MOSFET 230 is provided between the second board 220 and the Peltier element 120, and the first MOSFET 230 has a first connection terminal 231 and a first board connection terminal ( 232), the first voltage connection terminal 233 is formed.
  • the first connection terminal 231 is a terminal for connecting the first MOSFET 230 and the Peltier element 120 , and a line extending from the first connection terminal 231 is connected to the Peltier element 120 . do.
  • the first voltage connection terminal 233 is a terminal for connecting the first MOSFET 230 and the voltage supply unit 250 , and a line extending from the first voltage connection terminal 233 is the voltage supply unit 250 . is connected to
  • the second board connection terminal 242 is a terminal for connecting the second MOSFET 240 and the second board 220, and a line extending from the second board connection terminal 242 is connected to the second board ( 220) is connected.
  • the voltage supply unit 250 is connected to the first MOSFET 230 through the first board connection terminal 232 , and is connected to the second MOSFET 240 through the second board connection terminal 242 . .
  • the first MOSFET 230 receiving the signal from the second board 220 operates the Peltier element 120 , and the Peltier element 120 receives power from the voltage supply unit 250 while receiving power from the dispenser. (110) is cooled.
  • the 3D printer using the Peltier element and the heater according to an embodiment of the present invention is provided with a diode 260 that allows current to flow only in one direction between the first MOSFET 230 and the Peltier element 120 to provide the Peltier element.
  • a diode 260 that allows current to flow only in one direction between the first MOSFET 230 and the Peltier element 120 to provide the Peltier element.

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Abstract

본 발명은 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것으로, 원료가 저장되며, 원료가 분사되는 노즐이 구비되는 디스펜서; 공급되는 전류의 방향에 따라 일측과 타측이 냉각 또는 가열되며, 상기 디스펜서에 결합되는 펠티에 소자; 상기 디스펜서에 결합되며, 상기 디스펜서에 열을 전달하는 히터; 상기 디스펜서에 저장된 원료의 온도를 측정할 수 있는 센서부; 상기 센서부의 온도에 따라 상기 펠티에 소자와 상기 히터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터
본 발명은 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 저온 제어시에는 펠티에 소자를 사용하고 3D 프린터의 고온 제어시에는 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는 노즐을 통해 소정의 재료를 순차적으로 분사하면서 미세한 두께로 층층이 쌓아 올려 실물의 입체 형상을 출력하는 장치를 말한다. 3D 프린터에서 사용되는 원료는 금속, 합성수지 등일 수 있으며, 최근에는 생체 물질을 재료로 사용하는 바이오 3D 프린터가 개발되고 있다.
3D 프린터는 원료의 온도를 조절하여 분사하는 것으로, 3D 프린터에서 원료의 온도를 조절하는 것은 매우 중요한 사항이다. 특히, 생체 물질 재료는 온도 변화에 민감하기 때문에, 바이오 3D 프린터에서는 온도를 제어하는 것이 매우 중요한 사항이 되고 있다.
종래의 바이오 3D 프린터 디스펜서는, 원료의 온도 제어를 위해 4도 내지 80도로 제어 가능한 저온 모듈과 200도 이상에서 제어 가능한 고온 모듈을 분리하여 사용하고 있다.
그러나 이와 같이 저온 모듈과 고온 모듈을 분리하여 사용하는 것은 다양한 장치를 필요로 할 뿐만 아니라, 장치를 분리하여 3D 프린터를 사용함에 따라 3D 프린터의 작업 능률을 저하 시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 저온 제어시에는 펠티에 소자를 사용하고 3D 프린터의 고온 제어시에는 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는, 원료가 저장되며, 원료가 분사되는 노즐이 구비되는 디스펜서; 공급되는 전류의 방향에 따라 일측과 타측이 냉각 또는 가열되며, 상기 디스펜서에 결합되는 펠티에 소자; 상기 디스펜서에 결합되며, 상기 디스펜서에 열을 전달하는 히터; 상기 디스펜서에 저장된 원료의 온도를 측정할 수 있는 센서부; 상기 센서부의 온도에 따라 상기 펠티에 소자와 상기 히터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 제어부는, 상기 센서부에서 감지된 온도가 지정된 온도보다 낮을 때는 상기 히터를 작동시키며, 상기 센서부에서 감지된 온도가 지정된 온도보다 높을 경우에는 상기 펠티에 소자를 작동시킬 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 펠티에 소자에서 냉각되는 일측은 상기 디스펜서에 접촉되며, 상기 펠티에 소자에서 가열되는 타측에는 방열판이 접촉될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터은, 상기 펠티에 소자의 가열되는 타측을 냉각시킬 수 있는 팬 또는 수냉부를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 제어부는, 상기 센서부로부터 신호를 전달받는 제1보드와, 상기 펠티에 소자와 상기 히터와 연결되며, 상기 제1보드의 신호에 따라 상기 펠티에 소자와 상기 히터에 선택적으로 신호를 송신하는 제2보드를 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 제어부는, 상기 펠티에 소자와 상기 제2보드 사이에 구비되며, 전압 공급부와 연결되는 제1모스펫과, 상기 히터와 상기 제2보드 사이에 구비되며, 전압 공급부와 연결되는 제2모스펫을 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 펠티에 소자와 상기 제1모스펫 사이에는 전류를 일방향으로 흐르게 하는 다이오드가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 제1보드는 상기 센서부로부터 감지된 온도와 목표 온도를 비교하며, 상기 제1보드는, 상기 센서부에서 감지된 온도가 목표 온도보다 낮을 때는 상기 제2보드에 지정된 제1전압값을 송신하며, 상기 센서부에서 감지된 온도가 목표 온도보다 높 때는 상기 제2보드에 지정된 제2전압값을 송신할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 히터는, 카트리지 히터로 이루어질 수 있다.
본 발명은 과제고유번호 : 1425136551, 부처명 : 중소벤처기업부. 연구관리 전문기관 : 중소기업기술정보진흥원, 연구사업명 : 창업성장기술개발(R&D), 연구과제명 : 3D 프린팅 기반 자가조직 유도기능성 생체소재를 이용한 안면부 조직수복용 하이브리드 보형물 기술개발, 주관기관 : 주식회사 메디팹, 연구기간 : 2020-12-02~2021-12-01에 해당하는 국가과제를 통해 창출된 것이다.
본 발명은 과제고유번호 : 1415168659, 과제번호 : 20008686, 부처명 : 산업통상자원부, 연구관리 전문기관 : 한국산업기술평가관리원, 연구사업명 : 바이오산업기술개발 (R&D), 연구과제명 : 조직유래 세포외 기질 기반 바이오잉크 개발을 통한 재생의료용 제품화 기술개발, 과제수행기관 : 주식회사 메디팹, 연구기간 : 2021-01-01~2021-12-31에 해당하는 국과제를 통해 창출된 것이다.
본 발명은 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것으로, 펠티에 소자를 사용하여 3D 프린터를 저온 제어할 수 있으며, 히터를 사용하여 3D 프린터를 고온 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 제1모스펫과 펠티에 소자 사이에 일방향으로만 전류를 흐르게 하는 다이오드를 구비하여 펠티에 소자의 발전효과로 발생하는 역전압을 막아줌에 따라 제1모스펫의 고장을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디스펜서에 펠티에 소자와 히터가 결합된 것을 나타내는 도면이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자의 타측에 방열판과 팬이 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수냉부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제어부를 통해 펠티에 소자와 히터를 선택적으로 작동시키는 작동 상태도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자가 발전되어 역전압이 발생하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 펠티에 소자와 제1모스펫 사이에 다이오드가 구비된 것을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것으로, 3D 프린터를 저온 제어시에는 펠티에 소자를 사용하고 3D 프린터의 고온 제어시에는 히터를 사용하는 3D 프린터에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 디스펜서(110), 펠티에 소자(120), 히터(130), 센서부(140), 제어부(200)를 포함한다.
상기 디스펜서(110)는 원료가 저장되는 것으로, 상기 디스펜서(110)에는 저장된 원료가 분사되는 노즐(111)이 구비되어 있다. 상기 디스펜서(110)는 원료가 저장될 수 있도록 내부에 공간이 구비되어 있는 것으로, 상기 공간에 저장된 원료는 상기 노즐(111)을 통해 외부로 분사된다.
본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 상기 노즐(111)을 통해 소정의 원료를 순차적으로 분사하면서 미세한 두께로 층층이 쌓아 올려 실물의 입체 형상을 출력할 수 있는 것이다. 상기 디스펜서(110)의 상기 노즐(111)을 통해 상기 원료를 분사하는 것은 이미 공지된 기술인 바 상세한 설명은 생략한다.
상기 원료는 목표로 하는 온도로 제어될 수 있으며, 상기 디스펜서(110)를 통해 상기 원료의 온도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 디스펜서(110)는 후술할 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130)를 통해 냉각되거나 가열될 수 있는 것으로, 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130)를 통해 상기 원료의 온도가 제어된다.
상기 펠티에 소자(120)는 공급되는 전류의 방향에 따라 일측과 타측이 냉각 또는 가열되는 것이다. 도 2(a)를 참조하면, 상기 펠티에 소자(120)는 전류가 흐름에 따라 일측(또는 일면)이 냉각될 수 있고, 타측(또는 타면)이 가열될 수 있는 소자이다.
상기 펠티에 소자(120)는 공급되는 전류의 방향이 바뀌게 되면 냉각과 가열되는 지점이 변경된다. 구체적으로, 도 2(a)에서 도 2(b)와 같이 전류의 방향이 변경되면, 냉각되었던 상기 펠티에 소자(120)의 일측(또는 일면)은 가열되고, 가열되었던 상기 펠티에 소자(120)의 타측은 냉각된다.
본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 저온 제어시 상기 펠티에 소자(120)를 사용하는 것으로, 상기 펠티에 소자(120)를 통해 상기 디스펜서(110)가 냉각될 수 있다.
상기 펠티에 소자(120)는 상기 디스펜서(110)에 결합될 수 있는데, 상기와 같이 상기 펠티에 소자(120)를 통해 상기 디스펜서(110)를 냉각시키기 위해, 상기 펠티에 소자(120)에서 냉각되는 일측이 상기 디스펜서(110)에 접촉되는 것이 바람직하다.
상기 펠티에 소자(120)는, 냉각되는 상기 펠티에 소자(120)의 일측이 상기 디스펜서(110)를 냉각시킬 수 있다면, 상기 디스펜서(110)의 다양한 지점에 결합될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 펠티에 소자(120)에서 가열되는 타측에는 방열판(150)이 구비될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 펠티에 소자(120)는 전류가 흐름에 따라 일측(또는 일면)이 냉각될 수 있고, 타측(또는 타면)이 가열될 수 있는 소자이다.
상기 펠티에 소자(120)를 통한 냉각 기능을 향상시키기 위해서는, 가열되는 상기 펠티에 소자(120)의 타측에서 발생하는 열을 식혀야 할 필요성이 있다. 상기 방열판(150)은 가열되는 상기 펠티에 소자(120)의 타측을 식히기 위해 사용되는 것으로, 상기 방열판(150)을 통해 상기 펠티에 소자(120)의 타측에서 발생하는 열을 분산시킬 수 있다.
상기 방열판(150)은 구리 방열판으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 펠티에 소자(120)의 타측에서 발생하는 열을 분산 시킬 수 있다면 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 방열판(150)은 금속으로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는, 상기 펠티에 소자(120)의 냉각 기능을 향상시키기 위해서 상기 방열판(150)과 함께 팬(160) 또는 수냉부를 더 포함할 수 있다.
상기 팬(160)은 상기 펠티에 소자(120)의 가열되는 타측을 냉각시킬 수 있는 것으로, 상기 팬(160)은 가열되는 상기 펠티에 소자(120)의 타측에 바람을 공급하는 것이다. 상기 방열판(150)과 상기 팬(160)을 동시에 사용하면, 가열되는 상기 펠티에 소자(120)의 타측을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 되고, 이를 통해 상기 디스펜서(110)를 냉각시키는 상기 펠티에 소자(120)의 냉각 기능을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 펠티에 소자(120)의 가열되는 타측에는, 상기 팬(160) 이외에 수냉부가 설치될 수도 있다. 상기 수냉부(170)는 상기 펠티에 소자(120)의 가열되는 타측에 구비될 수 있으며, 상기 방열판(150)의 타측에 구비될 수 있다.
상기 방열판(150)과 상기 수냉부(170)을 동시에 사용하면, 가열되는 상기 펠티에 소자(120)의 타측을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 되고, 이를 통해 상기 디스펜서(110)를 냉각시키는 상기 펠티에 소자(120)의 냉각 기능을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 수냉부(170)는 상기 펠티어 소자(120)의 가열되는 타측을 냉각시킬 수 있는 것이라면 다양한 장치로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수냉부(170)는, 워터블럭(171), 탱크(172), 워터펌프(173), 라디에이터(174)를 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 워터블럭(171)은 상기 펠티에 소자(120)의 타측에 구비되는 것으로, 상기 워터블럭(171)을 통해 상기 펠티어 소자(120)의 타측을 냉각시킬 수 있게 된다.
상기 워터블럭(171)은 물이 저장되어 있는 탱크(172)로부터 물을 공급받을 수 있다. 상기 탱크(172)에서 상기 워터블럭(171)으로 물을 공급할 때, 상기 워터펌프(173)가 동력을 제공하게 된다.
상기 워터블럭(171)으로 제공된 물은 상기 펠티에 소자(140)의 타측을 냉각시키고, 상기 라디에이터(174)로 유입된다. 상기 라디에이터(174)는 상기 워터블럭(171)에서 받은 열을 식혀줄 수 있는 것으로, 상기 워터블럭(171)에서 가열된 물을 냉각시킬 수 있다면, 다양한 장치로 이루어질 수 있다.
상기 라디에이터(174)에서 식혀진 물은 다시 상기 탱크(172)로 유입되고, 상기 워터 펌프(173)의 동력을 통해 다시 상기 워터블럭(171)으로 공급될 수 있다.
즉, 상기 수냉부(170)는 상기 탱크(172)-상기 워터블럭(171)-상기 라디에이터(174) 사이에서 물을 순환시키면서 상기 펠티에 소자(140)를 냉각시킬 수 있는 것이다. 물이 순환되는 동력은 상기 탱크(172)에 구비된 상기 워터펌프(173)가 공급한다.
상술한 설명에서는 상기 워터블럭(171), 상기 탱크(172), 상기 워터펌프(173), 상기 라디에이터(174)를 포함하는 상기 수냉부(170)에 대해 설명하였으나, 상기 수냉부는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 수냉부는 상기 펠티에 소자(140)를 냉각시킬 수 있다면 다양한 장치로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 히터(130)는 상기 디스펜서(110)에 결합되며, 상기 디스펜서(110)에 열을 전달하는 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 고온 제어시 상기 히터(130)를 사용하는 것으로, 상기 히터(130)를 통해 상기 디스펜서(110)를 가열할 수 있다.
상기 히터(130)는 통형상으로 이루어진 카트리지 히터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 히터(130)는 상기 디스펜서(110)를 가열할 수 있다면 다양한 종류의 히터로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 히터(130)는 상기 디스펜서(110)를 가열할 수 있다면, 상기 디스펜서(110)의 다양한 지점에 결합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 센서부(140)는 상기 디스펜서(110)에 저장된 원료의 온도를 측정할 수 있는 것이다. 상기 센서부(140)는 상기 디스펜서(110)에 결합되는 것으로, 상기 센서부(140)는 상기 디스펜서(110)에 저장된 원료의 온도를 측정할 수 있다면 다양한 장치가 사용될 수 있으며, 상기 디스펜서(110)의 다양한 지점에 결합될 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 센서부(140)의 온도에 따라 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130)를 제어할 수 있는 것이다. 구체적으로, 상기 제어부(200)는, 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 지정된 온도(목표 온도)보다 낮을 때는 상기 히터(130)를 작동시켜 상기 디스펜서(110)를 가열하며, 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 지정된 온도(목표 온도)보다 높을 때는 상기 펠티에 소자(120)를 작동시켜 상기 디스펜서(110)를 냉각한다.
이하에서는, 도 5를 참조하여, 상기 제어부(200)의 구성과 상기 센서부(140)에 따른 상기 제어부(200)의 작동을 상세하게 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(200)는 제1보드(210), 제2보드(220), 제1모스펫(230), 제2모스펫(240), 전압 공급부(250)를 포함할 수 있다.
상기 제1보드(210)는 상기 센서부(140)로부터 신호를 전달받는 것으로, 상기 센서부(140)의 온도와 사용자가 목표로 하는 온도를 비교할 수 있는 메인 보드(Main board)일 수 있다.
상기 제2보드(220)는 상기 펠티에 소자(120) 및 상기 히터(130)와 연결되면서 상기 제1보드(210)의 신호에 따라 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130) 중 어느 하나에 선택적으로 신호를 송신할 수 있는 것이다.
상기 제2보드(220)는 상기 제1보드(210)와 연결되어 있는 것으로, 상기 제2보드(220)는 상기 제1보드(210)의 신호에 따라 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130) 중 어느 하나를 선택적으로 작동시킬 수 있는 Atmega board일 수 있다.
도 5에서는 상기 제1보드(210)와 상기 제2보드(220)를 분리하여 도시하였으나, 상기 제1보드(210)와 상기 제2보드(220)는 하나의 보드에 구비될 수 있으며, 도 5와 같이 분리되어 구비될 수도 있다.
상기 제2보드(220)와 상기 펠티에 소자(120)는 상기 제1모스펫(230)을 통해 연결될 수 있으며, 상기 제2보드(220)와 상기 히터(130)는 상기 제2모스펫(240)을 통해 연결될 수 있다.
상기 제1모스펫(230)은 상기 제2보드(220)와 상기 펠티에 소자(120) 사이에 구비되는 것으로, 상기 제1모스펫(230)에는 제1연결단자(231), 제1보드 연결단자(232), 상기 제1전압 연결단자(233)가 형성되어 있다.
상기 제1연결단자(231)는 상기 제1모스펫(230)과 상기 펠티에 소자(120)를 연결하는 단자로, 상기 제1연결단자(231)에서 연장된 선은 상기 펠티에 소자(120)에 연결된다.
상기 제1보드 연결단자(232)는 상기 제1모스펫(230)과 상기 제2보드(220)를 연결하는 단자로, 상기 제1보드 연결단자(232)에서 연장된 선은 상기 제2보드(220)에 연결된다.
상기 제1전압 연결단자(233)는 상기 제1모스펫(230)과 상기 전압 공급부(250)를 연결하는 단자로, 상기 제1전압 연결단자(233)에서 연장된 선은 상기 전압 공급부(250)에 연결된다.
상기 제2모스펫(240)은 상기 제2보드(220)와 상기 히터(130) 사이에 구비되는 것으로, 상기 제2모스펫(240)에는 제2연결단자(241), 제2보드 연결단자(242), 상기 제2전압 연결단자(243)가 형성되어 있다.
상기 제2연결단자(241)는 상기 제2모스펫(240)과 상기 히터(130)를 연결하는 단자로, 상기 제2연결단자(241)에서 연장된 선은 상기 히터(130)에 연결된다.
상기 제2보드 연결단자(242)는 상기 제2모스펫(240)과 상기 제2보드(220)를 연결하는 단자로, 상기 제2보드 연결단자(242)에서 연장된 선은 상기 제2보드(220)에 연결된다.
상기 제2전압 연결단자(243)는 상기 제2모스펫(240)과 상기 전압 공급부(250)를 연결하는 단자로, 상기 제2전압 연결단자(243)에서 연장된 선은 상기 전압 공급부(250)에 연결된다.
상기 전압 공급부(250)는 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130)에 전력을 공급할 수 있는 것이며, 상기 전압 공급부(250)는 상기 제1모스펫(230)과 상기 제2모스펫(240)에 전력을 공급할 수 있는 것이다.
상기 전압 공급부(250)는 상기 제1보드 연결단자(232)를 통해 상기 제1모스펫(230)과 연결되며, 상기 제2보드 연결단자(242)를 통해 상기 제2모스펫(240)에 연결된다.
상기 전압 공급부(250)는 하나의 전력 장치로 이루어질 수 있으며, 복수 개의 전력 장치로 이루어질 수도 있다. 상기 전압 공급부(250)는 다양한 지점에 배치될 수 있으며, 상기 전압 공급부(250)의 전력은 상기 펠티에 소자(120), 상기 히터(130), 상기 제1모스펫(230), 상기 제2모스펫(240)에 공급된다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(200)는 다음과 같이 작동된다. 사용자가 3D 프린터를 사용하기 위한 목표 온도를 설정하고 이를 입력한다. 상기 제1보드(210)는 상기 센서부(140)에서 감지된 현재 온도와 목표 온도를 수신받을 수 있는 것으로, 상기 제1보드(210)는 상기 센서부(140)에서 감지된 현재 온도와 목표 온도를 비교하여 온도를 낮출 것인지 혹은 높일 것이지 결정하게 된다.
상기 제1보드(210)는 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 목표 온도 보다 낮을 때는 상기 제2보드(220)에 지정된 제1전압값을 송신하며, 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 목표 온도보다 높을 때는 상기 제2보드(220)에 지정된 제2전압값을 송부한다.
즉, 상기 제1보드(210)는 상기 센서부(140)로부터 감지된 온도와 목표 온도를 비교하여, 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 목표 온도보다 낮으면 + 5V(제1전압값)를 송신하고, 상기 센서부(140)에서 감지된 온도가 목표 온도보다 높으면 0V(제2전압값)를 송신하게 된다.
상기 제2보드(220)는 상기 제1보드(210)로부터 입력받은 전압값을 구별하여 상기 펠티에 소자(120)와 상기 히터(130) 중 어느 하나를 선택적으로 작동시킨다. 구체적으로, 상기 제2보드(220)가 상기 제1보드(210)로부터 +5V(제1전압값)를 입력받으면, 상기 제2보드(220)는 상기 제2모스펫(240)으로 신호를 송신하여 상기 제2모스펫(240)을 동작시킨다.
상기 제2보드(220)로부터 신호를 받은 상기 제2모스펫(240)은 상기 히터(130)를 작동시키게 되며, 상기 히터(130)는 상기 전압 공급부(250)로부터 전력을 공급받으면서 상기 디스펜서(110)를 가열하게 된다.
상기 제2보드(220)가 상기 제1보드(210)로부터 0V(제2전압값)를 입력받으면, 상기 제2보드(220)는 상기 제1모스펫(230)으로 신호를 송신하여 상기 제1모스펫(230)을 동작시킨다.
상기 제2보드(220)로부터 신호를 받은 상기 제1모스펫(230)은 상기 펠티에 소자(120)를 작동시키게 되며, 상기 펠티에 소자(120)는 상기 전압 공급부(250)로부터 전력을 공급받으면서 상기 디스펜서(110)를 냉각하게 된다.
여기서, 사용자가 설정하는 목표 온도는 지정된 특정 온도일 수 있으며, 3D 프린터의 사용환경에 따라 변경될 수 있는 것이다. 또한, 상술한 설명에서는 상기 제1보드(210)에서 상기 제2보드(220)로 송신하는 제1전압값과 제2전압값을 +5V, 0V 로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 3D 프린터의 사용환경에 따라 제1전압값과 제2전압값은 변경될 수 있는 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터의 상기 펠티에 소자(120)와 상기 제1모스펫(230) 사이에는 전류를 일방향으로 흐르게 하는 다이오드(260)가 구비될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 펠티에 소자(120)의 일측(또는 일면)과 타측(또는 타면)이 가열과 냉각되면, 발전 효과에 의해 상기 펠티에 소자(120)에서 전기가 발생할 수 있다. 구체적으로, 상기 펠티에 소자(120)의 양면에서 온도차가 발생하면, 발전으로 인하여 역전압이 발생하게 된다.
도 7과 같이 상기 펠티에 소자(120)를 사용하지 않고, 상기 히터(130)로 상기 디스펜서(110)를 가열시키게 되면, 상기 히터(130)의 열에 의해 상기 펠티에 소자(120)의 일측(또는 일면)이 가열될 수 있다.
상기 펠티에 소자(120)의 일측(또는 일면)이 상기 히터(130)에 의해 가열되면, 상기 펠티에 소자(120)의 양면 온도차에 의해 발전이 발생하게 되고, 이로 인한 역전압이 상기 제1모스펫(230)으로 들어가 상기 제1모스펫(230)이 고장날 수 있게 된다.
즉, 상기 히터(130)에 의해 상기 펠티에 소자(120)의 일면이 가열되면, 상기 펠티에 소자(120)에서 상기 제1모스펫(230)으로 전류가 흘러들어가게 되면서 상기 제1모스펫(230)이 고장날 염려가 있다.
도 7을 참조하면, 상기 다이오드(260)는 이를 방지하기 위해 상기 펠티에 소자(120)와 상기 제1모스펫(230) 사이에 구비되는 것이다. 상기 다이오드(260)는 전류를 일방향으로만 흐르게 하는 것으로, 상기 다이오드(260)는 상기 제1모스펫(230)에서 상기 펠티에 소자(120) 방향으로는만 전류를 흐르게 한다.
일방향으로만 전류를 흐르게 하는 상기 다이오드(260)를 통하여 상기 펠티에 소자(120)에서 상기 제1모스펫(230) 방향으로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있게 되고, 이를 통해 상기 제1모스펫(230)의 고장을 방지할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 펠티에 소자(120)를 사용하여 3D 프린터를 저온 제어할 수 있으며, 히터(130)를 사용하여 3D 프린터를 고온 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 펠티에 소자(120)와 함께 구리 방열판(150), 팬(160)을 함께 사용함에 따라 펠티에 소자(120)의 타측(또는 타면)을 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 이를 통해 펠티에 소자(120)를 통한 냉각 기능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터는 제1모스펫(230)과 펠티에 소자(120) 사이에 일방향으로만 전류를 흐르게 하는 다이오드(260)를 구비하여 펠티에 소자(120)의 발전효과로 발생하는 역전압을 막아줌에 따라 제1모스펫(230)의 고장을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 3D 프린터에서 분사되는 원료가 적층 되면서 조형물로의 성형이 이루어지는 3D 프린터 있어서,
    원료가 저장되며, 원료가 분사되는 노즐이 구비되는 디스펜서;
    공급되는 전류의 방향에 따라 일측과 타측이 냉각 또는 가열되며, 상기 디스펜서에 결합되는 펠티에 소자;
    상기 디스펜서에 결합되며, 상기 디스펜서에 열을 전달하는 히터;
    상기 디스펜서에 저장된 원료의 온도를 측정할 수 있는 센서부;
    상기 센서부의 온도에 따라 상기 펠티에 소자와 상기 히터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서부에서 감지된 온도가 지정된 온도보다 낮을 때는 상기 히터를 작동시키며,
    상기 센서부에서 감지된 온도가 지정된 온도보다 높을 경우에는 상기 펠티에 소자를 작동시키는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펠티에 소자에서 냉각되는 일측은 상기 디스펜서에 접촉되며,
    상기 펠티에 소자에서 가열되는 타측에는 방열판이 접촉되는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펠티에 소자의 가열되는 타측을 냉각시킬 수 있는 팬 또는 수냉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서부로부터 신호를 전달받는 제1보드와,
    상기 펠티에 소자와 상기 히터와 연결되며, 상기 제1보드의 신호에 따라 상기 펠티에 소자와 상기 히터에 선택적으로 신호를 송신하는 제2보드를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 펠티에 소자와 상기 제2보드 사이에 구비되며, 전압 공급부와 연결되는 제1모스펫과,
    상기 히터와 상기 제2보드 사이에 구비되며, 전압 공급부와 연결되는 제2모스펫을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 펠티에 소자와 상기 제1모스펫 사이에는 전류를 일방향으로 흐르게 하는 다이오드가 구비되는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1보드는 상기 센서부로부터 감지된 온도와 목표 온도를 비교하며,
    상기 제1보드는,
    상기 센서부에서 감지된 온도가 목표 온도보다 낮을 때는 상기 제2보드에 지정된 제1전압값을 송신하며,
    상기 센서부에서 감지된 온도가 목표 온도보다 높 때는 상기 제2보드에 지정된 제2전압값을 송신하는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 히터는, 카트리지 히터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠티에 소자와 히터를 사용하는 3D 프린터.
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