KR101586140B1

KR101586140B1 - 3d 프린터

Info

Publication number: KR101586140B1
Application number: KR1020140023982A
Authority: KR
Inventors: 박경철
Original assignee: (주)엔티렉스
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2016-01-18
Also published as: KR20150102285A

Abstract

본 발명에 따르면, 프레임(101)에 배치되는 Y축이송기구(110)와 X축이송기구(120)에 탑재되어 XY방향으로 위치조절되는 베이스판(130); 상하 방향으로 배치되어 상기 베이스판(130)에 형성된 노즐삽입홈(131)에 끼움결합되면서 상기 베이스판(130)으로부터 탈착 가능하게 체결되는 노즐모듈(140); 상기 노즐모듈(140)을 가압하며 상기 베이스판(130)에 체결되어 상기 노즐삽입홈(131)에 끼움결합된 노즐모듈(140)을 베이스판(130)에 고정시키는 가압모듈(150); 상기 노즐모듈(140)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z축이송기구(160)에 탑재되는 작업대(170); 및 상기 프레임(101)의 일측에 배치되며 와이어형태로 된 열가소성 필라멘트를 상기 노즐모듈(140)에 공급하는 필라멘트 공급부(180);를 포함하는 3D 프린터를 개시한다.

Description

3D 프린터{3D printer}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융된 필라멘트를 배출하는 노즐모듈을 용이하게 탈착하여 교체 및 정비할 수 있는 구조로 구비된 3D 프린터에 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.

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 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

이와 같이 히터노즐에서 배출되는 필라멘트는 용융된 상태이기 때문에 배출되는 중에 배출공의 주변에 묻은 필라멘트가 굳으면서 배출공이 좁아지거나 막히는 현상이 종종 발생되었다.

그러나, 종래의 3D 프린터의 경우 필라멘트가 배출되는 히터노즐이 3차원 이송기구 상에 견고하게 장착되어 설치되기 때문에, 히터노즐을 정비하거나 교체하기 위해서는 3차원 이송기구 상에 체결된 다수 개의 체결볼트를 일일이 풀어 히터노즐을 고정시키기 위한 고정부재들을 분해시켜야 하며, 새로운 히터노즐을 분해의 역순으로 다시 조립해야 하는 번거로운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 이런 필라멘트를 용융시켜 적층하는 3D 프린터는 종래에 단일의 색상의 필라멘트재로로 물품을 성형하는 것은 가능하지만 복수의 멀티칼라로 제품을 성형하기에는 부적합하였다. 이는 어떤 하나의 칼라의 필라멘트로 성형하다가 다른 색상의 필라멘트로 교체하려면 필라멘트 공급릴을 다른 색상의 필라멘트 공급릴로 교체한 후에 이를 다시 히터노즐로 연결하거나 이송시켜야 하므로, 필라멘트의 교체에 따른 시간이 상당히 소요되고, 이러한 필라멘트의 교체에 따른 대기시간 동안 이미 성형된 용융부분이 경화되므로, 다른 색상의 필라멘트가 용융되어 부착되는 부위에 불연속적인 이음매가 형성되어, 이러한 이음매 부분에서 재료의 접착이 불량해져서 제품의 외관이나 일체성이 저하되거나 재료의 분리 또는 구조적 강도가 저하되는 문제점이 있었다.

공개특허공보 제2008-0082908호(2008.09.12), 3차원 프린터.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 이송기구에 노즐모듈이 체결되는 베이스판을 탑재시키고, 상기 베이스판에 체결되는 가압모듈에 의해 노즐모듈이 가압되면서 상기 베이스판에 체결된 상태를 선택적으로 고정 및 해제시킬 수 있는 구조로 구비되는 3D 프린터를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3D 프린터는, 프레임(101)에 배치되는 Y축이송기구(110)와 X축이송기구(120)에 탑재되어 XY방향으로 위치조절되는 베이스판(130); 상하 방향으로 배치되어 상기 베이스판(130)에 형성된 노즐삽입홈(131)에 끼움결합되면서 상기 베이스판(130)으로부터 탈착 가능하게 체결되는 노즐모듈(140); 상기 노즐모듈(140)을 가압하며 상기 베이스판(130)에 체결되어 상기 노즐삽입홈(131)에 끼움결합된 노즐모듈(140)을 베이스판(130)에 고정시키는 가압모듈(150); 상기 노즐모듈(140)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z축이송기구(160)에 탑재되는 작업대(170); 및 상기 프레임(101)의 일측에 배치되며 와이어형태로 된 열가소성 필라멘트를 상기 노즐모듈(140)에 공급하는 필라멘트 공급부(180);를 포함한다.

여기서, 상기 베이스판(130)에는 복수 개의 노즐삽입홈(131)과 복수 개의 가압모듈(150)이 각각 매칭되어 측방향으로 연속배치되며, 각 노즐삽입홈(131)에는 서로 다른 종류의 필라멘트를 공급받는 노즐모듈(140)이 체결되어 복수 종의 필라멘트를 조합하여 조형물을 성형할 수 있다.

또한, 상기 노즐모듈(140)의 내부에는 복수 개의 필라멘트가 개별적으로 공급되는 필라멘트 공급관(146)이 마련되며, 각 필라멘트 공급관(146)의 하단은 단일의 배출공(143)에 의해 합류되어 각 필라멘트가 용융되며 혼합된 상태로 배출될 수 있다.

또한, 상기 베이스판(130)에는 상기 노즐모듈(140)의 배출공(143)을 향해 에어를 공급하여 성형되는 조형물을 냉각시키는 냉각팬(190)이 장착될 수 있다.

또한, 상기 냉각팬(190)과 노즐모듈(140)의 배출공(143) 사이에는 절곡형성되어 상기 냉각팬(190)에서 공급되는 에어가 상기 배출공(143)을 향하도록 가이드하는 에어가이드판(191)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 노즐모듈(140)은, 상단에는 상기 와이어 형태의 필라멘트가 삽입되는 삽입구(142)가 형성되고 하단에는 용융된 필라멘트가 배출되는 배출공(143)이 형성된 노즐몸체부(141) 및, 중앙부에 상기 노즐몸체부(141)가 관통삽입되며 삽입된 노즐몸체부(141)의 양측 위치에는 상기 가압모듈(150)과의 체결방향으로 개구된 핀삽입공(145)이 각각 형성된 체결판(144)을 포함하여 구비되고, 상기 베이스판(130) 상에서 상기 핀삽입공(145)과 대응되는 위치에는 핀체결공(154)이 상하로 개구되어 형성되며, 상기 가압모듈(150)은, 상기 핀삽입공(145)에 관통 삽입된 상태로 하부가 상기 핀체결공(154)에 나사결합되며 상기 핀삽입공(145)의 둘레를 하부로 가압하여 상기 체결판(144)을 베이스판(130) 상에 고정시키는 가압핀(151)과, 상기 가압핀(151)의 상부에 체결되어 상기 가압핀(151)을 회전시키는 회전손잡이(153)를 포함하여 구비될 수 있다.

한편, 상기 가압핀(151)의 상부 둘레에는 원주를 따라 복수 개의 걸림턱(157)이 배치되고, 상기 가압핀(151)의 상부에 체결되는 회전손잡이(153)의 내부에는 상기 걸림턱(157)과 대응되는 위치에 지지턱(156)이 돌출형성되며, 상기 걸림턱(157)과 지지턱(156) 사이는 일정간격 유격되어 상기 회전손잡이(153)를 하부로 가압하거나 상부로 들어올려 회전시키는 동작에 의해 상기 걸림턱(157)과 지지턱(156)이 치합되며 상기 가압핀(151)이 회전손잡이(153)에 의해 회전될 수 있다.

본 발명에 따른 3D 프린터에 의하면,

첫째, 3차원 이송기구에 노즐모듈이 체결되는 베이스판을 탑재시키고, 상기 베이스판에 체결되는 가압모듈에 의해 노즐모듈이 가압되면서 상기 베이스판에 체결된 상태를 선택적으로 고정 및 해제시킬 수 있는 구조로 구비됨에 따라 노즐모듈을 용이하게 탈착하여 교체 및 정비할 수 있으므로 사용자의 편의가 증대되고 유지보수가 간편해지는 효과를 제공할 수 있다.

둘째, 베이스판에는 복수 개의 노즐삽입홈과 복수 개의 가압모듈이 각각 매칭되어 측방향으로 연속배치되며, 각 노즐삽입홈에는 서로 다른 종류의 필라멘트를 공급받는 노즐모듈이 체결되어 복수 종의 필라멘트를 조합하여 조형물을 성형할 수 있으므로, 필라멘트의 색상이나 종류를 변경하기 위해 노즐모듈을 교체해야 하는 소요를 최소화할 수 있다.

셋째, 노즐모듈의 내부에는 복수 개의 필라멘트가 개별적으로 공급되는 필라멘트 공급관이 마련되며, 각 필라멘트 공급관의 하단은 단일의 배출공에 의해 합류되어 각 필라멘트가 용융되며 혼합된 상태로 배출될 수 있으므로, 이음매가 없이 매끄러운 멀티칼라의 조형물을 제조할 수 있다.

넷째, 베이스판에는 노즐모듈의 배출공을 향해 에어를 공급하여 성형되는 조형물을 냉각시키는 냉각팬이 장착되므로, 필라멘트의 경화 및 조형물의 제조시간을 단축시킬 수 있다.

더욱이, 상기 냉각팬과 노즐모듈의 배출공 사이에는 절곡형성되어 상기 냉각팬에서 공급되는 에어가 배출공을 향하도록 가이드하는 에어가이드판이 구비되므로 상기 냉각팬에 의한 냉각효율을 극대화할 수 있다.

다섯째, 가압모듈에 구비된 가압핀의 상부 둘레에는 원주를 따라 복수 개의 걸림턱이 배치되고, 상기 가압핀의 상부에 체결되는 회전손잡이의 내부에는 걸림턱과 대응되는 위치에 지지턱이 돌출형성되며, 상기 걸림턱과 지지턱 사이에는 일정간격 유격되어 상기 회전손잡이를 하부로 가압하거나 상부로 들어올려 회전시키는 동작에 의해 상기 걸림턱과 지지턱이 치합되며 가압핀이 회전손잡이에 의해 회전될 수 있으므로 상기 회전손잡이를 일회전시키는 원터치 동작에 의해 베이스판에 가압된 체결판의 고정상태를 해제시킬 수 있으므로 가압모듈의 분리 및 체결이 보다 용이해지는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 전체 구성을 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주요 구성을 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압모듈에 의해 노즐모듈이 베이스판에 탈착 가능하게 체결되는 구성을 나타낸 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터는, 3차원 이송기구에 노즐모듈(140)이 체결되는 베이스판(130)을 탑재시키고, 상기 베이스판(130)에 체결되는 가압모듈(150)에 의해 노즐모듈(140)이 가압되면서 상기 베이스판(130)에 체결된 상태를 선택적으로 고정 및 해제시킬 수 있는 구조로 구비되어 상기 노즐모듈(140)의 탈착이 용이한 프린터로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(130), 노즐모듈(140), 가압모듈(150), 작업대(170) 및 필라멘트 공급부(180)를 포함하여 구비된다.

먼저, 베이스판(130)은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 기본 골조를 형성하는 프레임(101)에 배치되는 Y축이송기구(110)와 X축이송기구(120)에 탑재되어 XY방향으로 위치조절되는 판재로서, 노즐모듈(140) 및 가압모듈(150)이 장착되어 상기 Y축이송기구(110) 및 X축이송기구(120)에 의해 프로그래밍된 방향으로 이송되면서 위치가 조절된다.

여기서, 상기 Y축이송기구(110)는 대략 직육면체 형태의 프레임(101)의 상부에 Y축 방향으로 연장형성되게 배치되는 가이드레일(111)과 상기 가이드레일(111)을 따라 Y축 방향으로 왕복 슬라이딩되는 가동블록(112)를 포함하여 구비되며, 상기 X축이송기구(120)는 양측에 배치된 각 가동블록(112)에 양단이 체결되면서 X축 방향으로 연장형성되게 배치되는 안내가이드(121)와 상기 안내가이드(121)을 따라 X축 방향으로 왕복 슬라이딩되는 리니어블록(122)을 포함하여 구비된다.

이러한 Y축이송기구(110) 및 X축이송기구(120)는 예시적인 것으로서 그 형태와 방식은 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 상기 리니어블록(122)에는 베이스판(130)이 체결된다.

또한, Y축이송기구(110) 및 X축이송기구(120)의 하부 위치에는 수직설치된 가이드포스트(161)와 상기 가이드포스트(161)를 따라 승강되는 승강블록(162)을 포함하여 구비되는 Z축이송기구(160)가 구비된다. 그리고, 조형물이 성형되는 작업대(170)는 승강블록(162)에 장착되어 함께 승강된다. 도시된 실시예에서는 베이스판(130)이 XY방향으로 평면상에서 수평이동되고, 작업대(170)가 승강블록(162)를 따라 Z축 방향으로 수직이동되는 것을 예시하였으나, 이와 달리 베이스판(130)과 작업대(170)의 위치가 3차원으로 위치조절될 수 있는 다른 방법이 채택될 수 있음은 물론이다. 예를 들어 작업대(170)가 하니라 베이스판(130)이 승강될 수도 있고 작업대(170)가 수평이동될 수도 있을 것이다.

더불어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 베이스판(130)의 중앙부에는 노즐모듈(140)이 끼움결합될 수 있도록 상기 노즐모듈(140)과의 체결방향으로 측부가 개구된 형태로 노즐삽입홈(131)이 형성된다.

상기 노즐모듈(140)은, 상기 필라멘트 공급부(180)로부터 필라멘트를 공급받아 이를 내부에서 용융시켜 상기 작업대(170)의 상부로 배출시키는 노즐수단으로서, 상하 방향으로 배치되어 베이스판(130)에 형성된 노즐삽입홈(131)에 측방향으로 끼움결합되면서 상기 베이스판(130)으로부터 탈착 가능하게 체결된다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 노즐모듈(140)은, 상단에는 와이어 형태의 필라멘트가 삽입되는 삽입구(142)가 형성되고 하단에는 용융된 필라멘트가 배출되는 배출공(143)이 형성된 노즐몸체부(141) 및, 중앙부에 상기 노즐몸체부(141)가 관통삽입되며 삽입된 노즐몸체부(141)의 양측 위치에는 상기 가압모듈(150)과의 체결방향으로 개구된 핀삽입공(145)이 각각 형성된 체결판(144)을 포함하여 구비된다.

더불어, 상기 베이스판(130) 상에서 상기 핀삽입공(145)과 대응되는 위치에는 핀체결공(154)이 상하로 개구되어 형성되며, 상기 핀체결공(154)의 내측에는 상기 가압모듈(150)의 가압핀(151)의 하부가 나사결합될 수 있도록 나사산이 형성될수 있다.

그리고, 상기 노즐몸체부(141)의 내부에는 상기 삽입구(142)와 배출공(143)을 상호 연통시켜 삽입된 필라멘트가 공급되는 필라멘트 공급관(146)이 마련되며, 삽입된 필라멘트가 원활하게 투입될 수 있도록 상기 삽입구(142)와 배출공(143) 및 필라멘트 공급관(146)은 일직선 상에 정렬된 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐모듈(140)의 하부에는 전원공급선(148)을 통해 외부로부터 구동전원을 공급받아 필라멘트 공급관(146)으로 공급된 필라멘트를 가열하여 용융시키기 위한 히터(147)가 장착된다.

상기 가압모듈(150)은, 노즐모듈(140)을 가압하며 베이스판(130)에 체결되어 상기 노즐삽입홈(131)에 끼움결합된 노즐모듈(140)을 베이스판(130)에 선택적으로 고정시키는 가압수단으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 핀삽입공(145)에 관통 삽입된 상태로 하부가 상기 핀체결공(154)에 나사결합되며 상기 핀삽입공(145)의 둘레를 하부로 가압하여 가압모듈(150)의 체결판(144)을 베이스판(130) 상에 고정시키는 가압핀(151)과, 상기 가압핀(151)의 상부에 체결되어 가압핀(151)을 회전시키는 회전손잡이(153)를 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 가압핀(151)의 상부 둘레에는 원주를 따라 복수 개의 걸림턱(157)이 배치되고, 상기 가압핀(151)의 상부에 체결되는 회전손잡이(153)의 내부에는 걸림턱(157)과 대응되는 위치에 지지턱(156)이 돌출형성되며, 상기 걸림턱(157)과 지지턱(156) 사이는 일정간격 유격되어 상기 회전손잡이(153)를 하부로 가압하거나 상부로 들어올려 회전시키는 동작에 의해 상기 걸림턱(157)과 지지턱(156)이 상호 치합되면서 가압핀(151)이 회전손잡이(153)에 의해 회전되도록 구비될 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 3의 확대도와 같이 상기 걸림턱(157)의 상부 위치에 상기 지지턱(156)이 형성된 경우 상기 회전손잡이(153)를 하부로 가압하는 힘에 의해 지지턱(156)이 하강하며 걸림턱(157)과 치합되어 회전손잡이(153)의 회전력을 가압핀(151)으로 전달할 수 있다. 이와 반대로 상기 걸림턱(157)의 하부 위치에 지지턱(156)이 형성될 경우 상기 회전손잡이(153)를 상부로 들어올리는 힘에 의해 지지턱(156)이 상승하며 걸림턱(157)과 치합되어 회전손잡이(153)의 회전력을 가압핀(151)으로 전달함으로써 상기 회전손잡이(153)를 회전시키는 것으로 가압핀(151)이 하향하며 베이스판(130)의 핀체결공(154)에 나사결합되도록 회전시킬 수 있다.

이와 같이 회전손잡이(153)를 하부로 가압하거나 상부로 들어올려 회전시키는 동작에 의해 걸림턱(157)과 지지턱(156)이 상호 치합되며 가압핀(151)이 회전손잡이(153)에 의해 회전될 수 있으므로 회전손잡이(153)를 일회전시키는 원터치 동작에 의해 가압핀(151)과 베이스판(130) 사이의 간격이 벌어지면서 베이스판(130)에 가압된 체결판(144)의 고정상태를 해제시킬 수 있으므로 가압모듈(150)의 분리 및 체결이 보다 용이해지는 효과를 구현할 수 있다.

상기 작업대(170)는 노즐모듈(140)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z축이송기구(160)에 탑재되는데, 상기 Z축이송기구(160)의 가이드포스트(161)를 따라 승강되는 승강블록(162)에 일측이 고정장착되어 승강블록(162)과 함께 승강되도록 구비된다.

상기 필라멘트 공급부(180)는, 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(101)의 일측에 배치되며 와이어 형태로 된 열가소성의 필라멘트를 노즐모듈(140)에 공급하는 수단으로서, 베이스판(130)에 장착되는 노즐모듈(140)에 대응되는 수량으로 구비되어 각각의 노즐모듈(140)별로 필라멘트를 공급하도록 구비될 수 있다.

상기 열가소성 필라멘트로는 대표적으로 PLA, PVC, ABS, PPS 수지를 예로 들수 있으나, 이들 수지 외에도 적합한 물성을 가진 다른 수지 또는 신소재가 사용될 수 있다. 상기 필라멘트 공급부(180)에는 이송롤(182)이 구비되어 프레임(101)의 일측에 회전가능하게 장착되는 필라멘트 공급릴(181)로부터 공급되는 각각의 필라멘트를 전진 이송시킬 수 있다. 상기 Y축이송기구(110), X축이송기구(120), Z축이송기구(160) 및 필라멘트 공급부(180)는 성형할 조형물의 3D데이터에 따라서 컨트롤러(미도시)의 제어에 의해 개별적으로 작동된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이스판(130)에는 복수 개의 노즐모듈(140)이 장착되도록 구비될 수 있는데, 이를 위해 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(130)에는 복수 개의 노즐삽입홈(131)과 복수 개의 가압모듈(150)이 각각 매칭되어 측방향으로 연속배치되며, 각 노즐삽입홈(131)에는 복수 개의 필라멘트 공급부(180)로부터 서로 다른 종류의 필라멘트를 공급받는 노즐모듈(140)이 체결되어 복수 종의 필라멘트를 조합하여 조형물을 성형할 수 있다. 이로 인해, 필라멘트의 색상이나 종류를 변경하기 위해 노즐모듈(140)을 교체해야 하는 소요를 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터는, 다양한 색상을 갖는 멀티칼라의 조형물을 제조할 수 있도록 구비될 수 있는데, 이를 위해 노즐모듈(140)의 내부에는 복수 개의 필라멘트가 개별적으로 공급되는 필라멘트 공급관(146)이 각각 마련되며, 각 필라멘트 공급관(146)의 하단은 단일의 배출공(143)에 의해 합류되어 각 필라멘트가 용융되며 혼합된 상태로 배출되도록 구비될 수 있다.

이와 같이 하나의 배출공으로 다양한 색상 및 종류를 갖는 갖는 필라멘트를 용용되며 혼합된 상태로 배출될 수 있으므로 이음매가 없이 매끄러운 멀티칼라의 조형물을 제조할 수 있다. 또한, 색상이 다른 필라멘트뿐만 아니라 재료의 용융과 적층성형에 영향을 주지 않는 범위 내에서 물성과 기능을 달리하는 서로 다른 필라멘트 소재를 이용하여 복합재료 조형물을 제조할 수도 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스판(130)에는 노즐모듈(140)의 배출공(143)을 향해 에어를 공급하여 작업대(170) 상에서 성형되는 조형물을 냉각시키는 냉각팬(190)이 장착될 수 있다. 이러한 냉각팬(190)의 구성으로 필라멘트의 경화 및 조형물의 제조시간을 단축시킬 수 있다.

더욱이, 상기 냉각팬(190)과 노즐모듈(140)의 배출공(143) 사이에는 절곡형성되어 상기 냉각팬(190)에서 공급되는 에어가 배출공(143)을 향하도록 가이드하는 에어가이드판(191)이 구비되어 상기 냉각팬(190)에 의한 냉각효율을 극대화할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 각 구성 및 기능에 의해, 3차원 이송기구에 노즐모듈(140)이 체결되는 베이스판(130)을 탑재시키고, 상기 베이스판(130)에 체결되는 가압모듈(150)에 의해 노즐모듈(140)이 가압되면서 상기 베이스판(130)에 체결된 상태를 선택적으로 고정 및 해제시킬 수 있는 구조로 구비됨에 따라 노즐모듈(140)을 용이하게 탈착하여 교체 및 정비할 수 있으므로 사용자의 편의가 증대되고 유지보수가 간편해지는 효과를 제공할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

101...프레임 110...Y축이송기구
120...X축이송기구 130...베이스판
131...노즐삽입홈 140...노즐모듈
150...가압모듈 160...Z축이송기구
170...작업대 180...필라멘트 공급부

Claims

프레임(101)에 배치되는 Y축이송기구(110)와 X축이송기구(120)에 탑재되어 XY방향으로 위치조절되는 베이스판(130);
상하 방향으로 배치되어 상기 베이스판(130)에 형성된 노즐삽입홈(131)에 끼움결합되면서 상기 베이스판(130)으로부터 탈착 가능하게 체결되는 노즐모듈(140);
상기 노즐모듈(140)을 가압하며 상기 베이스판(130)에 체결되어 상기 노즐삽입홈(131)에 끼움결합된 노즐모듈(140)을 베이스판(130)에 고정시키는 가압모듈(150);
상기 노즐모듈(140)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z축이송기구(160)에 탑재되는 작업대(170); 및
상기 프레임(101)의 일측에 배치되며 와이어형태로 된 열가소성 필라멘트를 상기 노즐모듈(140)에 공급하는 필라멘트 공급부(180);를 포함하고,
상기 베이스판(130)에는 상기 노즐모듈(140)의 배출공(143)을 향해 에어를 공급하여 성형되는 조형물을 냉각시킴으로써 필라멘트의 경화 및 조형물의 제조시간을 단축시키는 냉각팬(190)이 장착되며,
상기 냉각팬(190)과 노즐모듈(140)의 배출공(143) 사이에는 절곡형성되어 상기 냉각팬(190)에서 공급되는 에어가 상기 배출공(143)을 향하도록 가이드하는 에어가이드판(191)이 구비되고,
상기 노즐모듈(140)은, 상단에는 상기 와이어 형태의 필라멘트가 삽입되는 삽입구(142)가 형성되고 하단에는 용융된 필라멘트가 배출되는 배출공(143)이 형성된 노즐몸체부(141) 및, 중앙부에 상기 노즐몸체부(141)가 관통삽입되며 삽입된 노즐몸체부(141)의 양측 위치에는 상기 가압모듈(150)과의 체결방향으로 개구된 핀삽입공(145)이 각각 형성된 체결판(144)을 포함하여 구비되고,
상기 베이스판(130) 상에서 상기 핀삽입공(145)과 대응되는 위치에는 핀체결공(154)이 상하로 개구되어 형성되며,
상기 가압모듈(150)은, 상기 핀삽입공(145)에 관통 삽입된 상태로 하부가 상기 핀체결공(154)에 나사결합되며 상기 핀삽입공(145)의 둘레를 하부로 가압하여 상기 체결판(144)을 베이스판(130) 상에 고정시키는 가압핀(151)과, 상기 가압핀(151)의 상부에 체결되어 상기 가압핀(151)을 회전시키는 회전손잡이(153)를 포함하여 구비되고,
상기 가압핀(151)의 상부 둘레에는 원주를 따라 복수 개의 걸림턱(157)이 배치되고,
상기 가압핀(151)의 상부에 체결되는 회전손잡이(153)의 내부에는 상기 걸림턱(157)과 대응되는 위치에 지지턱(156)이 돌출형성되며,
상기 걸림턱(157)과 지지턱(156) 사이는 일정간격 유격되어 상기 회전손잡이(153)를 하부로 가압하거나 상부로 들어올려 회전시키는 동작에 의해 상기 걸림턱(157)과 지지턱(156)이 치합되며 상기 가압핀(151)이 회전손잡이(153)에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 1항에 있어서,
상기 베이스판(130)에는 복수 개의 노즐삽입홈(131)과 복수 개의 가압모듈(150)이 각각 매칭되어 측방향으로 연속배치되며, 각 노즐삽입홈(131)에는 서로 다른 종류의 필라멘트를 공급받는 노즐모듈(140)이 체결되어 복수 종의 필라멘트를 조합하여 조형물을 성형하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
제 1항에 있어서,
상기 노즐모듈(140)의 내부에는 복수 개의 필라멘트가 개별적으로 공급되는 필라멘트 공급관(146)이 마련되며, 각 필라멘트 공급관(146)의 하단은 단일의 배출공(143)에 의해 합류되어 각 필라멘트가 용융되며 혼합된 상태로 배출되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
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