KR101653817B1

KR101653817B1 - 가변노즐헤드가 구비되는 3d프린터 및 그 작동방법

Info

Publication number: KR101653817B1
Application number: KR1020140152155A
Authority: KR
Inventors: 진천덕
Original assignee: 주식회사 휴로
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-09-05
Also published as: WO2016072549A1; KR20160052199A

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 설치면에 지지되는 프레임(110); 상기 프레임(110) 일측에 설치되는 가변노즐헤드 이동기구(120); 및 상기 가변노즐헤드 이동기구(120) 일측에 장착되며, 일측에 구비되는 배출공(132)을 통하여 성형재료(F)가 토출되는 가변노즐헤드(130);를 포함하며, 상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)는 상기 배출공(132)의 직경이 가변됨에 따라, 그 굵기가 굵거나 또는 가늘게 세팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 한다.
따라서, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터에 따르면, 하나의 고정식 노즐헤드로써 복잡하게 복합형성되는 입체형상을 성형하는데 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없던 종래기술에 따른 문제점을 해결하되, 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 크거나 또는 좁게 셋팅시킬 수 있으며, 저온냉각팬 및 가변노즐을 이용하여 빠른 형상제작을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법{3D PRINTER HAVING VARIABLE-NOZZLE MECHANISM AND MANAGEMENT METHOD OF THE SAME}

본 발명은 3D프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 종래, 노즐헤드의 일측에 구비되어 성형재료가 토출되어 나오는 배출공이 최초 설정된 직경이 유지되도록 구성되는 고정식 노즐헤드를 장착시킴으로써, 하나의 3D 입체형상의 제품을 성형함에 있어서 세밀하게 성형되는 부분과 거칠게 성형되는 부분이 복잡하게 복합ㆍ형성되는 입체형상을 제작하는 고정식 노즐헤드가 구비되는 3D프린터에 있어서, 하나의 고정식 노즐헤드로써 복잡하게 복합형성되는 입체형상을 성형하는데 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없던 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술에 따른 고정식 노즐헤드가 구비되는 3D프린터를 이용하여 세밀하게 성형되는 부분과 거칠게 성형되는 부분이 복잡하게 복합ㆍ형성되는 입체형상을 제작하는 과정에서의 문제점을 해결하기 위해, 통상의 3D프린터에 있어서 특히 저온냉각모듈과 가변노즐헤드가 구비되어, 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 필요에 따라 수시로 크게 또는 작게 형성되어야 하는 경우, 상기 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 크거나 또는 좁게 셋팅시킬 수 있으며, 저온냉각팬 및 가변노즐을 이용하여 빠른 형상제작을 위한 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 관한 것이다.

아울러, 본 발명은, 통상의 3D프린터에 있어서 특히 저온냉각모듈과 가변노즐헤드가 구비됨으로써, 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 필요에 따라 수시로 크게 또는 작게 형성된 상태에서 빠른 시간 내에 신속하게 배출된 상기 성형재료가 경화될 수 있어, 완성된 성형제품이 안정적으로 형태가 유지되도록 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 관한 것이다.

근래에, 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다.

이러한 3D 프린터는, 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 금후로는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있어서 앞으로 3D 프린터 시장은 확대일로에 있다.

여기서, 3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다.

그리고, 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치조절되는 3차원 이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

그러나, 종래기술에 따른 상기의 필라멘트 용융 적층 성형방법에 따르면, 노즐헤드의 일측에 구비되어 성형재료가 토출되어 나오는 배출공이 최초 설정된 직경이 유지되도록 구성되는 고정식 노즐헤드를 장착시킴으로써, 하나의 3D 입체형상의 제품을 성형함에 있어서 세밀하게 성형되는 부분과 거칠게 성형되는 부분이 복잡하게 복합형성되는 입체형상을 제작하는 고정식 노즐헤드가 구비되는 3D프린터인 바, 하나의 고정식 노즐헤드로써 복잡하게 복합ㆍ형성되는 입체형상을 성형하는데 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없는 문제점이 발생하였다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 따라서 본 발명의 목적은, 하나의 고정식 노즐헤드로써 복잡하게 복합형성되는 입체형상을 성형하는데 소요되는 시간이 길어질 수밖에 없던 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같은 종래기술에 따른 고정식 노즐헤드가 구비되는 3D프린터의 문제점을 해결하기 위해, 특히 저온냉각팬과 가변노즐헤드가 구비되어, 초콜릿/양초/비누공예 등의 다양한 분야에서 각양각색의 소비자의 니즈(NEEDS)를 충족시키되, 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 크게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 크게 셋팅시키고, 반면에 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 작게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 반대로 좁게, 필요에 따라 수시로 변경하여 설정시킬 수 있는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법을 제공함에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 통상의 3D프린터에 있어서 가변노즐헤드와 더불어서, 특히 저온냉각모듈이 구비됨으로써, 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 필요에 따라 수시로 크게 또는 작게 형성된 상태에서, 빠른 시간 내에 신속하게 배출된 상기 성형재료가 경화될 수 있어, 완성된 성형제품의 형태가 안정적으로 유지되도록 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 설치면에 지지되는 프레임(110); 상기 프레임(110) 일측에 설치되는 가변노즐헤드 이동기구(120); 및 상기 가변노즐헤드 이동기구(120) 일측에 장착되며, 일측에 구비되는 배출공(132)을 통하여 성형재료(F)가 토출되는 가변노즐헤드(130);을 포함하며, 상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)는 상기 배출공(132)의 직경이 가변됨에 따라, 그 굵기가 굵거나 또는 가늘게 세팅될 수 있는 것을 특징으로 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터가 제공된다.

여기서, 상기 가변노즐헤드(130)는 척타잎 가변노즐헤드(130a)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 척타잎 가변노즐헤드(130a)는, 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a); 및 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 가변노즐헤드(130)는 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)는, 다수개의 셔터타잎 배출공개폐부재(131b); 및 다수개의 상기 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기 프레임(110) 일측에 설치되어, 상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)가 냉각되도록 하는 저온냉각팬(Cf);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저온냉각팬(Cf)은, 마주보며 일정한 간격을 유지하며 배치되는 한쌍의 세라믹판; 상기 한쌍의 세라믹판 사이에 배치되는 한쌍의 전기전도판; 및 상기 한쌍의 전기전도판 사이에 배치되며, 양극전원선과 음극전원선으로부터 전원을 공급받는 다수개의 P형반도체와 다수개의 N형반도체;를 포함하여, 상기 양극전원선과 음극전원선을 통하여 전원이 공급됨에 따라, 상기 한쌍의 세라믹판 중의 일측에 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터가 제공된다.

이때, 상기 척타잎 가변노즐헤드(130a)는, 상단부 외주면을 따라 나사산이 구비되는 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a); 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 나사산을 따라 회전되어, 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 작동시켜, 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 회전링부재(131a1); 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133); 및 상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 상방에 배치되어, 상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)에 탄성력을 인가시키는 스프링부재(S);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)는, 다수개의 셔터타잎 배출공개폐부재(131b); 상기 셔터타잎 배출공개폐부재(131b) 일측에 고정되는 셔터타잎 배출공개폐부재 지지축(131b1); 및 상기 셔터타잎 배출공개폐부재 지지축(131b1) 일측에 고정되는 지지축 피동기어(131b2)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터(100)의 전원이 온(ON)되는 단계(S110); X방향이동기구(121), Y방향이동기구(122), Z방향이동기구(123)가 작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 이동되는 단계(S120); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제1 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S130); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제1 성형재료 저장탱크(161)에 저장되어 있는 제1 성형재료(F1)가 제1 저장탱크연결튜브(161a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 굵게 분사배출되는 단계(S140); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제2 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S150); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제2 성형재료 저장탱크(162)에 저장되어 있는 제2 성형재료(F2)가 제2 저장탱크연결튜브(162a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S160); 및 성형제품(G)이 완료된 후, 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 최초위치로 이동ㆍ복귀되는 단계(S170);를 포함하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법이 제공된다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터(100)의 전원이 온(ON)되는 단계(S210); X방향이동기구(121), Y방향이동기구(122), Z방향이동기구(123)가 작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)이 이동되는 단계(S220); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제1 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S230); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)가 작동된 후, 제1 성형재료 저장탱크(161)에 저장되어 있는 제1 성형재료(F1)가 제1 저장탱크연결튜브(161a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 굵게 분사배출되는 단계(S240); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제2 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S250); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)가 작동된 후, 제2 성형재료 저장탱크(162)에 저장되어 있는 제2 성형재료(F2)가 제2 저장탱크연결튜브(162a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S260); 및 성형제품(G)이 완료된 후, 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 최초위치로 이동ㆍ복귀되는 단계(S270);를 포함하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법이 제공된다.

더욱이, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S160); 및 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S260) 이후에, 저온냉각팬(Cf)이 작동되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 따르면, 저온냉각팬과 가변노즐헤드를 구비함으로써, 초콜릿/양초/비누공예 등의 다양한 분야에서 각양각색의 소비자의 니즈(NEEDS)를 충족시키되, 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 크게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 크게 셋팅시켜 성형하고, 반면에 가변노즐헤드로부터 배출되는 성형재료의 배출직경이 작게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 반대로 좁게 셋팅시켜 성형할 수 있어서, 필요에 따라 수시로 배출공의 크기를 변경하여 설정할 수 있어서, 비교적 성형이 용이한 부분에 대하여서는 신속하게 성형을 진행할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 따르면, 가변노즐헤드의 배출공의 크기를 필요에 따라 수시로 변경하여 설정할 수 있음으로써, 극히 미세한 형상을 포함하여 구성되는 제품에 대하여서도, 무리없이 제품생산을 할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터 및 그 작동방법에 따르면, 초콜릿/양초/비누공예 등의 다양한 제품을 성형하는 초기과정에서는 액상의 성형재료를 활용하여 성형한 직후에는, 저온냉각팬을 작동시킴으로써, 완성된 성형제품의 형태가 안정적으로 유지되도록 하여, 신속하게 형상제작이 가능한 또 다른 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 3D 프린터를 나타낸 그래픽이다.
도 2는 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드를 배출공 방향에서 확대도시한 제1 실시예의 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드를 배출공 방향에서 확대도시한 제2 실시예의 개략도이다.
도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 주요구성요소를 도시한 블럭도이다.
도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 제1 노즐헤드를 활용하여 제품성형용 재료가 굵게 분사되는 것을 도시한 작업도이다.
도 7은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 제2 노즐헤드를 활용하여 제품성형용 재료가 가늘게 분사되는 것을 도시한 작업도이다.
도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 저온냉각모듈을 개략적으로 나타낸 그래픽이다.
도 9는 제1 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 작동방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 제2 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 작동방법을 도시한 또 다른 흐름도이다.
도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드에 구비되는 배출공이 조절되는 구성을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 4에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드에 구비되는 배출공이 조절되는 구성을 나타낸 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터를 도시한 개략도이고, 도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 주요구성요소를 도시한 블럭도이다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 프레임(110) 일측에 X,Y, 그리고 Z방향으로 가동되는 가변노즐헤드 이동기구(120) 일측에 가변노즐헤드(130)가 구비되는 것으로서, 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기가 필요에 따라, 크거나 또는 좁게 셋팅시킬 수 있는 것을 제1의 기술적 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 배출공(132)의 크기가 필요에 따라, 크거나 또는 좁게 셋팅되는 상기 가변노즐헤드(130)와 더불어서, 저온냉각팬(Cf)이 구비됨으로써, 상기 저온냉각팬(Cf)을 작동시킴에 따라 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)로부터 토출되어 나온 성형재료(F)가 신속하게 쿨링(cooling)될 수 있어, 완성된 성형제품(G)의 형태가 안정적으로 유지되도록 하여, 신속하게 형상제작이 가능한 것을 제2의 기술적 특징으로 한다.

도 2 및 도 5에 도시된 것을 참고하여, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)를 구성하는 주요 구성요소와 이들 간의 결합관계, 그리고 이에 따른 작용ㆍ효과를 아래에서 상세하게 살펴본다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 설치면에 지지되는 프레임(110); 상기 프레임(110) 일측에 설치되며, 상기 프레임(110)에 대하여 X방향으로 이동되는 X방향이동기구(121)와 상기 프레임(110)에 대하여 Y방향으로 이동되는 Y방향이동기구(122), 그리고 상기 프레임(110)에 대하여 Z방향으로 이동되는 Z방향이동기구(123)로 구성되는 가변노즐헤드 이동기구(120); 및 상기 가변노즐헤드 이동기구(120) 일측에 장착되며, 일측에 구비되는 배출공(132)을 통하여 성형재료(F)가 토출되는 가변노즐헤드(130);을 포함하며, 상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)는 상기 배출공(132)의 직경이 가변됨에 따라, 그 굵기가 굵거나 또는 가늘게 세팅될 수 있는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가변노즐헤드 이동기구(120) 및 가변노즐헤드(130)를 제어할 수 있으며, 다수개의 제어버튼(150a)이 구비되는 제어부(150)를 더 포함함으로써, 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기를 크거나 또는 좁게 셋팅시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)에 따르면, 상기 제어부(150)를 설정하여 작동시킴에 따라, 상기 가변노즐헤드(130)는 상기 가변노즐헤드 이동기구(120)에 구동에 따라, X방향, Y방향, 그리고 Z방향으로 이송되면서, 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기는 설정된 것에 따라 때로는 굵게, 때로는 가늘게 가변된다.

그리고, 상기 제1 성형재료 저장탱크(161), 제2 성형재료 저장탱크(162), 그리고 제3 성형재료 저장탱크(163)에 연결되어 있는 제1 저장탱크연결튜브(161a), 제2 저장탱크연결튜브(162a), 그리고 제3 저장탱크연결튜브(163a)을 통하여 공급되는 제1 성형재료(F1), 그리고 제2 성형재료(F2) 등은 비로소 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)을 통하여 하방으로 토출되어 성형제품(G)이 완성된다.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드를 배출공 방향에서 확대도시한 제1 실시예의 개략도이고, 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드를 배출공 방향에서 확대도시한 제2 실시예의 개략도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)에 따르면, 상기 가변노즐헤드(130)는 척타잎 가변노즐헤드(130a) 또는 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 척타잎 가변노즐헤드(130a)는, 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a); 및 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하여 구성되고, 상기 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)는, 다수개의 셔터타잎 배출공개폐부재(131b); 및 다수개의 상기 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기와 같이 가변노즐헤드(130)가 척타잎 가변노즐헤드(130a) 또는 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)로 구성됨으로써, 상기 개폐부재구동모터(133)가 작동됨에 따라, 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a) 또는 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)가 가변ㆍ작동됨으로써, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있다.

미설명 부호 140는 위치센서로서, 상기 가변노즐헤드 이동기구(120)에 연동되어, X방향, Y방향, 그리고 Z방향으로 이송되는 상기 가변노즐헤드(130)의 현재 위치를 감지함으로써, 제어부(150)의 제어신호에 따라서 가변노즐헤드(130)의 위치가 정밀하게 제어될 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 제1 노즐헤드를 활용하여 제품성형용 재료가 굵게 분사되는 것을 도시한 작업도이고, 도 7은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 제2 노즐헤드를 활용하여 제품성형용 재료가 가늘게 분사되는 것을 도시한 작업도이다.

도시된 바와 같이, 도 6 및 도 7에서는 생일케?揚? 제조되는 과정을 도시하였으나, 이는 설명의 편의상 생일케?揚? 성형제품(G)으로서 설정한 것으로써, 상기 성형제품(G)은 특정의 형상에만 국한되지 않고, 세밀하게 성형되는 부분과 거칠게 성형되는 부분이 복잡하게 복합ㆍ형성되는 입체형상을 제작하기 위한 것이라면, 액상 또는 유동성의 성형재료(F)를 활용하여 성형할 수 있는 성형제품(G)의 종류 및 형상에는 무관함을 알 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)에 따르면, 생일케?揚? 성형제품(G)으로써 설정한 것에 따르면, 성형 초기에는 성형제품(G)인 생일케?揚? 하단부는 도 6에 도시된 바와 같이, 거칠게 성형되어도 무방함으로써, 배출공(132)을 통하여 제1 성형재료(F1)가 굵게 토출되어 성형이 신속하게 이루어진다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 성형 후기에는 성형제품(G)인 생일케?揚? 상단부의 글자를 성형하기 위하여, 제2 성형재료(F2)가 가늘게 토출되면서 성형이 세밀하게 이루어짐으로써, 성형제품(G)인 생일케?揚? 완성된다.

도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 저온냉각모듈을 개략적으로 나타낸 그래픽이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)는, 마주보며 일정한 간격을 유지하며 배치되는 한쌍의 세라믹판; 상기 한쌍의 세라믹판 사이에 배치되는 한쌍의 전기전도판; 및 상기 한쌍의 전기전도판 사이에 배치되며, 양극전원선과 음극전원선으로부터 전원을 공급받는 다수개의 P형반도체와 다수개의 N형반도체;를 포함하여, 상기 양극전원선과 음극전원선을 통하여 전원이 공급됨에 따라, 상기 한쌍의 세라믹판 중의 일측에 냉각부가 형성되는 저온냉각팬(Cf);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 일실시예의 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터(100)가 일측에 구비되는 배출공(132)을 통하여 성형재료(F)가 토출되는 가변노즐헤드(130)와 더불어서, 저온냉각팬(Cf)이 더 구비되어, 액상의 성형재료(F)를 활용하여 성형제품(G)을 성형한 직후에는, 저온냉각팬(C)을 작동시킴으로써, 완성된 성형제품(G)이 안정적으로 형태가 유지될 수 있어서, 신속하게 형상제작이 가능하다.

도 9는 제1 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 작동방법을 도시한 흐름도이다.

도 9에 도시되었듯이, 제1 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터는, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터(100)의 전원이 온(ON)되는 단계(S110); X방향이동기구(121), Y방향이동기구(122), Z방향이동기구(123)가 작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 이동되는 단계(S120); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제1 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S130); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제1 성형재료 저장탱크(161)에 저장되어 있는 제1 성형재료(F1)가 제1 저장탱크연결튜브(161a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 굵게 분사배출되는 단계(S140); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제2 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S150); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제2 성형재료 저장탱크(162)에 저장되어 있는 제2 성형재료(F2)가 제2 저장탱크연결튜브(162a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S160); 및 성형제품(G)이 완료된 후, 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 최초위치로 이동?복귀되는 단계(S170);를 포함하여 작동되는 것을 특징으로 한다.

도 10은 제2 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터의 작동방법을 도시한 또 다른 흐름도이다.

도 10에 도시되었듯이, 제2 실시예에 따른 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터는, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터(100)의 전원이 온(ON)되는 단계(S210); X방향이동기구(121), Y방향이동기구(122), Z방향이동기구(123)가 작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)이 이동되는 단계(S220); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제1 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S230); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)가 작동된 후, 제1 성형재료 저장탱크(161)에 저장되어 있는 제1 성형재료(F1)가 제1 저장탱크연결튜브(161a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 굵게 분사배출되는 단계(S240); 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제2 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S250); 제어부(150)의 제어신호에 따라, 셔터타잎 배출공개폐부재(131b)가 작동된 후, 제2 성형재료 저장탱크(162)에 저장되어 있는 제2 성형재료(F2)가 제2 저장탱크연결튜브(162a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S260); 및 성형제품(G)이 완료된 후, 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 최초위치로 이동ㆍ복귀되는 단계(S270);를 포함하여 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 상기 단계(S160); 및 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 상기 단계(S260) 이후에는, 저온냉각팬(Cf)이 작동되는 단계;를 더 포함한다.

도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드에 구비되는 배출공이 조절되는 구성을 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 4에 도시된 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 노즐헤드에 구비되는 배출공이 조절되는 구성을 나타낸 사시도이다.

우선, 도 11을 참고하면, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 상기 척타잎 가변노즐헤드(130a)는, 상단부 외주면을 따라 나사산이 구비되는 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a); 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 나사산을 따라 회전되어, 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 작동시켜, 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 회전링부재(131a1); 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133); 및 상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 상방에 배치되어, 상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)에 탄성력을 인가시키는 스프링부재(S);를 포함하여 구성된다.

그리고, 도 12를 참고하면, 본 발명의 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터에 있어서, 상기 셔터타잎 가변노즐헤드(130b)는, 다수개의 셔터타잎 배출공개폐부재(131b); 상기 셔터타잎 배출공개폐부재(131b) 일측에 고정되는 셔터타잎 배출공개폐부재 지지축(131b1); 및 상기 셔터타잎 배출공개폐부재 지지축(131b1) 일측에 고정되는 지지축 피동기어(131b2)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기가 조절될 수 있는 개폐부재구동모터(133);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 로스팅머신의 제연겸용 쿨링장치 및 그 운용방법에 따르면, 저온냉각팬(C)과 가변노즐헤드(130)를 구비함으로써, 초콜릿/양초/비누공예 등의 다양한 분야에서 각양각색의 소비자의 니즈(NEEDS)를 충족시키되, 가변노즐헤드(130)로부터 배출되는 성형재료(F)의 배출직경이 크게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기를 크게 셋팅시켜 성형하고, 반면에 가변노즐헤드(130)로부터 배출되는 성형재료(F)의 배출직경이 작게 형성되어야 하는 경우에는, 상기 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기를 반대로 좁게 셋팅시켜 성형할 수 있어서, 필요에 따라 수시로 배출공(132)의 크기를 변경하여 설정할 수 있어서, 비교적 성형이 용이한 부분에 대하여서는 신속하게 성형을 진행할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 로스팅머신의 제연겸용 쿨링장치 및 그 운용방법에 따르면, 가변노즐헤드(130)의 배출공(132)의 크기를 필요에 따라 수시로 변경하여 설정할 수 있음으로써, 극히 미세한 형상을 포함하여 구성되는 제품에 대하여서도, 무리없이 제품생산을 할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명의 로스팅머신의 제연겸용 쿨링장치 및 그 운용방법에 따르면, 초콜릿/양초/비누공예 등의 다양한 제품을 성형하는 초기과정에서는 액상의 성형재료(F)를 활용하여 성형한 직후에는, 저온냉각팬(C)을 작동시킴으로써, 신속하게 형상제작이 가능한 또 다른 효과가 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 가변노즐헤드가 구비되는 3D 프린터
110 : 프레임 120 : 가변노즐헤드 이동기구
121 : X방향이동기구 122 : Y방향이동기구
123 : Z방향이동기구 121a : X방향이동모터
122 : Y방향이동모터 123 : Z방향이동모터
130 : 가변노즐헤드 130a : 척타잎 가변노즐헤드
130b : 셔터타잎 가변노즐헤드 131 : 배출공개폐부재
131a : 척타잎 배출공개폐부재 131a1 : 회전링부재
131b : 셔터타잎 배출공개폐부재
131b1 : 셔터타잎 배출공개폐부재 지지축
131b2 : 지지축 피동기어 132 : 배출공
133 : 개폐부재구동모터 133a : 구동기어
140 : 위치센서 150 : 제어부
150a : 제어버튼 160 : 성형재료 저장탱크
161 : 제1 성형재료 저장탱크 162 : 제2 성형재료 저장탱크
163 : 제3 성형재료 저장탱크 161a : 제1 저장탱크연결튜브
162a : 제2 저장탱크연결튜브 163a : 제3 저장탱크연결튜브
Cf : 저온냉각팬 F : 성형재료
F1 : 제1 성형재료 F2 : 제2 성형재료
G : 성형제품 S : 스프링부재

Claims

설치면에 지지되는 프레임(110);
상기 프레임(110) 일측에 설치되는 가변노즐헤드 이동기구(120); 및
상기 가변노즐헤드 이동기구(120) 일측에 장착되며, 일측에 구비되는 배출공(132)을 통하여 성형재료(F)가 토출되는 가변노즐헤드(130);
을 포함하며,
상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)는 상기 배출공(132)의 직경이 가변됨에 따라, 그 굵기가 굵거나 또는 가늘게 세팅될 수 있으며,
상기 프레임(110) 일측에 설치되어, 상기 배출공(132)을 통하여 토출되는 성형재료(F)가 냉각되도록 하는 저온냉각팬(Cf);을
더 포함하며,
상기 가변노즐헤드(130)는 척타잎 가변노즐헤드(130a)이며,
상기 척타잎 가변노즐헤드(130a)는,
상단부 외주면을 따라 나사산이 구비되는 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a);
다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 나사산을 따라 회전되어, 다수개의 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 작동시켜, 상기 배출공(132)의 크기를 조절할 수 있게 하는 회전링부재(131a1);
상기 회전링부재(131a1)와 구동축이 기어결합되어 회전력을 제공함으로써 상기 척타잎 배출공개폐부재(131a)를 구동시켜, 전체적으로 결합된 상태에서 상기 배출공(132)의 크기를 조절할 수 있게 하는 개폐부재구동모터(133); 및
상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)의 상방에 배치되어, 상기 다수개의 척타잎 배출공개폐부재(131a)에 탄성력을 인가시키는 스프링부재(S);를
포함하며,
상기 저온냉각팬(Cf)은,
마주보며 일정한 간격을 유지하며 배치되는 한쌍의 세라믹판;
상기 한쌍의 세라믹판 사이에 배치되는 한쌍의 전기전도판; 및
상기 한쌍의 전기전도판 사이에 배치되며, 양극전원선과 음극전원선으로부터 전원을 공급받는 다수개의 P형반도체와 다수개의 N형반도체;
를 포함하여,
상기 양극전원선과 음극전원선을 통하여 전원이 공급됨에 따라, 상기 한쌍의 세라믹판 중의 일측에 냉각부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터.
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제 1항에 기재된 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터의 작동방법으로서,
3D 프린터(100)의 전원이 온(ON)되는 단계(S110);
X방향이동기구(121), Y방향이동기구(122), Z방향이동기구(123)가 작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 이동되는 단계(S120);
위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제1 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S130);
제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제1 성형재료 저장탱크(161)에 저장되어 있는 제1 성형재료(F1)가 제1 저장탱크연결튜브(161a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 굵게 분사배출되는 단계(S140);
위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 정해진 제2 위치로 이동ㆍ배치되는 단계(S150);
제어부(150)의 제어신호에 따라, 척타잎 배출공개폐부재(131a)가 작동된 후, 제2 성형재료 저장탱크(162)에 저장되어 있는 제2 성형재료(F2)가 제2 저장탱크연결튜브(162a)를 따라 이동되어, 배출공(132)을 통하여 가늘게 분사배출되는 단계(S160);
저온냉각팬(Cf)이 작동되는 단계; 및
성형제품(G)이 완료된 후, 위치센서(140)가 센싱ㆍ작동됨에 따라, 가변노즐헤드(130)가 최초위치로 이동ㆍ복귀되는 단계(S170);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변노즐헤드가 구비되는 3D프린터의 작동방법.
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