KR20080041095A

KR20080041095A - 3차원 프린터

Info

Publication number: KR20080041095A
Application number: KR1020070049173A
Authority: KR
Inventors: 치카오 데츠카; 카즈토모 세키; 노부유키 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 미마키 엔지니어링; 도쿠리츠교세이호징 고쿠리츠코토센몬갓코키코
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-05-09
Also published as: US7819055B2; EP1918113A2; EP1918113B1; JP2008114493A; CN101177073A; US20080105144A1; EP1918113A3

Abstract

본 발명은 베이스(1)와, 베이스상에 X축 방향으로 이동가능하게 지지된 제1 지지부재(10)와, 제1 지지부재상에 Z축 방향으로 이동가능하게 지지된 제2 지지부재(15)와, 제2 지지부재상에 Y축 방향으로 뻗는 제1 회전축(Y0)을 중심으로 하여 회전가능하게 지지된 제3 지지부재(20)와, 제3 지지부재상에 제2 회전축(X0)을 중심으로 하여 회전가능하게 지지되며 인쇄대상물(80)을 보유하는 보유 척(26)과, 베이스(1)상에 설치되며 인쇄대상물(80)의 위쪽을 Y축 방향으로 이동가능하게 지지한 프린터 헤드(5)를 구비한다. 그리하여, 이동제어장치에 의해 상기 제1 지지부재 내지 제3 지지부재와 보유 척의 이동 및 회전제어와 프린터 헤드(5)의 이동제어가 이루어지고, 프린트 제어장치에 의해 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라 프린터 헤드(5)로부터의 잉크 토출을 제어한다.

3차원 프린터, 잉크 토출

Description

3차원 프린터{Three-Dimensional Printer}

도 1은 본 발명에 따른 프린터의 작동원리를 설명하는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터 장치의 정면도이다.

도 3은 상기 프린터 장치의 측면도이다.

도 4는 상기 프린터 장치의 일부를 선택하여 나타내는 사시도이다.

본 발명은, 3차원형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대해 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여, 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터에 관한 것이다.

종이 등의 프린트 대상물에 문자, 도안 등을 인쇄하는 프린터 장치는 종래부터 여러 가지가 알려져 있고, 예를 들어, 컴퓨터에 연결하여 지면에 인쇄하는 프린터 장치 등은 업무용, 가정용으로서 널리 사용되고 있다. 종래의 프린터는, 프린트 대상물이 되는 종이 혹은 시트재를 소정의 방향으로 이송하면서, 프린터 헤드를 그 이송방향과 직각으로 주사(走査) 이동시키면서 인쇄를 하는 형식의 것이 일반적이었다. 예를 들어, 일본공개특허 2003-191455호 공보 및 일본공개특허 2004-148666 호 공보에 기재된 프린터 장치가 있다.

이와 같은 종래의 프린터 장치는, 평면형상의 시트재 혹은 고체물의 평면에 대해 소정의 인쇄를 하는 것으로서 모두 2차원 인쇄를 하는 것이었으나, 최근에는 3차원형상의 표면(예를 들어, 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면)을 가지는 대상물에 대해 인쇄를 할 수 있는 프린터가 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면, 즉 3차원형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대해, 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 3차원형상의 표면에 원하는 인쇄를 실시할 수 있는 3차원 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프린터는, 3차원형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대해 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터로서, 상기 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와, 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 서로 직교하는 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 프린터 헤드에 대해 상기 보유장치를 상기 X축을 중심으로 한 회전 및 상기 Y축을 중심으로 한 상대회전이 가능하게 지지하는 지지장치와, 상기 지지장치에 의해 지지된 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 상기 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제어 및 상기 보유장치를 상기 X축 및 상기 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 하는 이동제어장치와, 상기 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라 상기 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비하여 구성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 프린터도, 3차원형상의 표면을 가지는 인쇄대상물에 대해 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터로서, 베이스 부재와, 상기 베이스 부재상에 평면방향으로 뻗는 X축 방향으로 이동가능하게 지지된 제1 지지부재와, 상기 제1 지지부재상에 상기 평면방향에 대해 수직으로 뻗는 Z축 방향으로 이동가능하게 지지된 제2 지지부재와, 상기 제2 지지부재상에 상기 X축 및 상기 Z축 방향과 직각인 Y축 방향으로 뻗는 제1 회전축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지된 제3 지지부재와, 상기 제3 지지부재상에 상기 제1 회전축과 직교하는 면 안에서 뻗는 제2 회전축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지되며 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와, 상기 베이스 부재상에 설치되며 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물의 위쪽을 상기 Y축 방향으로 이동가능하게 지지한 프린터 헤드와, 상기 제1 지지부재 내지 제3 지지부재와 상기 보유장치의 이동 및 회전제어와 상기 프린터 헤드의 이동제어를 하는 이동제어장치와, 상기 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라 상기 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비하여 구성된다.

또한, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축이 교차하도록 구성하는 것이, 작동제어가 쉬워지기 때문에 바람직하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 프린터에 따르면, 이동제어장치에 의해 보유장치 및 프린터 헤드를 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제 어 및 보유장치를 X축 및 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 함으로써, 보유장치에 보유된 인쇄대상물의 3차원형상 표면에 대하여, 프린터 헤드를 항상 소정의 간격을 가지고 소정의 위치관계가 되도록(즉, 프린터 헤드로부터 토출되는 잉크를 인쇄대상표면에 부착시켜서 인쇄하기에 적합한 간격 및 위치관계가 되도록) 상대이동시킬 수 있고, 이와 같이 하여 상대이동시킬 때, 프린트 제어장치에 의해 상기 이동에 따라 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하면, 3차원형상을 가진 인쇄대상물의 표면에 원하는 프린트를 간단하고 자동적으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 프린터의 경우도 마찬가지로, 이동제어장치에 의해, 베이스 부재상에서의 제1 지지부재의 X축 방향으로의 이동, 제1 지지부재에 대한 제2 지지부재의 Z축 방향으로의 이동, 제2 지지부재에 대한 제3 지지부재의 제1 회전축을 중심으로 한 회전, 제3 지지부재에 대한 보유장치의 제2 회전축을 중심으로 한 회전, 및 베이스 부재상에서의 프린터 헤드의 Y축 방향으로의 이동을 제어함으로써, 보유장치에 보유된 인쇄대상물의 3차원형상 표면에 대하여 프린터 헤드를 항상 인쇄를 실시하기에 적합한 간격 및 위치관계가 되도록 상대이동시킬 수 있고, 이와 같이 하여 상대이동시킬 때, 프린트 제어장치에 의해 상기 이동에 따라 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하면, 3차원형상을 가진 인쇄대상물의 표면에 원하는 프린트를 간단하고 자동적으로 할 수 있다.

(실시예)

아래에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 프린터 장치에서의 보유장치에 의해 보유된 인쇄대 상물(80)과 프린터 헤드(85)의 상대이동제어 및 인쇄제어의 개요를 설명한다. 도 1에 나타내는 인쇄대상물(80)은 원뿔대형상의 부재로, 그 원뿔형상의 외표면(81)에 프린터 헤드(잉크젯 헤드)(85)로부터 잉크를 토출하여 원하는 인쇄를 하도록 구성된 프린터의 작동원리를 도 1을 이용하여 설명한다.

상기 프린터는, 도시하지 않지만 인쇄대상물(80)을 지지하는 지지장치를 가지며, 상기 지지장치는 원뿔대의 중심축(X축)이 앞뒤로 뻗는 동시에 상기 X축을 중심으로 하여 회전가능하게(화살표 A로 나타내는 회전) 인쇄대상물(80)을 지지하고, 그 상태에서 X축상의 점(O1)을 지나 X축과 직교하여 좌우로 뻗는 Y축을 중심으로 하여 인쇄대상물(80)이 회전가능하게(화살표 B로 나타내는 회전) 지지하며, 또한 상기 인쇄대상물(80)을 X축 방향을 따라 앞뒤로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동)가능하게, 또한 X축 및 Y축에 직교하여 수직으로 뻗는 Z축을 따라 위아래로 이동(화살표 D(z)로 나타내는 이동)가능하게 지지하도록 구성되어 있다. 이와 같이, 도시하지 않은 지지장치에 의해 지지된 인쇄대상물(80)의 위쪽에, 프린터 헤드가 Y축 방향으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동)가능하게 설치되어 있다. 또한, 프린터 헤드(85)는 아랫면에 다수개의 잉크 토출구멍을 가지며, 도시하지 않은 잉크 공급장치로부터 공급되어 오는 잉크를 프린트 제어장치에 의해 각 잉크 토출구멍마다 제어하여 토출시켜서 인쇄대상물(80)의 표면(81)에 소정의 인쇄를 하도록 되어 있다.

이와 같이, 지지장치에 의해 지지된 인쇄대상물(80)의 원뿔형상의 표면(81)에, 프린터 헤드(85) 아랫면의 잉크 토출구멍으로부터 잉크를 토출하여 원하는 인 쇄를 하기 위해서는, 잉크 토출구멍을 인쇄대상물(80) 표면의 인쇄대상위치에 소정의 인쇄간격을 가지고 접근한 위치(잉크 토출구멍으로부터 토출되는 잉크를 표면(81)에 부착시켜서 인쇄하기에 적합한 간격을 가지는 위치)에 위치시켜야 한다. 또한 이 때, 인쇄대상위치의 표면에 대해 프린터 헤드(85) 아랫면의 잉크 토출구멍이 정면을 향하도록, 즉 잉크 토출구멍으로부터의 잉크 토출 방향이 표면(81)에 대해 직교하는 방향을 향하도록 해야 한다. 예를 들어, 인쇄대상물(80) 표면에서의 도시한 점(P0)에 프린터 헤드(85)로부터 잉크를 토출하여 인쇄하기 위해서는, 점 P의 위치에서의 표면이 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)과 소정의 인쇄간격만큼 떨어진 위치까지 접근시키고, 또한 점 P의 위치에서의 표면이 프린터 헤드의 아랫면(86)과 평행하도록 위치시켜야 한다.

때문에 도 1에 나타내는 바와 같이, 인쇄대상물(80)을 지지한 상태로부터 인쇄대상물(80)을 X축 방향을 따라 앞뒤로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동)시켜서 인쇄대상점(PO)을 프린터 헤드(85)의 바로 아래 위치까지 이동시키고, X축을 중심으로 하여 회전(화살표 A로 나타내는 회전)시켜서 인쇄대상점(P0)을 바로 위에 위치시키며, Y축을 중심으로 하여 회전(화살표 B로 나타내는 회전)시켜서 인쇄대상점(PO)을 지나는 능선(L1)이 수평하게 뻗도록 위치시키고, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐 구멍)이 인쇄대상점(P0)의 바로 위에 위치하도록 프린터 헤드(85)를 Y축 방향으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동)시키며, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐 구멍)이 인쇄대상점(P0)과 소정의 인쇄거리만큼 떨어진 접근위치에 위치하도록 Z축에 따라서 위쪽으로 이동(화 살표 D(z)로 나타내는 이동)시킨다. 또한 이러한 이동 및 회전의 순서는, 인쇄대상물(80)과 프린터 헤드(85)가 간섭하지 않는 한 어떠한 순서이어도 된다.

이와 같이 하여, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐 구멍)이 인쇄대상점(P0)과 소정의 인쇄거리만큼 떨어지고 정면을 향하여 대향하는 위치에 위치한 상태에서, 프린트 헤드(85) 아랫면(86)의 노즐 구멍으로부터 프린트 제어장치에 의한 제어에 의해 잉크가 토출되어 점(P0)에 대한 인쇄가 이루어진다. 그리고 예를 들어, 인쇄대상물(80) 표면에서의 둘레방향에 따라 인쇄를 하기 위해서는, 인쇄대상물(80)의 바깥 표면에서의 둘레방향에 따르는 점(P1, P2, P3…)이, 프린터 헤드(85)의 아랫면(86)(의 잉크를 토출하는 노즐 구멍)과 소정의 인쇄거리만큼 떨어져서 정면을 향하여 대향하도록, 상술한 지지장치에 의한 인쇄대상물(80)의 지지위치를 변경하면서 프린트 제어장치에 의해 제어하여 잉크를 토출시킨다.

이상 설명한 작동원리에 근거하여, 3차원 프린트를 하기 위한 구체적인 프린터 장치구성을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 상기 프린터 장치에서는, 베이스(1) 위에 좌우 한 쌍의 지지다리(2a, 2b) 및 이 지지다리(2a, 2b)들의 상단(上端)을 연결하여 좌우로 뻗은 지지판(2c)으로 이루어지는 문형(門型) 지지프레임(2)이 설치되어 있다. 또한, 오른쪽 지지다리(2b)에 인접하여 조작보드(6a)를 가지는 제1 제어장치(6)가 설치되고, 왼쪽 지지다리(2a)에 인접하여 보수영역(maintenance station)(8)을 가지는 제2 제어장치(7)가 설치되어 있다. 또한, 제1 제어장치(6) 및 제2 제어장치(7)는 후술하는 각종 부재의 이동 및 회전작동을 제어하는 이동제어장치, 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하는 프린트 제어장치나 전원제어장 치 등의 각종 제어장치로 이루어진다.

지지판(2c)의 윗면에 앞뒤 한 쌍의 좌우 가이드 레일(3a, 3b)이 좌우방향(Y축 방향)으로 뻗어서 설치되어 있고, 그 위에 좌우로 이동가능하게(화살표 D(y) 방향으로 이동가능하게) 프린터 캐리지(carriage)(4)가 설치되어 있다. 상기 프린터 캐리지(4)를 좌우로 이동시키기 위하여 볼 나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 프린터 캐리지(4)의 좌우방향으로의 이동을 제어할 수 있는데, 이와 같은 이송기구는 주지이므로 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

프린터 캐리지(4)는, 좌우 가이드 레일(3a, 3b)에 의해 지지되는 부분으로부터 앞쪽으로 뻗어서 아래쪽으로 구부러지는 동시에 앞쪽으로 뻗어, 측면에서 봤을 때 L자형상의 부재로서, 앞끝부분(4a) 위에 복수개의 프린터 헤드 모듈(5)이 설치되어 있다. 프린터 헤드 모듈(5)은 잉크젯 헤드 모듈이라고도 불리며, 아랫면에 다수개의 잉크 토출구멍이 형성되어 있고, 예를 들어, 각각 색이 다른 잉크를 잉크 토출구멍으로부터 토출하도록 구성되어 있다. 상기 잉크의 토출제어는 프린트 제어장치에 의해 각 잉크 토출구멍마다 이루어지는데, 그것에 대해서는 종래부터 주지의 구성이기 때문에 그 설명은 생략한다. 또한 본 명세서에 있어서, 프린터 헤드 모듈(5) 단독체는, 혹은 프린터 헤드 캐리지(4)에 프린터 헤드 모듈(5)이 탑재된 프린터 헤드 캐리어(4)는, 청구범위에서 규정하는 프린터 헤드에 해당한다.

이와 같이, 프린터 헤드 모듈(5)이 탑재된 프린터 헤드 캐리지(4)는 좌우 가이드 레일(3a, 3b) 위를 좌우로 이동할 수 있는데, 도 2에 나타내는 바와 같이 왼쪽 끝부분에 위치한 상태에서 보수영역(8)이 위로 움직여서 프린터 헤드 모듈(5)의 아랫면에 있는 잉크 토출구멍의 건조방지 및 청소가 이루어지도록 되어 있다.

베이스(1) 위에 문형 지지프레임(2)의 좌우 지지다리(2a, 2b) 사이에 위치하여 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗는 한 쌍의 앞뒤 가이드 레일(1a, 1b)이 설치되어 있고, 상기 앞뒤 가이드 레일(1a, 1b) 위에 앞뒤로 이동가능하게(화살표 D(x) 방향으로 이동가능하게) 제1 지지부재(10)가 설치되어 있다. 상기 제1 지지부재(10)를 앞뒤로 이동시키기 위하여 볼 나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 제1 지지부재(10)의 앞뒤 방향으로의 이동을 제어할 수 있는데, 이와 같은 이송기구는 주지의 것이기 때문에 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

제1 지지부재(10) 위에 수직으로 세워진 상태로 수직 지지부재(11)가 설치되어 있고, 상기 수직 지지부재(11)의 앞면에 수직방향(Z방향)으로 뻗는 한 쌍의 상하 가이드 레일(12a, 12b)이 설치되어 있다. 상기 상하 가이드 레일(12a, 12b)에 지지되어서 위아래로 이동가능하게(화살표 D(z) 방향으로 이동가능하게) 제2 지지부재(15)가 설치되어 있다. 상기 제2 지지부재(15)를 위아래로 이동시키기 위하여 볼 나사기구 등의 이송기구가 설치되어 있고, 그 구동제어에 의해 제2 지지부재(15)의 상하방향으로의 이동을 제어할 수 있는데, 이와 같은 이송기구는 주지이므로 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

제2 지지부재(15)의 앞면(15a)은, 제2 지지부재(15)에 대해 결정되는 소정의 점(O1)(후술하는 바와 같이, 인쇄대상물(80)이 위치할 수 있는 위치에 설정된 점)을 지나 Y축 방향으로 뻗는 제1 회전축(YO)을 중심으로 하는 원통면 형상으로 형성되어 있고, 상기 원통면 형상의 앞면(15a)에 접합하는 원통면 형상의 뒷면(20a)을 가지는 제3 지지부재(20)가 앞면(15a)을 따라 슬라이딩 운동 가능하게 설치되어 있다. 즉, 제3 지지부재(20)의 뒷면(20a)이 제2 지지부재(15)의 앞면(15a)과 슬라이딩 접촉하여 이동가능하고, 그에 의해 제3 지지부재(20)는 제2 지지부재(15)에 대해 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전(화살표 B로 나타내는 회전)가능하게 되어 지지된다.

이와 같이 지지한 제3 지지부재(20)를 제2 지지부재(15)에 대해 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전이동시키기 위하여, 제3 지지부재(20)의 도 2에서의 좌측부의 앞면에 제1 회전축(YO)을 중심으로 한 내부 톱니바퀴(21)가 형성되어 있다. 그리고, 제2 지지부재(15) 좌측부의 앞면에 구동 모터(16)가 설치되고, 그 구동 모터(16)의 구동 샤프트에 설치된 구동 피니언(pinion)(17)이 내부 톱니바퀴(21)와 맞물려 있다. 때문에, 구동 모터(16)에 의해 구동 피니언(17)을 회전구동하면, 그것과 맞물린 내부 톱니바퀴(21)가 회전구동되어, 제3 지지부재(20)를 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전시킬 수 있다.

제3 지지부재(20)의 앞면쪽에 보유 샤프트(25)가 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗는 동시에, 상기 소정의 점(O1)을 지나는 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전가능하게 설치되어 앞쪽으로 돌출되어 있고, 그 앞끝에 인쇄대상물을 보유하는 보유 척(chuck)(26)이 설치되어 있다. 보유 샤프트(25)는 제3 지지부재(20)의 내부에 설치된 구동 모터(도시하지 않음)에 의해 회전구동이 제어되도록 되어 있으며, 보유 척(26)은 인쇄대상물(80)을 보유할 수 있는 구성을 가지고 있다. 때문에, 보유 척(26)에 의해 인쇄대상물(80)을 보유한 상태에서 보유 샤프트(25)를 회전구동하 면, 인쇄대상물(80)을 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전시킬 수 있도록 되어 있다.

이 보유 샤프트(25) 및 보유 척(26)에 의해 청구범위에서 규정하는 보유장치가 구성된다. 또한 상술한 바와 같이, 제3 지지부재(20)는 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전가능하기 때문에, 제3 지지부재(20)가 소정의 회전위치(도 3에 나타내는 회전위치)에 위치하였을 때 제2 회전축(XO)은 앞뒤 방향(X축 방향)으로 뻗는데, 제3 지지부재(20)의 회전위치에 따라서 제2 회전축(XO)은 위아래로 흔들린다. 또한 도시하는 바와 같이, 제1 회전축(YO) 및 제2 회전축(XO)은 모두 소정의 점(O1)을 지나서 서로 교차하고 있는데, 이는 교차하지 않고 어긋나 있어도 된다. 다만, 교차하고 있는 쪽이 인쇄대상물(80)의 위치연산이 쉽기 때문에, 이동제어장치에 의한 제어가 간단하다.

이상과 같은 구성의 프린터 장치에 있어서, 보유 샤프트(25)의 회전중심이 되는 제2 회전축(XO)이 도 1에 나타내는 작동원리구성에서의 X축에 해당하고, 제3 지지부재(20)의 회전중심이 되는 제1 회전축(YO)이 도 1의 작동원리구성에서의 Y축에 해당한다. 상기 제3 지지부재(20)를 지지하는 제2 지지부재(15)는 제1 지지부재(10)에 의해 Z축 방향(상하 방향)으로 이동(화살표 D(z)로 나타내는 이동)가능하게 지지되고, 제1 지지부재(10)는 베이스(1)상에 X축 방향(앞뒤 방향)으로 이동(화살표 D(x)로 나타내는 이동)가능하게 지지되어 있다. 또한, 프린터 헤드는 인쇄대상물(80)의 위쪽에 있어서 베이스(1)에 대해 Y축 방향(좌우 방향)으로 이동(화살표 D(y)로 나타내는 이동)가능하게 지지되어 있다. 즉, 도 1에 나타내는 작동원리와 동일한 작동을 할 수 있도록 구성되어 있다.

상기로부터 알 수 있듯이, 도 2 내지 도 4에 나타내는 구성의 프린터 장치에 따르면, 도 1을 이용하여 설명한 작동원리에 근거하여 인쇄대상물(80)의 표면(81)에, 프린터 헤드 모듈(5)의 아랫면에 형성된 잉크 토출구멍으로부터 잉크를 토출 부착시켜서 원하는 인쇄를 할 수 있다. 또한 도 1에 있어서, 원뿔대형상의 인쇄대상물(80)의 원뿔형상 표면에 인쇄를 하는 예를 나타내었는데, 인쇄대상물의 형상은 그것으로 한정되지 않으며, 원통면, 구면을 포함하는 임의의 곡면형상에 대한 인쇄가 가능하다.

Claims

3차원형상 표면을 가지는 인쇄대상물에 대하여 프린터 헤드로부터 잉크를 토출하여 상기 표면에 소정의 인쇄를 실시하는 3차원 프린터로서,

상기 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와,

상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를 서로 직교하는 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 프린터 헤드에 대하여 상기 보유장치를 상기 X축을 중심으로 한 회전 및 상기 Y축을 중심으로 한 상대회전이 가능하게 지지하는 지지장치와,

상기 지지장치에 의해 지지된 상기 보유장치 및 상기 프린터 헤드를, 상기 X, Y 및 Z축 방향으로 상대이동시키는 제어 및 상기 보유장치를 상기 X축 및 상기 Y축을 중심으로 하여 상대회전시키는 제어를 하는 이동제어장치와,

상기 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라서 상기 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제1항에 있어서,

상기 지지장치는 상기 X축을 중심으로 하여 회전가능하게 인쇄대상물을 지지하고, 그 상태에서 상기 X축상의 점(O1)을 지나 상기 Y축을 중심으로 하여 상기 인쇄대상물이 회전가능해지도록 지지하며, 상기 인쇄대상물을 상기 X축 방향을 따라 앞뒤로 이동가능하게, 또한 상기 Z축을 따라 위아래로 이동가능하게 지지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 지지장치에 의해 지지된 상기 인쇄대상물의 위쪽에 상기 프린터 헤드가 상기 Y축 방향으로 이동가능하게 설치되어 있고, 상기 프린터 헤드는 아랫면에 다수개의 잉크 토출구멍을 가지며, 잉크 공급장치로부터 공급되어 오는 잉크를 상기 프린트 제어장치에 의해 제어하여 상기 잉크 토출구멍으로부터 상기 인쇄대상물의 표면에 토출시켜서 인쇄를 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
베이스 부재와,

상기 베이스 부재상에 평면방향으로 뻗는 X축 방향(앞뒤 방향)으로 이동가능하게 지지된 제1 지지부재와,

상기 제1 지지부재상에 상기 평면방향에 대해 수직으로 뻗는 Z축 방향(상하 방향)으로 이동가능하게 지지된 제2 지지부재와,

상기 제2 지지부재상에 상기 X축 및 상기 Z축 방향과 직각인 Y축 방향으로 뻗는 제1 회전축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지된 제3 지지부재와,

상기 제3 지지부재상에 상기 제1 회전축과 직교하는 면 안에서 뻗는 제2 회전축을 중심으로 하여 회전가능하게 지지되어 인쇄대상물을 보유하는 보유장치와,

상기 베이스 부재상에 설치되어 상기 보유장치에 의해 보유된 인쇄대상물의 위쪽을 상기 Y축 방향(좌우 방향)으로 이동가능하게 지지된 프린터 헤드와,

상기 제1 지지부재 내지 상기 제3 지지부재와 상기 보유장치의 이동 및 회전제어와 상기 프린터 헤드의 이동제어를 하는 이동제어장치와,

상기 제어장치에 의한 이동 및 회전제어에 따라서 상기 프린터 헤드로부터의 잉크 토출을 제어하는 프린트 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제4항에 있어서,

상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축이 교차하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제4항에 있어서,

상기 베이스 부재 위에 좌우 한 쌍의 지지다리 및 그 지지다리들의 상단을 연결하여 좌우로 뻗은 지지판으로 이루어지는 문형 지지프레임이 설치되어 있고, 상기 지지판에 좌우 가이드 레일이 상기 Y축 방향으로 뻗어서 설치되어 있으며, 상기 좌우 가이드 레일상에 좌우로 이동가능하게 상기 프린터 헤드가 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제6항에 있어서,

상기 프린터 헤드가 볼 나사기구로 이루어지는 이송기구에 의해 상기 좌우 가이드 레일 위를 좌우로 이동하는 구성인 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제6항에 있어서,

상기 좌우 한 쌍의 지지다리에 인접하여 상기 이동제어장치 및 상기 프린트 제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제6항에 있어서,

상기 프린터 헤드가, 상기 좌우 가이드 레일에 의해 지지된 프린터 캐리지와 상기 프린터 캐리지에 설치된 프린터 헤드 모듈로 구성되고, 상기 프린터 헤드 모듈 아랫면의 잉크 토출구멍으로부터 상기 프린트 제어장치에 의해 제어되어 상기 인쇄대상물의 표면에 대한 잉크의 토출을 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제6항에 있어서,

상기 베이스 부재 위에 상기 문형 지지프레임의 좌우 지지다리 사이에 위치하여 상기 X축 방향으로 뻗는 앞뒤 가이드 레일이 설치되어 있고, 상기 앞뒤 가이드 레일 위에 상기 X축 방향으로 이동가능하게 상기 제1 지지부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제10항에 있어서,

상기 제1 지지부재가 볼 나사기구로 이루어지는 이송기구에 의해 상기 앞뒤 가이드 레일 위를 이동하는 구성인 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제4항에 있어서,

상기 제1 지지부재상에 수직으로 세워진 상태로 수직 지지부재가 설치되고, 상기 수직 지지부재에 상기 Z축 방향으로 뻗는 상하 가이드 레일이 설치되어 있으며, 상기 상하 가이드 레일에 지지되어 상기 Z축 방향으로 이동가능하게 상기 제2 지지부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제12항에 있어서,

상기 제2 지지부재가 볼 나사기구로 이루어지는 이송기구에 의해 상기 상하 가이드 레일 위를 이동하는 구성인 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제4항에 있어서,

상기 제2 지지부재의 앞면이, 상기 제2 지지부재에 대해 결정되는 소정의 점(O1)을 지나 상기 Y축 방향으로 뻗는 제1 회전축(YO)을 중심으로 하는 원통면 형상으로 형성되어 있고, 상기 원통면 형상의 앞면에 접합하는 원통면 형상의 뒷면을 가진 제3 지지부재가 상기 앞면을 따라서 슬라이딩 운동가능하게 설치되어 있으며, 상기 제3 지지부재는 상기 제2 지지부재에 대해 상기 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제14항에 있어서,

상기 제3 지지부재의 옆부분 앞면에 상기 제1 회전축(YO)을 중심으로 한 내부 톱니바퀴가 형성되고, 상기 제2 지지부재 좌측부의 앞면에 구동 모터가 설치되어 상기 구동 모터의 구동 샤프트에 설치된 구동 피니언이 상기 내부 톱니바퀴와 맞물려 있으며, 상기 구동 모터에 의해 상기 구동 피니언을 회전구동시켜서 상기 내부 톱니바퀴를 회전구동하여, 상기 제3 지지부재를 상기 제1 회전축(YO)을 중심으로 하여 회전시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제14항에 있어서,

상기 제3 지지부재의 앞면쪽에 보유 샤프트가 상기 X축 방향으로 뻗는 동시에 상기 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전가능하게 설치되어 앞쪽으로 돌출되어 있으며, 그 앞끝에 상기 인쇄대상물을 보유하는 상기 보유장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.
제16항에 있어서,

상기 보유장치는 상기 제3 지지부재의 내부에 설치된 구동 모터에 의해 회전구동되어 상기 인쇄대상물을 상기 제2 회전축(XO)을 중심으로 하여 회전시킬 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 프린터.