JP2018501997A

JP2018501997A - 粒子移送管を含む３次元成形物製造装置

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Publication number: JP2018501997A
Application number: JP2017556499A
Authority: JP
Inventors: ユルイ、ソン
Original assignee: ファインケミカルカンパニーリミテッド
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN107249857A; EP3238922A1; EP3238922A4; WO2016122098A1; KR101547820B1; US20180015673A1

Abstract

成形材料粒子を溶融させ、溶融された成形材料粒子の吐出位置を制御して所定の３次元成形物を製造する装置に関し、成形材料粒子を溶融させ、ノズルを介して吐出させて３次元成形を遂行する押出部と、前記押出部に供給される成形材料粒子を臨時に貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された成形材料粒子を前記押出部に移送させる通路を提供する移送管と、前記押出部の位置を制御する押出部位置制御部を含み、前記移送管は複数個の単位移送管が連結されている。【選択図】図２

Description

本発明は粒子移送管を含む３次元成形物製造装置に関し、より詳しくは、高分子樹脂ペレットのように小さな粒子を詰まらなくて移送させることができる粒子移送管を用いた３次元成形物製造装置に関する。

３次元プリンタ（Three dimension printer, 3D printer）は設計データによって液体やパウダー形態のポリマー、金属などの材料を加工積層方式により積み上げて立体物を製造する装置である。３次元プリンティング技術は２０００年代後半以後から各種の機関の未来有望技術として浮び上がってきたものであり、多様な分野で使用が拡散されているが、多数の部品で構成された自動車分野の他にも医療用人体模型や歯ブラシやカミソリのような家庭用製品などの多様な模型を作るための用途に多い製造業体で使用している。

３次元プリンティングの材料には、溶けて固いことが自由な固体形態の熱可塑性プラスチックが市場の４０％を占有している。３次元プリンタ用プラスチック素材には、主に細い糸形態のフィラメント（filament）を使用するが、他方式に比べてプリンティング装置の構造とプログラムが簡単であるので、装備価格とメインテナンス費用が低いという長所がある。フィラメントを使用する３次元プリンタに関する先行技術には、特許文献１がある。前記先行文献はマルチカラー製品成形が可能な３Ｄプリンタに関するものであって、フレームの上部に配置されてＸＹ方向に位置調節されるヒーターノズルと、前記ヒーターノズルに対して相対的にＺ方向に位置調節される作業台と、複数個の熱可塑性フィラメントを各々移送する複数個のフィラメント移送部を備え、フィラメントが個別的に導入されるノズルボディーと、フィラメントが排出されるノズルヘッドと、ヒーターノズルとフィラメント移送部の移送動作を個別的に制御するコントローラを含む３Ｄプリンタに関して開示している。

しかしながら、最近にはプラスチック材料をフィラメント形態に作らず、最初の原料であるペレット（pellet）形態そのまま使用して印刷材料の製造を容易にし、材料費を低減することができ、材料の選択幅を広めることができる方法が開発された。しかしながら、ペレットを使用する場合、押出機が重いため、これを上部に固定させ、成形物支え板を３次元に動いて印刷する方法により駆動される。このような構造では成形物支え板が動ける大きい空間が必要であることによって、３次元プリンタのサイズが大きくなり、価格が高くなり、印刷が進行されるにつれて成形物支え板が重くなって印刷精密度が低くなるという問題点がある。

韓国登録特許第１３４６７０４号

したがって、本発明が解決しようとする課題は、溶融できる成形材料粒子を円滑に押出部に移送させることができ、装置の規模を小型化し、印刷精密度を高めることができる３次元成形物製造装置を提供することにある。

本発明は前記の課題を達成するために、成形材料粒子を溶融させ、溶融された成形材料粒子の吐出位置を制御して所定の３次元成形物を製造する装置であって、成形材料粒子を溶融させ、ノズルを介して吐出させて３次元成形を遂行する押出部と、前記押出部に供給される成形材料粒子を臨時に貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された成形材料粒子を前記押出部に移送させる通路を提供する移送管と、前記押出部の位置を制御する押出部位置制御部を含み、前記移送管は複数個の単位移送管が連結されてなることを特徴とする３次元成形物製造装置を提供する。

本発明の一具現例によれば、前記複数個の単位移送管が連結されてなる移送管は、単位移送管のうちの少なくともいずれか１つが他の隣接した移送管の内部に挿入されて連結され、前記挿入されて連結された単位移送管の連結部位の長さが調節できる。

本発明の他の具現例によれば、前記単位移送管の連結部位に係止段が形成されて単位移送管が互いに離脱することを防止することができる。

本発明の更に他の具現例によれば、前記単位移送管は前記貯蔵容器に近い単位移送管の直径が前記押出部に近い単位移送管の直径より小さいことが好ましい。

本発明の更に他の具現例によれば、前記貯蔵容器と移送管との間または前記押出部と移送管との間に柔軟な連結部が形成できる。

本発明の３次元成形物製造装置用移送管は、以下の効果を有する。
１．複数個の単位移送管が互いに挿入結合されて移送管の長さが調節されるので、成形材料粒子の貯蔵容器の位置が固定された状態でも押出部の位置変化によって移送管を通じて成形材料粒子を円滑に押出部に供給することができる。
２．移送管が少なくとも３個の単位移送管が挿入連結されるので、最小長さが最大長さの２倍以上になることができ、したがって、押出部の移動位置が中央部で２倍となる場合にも移送管の傾斜角度を３０度以上に維持して成形材料粒子が官内部で詰まらないで円滑に移送できる。
３．単位移送管の直径が押出部に近づくほど大きくなるので、成形材料粒子が移送管の連結部位でかからないで円滑に移送できる。
４．単位移送管の連結部位に弾性部材が設置された実施形態において、押出部の位置が変化する場合にも貯蔵容器と押出部とを連結する移送管が直線形態を維持するので、重力により移送される成形材料粒子が一定の傾斜に沿って移送できる。
５．成形材料にペレット形態の高分子樹脂を使用するので、成形材料の製造が容易であるので、材料費を低減することができ、材料の選択幅が広く、ペレットのサイズや形状を調節して成形物議製造品質を向上させることができる。
６．押出機に投入される印刷材料を臨時に保管する貯蔵容器を第１貯蔵容器で第２貯蔵容器に区分して高分子樹脂粒子を投入し、第１貯蔵容器は押出機の位置制御に関わらず、実質的に固定されるので、押出機の位置制御精密度を向上させることができ、位置制御部の製造費用を減少させることができる。
７．また、第１貯蔵容器は第２貯蔵容器に比べて相対的に貯蔵容量が大きいので、成形材料の最初ローディング量を大きく確保して連続的な作動が容易である。
８．押出機に連結された第２貯蔵容器は成形材料のローディング量を感知するセンサーを備え、センシングされた結果によって第１貯蔵容器から第２貯蔵容器に成形材料が供給されるので、押出機の重さ及び体積を縮めることができ、したがって押出機の位置制御手段を小型化し、制御の精密度を向上させることができる。
９．押出機をｘ、ｙ、ｚ方向に位置制御するか、または押出機をｘ、ｙ方向に位置制御し、成形物製造板をｚ方向に位置制御するので、成形物製造板の水平方向移動が伴われないので、３次元成形物製造装置の体積を減少させることができる。
１０．押出機の直径と成形材料であるペレットのサイズを所定の範囲に制限して押出機の体積が縮まれた状態でもペレットの溶融が効果的になされるようにする。

本発明の一具現例に従う３次元成形物製造装置の斜視図本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の一具現例を図示した説明図押出部の位置が変化するにつれて移送管の長さ及び傾斜角が変化する関係の説明図本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の一具現例を図示した説明図本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の連結構造に関する実施形態を図示した説明図本発明の一具現例に従って単位移送管の連結部位に弾性部材が設置された移送管の長さ変形過程の説明図本発明の一具現例に従って移送管と貯蔵容器との間に柔軟連結部が結合された構造の説明図本発明の一具現例に従って移送管に結合された振動発生部を示す説明図本発明の３次元成形物製造装置に適用される成形材料粒子移動調節手段の説明図本発明の一具現例に従う３次元成形物製造装置の押出部を示す説明図

本発明は成形材料粒子を溶融させ、溶融された成形材料粒子の吐出位置を制御して所定の３次元成形物を製造する装置に関するものであって、成形材料粒子を溶融させ、ノズルを介して吐出させて３次元成形を遂行する押出部と、前記押出部に供給される成形材料粒子を臨時に貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された成形材料粒子を前記押出部に移送させる通路を提供する移送管と、前記押出部の位置を制御する押出部位置制御部を含み、前記移送管は複数個の単位移送管が連結されてなることを特徴とする。

本発明の３次元成形物製造装置は、高分子樹脂のような成形材料粒子をローディングする貯蔵容器が押出機の位置変化に関わらず、固定されることを特徴とする。この際、貯蔵容器から押出機に成形材料粒子が円滑に供給されることが必要である。押出機のサイズが小さくなれば押出機に供給される成形材料粒子のサイズも共に小さくなるようになるが、成形材料粒子のサイズが小さくなれば貯蔵容器から押出機に粒子を詰まらないで供給することが困難になる。通路の狭い管を通じて小さな粒子を重力により移送させる場合、管内部で粒子が詰まって移送できない場合が発生することがあるが、これは移送管の傾斜が中間に緩やかになる領域がある場合に特にそうである。

本発明では、成形材料粒子がローディングされる貯蔵容器と成形材料の溶融吐出がなされる押出機との間を連結する移送管を複数個の単位移送管が挿入結合された形態に設計して、押出機の位置が変化する間にも移送管が実質的に直線の形態を維持するようにした。このように移送管が直線の形態を維持すれば、移送管の内部に一定のサイズの傾斜が維持されるので、傾斜角が緩やかになる領域での粒子詰まりを効果的に防止することができる。

以下、図面を用いて本発明の３次元成形物製造装置に関する具体的な実施形態と作動に関して説明する。
図１は、本発明の一具現例に従う３次元成形物製造装置の斜視図である。図１を参照すると、本発明の３次元成形物製造装置１００は、押出部１１０、貯蔵容器１０１、１１１、及び押出部位置制御部（図示せず）を含む。

押出部１１０は、ペレットのような高分子樹脂粒子を溶融させ、溶融された高分子樹脂を吐出して所定の形状を有する３次元成形物を製造する。押出部１１０は、高分子樹脂の押出がなされる空間を提供する高分子樹脂移動管と、高分子樹脂移動管の内部空間に長手方向に挿入結合されたスクリュー１１３を含む押出機１１２とからなることができ、溶融された高分子樹脂が吐出されるノズル１１９と、ノズルへの吐出を制御する吐出制御部１１４とを含むことができる。

貯蔵容器１０１、１１１は、押出部１１０に供給される高分子樹脂粒子を臨時貯蔵する空間を提供する。貯蔵容器は、押出機の前端に結合された第２貯蔵容器１１１と前記第２貯蔵容器１１１に持続的に高分子樹脂粒子を供給する第１貯蔵容器１０１とに区分されて設置されることができ、第１貯蔵容器１０１と第２貯蔵容器１１１は移送管１３０に連結されて高分子樹脂粒子が移動することができる。この際、第２貯蔵容器１１１は押出機１１２に直接結合されているので、押出機１１２と共に位置が制御され、第１貯蔵容器１０１は押出機１１２の位置に関わらず実質的に固定されるように設置できる。第１貯蔵容器が実質的に固定されたという意味は、３次元成形物製造装置が作動する間、完全に物理的に固定された場合と、位置は変化するが、押出機の位置変化に関わらず位置が変化する場合を全て含む。即ち、第１貯蔵容器は押出機の位置変化と独立的な関係で設置できる。第１貯蔵容器１０１は第１貯蔵容器固定部１０２に固定できるが、第１貯蔵容器固定部は押出部と別途の空間に分離されて設置されることもできる。第２貯蔵容器１１１は、第１貯蔵容器１０１より相対的に小さな貯蔵容量を有することができる。第２貯蔵容器は押出と共に移動するので、多量の高分子樹脂粒子が貯蔵されれば、移動させるべき部分が重くなり、重さの変化幅も大きくなるので、高分子樹脂の吐出に必要な程度の貯蔵容量を有することが好ましい。一方、第１貯蔵容器は充分な貯蔵容量を有しなければ３次元成形物製造装置が連続して作動できない。このような構成により押出部位置制御手段の製造費用が減少し、位置制御の正確度も向上できる。また、貯蔵容器は押出部に結合されて押出部と共に移動する第２貯蔵容器を含まないことがある。第１貯蔵容器１０１と第２貯蔵容器１１１とを連結する移送管１３０は、第１貯蔵容器１０１と第２貯蔵容器１１１が干渉を受けないながら移動できるようにする。第２貯蔵容器が備えられない場合、移送管１３０は第１貯蔵容器１０１と押出部１１０の入口とを連結することができる。移送管１３０は、複数個の単位移送管が連結されてなることができる。このように構成された移送管は長手方向に伸張及び収縮が可能であり、押出部の位置が移動するにつれて移送管の長さが変化できる。押出部の位置が変化すれば、移送管の長さが変化する他にも、第１貯蔵容器と移送管との連結角度が変化できるので、第１貯蔵容器と移送管とが柔軟な連結部に連結できる。また、移送管と第２貯蔵容器または移送管と押出部の連結部位にも柔軟な連結部が具備できる。このような構成により第１貯蔵容器が実質的に固定された状態で第２貯蔵容器または押出部の位置が自由に変化することを許容する。

押出部位置制御部は、押出部の位置を移動させる移動手段と移動経路を制御するコントロール部を含む。押出部の位置はｘ、ｙ、ｚ軸方向に制御されることができ、前記ｘ、ｙ、ｚ軸方向の位置制御は互いに直角に形成される場合を含み、直角でなくても３次元の移動が可能であれば、如何なる角度も関係ない。押出部の位置を移動させる手段は多様であるが、図面に図示したように、押出部１１０を移動ブロック１１５に結合させ、移動ブロック１１５に互いに直角に形成された第１移動軸１０３と第２移動軸１０４を移動可能に結合する形態に押出部を平面上に位置制御することができる。第１移動軸１０３と第２移動軸１０４は押出機連結部１０５に結合できるが、図面に図示してはいないが、移動ブロックの垂直方向位置を制御するための手段が押出機連結部に追加で具備できる。移動ブロックを移動する方法には、モーター、スクリューなどからなる長手方向移動手段が用いられることができ、ラックギア及びピニオンギアを用いた移動手段のようなこの分野の公知の移動手段が広く利用できる。押出部の移動経路はコントロール部により制御が可能であるが、例えば、事前に入力された経路に従って移動ブロックの位置を自動に移動させる方式の制御が適用できる。

本発明によれば、押出部位置制御部は押出部の位置をｘ、ｙ軸方向に制御し、押出部から吐出された高分子樹脂が固定されて成形物が製造される成形物製造板の位置がｚ軸方向に制御されることもできる。この時は成形物製造板の位置を垂直方向に制御するための追加の成形物製造板移動手段とコントロール部をさらに含むことができる。このような構成では押出部の位置が平面上のみに変化するので、押出部の位置変化に従う移送管の長さ変化を最小化し、移送管の傾斜角が過度に緩やかになることを防止することができる。仮に、成形物製造板の位置が固定され、押出部の位置がｚ軸方向にまで動かなければならないなら、成形が徐々になされながら押出部の位置が上側に移動しながら移送管の傾斜角が緩やかになるので、成形材料粒子の移送が円滑にならないことがある。

押出部の下部には製造板固定部１０６が設置されることができ、製造板固定部１０６には成形物製造板１０８が結合できる。成形物製造板１０８は成形物の製造がなされる基材となり、製造板固定部１０６は前記成形物製造板１０８を固定する手段となる。成形物製造板及び製造板固定部は、押出部１１０の動きに関わらず固定できる。本発明では、成形物製造板を固定させ、押出部の位置を制御しながら成形物を製造するので、３次元成形物製造装置の全体的な体積を減少させることができる。本発明の３次元成形物製造装置は、前記構成要素を覆いかぶせて保護するハウジング１０７をさらに含むことができる。

図２は、本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の一具現例を図示したものである。図２を参照すると、移送管１３０は複数個の単位移送管１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃが互いに連結された構造からなる。第１単位移送管１３０ａの上端領域には貯蔵容器または貯蔵容器と連結する柔軟連結部に結合されることができ、下端領域には下部係止段１３０ａ２が形成されている。第２単位移送管１３０ｂの上端領域には上部係止段１３０ｂ１が形成されており、下端領域には下部係止段１３０ｂ２が形成されている。第３単位移送管１３０ｃの上端領域には上部係止段１３０ｃ１が形成されている。単位移送管は、第１単位移送管１３０ａが第２単位移送管１３０ｂの内部に挿入され、第２単位移送管１３０ｂが第３単位移送管１３０ｃの内部に挿入された形態に結合される。上部係止段１３０ｂ１、１３０ｃ１は単位移送管の内部方向に突出し、下部係止段１３０ａ２、１３０ｂ２、１３０ｃ２は単位移送管の外部方向に突出し、隣接して連結される上部係止段と下部係止段は互いに当接できる厚さに突出して単位移送管の距離が遠ざかる方向に互いに離脱することを防止する。上部係止段は連結される単位移送管の外壁と所定の間隔を有して離隔し、下部係止段は連結される単位移送管の内壁と所定の間隔を有して離隔し、この際、係止段と移送管壁との間の間隔は移送管の全体の長さが実質的に直線を維持するように隣接することが有利である。

このような実施形態の移送管の結合方法は、第１単位移送管の上端が第２単位移送管の下方に挿入され、第２単位移送管の上端が第３単位移送管の下方に挿入されるものである。このように挿入されて結合された単位移送管は移送管の全長が長くなる方向の端部で上部係止段と下部係止段とが互いに当接して離脱しない構造となる。第１単位移送管の上端は貯蔵容器に連結され、第３単位移送管の下端は押出部領域に連結されるので、全体移送管は伸張する方向にも収縮する方向にも互いに離脱しない構造を有する。

図２に図示した形態の単位移送管の個数は少なくとも２つであり、３個以上のものが好ましい。単位移送管の連結個数は移送管が伸びることができる最大長さと関連するが、これは以下の図３を用いて説明する。第１単位移送管の長さL１、第２単位移送管の長さL２、第３単位移送管の長さL３が互いに同一であるものが好ましいが、このような場合に移送管の最小収縮長さ対比最大伸張長さが最大になることができるためである。このような構造では移送管の最大伸張長さは近似的に３×L１となることができ、最小収縮長さはＬ１（＝L２＝L３）となることができ、最大伸張長さは最小収縮長さの３倍に近くなることができる。

図３は、押出部の位置が変化するにつれて移送管の長さ及び傾斜角が変化する関係を説明するための図である。図３の（ａ）は貯蔵容器１０１と押出部１１１が垂直である位置において、移送管１３０の長さが最小となった状態を図示したものであり、（ｂ）は押出部が最大移動距離まで移動して貯蔵容器との距離が最大となり、移送管の長さも最大となった状態を図示したものである。この際、押出部は平面上のみに移動し、垂直方向への成形は成形物製造板が移動することと仮定する。移送管の内部に移動する成形材料粒子が重力によって移送管の内部で移動するためには、移送管の傾斜角が３０度を超過することが好ましい。移送管の傾斜角が３０度未満であれば、移送管の内部での成形材料移送が円滑でなくて貯蔵容器から押出部に成形材料粒子が移送されず、詰まることがある。移送管の傾斜角が３０度になる場合、移送管の長さは最小移送管の長さであるＬ１より２倍である２Ｌ１となるが、このためには図２に図示した構造の移送管で単位移送管の個数が３個以上のものが好ましい。

図４は、本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の一具現例を図示したものである。図４の（ａ）は移送管の一部に該当する外観を示すものであり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’方向の断面を示すものである。図４を参照すると、本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管１４０は複数個の単位移送管１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃが連結されてなることができる。図面では単位移送管を３個のみ図示したが、単位移送管の個数は第１貯蔵容器と押出部の距離、移送管の直径などを考慮して多様に変形することができる。複数個の単位移送管１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃが連結されてなされた移送管１４０は、第１単位移送管１４０ａが隣接した第２単位移送管１４０ｂに挿入された形態に連結できる。このように、単位移送管が隣接した単位移送管に挿入されて結合されれば、挿入された深さが変化しながら全体移送管１４０の長さが変化できる。

図５は、本発明の３次元成形物製造装置に適用される移送管の連結構造に関する実施形態を図示したものである。図５の（ａ）を参照すると、上部の第１単位移送管が下部の第２単位移送管の内部に挿入結合されており、第１単位移送管の下端部分に外側に第２係止段１４２が形成されており、第２単位移送管の上端部分に内側に第１係止段１４１が形成されている。図面では第１係止段と第２係止段が各々第２単位移送管と第１単位移送管の端部に形成されたものとして図示したが、第１係止段と第２係止段が互いに当接して第１単位移送管と第２単位移送管の離脱が防止できれば、第１係止段と第２係止段は単位移送管の長手方向のどの領域に設置されても関係ない。このような具現例では押出部の位置変化によって第１貯蔵容器と押出部の距離が変化すれば、移送管の長さがこれによって調節されながら成形材料粒子が移送されることができ、移送管は長手方向への調節が撓み方向の変形より容易であるので、長さが調節される過程でも直線形態を維持しやすい。図５の（ｂ）を参照すると、第１係止段１４１と第２係止段１４２との間の空間に弾性部材１４３が挿入されている。弾性部材１４３は、第１係止段１４１と第２係止段１４２とが互いに押される方向に設置されることが好ましい。また、外部から力を受けない状態での移送管の長さは第１貯蔵容器と押出部との間の最小連結距離だけの長さより短いことが好ましい。このような構成では、第１貯蔵容器と押出部を連結する移送管が直線形態を維持することに有利なためである。図５の（ｃ）を参照すると、弾性部材１４３は弾性を有する螺旋形のスプリングからなることができる。図面に図示してはいないが、単位移送管の連結部位が弾性を有しながら伸張するための構成で、ゴムバンドや長手方向に設置されたスプリングを適用することもできる。このような構成では、単位移送管が他の隣接した単位移送管に挿入されて結合され、単位移送管の外部にゴムバンドまたはスプリングが長手方向に設置できる。この際、連結された単位移送管の距離が遠ざかる場合、ゴムバンドやスプリングが伸張しながら弾性力を有し、移送管は長さが伸びながら弾性変形されるようになる。図５に図示された構造では、弾性部材が収縮する形態に弾性変形が起こり、ゴムバンドを用いた構造では弾性部材が伸張する形態に弾性変形が起こるが、移送管が長手方向に伸びながら弾性変形されることは同一である。単位移送管の外側にゴムバンドやスプリングが設置された構造では、ゴムバンドやスプリングの結合のために単位移送管の外側に連結部が追加で形成できる。

図５の（ａ）のような実施形態は、単位移送管の個数が相対的に少ない場合に有利である。単位移送管の個数が少ない場合には、単位移送管の収縮される場合にも撓み方向の変形が起こり難いため、弾性部材がなくても移送管の直線形態を維持することが容易であり、また単位移送管の挿入連結部位が十分に長い場合には、第２貯蔵容器と押出部の距離が最大となる場合にも単位移送管の離脱が発生しないことがあるので、単位移送管に係止段がなくても関係ない。図５の（ｂ）のような実施形態は、単位移送管の個数が相対的に多い場合に有利である。単位移送管の個数が多い場合には、単位移送管の連結部位の遊隔により移送管が撓み方向変形が起こることがあるが、弾性部材が設置された場合には移送管の収縮または伸張される過程で移送管が直線を維持することができるようにする。

押出部の位置が変化する場合、移送管が直線の形態を維持することは成形材料の粒子が移送管を塞ぐことを効果的に防止する。仮に、移送管のどの領域で移送管の傾きが緩やかになれば、重力による粒子の移送が妨害を受けることがあるので、移送管の直線形態を維持することは粒子の円滑な移送と詰まり防止のために非常に重要である。

図６は、本発明の一具現例に従って単位移送管の連結部位に弾性部材が設置された移送管の長さ変形過程を説明するための図である。図６を参照すると、押出部と第１貯蔵容器との距離が遠ざかれば、弾性部材１４３が収縮しながら（ａ）から（ｂ）のように単位移送管の連結部位の長さが短くなり、移送管の全長は長くなる。

図７は、本発明の一具現例に従って移送管と貯蔵容器との間に柔軟連結部が結合された構造を説明するための図である。図７を参照すると、第１貯蔵容器１０１と第１単位移送管１４０ａとの間には柔軟連結部１４４が設置できる。柔軟連結部１４４は、ゴムチューブ、蛇管、回転可能な軸構造を有する管などからなることができ、押出部が位置移動して第１貯蔵容器と押出部の水平位置が変化する場合に移送管がこれによって傾きが変化できるようにする。図７の（ａ）は第１貯蔵容器１０１の垂直な下方に押出部が位置して移送管が垂直に立設された形態を図示したものである。図７の（ｂ）は押出部の位置が変化しながら第１貯蔵容器１０１と押出部の水平方向位置が変化した場合を図示したものであるが、この際、柔軟連結部１４４が変形されながら第１単位移送管１４０ａが垂直方向に傾いた方向に横になるようになる。図５の（ｃ）のように柔軟連結部１４４は所定の長さは有する弾性チューブからなることができ、第１貯蔵容器と柔軟連結部または柔軟連結部と第１単位移送管の連結は、接着剤、ボルト、連結ケーブルなどのように多様な方法によりなされることができる。図面に図示してはいないが、押出部と移送管または第２貯蔵容器と移送管の連結部位にも柔軟連結部が設置できる。

図８は、本発明の一具現例に従って移送管に結合された振動発生部を示すものである。図８を参照すると、移送管１４０は高分子樹脂粒子が移動できる経路を提供し、ｘ、ｙ、ｚ軸またはｘ、ｙ軸方向に移動できる押出部と連結されているので、押出部の移動範囲に合うように長さが変化する。移送管１４０を通過する高分子樹脂粒子は、移動に抵抗を受けることがある。まず、ペレット形態の高分子樹脂粒子のサイズが小さくなれば、高分子樹脂粒子の表面に静電気が発生することがあり、移送管の傾きが緩やかになれば、高分子樹脂粒子の移動が円滑でないことがある。これを解決するために、移送管１４０を通過する高分子樹脂粒子の移動を円滑にするために振動を加えることができる。移送管１４０の一部の表面を囲んだ連結部１２２があり、連結部から所定の距離を維持しながら振動発源装置である振動発生部１２１が具備できる。振動発生部１２１と連結部１２２は連結されているので、振動発生部１２１で発生した振動が連結部１２２に伝達できる。したがって、移送管１４０が揺れるにつれて内部にある高分子樹脂粒子の移動が円滑になることができる。第２貯蔵容器１１１と連結された柔軟管１４５は、移送管１４０より柔軟な素材や構造からなることができる。柔軟管は移送管１４０に伝えられる振動が押出部の第２貯蔵容器１１１に伝達されて押出部が揺れることを防止することができる。柔軟管１４５は、移送管と押出部とを連結する柔軟連結部でありうる。また、移送管の内部面には伝導性層が形成できる。移送管に沿って移動する高分子樹脂粒子で静電気が発生することがあるが、移送管の表面に伝導性層を形成し、これを接地させれば、静電気の電荷を除去して高分子樹脂粒子が柔軟管の表面にくっつくことを防止することができる。

図９は、本発明の３次元成形物製造装置に適用される成形材料粒子移動調節手段を説明するための図である。図９を参照すると、第１貯蔵容器１０１に保管された高分子樹脂粒子は、移送管１４０を通じて第２貯蔵容器１１１に移動できる。第２貯蔵容器１１１の内部にはセンサー１１６が備えられることができ、センサー１１６を通じて第２貯蔵容器の内部にある印刷材料の量を感知して第２貯蔵容器１１１への高分子樹脂粒子投入量を調節することができる。また、押出部に結合されて押出部と共に移動する第２貯蔵容器を含まない場合、押出部の入口にセンサーが備えられて印刷材料の量を感知することもできる。前記センサーは、光発生部と光受光部とからなる光センサーからなることができ、その他の多様な方式が適用できる。高分子樹脂粒子の投入量の調節は第１貯蔵容器１０１と移送管１４０とが合う地点に設置されたバルブ１２０からなることができる。バルブ１２０は、第１貯蔵容器または移送管１４０に設置されることもできる。上記の構成により第２貯蔵容器または押出部に臨時貯蔵される高分子樹脂粒子の量を制御して押出部の位置制御に必要な物理的ロードを減らすことができ、センサー及びバルブにより第２貯蔵容器に臨時貯蔵される高分子樹脂の量を一定に維持して押出部位置制御の正確度を向上させることもできる。

図１０は、本発明の一具現例に従う３次元成形物製造装置の押出部を示すものである。図１０を参照すると、第２貯蔵容器１１１に投入された高分子樹脂粒子は押出機１１２に供給される。押出機の外部にはヒーター１１７が設置されて高分子樹脂粒子を溶融させることができる。高分子樹脂粒子は押出機の内部で溶融されてノズル１１９を介して外部に吐出されるが、ノズル１１９の方向に連結された吐出制御部１１４には吐出調節バルブ１１８が設置されて高分子樹脂のノズルをオン−オフさせたり移動通路の面積を制御したりして吐出量を調節することができる。吐出制御部は予め入力された情報によって吐出調節バルブを作動させるコントロール部を含むことができる。この際、投入される高分子樹脂粒子は熱可塑性高分子で、例えばＰＬＡ（polylactic acid）、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）、ＨＤＰＥ（high density polyethylene）などが使われることができ、無機粒子、金属粒子、複合体などの粒子が共に投入されることもできる。高分子樹脂粒子はペレット形態でなされることができ、ペレットの直径は０．１〜５０ｍｍの範囲にあることが好ましい。ペレットのサイズが０．１ｍｍ未満であれば、ペレットを扱う過程で粉末が飛ばされるか、または静電気によって供給が円滑でないことがあり、３０ｍｍを超過すればペレットが押出機を通過しながら十分に溶融されないことがある。ペレットの直径はより好ましくは、０．３〜２０ｍｍの範囲を有する。また、円柱形態のペレットの場合、ペレットの長さは直径の０．５〜５倍のものが好ましい。成形材料粒子が球形の場合には粒子の直径が０．１〜５０ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．３〜２０ｍｍのものがより好ましい。ペレットの溶融のためのサイズは押出機のスクリュー直径と関連するが、スクリュー直径が小さいほど押出機の重さ及び体積を減少させることができるので、前述した好ましいペレットのサイズを考慮すれば、押出機のスクリュー直径は１〜５０ｍｍの範囲にあるものが好ましく、２〜２０ｍｍの範囲にあるものがより好ましい。スクリューの長さはスクリュー直径の２〜３０倍のものが好ましい。

本発明の３次元成形物製造装置は、押出機に第２貯蔵容器が設置されたことが特徴である。第２貯蔵容器の機能は連続的な成形を可能にするためのものである。本発明の３次元成形物製造装置に含まれた移送管は、複数個の単位移送管に連結され、単位移送管のうちの少なくとも１つが他の隣接した単位移送管の内部に挿入されて連結されることによって、挿入されて連結された単位移送管の連結部位の長さが調節できる。このような移送管の構成を通じて第１貯蔵容器と押出機との間の距離が変化するにつれて移送管は直線の経路を維持しながら長さが変化する。

この際、第１貯蔵容器から第２貯蔵容器への成形材料粒子移送は断続的になされる。仮に、第１貯蔵容器から第２貯蔵容器に成形材料粒子が連続して供給されれば、移送管の内部に成形材料粒子が詰められた状態では移送管の長さが減る間に移送管の内部に詰められた成形材料粒子が重力に勝って第１貯蔵容器方向に逆流しなければならないが、この過程での抵抗によって移送管の長さ調節が困難になることがある。しかしながら、成形材料粒子が第１貯蔵容器から第２貯蔵容器に断続的になされれば、押出機が移動する間に移送管の内部が空いていることがあるので、移送管の長さ調節が容易になる。この際、仮に押出機の前端に第２貯蔵容器が設置されていなければ、押出機の内部に成形材料粒子が足りない場合が発生して連続的な成形が困難になるが、第２貯蔵容器が設置された場合には第２貯蔵容器に貯蔵された成形材料粒子により連続的な成形が可能になる。

以上の説明は本発明の技術思想を一具現例を用いて説明したものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明で説明された具現例は本発明の技術思想を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような具現例により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解析され、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれる。

１００３次元成形物製造装置
１０１第１貯蔵容器
１０２第１貯蔵容器固定部
１０３第１移動軸
１０４第２移動軸
１０５押出機連結部
１０６製造板固定部
１０７ハウジング
１０８成形物製造板
１１１第２貯蔵容器
１１２押出機
１１３スクリュー
１１４吐出制御部
１１５移動ブロック
１１６センサー
１１７ヒーター
１１８吐出調節バルブ
１１９ノズル
１２０バルブ
１２１振動発生部
１２２連結部
１３０移送管
１３０ａ第１単位移送管
１３０ｂ第２単位移送管
１３０ｃ第３単位移送管
１３０ｂ１、１３０ｃ１上部係止段
１３０ａ２、１３０ｂ２、１３０ｃ２下部係止段
１４０移送管
１４０ａ第１単位移送管
１４０ｂ第２単位移送管
１４０ｃ第３単位移送管
１４１第１係止段
１４２第２係止段
１４３弾性部材
１４４柔軟連結部

Claims

成形材料粒子を溶融させ、溶融された成形材料粒子の吐出位置を制御して所定の３次元成形物を製造する装置であって、
成形材料粒子を溶融させ、ノズルを介して吐出させて３次元成形を遂行する押出部と、前記押出部に供給される成形材料粒子を臨時に貯蔵する貯蔵容器と、前記貯蔵容器に貯蔵された成形材料粒子を前記押出部に移送させる通路を提供する移送管と、前記押出部の位置を制御する押出部位置制御部とを含み、
前記移送管は複数個の単位移送管が連結されている
ことを特徴とする３次元成形物製造装置。
前記複数個の単位移送管が連結されてなる移送管は、単位移送管のうちの少なくともいずれか一つが他の隣接した移送管の内部に挿入されて連結され、前記挿入されて連結された単位移送管の連結部位の長さが調節できる
請求項１に記載の３次元成形物製造装置。
前記単位移送管の連結部位に係止段が形成されて単位移送管が互いに離脱することを防止する
請求項１に記載の３次元成形物製造装置。
前記単位移送管は前記貯蔵容器に近い単位移送管の直径が前記押出部に近い単位移送管の直径より小さい
請求項２に記載の３次元成形物製造装置。
前記貯蔵容器と移送管との間または前記押出部と移送管との間に柔軟な連結部が形成された
請求項１に記載の３次元成形物製造装置。