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KR102209307B1 - 3ｄ 프린터 - Google Patents

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KR102209307B1
KR102209307B1 KR1020140106917A KR20140106917A KR102209307B1 KR 102209307 B1 KR102209307 B1 KR 102209307B1 KR 1020140106917 A KR1020140106917 A KR 1020140106917A KR 20140106917 A KR20140106917 A KR 20140106917A KR 102209307 B1 KR102209307 B1 KR 102209307B1
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temperature
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cooling
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엘지전자 주식회사
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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{3D printer}
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.

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 냉각 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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