KR101826970B1

KR101826970B1 - 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 공급하는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3d 입체물 제조 로봇

Info

Publication number: KR101826970B1
Application number: KR1020160004908A
Authority: KR
Inventors: 얀-안데르스 만손; 고대화
Original assignee: 주식회사 키스타
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2018-02-07
Also published as: WO2017122943A1; KR20170085370A

Abstract

형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 공급하는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇이 개시된다. 본 발명에 따른 소재 공급 장치는, 소재를 공급하는 소재 공급 유닛 및 소재 공급 유닛으로부터 공급된 소재를 제조 로봇으로 가이드하는 가이드 유닛을 포함하고, 가이드 유닛은, 내부를 통해 소재가 가이드되는 메인 튜브, 메인 튜브의 일단과 소재 공급 유닛을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 유입측 관절부 및 메인 튜브의 타단과 상기 제조 로봇을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 배출측 관절부를 포함한다. 이에 의하여, 3D 입체물 제조 로봇의 자유로운 움직임을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 소재의 공급을 원활히 하여, 정밀한 3D 입체물을 제조할 수 있게 된다.

Description

형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 공급하는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇{RAW MATERIAL FEEDING APPARATUS FOR FEEDING RAW MATERIAL MADE OF PLASTIC FORMABLE MATERIALS, AND THREE-DIMENSIONAL PRODUCT MANUFACTURING ROBOT HAVING THE SAME}

본 발명은 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 공급하는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 3D 입체물 제조 로봇의 자유로운 움직임을 보장하고, 소재의 공급을 원활히 할 수 있는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇에 관한 것이다.

최근, 플라스틱 복합소재를 이용하여 강도와 내구성을 보강하기 위한 내부 보강재(reinforcement)를 제조하는 기술이 이용되고 있다. 적층 가공(additive manufacturing) 장치 및 폴리머/복합재의 내부 보강재와 같은 내부 골격 제조 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이를 이용하면, 경량 복합 소재 입체물의 원재료 사용량은 줄이면서도 기계적 성능을 높일 수 있다는 점에서 3D 프린팅이나 3D 몰딩이 각광받고 있다. 특히, 적층 가공 속도도 개선되어 자동화 공정의 일부로서 기능할 수 있게 되었다.

적층 가공 기술은 자동차 부품 시장뿐만 아니라, 항공기, 전자부품, 가전제품(consumer electronics), 스포츠 용품(sporting goods), 건축소재 등 다양한 분야로 확장될 수 있다는 점에서 잠재적 가치가 매우 높다. 하지만, 비용면에서 효율적인 방식으로 정교한 골격 구조를 제조하기 위해서는 더욱 많은 연구개발이 이루어져야 한다.

특히, 내부 골격을 제조하는 적층 가공 장치는, 가늘고 길게 이어진 스트랜드의 원재료를 사용하는데, 이 원재료는 대부분 쉽게 굳어지거나(solidified) 경화되거나(cured) 열화되는(degraded) 물질로 이루어지기 때문에, 원재료가 적층 가공 장치의 내부를 통과하여 외부로 토출될 때까지 원재료가 굳어지거나 경화되거나 열화되지 않도록 하기 위한 기술이 필요하다.

또한, 적층 가공 장치는 다양하고 복잡한 구조의 형상을 제조하기 위해, 자유로운 궤적 운동(예를 들어, 회전, 직선 또는 곡선 운동)을 하게 되는데, 이때, 형상적 특성 때문에, 광범위한 관절 운동을 하는 적층 가공 장치를 통과하는 동안 원재료의 텐션이 일정하게 유지되기 어렵다는 문제점이 있다.

원재료의 텐션이 너무 강하면 적층 가공 장치의 고장을 가져올 수 있고, 원재료의 텐션이 너무 약하면 원재료의 토출 속도와 위치를 제어하기가 어려워진다. 또한, 원재료가 공급되는 과정이나 외부로 토출되는 과정에서, 원재료의 흐름이 원활하지 않는 경우, 정밀한 3D 입체물을 제조하는 것이 불가능해지거나, 제조 공정이 중단될 수 있게 된다. 즉, 원재료가 주입 속도가 빠르거나 너무 많은 양이 주입되는 경우, 혹은 원재료가 제조 장치 내에서 걸리거나 적체되는 것을 방지할 수 있어야 한다.

한국등록특허공보 제10-1198621호(발명의 명칭: 자동차용 플라스틱 복합재 범퍼 빔)는 본체 내부에 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 개시하고 있다. 하지만, 인서트 보강재가 삽입된 범퍼 빔을 제조하는 제조 장치와 관련한 설명이 충분한 개시가 이루어지지 않았고, 원재료의 원활한 흐름을 도모하기 위한 방안과 관련해서는 언급이 없어, 위에서 언급한 문제점을 극복할만한 단서를 찾을 수 없다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 3D 입체물 제조 로봇의 자유로운 움직임을 도모하고, 3D 입체물의 정교한 제작을 위하여 소재의 공급을 원활히 할 수 있는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소재 공급 장치는, 소재를 공급하는 소재 공급 유닛; 및 상기 소재 공급 유닛으로부터 공급된 소재를 제조 로봇으로 가이드하는 가이드 유닛;을 포함하고, 상기 가이드 유닛은, 내부를 통해 상기 소재가 가이드되는 메인 튜브; 상기 메인 튜브의 일단과 상기 소재 공급 유닛을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 유입측 관절부; 및 상기 메인 튜브의 타단과 상기 제조 로봇을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 배출측 관절부;를 포함한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇은, 상기 소재 공급 장치; 상기 소재 공급 장치와 연결되어, 상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛; 상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및 상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함한다.

상기 구성에 따른 본 발명의 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 공급하는 소재 공급 장치 및 이를 포함하는 3D 입체물 제조 로봇에 의하면, 3D 입체물 제조 로봇의 자유로운 움직임을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 소재의 공급을 원활히 하여, 정밀한 3D 입체물을 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇은 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 소재 공급 장치 및 3D 입체물 제조 로봇에서 토우가 이동하는 경로를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇과 연결된 소재 공급 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 소재 공급 장치의 내부 구성을 도시하는 단면도이다.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.

또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.

이하에서는, 도 1을 참조하면서, 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)를 구비한 3D 입체물 제조 로봇(100)을 전체적으로 도시한 사시도이다. 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 3D 입체물 제조 로봇(100)에 공급한다.

먼저, 3D 입체물 제조 로봇(100)에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 헤드 유닛(head unit)(200), 트랜스포머 유닛(300), 헤드 서플라이 유닛(head supply)(400), 바디 유닛(body unit)(500), 고정부(530) 및 지지대(600)를 포함한다.

바디 유닛(500)은 회전 베이스(510)와 연결암(520)을 포함한다. 회전 베이스(510)는 회전축(501a)을 중심으로, 수평면상에서 회전 운동(F-F')을 한다. 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 연결되고, 연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된다. 이때, 회전 베이스(510)는 고정부(530)에 대하여 회전축(501a)을 중심으로 회전 가능하게 연결되고, 고정부(530)는 지지대(600) 위에 움직이지 못하게(immovably) 고정될 수 있다.

연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400), 그리고, 연결암(520)과 회전 베이스(510)는, 피봇힌지나 샤프트와 같이 축을 중심으로 회동 가능한 부재에 의해 연결될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

더욱 구체적으로, 연결암(520)의 일단은 회전 베이스(510)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)과 회전 베이스(510)가 상호 연결된 부위의 연결축(501b)을 중심으로, 연결암(520)은 회전 운동(E-E')을 한다.

연결암(520)의 타단은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 회동 가능하게 연결된다. 연결암(520)은 길이방향의 부재로서, 수평면에 대한 헤드 서플라이 유닛(400)의 높이를 조절한다.

다시 말해, 연결암(520)과 헤드 서플라이 유닛(400)이 상호 연결된 부위의 연결축(401a)을 중심으로, 헤드 서플라이 유닛(400)은 회전 운동(D-D')을 한다.

헤드 서플라이 유닛(400)은 길이방향의 축을 중심으로 회전 운동(C-C')을 한다. 이때, 헤드 서플라이 유닛(400)이 회전함에 따라, 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결되어 있는 트랜스포머 유닛(300)과 헤드 유닛(200)도 연동하여 회전하게 된다.

또한, 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 대해 연결된다. 헤드 유닛(200)은 헤드 서플라이 유닛(400)에 구비된 헤드 체결부(440)에 연결된다. 헤드 유닛(200)과 헤드 체결부(440)가 상호 연결된 부위의 연결축(401b)을 중심으로, 헤드 유닛(200)은 회전 운동(B-B')을 한다.

헤드 유닛(200)은 그의 길이 방향의 축(201a)을 중심으로, 360도 회전 운동(A-A')을 한다. 휠 어셈블리에 의하여 헤드 유닛(200)은 멀티플 360도 회전(360°,720°…)이 가능하다. 이때, 헤드 유닛(200)에 포함된 도선들이 헤드 유닛(200)의 회전에 영향을 받지 않도록, 헤드 유닛(200)에는 스페이서가 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 다축 회전 운동을 할 수 있다. 위의 설명에서는, 6축 회전 운동이 가능한 것으로 설명했지만, 회전 베이스(510)가 결합되는, 틸팅 가능한 툴 테이블(tool table) 로봇을 포함하면, 8축 회전이 가능해진다. 더욱 상세하게, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)의 가능한 회전은 아래와 같다.

제1축 회전: 헤드 유닛(200)의 길이 방향축(201a)을 중심으로 한 회전(A-A').

제2축 회전: 트랜스포머 유닛(300)에 의해 조절되는 헤드 유닛(200)의 회전(B-B').

제3축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)의 길이방향의 축을 중심으로 한 회전(C-C').

제4축 회전: 헤드 서플라이 유닛(400)에 연결된 연결암(520)과의 연결축(401a)을 중심으로 한 헤드 서플라이 유닛(400)의 회전(D-D').

제5축 회전: 연결암(520)에 연결된 회전 베이스(510)의 연결축(501b)을 중심으로 한 연결암(520)의 회전(E-E').

제6축 회전: 수평면에 수직인 회전축(501a)을 중심으로 한 회전 베이스(510)의 회전(F-F').

제7축 및 제8축 회전: 회전 베이스(510)와 결합되는 2축 회전 가능한 툴 테이블(미도시)의 회전.

상기와 같이 다축 회전 운동을 하는 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 소재를 토출하는 헤드 유닛(200)의 동작을 미세하게 조작할 수 있어, 더욱 복잡하고 정교한 형상의 3D 입체물을 제조하는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)는 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 상기 다축 회전 운동이 가능한 3D 입체물 제조 로봇(100)에 공급한다. 본 설명에 있어서는, 형성 가능한 플라스틱 재료로 이루어진 소재를 토우(50)로 일관하여 기재하기로 한다.

여기서, 토우(50)란, 고분자 재료(polymer material) 또는 복합 재료(composite material)의 연속적으로 이어진 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band), 테이프(tape) 등이다. 고분자 재료로는 PLA, PE, PP, PA, ABS, PC, PET, PEI, PEEK 등의 열가소성 수지(thermoplastics) 혹은 에폭시(epoxy), 불포화 폴리에스터 수지(unsaturated polyester), PI, PUR 등의 열경화성 수지(thermosetting resins)일 수 있다.

하지만, 고분자 물질은 이에 한정되지 않는다. 또한, 보강재(reinforcing fibers)는 는 GF(glass fiber), CF(carbon fiber), NF(natural fiber), AF(aramid fiber) 등일 수 있다. 또한, 3D 입체물 제조 로봇은 직물용 실(textile yarn)이나 로빙(roving)을 위해 이용될 수도 있다.

또한, 최종 복합재 재료는 상기 고분자 재료에 섬유를 혼합한 것으로, 상기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 아라미드 섬유, 각종 휘스커(whisker) 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

3D 입체물 제조 로봇(100)에는 얀, 토우, 스트랜드, 밴드, 번들 또는 테이프가 주입될 수 있다. 개별적인 얀, 토우, 스트랜드, 밴드, 번들 또는 테이프는 오븐(oven)(수집기(collector), 히터(heater), 압축기(compactor) 등을 포함))에서 전체적으로 혹은 부분적으로 토우로 합쳐지게 된다. 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(200)은 최종적으로 토우(50)를 압밀(compaction)하고 합쳐지게 하는데 도움을 준다.

본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)로부터 공급된 토우(50)가 3D 입체물 제조 로봇(100)을 지나 외부로 배출되는 이동 경로가 도 2에 도시되어있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 소재 공급 장치(1000)의 소재 공급 유닛(1100)에서 생성된 토우(tow)(50)는 가이드 유닛(1200)에 의해 가이드되어 3D 입체물 제조 로봇(100)으로 유입된다. 3D 입체물 제조 로봇(100)으로 유입된 토우(50)는, 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(200)으로 이어지는 내부 통로를 지나 외부로 배출된다. 즉, 본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은, 헤드 서플라이 유닛(400), 트랜스포머 유닛(300) 및 헤드 유닛(200)으로 연결되는 토우(50)의 이동 경로를 내부에 포함하는 빌트인(built-in)구조를 갖는다.

이하에서는, 도 1, 3 및 4를 참조하면서, 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 도 3은 3D 입체물 제조 로봇(100)과 연결된 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 소재 공급 장치(1000)의 내부를 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소재 공급 장치(1000)는 소재 공급 유닛(1100), 가이드 유닛(1200), 가이드 고정부(1210) 및 베이스 유닛(1300)을 포함한다.

소재 공급 유닛(1100)은 상술한 토우(tow)를 형성시키거나 저장한다. 즉, 고분자 재료나 복합 재료 혹은 섬유 등을 혼합하여, 수집하고, 열처리하고, 압축하는 과정을 거치는데, 이를 위한 각종 장치(예: 수집기(collector), 히터(heater), 압축기(compactor) 등)가 구비될 수 있다. 또한, 형성된 토우(tow)가 굳어지거나 경화되는 것을 방지하기 위한 장치(예: 히터 등)가 더 구비되어도 좋다.

소재 공급 유닛(1100)에서 형성된 토우(50)는 가이드 유닛(1200)으로 이동한다. 도 1에서는 소재 공급 유닛(1100)이 베이스 유닛(1300) 위에 올려져 있고, 베이스 유닛(1300)이 지면에 고정되어, 소재 공급 유닛(1100)을 고정시키지만, 소재 공급 유닛(1100)이 스스로 지면에 고정되어도 무방하다. 또한, 도 1에서는, 가이드 유닛(1200)이 가이드 고정부(1210)에 의해 베이스 유닛(1300)에 고정되고, 가이드 유닛(1200)의 유입측이 소재 공급 유닛(1100)과 연결되어 소재를 공급받는 것으로 도시되었지만, 다른 실시예에서는, 가이드 유닛(1200)의 유입측이 직접 소재 공급 유닛(1100)에 연결되는 방식으로 구현될 수 있다.

한편, 가이드 유닛(1200)은 가이드 체결부(1221)에 의해서 상기 가이드 고정부(1210)와 연결되며, 가이드 체결부(1221)는 축(GA₁)을 중심으로 회전 가능하게 설치되어, 가이드 유닛(1200)의 움직임을 자유롭게 한다.

토우(50)를 가이드하는 가이드 유닛(1200)은 다관절 구조를 가진다. 도 3에 도시된 가이드 유닛(1200)은, 총 5개의 관절부(1221,1222,1223,1224,1225,1226)를 갖는 것으로 도시되었지만, 다른 실시예에서는 더 많거나 적은 관절부가 구비될 수 있다. 각 관절부를 구분하기 위하여, 소재의 이동 방향을 감안하여, 메인 튜브(1232)의 양단에 연결된 관절부 중 3D 입체물 제조 로봇(100) 측에 연결되는 관절부를 배출측 관절부(1224)로, 소재 공급 유닛(1100) 측에 연결되는 관절부를 유입측 관절부(1223)로 칭하기로 한다. 그리고, 배출측 관절부(1224)와 3D 입체물 제조 로봇(100) 사이에 구비된 관절부와, 유입측 관절부(1223)와 소재 공급 유닛(1100) 사이에 구비된 관절부는 회전 관절부(1222,1225,1226)로 통칭하기로 한다.

유입측 관절부(1223), 배출측 관절부(1224) 및 회전 관절부(1222,1225,1226)는 피봇 가능하게 구비된다.

도 3을 참조하면, 회전 관절부(1222)는 축(GA₂)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하고, 이때, 회전 각도는 대략 -45∼45°일 수 있다. 이는, 도 3에서 지지대(600)가 놓인 수평면을 기준으로 한 각도이다.

유입측 관절부(1223)도 축(GA₃)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하고, 이때, 회전 각도는 대략 0∼90°일 수 있다. 마찬가지로, 배출측 관절부(1224)도 축(GA₄)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하고, 이때, 회전 각도는 0∼90°일 수 있다. 유입측 관절부(1223)와 배출측 관절부(1224)는 양의 방향으로 회전한다. 즉, 서브 튜브(1231)와 메인 튜브(1232) 사이가 수직으로 이루어진 도 3의 형상을 가이드 유닛(1200)의 기본적인 형상으로 보면, 서브 튜브(1231)와 메인 튜브(1232) 사이의 각이 90°보다 커지도록 회전하는 것이 바람직하다. 유입측 관절부(1223) 및 배출측 관절부(1224)의 회전 각도가 0∼90°이므로, 서브 튜브(1231)와 메인 튜브(1232) 사이의 각은 90∼180°사이일 수 있다.

마찬가지로, 회전 관절부(1225,1226)는 각각의 축(GA₅,GA₆)을 중심으로 상하 방향으로 회전 가능하고, 이때, 회전 각도는 양자 모두 대략 -45∼45°일 수 있다.

가이드 유닛(1200)은 복수의 튜브를 포함한다. 먼저, 메인 튜브(1232)는 길이 방향으로 형성된 직선 형태의 튜브이며, 길이 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 연결된다(도 3에서 화살표로 표시). 메인 튜브(1232)의 양단은 유입측 관절부(1223) 및 배출측 관절부(1224)와 연결된다.

또한, 유입측 관절부(1223) 측에 구비된 회전 관절부(1222)는 서브 튜브(1231)에 의해 유입측 관절부(1223)와 연결되어, 토우(50)를 가이드하기 위한 내부 통로를 형성한다. 서브 튜브(1231) 역시 길이 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 연결된다(도 3에서 화살표로 표시).

아울러, 배출측 관절부(1224)와 회전 관절부(1225) 사이, 그리고, 회전 관절부(1225)와 회전 관절부(1226) 사이에도 각각 서브 튜브(1233,1234)가 구비되며, 각 서브 튜브(1233,1234)도 길이 방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 연결된다.

이렇게, 서로 다른 축을 가지고 회전하는 관절부(1222,1223,1224,1225,1226)와 튜브(1231,1232,1233,1234)에 의하여, 가이드 유닛(1200)의 자유로운 움직임이 보장된다. 다만, 메인 튜브(1232)가 매우 길고 견고할 뿐만 아니라, 각 관절부(1222,1223,1224,1225,1226)의 회전 허용 범위가 설정되어 있기 때문에, 내부를 통과하는 토우(50)가 자유로운 흐름이 방해되지는 않는다.

각 관절부(1222,1223,1224,1225,1226)의 구성을 더욱 확대한 도 4에 도시된 바와 같이, 각 관절부(1222,1223,1224,1225,1226)의 내부에는 롤러가 장착될 수 있다.

더욱 구체적으로, 회전 관절부(1226)에는 한 쌍의 롤러(1246-1,1246-2)가, 회전 관절부(1225)에는 한 쌍의 롤러(1245-1,1245-2), 배출측 관절부(1224)에는 하나의 롤러(1244)가, 유입측 관절부(1223)에는 하나의 롤러(1243)가, 회전 관절부(1222)에는 한 쌍의 롤러(1242-1,1242-2)가 구비된다.

즉, 회전 관절부(1222,1225,1226)에는 한 쌍의 롤러가 구비되고, 배출측 관절부(1224)와 유입측 관절부(1223)에는 하나의 롤러가 구비되는데, 이는 토우(50)의 흐름을 원활히 하기 위한 것이다. 도 2를 다시 참조하면, 토우(50)는 유입측 관절부(1223)와 배출측 관절부(1224)를 지나면서 이동 경로(방향)가 변경된다. 따라서, 유입측 관절부(1223)와 배출측 관절부(1224)에는 하나의 롤러가 구비되어, 토우(50)의 경로를 변경시키는 역할을 한다.

회전 관절부(1222,1225,1226)에는 한 쌍의 롤러가 구비되어, 내부를 통과하는 토우(50)가 엉키거나 적체되는 등의 상황을 방지하고, 원활한 흐름을 도모한다.

정리하면, 각 관절부는, 토우(50)의 이동 방향 변경이 있으면 방향 변경을 위한 하나의 롤러가 내장되고, 이동 방향 변경이 없으면 한 쌍의 롤러가 내장된다.

도면에는 도시되지 않았지만, 각 롤러에는 모터(미도시)가 연결되어, 토우(50)의 이동 속도를 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 토우(50)가 가이드 유닛(1200)을 이동하면서 굳어지거나 경화되는 것을 방지하기 위한 가이드 히터(1250)를 포함할 수 있다. 가이드 히터(1250)는 도 3에서와 같이 메인 튜브(1232)를 둘러싸는 하나의 구성으로 구비될 수 있지만, 도 4에서와 같이 메인 튜브(1232)의 일부 영역을 둘러싸는 복수의 구성으로 구비되어도 무방하다.

상술한 바와 같이, 회전 가능한 복수의 관절부와 복수의 튜브를 가지는 가이드 유닛(1200)을 포함하는 소재 공급 장치(1000)에 의하면, 3D 입체물 제조 로봇의 자유로운 움직임을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 소재의 공급을 원활히 하여 정밀한 3D 입체물을 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 3D 입체물 제조 로봇(100)은 상술한 특징을 가지는 소재 공급 장치(1000)를 구비한다. 즉, 관절 운동이 매우 자유로운 소재 공급 장치(1000)와 8축 회전이 가능한 3D 입체물 제조 로봇(100)이 결합되어, 더욱 정밀한 움직임을 도모할 수 있게 되며, 이는 정교하고 복잡한 3D 입체물을 제조하는데 도움을 준다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 포함하는 특정 실시예의 관점에서 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 위에서 설명된 발명의 구성에 있어서, 다양한 치환이나 변형을 예측할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 권리범위와 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 구조적이고 기능적인 변조가 다양하게 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상이나 권리범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같이 광범위하게 이해될 수 있을 것이다.

100‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3D 입체물 제조 로봇
200‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥헤드 유닛
300‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥트랜스포머 유닛
400‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥헤드 서플라이 유닛
500‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥바디 유닛
1000‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥소재 공급 장치
1100‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥소재 공급 유닛
1200‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥가이드 유닛
1210‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥가이드 고정부
1221‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥가이드 체결부
1222,1225,1226‥‥‥‥‥회전 관절부
1223‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥유입측 관절부
1224‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥배출측 관절부
1231,1233,1234‥‥‥‥‥서브 튜브
1232‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥메인 튜브
1242-1, 1242-1‥‥‥‥‥제2 관절부의 한 쌍의 롤러
1243‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제3 관절부의 롤러
1244‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제4 관절부의 롤러
1245-1, 1245-2‥‥‥‥‥제5 관절부의 한 쌍의 롤러
1246-1, 1246-2‥‥‥‥‥제6 관절부의 한 쌍의 롤러
1250‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥가이드 히터
1300‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥베이스 유닛

Claims

소재를 공급하는 소재 공급 유닛; 및
상기 소재 공급 유닛으로부터 공급된 소재를 제조 로봇으로 가이드하는 가이드 유닛;을 포함하고,
상기 가이드 유닛은,
내부를 통해 상기 소재가 가이드되는 메인 튜브;
상기 메인 튜브의 일단과 상기 소재 공급 유닛을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 유입측 관절부;
상기 메인 튜브의 타단과 상기 제조 로봇을 연결하는 피봇 가능한 적어도 하나의 배출측 관절부;
상기 메인 튜브의 일단에 연결된 유입측 관절부와 상기 소재 공급 유닛 사이에 구비되는 회전 가능한 하나 이상의 제1 회전 관절부;
상기 메인 튜브의 타단에 연결된 배출측 관절부와 상기 제조 로봇 사이에 구비되는 회전 가능한 하나 이상의 제2 회전 관절부;
상기 제1 회전 관절부와 상기 유입측 관절부 사이에 구비되는 제1 서브 튜브; 및
상기 배출측 관절부와 상기 제2 회전 관절부 사이에 구비되는 제2 서브 튜브를 포함하는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 튜브는, 길이방향의 축을 중심으로 회전 가능하게 상기 유입측 관절부 및 상기 배출측 관절부 중 적어도 하나와 연결되는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 서브 튜브는, 길이 방향의 축을 중심으로 회전 가능한 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 유입측 관절부 및 상기 배출측 관절부는 상기 소재의 이동을 위한 롤러;를 포함하는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 튜브와 연결된 유입측 관절부 및 배출측 관절부는 상기 소재의 이동 경로를 변경하는 하나의 롤러가 형성되는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 소재 공급 유닛을 지지하고 고정시키는 베이스 유닛;를 더 포함하고,
상기 유입측 관절부는 상기 베이스 유닛에 고정된 가이드 고정부에 의해 상기 소재 공급 유닛과 연결되는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 소재가 굳어지거나 경화되는 것을 방지하기 위한 가이드 히터;를 더 포함하는 소재 공급 장치.
제7항에 있어서,
상기 가이드 히터는 상기 메인 튜브의 적어도 일부 영역을 둘러싸는 형태로 구비되는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 튜브의 일단과 상기 소재 공급 유닛 사이, 및 상기 메인 튜브의 타단과 상기 제조 로봇 사이 중 적어도 하나에 구비되는 회전 가능한 하나 이상의 회전 관절부;를 더 포함하는 소재 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 메인 튜브의 일단과 상기 소재 공급 유닛 사이에 구비된 회전 관절부를 체결하는 가이드 체결부;를 더 포함하는 소재 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 유입측 관절부, 상기 배출측 관절부 및 상기 회전 관절부 내부에는 상기 소재의 이동을 위한 롤러가 장착되는 소재 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 유입측 관절부, 상기 배출측 관절부 및 상기 회전 관절부는, 소재의 이동 방향 변경이 있으면 방향 변경을 위한 하나의 롤러가 내장되고, 이동 방향 변경이 없으면 한 쌍의 롤러가 내장되는 소재 공급 장치.
제9항에 있어서,
상기 유입측 관절부 및 상기 배출측 관절부는 0∼90°의 범위 내에서 회전하고, 상기 회전 관절부는 -45∼45°의 범위 내에서 회전하는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 유입측 관절부 및 상기 소재 공급 유닛 사이에 구비된 서브 튜브와 상기 메인 튜브의 사이각, 또는, 상기 배출측 관절부 및 상기 제조 로봇 사이에 구비된 서브 튜브와 상기 메인 튜브의 사이각은, 90°∼180°의 범위를 갖는 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 튜브는 길이 방향으로 형성된 직선 형태의 튜브인 소재 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 소재 공급 유닛은, 상기 소재를 스트랜드(strand), 얀(yarn), 토우(tow), 번들(bundle), 밴드(band) 또는 테이프(tape)로 형성시키는 소재 공급 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 소재 공급 장치;
상기 소재 공급 장치와 연결되어, 상기 소재가 유입되는 유입구를 구비하는 헤드 서플라이 유닛;
상기 헤드 서플라이 유닛으로부터 전달된 상기 소재의 이동을 가이드하는 복수의 롤러를 구비하는 트랜스포머 유닛; 및
상기 트랜스포머 유닛으로부터 전달된 상기 소재를 외부로 토출하는 헤드 유닛;을 포함하는 3D 입체물 제조 로봇.