KR101642408B1 - 3d 프린터용 원료 가압장치 및 이를 적용한 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

3D 프린터용 원료 가압장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치는, 디지털화된 3D 도면에 기초하여 입체 제품을 성형하는 3D 프린터에 구비되어 공급되는 원료를 가열하여 각 방향으로 이동하며 가열된 상기 원료를 배출하는 3D 프린터에 있어서, 상기 3D 프린터용 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면의 소정의 위치에 상기 노즐의 하부 방향으로 연장형성되는 지지부, 및 상기 지지부의 하단부에 연장형성되며, 상기 노즐의 이동방향에 후행하여 상기 배출공으로부터 배출되는 상기 원료에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부를 포함한다.

Description

3D 프린터용 원료 가압장치 및 이를 적용한 3D 프린터{Raw material pressure device for a 3D printer and 3D printer using it}

본 발명은 3D 프린터용 원료 가압장치 및 이를 적용한 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열된 필라멘트가 배출되는 노즐로부터 배출된 필라멘트를 눌러 고정시킬 수 있는 장치를 구비하여, 노즐로부터 배출되는 필라멘트가 작업면에 고착되지 못함으로써 출력물의 품질이 저하되는 것을 간편하게 방지할 수 있도록 하는 기술적 사상에 관한 것이다.

최근들어 물체에 대한 3차원 데이터를 이용하여 해당 물체를 3차원으로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증가하고 있다. 이러한 3D 프린터는 점차 가격이나 성능면에서 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 활용도가 높아지고 있다.

3D 프린터의 조형 방식은 다양하게 구현되고 있는데, 크게 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각방식)으로 구분할 수 있다.

이 중 상기 절삭형은 적층형에 비해 상대적으로 정밀한 출력물을 출력할 수 있는 장점이 있으나 조형 가능한 형상에 한계가 있고, 재료 사용량 등의 효율이 떨어지는 등의 문제가 있어 일반적으로 적층형의 조형방식이 널리 사용되고 있다.

이러한 적층형의 조형방식 중에서도 대표적으로 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식은 열가소성 소재(예컨대, 플라스틱)를 실과 같은 형태로 형성한 필라멘트(filament)를 원료로 사용, 익스트루더를 통해 공급되는 필라멘트가 가열된 노즐을 통해 액체상태로 압출되어 한 층(레이어)씩 적층되며 조형물을 완성하는 방식으로, 일반 사용자를 중심으로 널리 이용되고 있다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 일반적인 3D 프린터의 필라멘트 배출 과정을 설명하도록 한다.

도 1은 일반적인 3D 프린터의 익스트루더의 구조를 나타내며, 도 2는 일반적인 3D 프린터의 노즐에서 가열된 필라멘트가 배출되는 일 예를 나타내고, 도 3은 일반적인 3D 프린터의 노즐에서 배출된 필라멘트가 고착되지 못하는 경우의 일 예를 나타낸다.

우선 도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 3D 프린터의 익스트루더(E)를 통해 공급되는 필라멘트(1)는 상기 익스트루더(E) 하부의 노즐(10)을 통해 가열되어 압출되게 된다. 즉, 3D 프린터가 결과적으로 제품을 성형할 때 가열된 원료(즉, 필라멘트(1))는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 익스트루더(E)의 하부에 구비된 상기 노즐(10)을 통해 배출되게 된다.

이때, 상기 노즐(10)의 작업면과의 이격거리 및/또는 상기 필라멘트(1)를 가열하는 온도 등의 요인으로 인해, 상기 노즐(10)을 통해 배출되는 상기 필라멘트(1)가 상기 작업면에 제대로 고착되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 여기서 상기 작업면은 3D 프린터가 제품을 성형하는 영역 예컨대, 상기 익스트루더(E)가 상하, 전후좌우로 이동하며 제품을 성형하는 작업영역을 의미할 수 있다. 상기 작업영역은 제품이 성형되는 바닥면을 의미할 수도 있고, 상기 바닥면에 상기 필라멘트(1)가 적층되기 시작하는 경우 이미 적층된 필라멘트(1)의 상면을 의미할 수도 있다. 어떠한 경우든, 상기 작업면은 노즐(10)로부터 배출되는 필라멘트(1)가 고정 부착되어야할 면을 의미할 수 있다.

도 3을 참조하면, 3D 프린터의 성형과정 중 상기 익스트루더(E)가 화살표 방향으로 이동하면서 상기 노즐(10)을 통해 상기 필라멘트(1)가 배출되는 경우, 도면에 도시된 바와 같이 상기 필라멘트(1)의 일부가 상기 작업면(예컨대, 도면의 하부에 실선으로 도시된 바닥면)에 고착되지 못하고 이격되는 경우가 발생할 수 있다. 이처럼 상기 필라멘트(1)가 상기 작업면에 고착되지 못하게 되면, 결과적으로 성형되는 제품의 품질이 크게 저하될 수 있는 문제가 있다.

따라서 노즐(10)로부터 작업면으로 최종 배출된 필라멘트(1)가 상기 작업면에 제대로 고착될 수 있도록 할 수 있는 기술적 사상이 절실히 요구된다.

공개번호 10-2015-0030453, "3D 프린터의 노즐 구조"

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 3D 프린터용 노즐로부터 배출되는 필라멘트를 작업면으로 눌러 고착시킬 수 있는 장치를 구비함으로써 3D 프린터를 통해 성형되는 제품의 품질저하를 방지할 수 있는 기술적 사상을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치는, 디지털화된 3D 도면에 기초하여 입체 제품을 성형하는 3D 프린터에 구비되어 공급되는 원료를 가열하여 각 방향으로 이동하며 가열된 상기 원료를 배출하는 3D 프린터에 있어서, 상기 3D 프린터용 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면의 소정의 위치에 상기 노즐의 하부 방향으로 연장형성되는 지지부, 및 상기 지지부의 하단부에 연장형성되며, 상기 노즐에 형성되어 가열된 원료가 배출되는 배출공을 둘러싸는 형태로 형성되어 상기 배출공으로부터 배출되는 상기 원료에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지부는, 상기 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면과 착탈가능하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 지지부는, 상기 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면으로부터 일체로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 누름부는, 상기 배출공이 형성된 높이와 실질적으로 동일한 높이로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 누름부는, 상기 배출공을 둘러싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 3D 프린터는, 디지털화된 3D 도면에 기초하여 입체 제품을 성형하는 3D 프린터에 구비되어 공급되는 원료를 가열하여 각 방향으로 이동하며 가열된 상기 원료를 배출하는 3D 프린터에 있어서, 상기 원료를 공급받아 이송 및 가열시키는 익스트루더, 상기 익스트루더 하단에 구비되며 가열된 원료가 배출되는 배출공이 형성되는 노즐, 및 상기 배출공으로부터 배출되는 원료에 압력을 가할 수 있는 원료 가압장치를 포함하며, 상기 원료 가압장치는, 상기 노즐 또는 상기 익스트루더의 외주면의 소정의 위치에 상기 노즐의 하부 방향으로 연장형성되는 지지부, 및 상기 지지부의 하단부에 연장형성되며, 상기 노즐의 이동방향에 후행하여 상기 배출공으로부터 배출되는 상기 원료에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의하면, 3D 프린터용 노즐로부터 배출되는 필라멘트가 작업면에 고착될 수 있도록 눌러줄 수 있는 장치 즉, 원료 가압장치를 구비함으로써 상기 노즐로부터 배출된 필라멘트가 상기 작업면에 고착되지 못하여 발생할 수 있는 제품의 품질저하나 불량을 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 노즐 또는 익스트루더 자체를 변경하지 않고서도, 원료 가압장치를 기존의 3D 프린터에 간편하게 구비할 수 있도록 함으로써 비용의 절감과 함께 3D 프린터를 이용한 제품의 품질을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 일반적인 3D 프린터용 익스트루더의 구조를 나타낸다.
도 2는 일반적인 3D 프린터의 노즐에서 가열된 필라멘트가 배출되는 일 예를 나타낸다.
도 3은 일반적인 3D 프린터의 노즐에서 배출된 필라멘트가 고착되지 못하는 경우의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치의 구현 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치의 작동 예를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치의 구현 예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치(100)는 기존 일반적인 3D 프린터의 노즐(10) 또는 상기 노즐(10)이 구비된 익스트루더의 외주면에 상기 3D 프린터의 노즐(10)의 하부 배출공 방향으로 연장되도록 형성되는 지지부(110) 및 상기 지지부(110)의 하부에 상기 3D 프린터의 노즐(10)의 배출공에 대하여 일정 높이에 상기 3D 프린터의 노즐(10)로부터 배출되는 원료(필라멘트)에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부(120)를 포함한다.

일 예에 의하면, 상기 지지부(110)는 도면에 도시된 바와 같이 상기 노즐(10)의 측면부 중 일부로부터 연장되도록 형성될 수 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 노즐(10)의 상부 또는 하부 등 다양한 위치에 형성될 수 있음은 물론이다.

또한 도면에는 상기 지지부(110)가 상기 노즐(10)로부터 연장되어 형성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 상기 지지부(110)가 반드시 상기 노즐(10)로부터 연장되어 형성되지 않더라도, 3D 프린터의 다른 구성요소(예컨대, 익스트루더 등)의 외주면으로부터 연장되어 형성되면서 결과적으로 상기 누름부(120)가 상기 노즐(10)의 배출공으로부터 배출되는 필라멘트(1)에 적절한 압력을 가할 수 있으면 족하다.

이때 상기 누름부(120)는 상기 노즐(10)이 이동하는 이동방향에 후행하며 상기 노즐(10)의 배출공으로부터 배출되는 필라멘트(1)에 압력을 가할 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 누름부(120)는 도면에 도시된 바와 같이 상기 노즐(10)을 둘러싸는 형태인 원형으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 구현 예에 따라 상기 누름부(120)는 상기 노즐(10)의 특정 방향 부분에만 형성될 수도 있고, 원형이 아닌 사각형이나 기타 다양한 형태로 형성될 수도 있다. 다만 일반적으로 3D 프린터가 물품을 성형하는 과정에서 상기 노즐(10)이 일정 방향으로 치우친 움직임보다는 전방향으로 이동하는 경우가 많으므로, 상기 누름부(120)의 형태는 도면에 도시된 바와 같이 상기 노즐(10)을 둘러싸는 형태 특히, 상기 노즐(10)을 중심으로 균등한 거리로 이격될 수 있는 원형 형태로 형성되어 상기 노즐(10)의 이동방향이 어느 방향이든 후행할 수 있도록 구현되는 것이 바람직할 수 있다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상기 누름부(120)가 형성되는 상기 일정 높이는 상기 노즐(10)의 배출공 즉, 상기 노즐(10)의 단부와 실질적으로 동일한 높이를 의미할 수 있다. 상기 노즐(10)로부터 배출되는 필라멘트(1)의 굵기는 비교적 매우 얇고, 또한 가열된 상태이기 때문에 상기 누름부(120)가 상기 배출공보다 낮게(즉, 상기 배출공보다 작업면에 가까운 높이로) 형성되는 경우, 필요이상의 힘으로 상기 필라멘트(1)가 눌려 성형되는 제품 자체의 형상이 변형될 수 있는 위험이 존재한다.

또한 상기 누름부(120)가 상기 배출공보다 높게 형성되는 경우에는, 얇은 두께로 배출되는 상기 필라멘트(1)와 아예 접촉하지 못하게 될 가능성이 있다.

따라서 상기 누름부(120)는 상기 배출공과 실질적으로 동일한 높이로 형성됨으로써, 성형되는 제품의 형상이 변형되지 않으면서도 상기 배출공을 통해 배출되는 필라멘트(1)에 필요한만큼의 압력을 가할 수 있도록 할 수 있다. 이때 상기 실질적으로 동일한 높이라 함은 상기 배출공과 상기 누름부(120)가 오차없이 동일한 높이를 가지도록 형성될 수 있음은 물론, 필요에 따라(예컨대, 배출되는 필라멘트(1)의 굵기/두께에 따라) 일정 범위의 오차를 가질 수도 있음을 의미할 수 있다.

한편 상기 지지부(110)는 전술한 바와 같이 상기 노즐(10) 또는 상기 노즐(10)이 구비된 익스트루더의 외주면 소정의 위치에 형성될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 지지부(110)는 도면에 도시된 바와 같이 상기 노즐(10)의 측면부에 형성될 수 있다.

또한 상기 지지부(110)는 상기 노즐(10)의 외주면에 착탈 가능하도록 결합될 수도 있으며, 구현 예에 따라서는 상기 노즐(10)의 외주면으로부터 일체로 형성(즉, 상기 노즐(10) 자체에 지지부(110)가 일체로 형성)될 수도 있다. 물론, 구현 예에 따라 상기 지지부(110)가 상기 노즐(10)이 아닌 상기 익스트루더의 외주면으로부터 연장되어 형성되는 경우에도, 상기 익스트루더의 외주면과 착탈 가능하도록 결합되거나, 또는 상기 익스트루더의 외주면으로부터 일체로 형성될 수도 있다.

또한 상기 누름부(120)는 상기 지지부(110)의 하단부로부터 일체로 형성되는 것이 바람직하지만 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 누름부(120) 및/또는 상기 지지부(110)는 필요에 따라 금속 등 다양한 재질로 구현될 수 있다. 다만 특히 상기 누름부(120)의 경우 가열된 상태로 배출되는 상기 필라멘트(1)에 압력을 가하더라도 상기 필라멘트(1)가 상기 누름부(120)에 접착되지 않는 재질인 것이 바람직할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치의 작동 예를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D 프린터용 원료 가압장치(100)는 전술한 바와 같이 3D 프린터의 노즐(10)의 외주면 소정의 위치에 형성되는 지지부(110)와, 상기 지지부(110)의 하단부에 상기 노즐(10)의 이동방향의 후방에서 상기 노즐(10)의 배출공을 통해 배출되는 필라멘트(1)에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부(120)를 포함하여 형성될 수 있다. 그러면 상기 노즐(10)이 제품을 성형하며(배출공을 통해 필라멘트(1)를 배출하며) 이동하는 경우, 상기 누름부(120)가 상기 노즐(10)의 이동방향 후방에서 작업면에 배출된 필라멘트(1)에 적절한 압력을 가할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(10)이 화살표 방향(예컨대, 좌측방향)으로 이동하면서 상기 필라멘트(1)를 배출하다가, 배출된 필라멘트(1)의 일부가 작업면에 제대로 고착되지 못하고 상기 작업면과 이격된 경우, 상기 노즐(10)과 함께 이동하는 상기 누름부(120)에 의해 상기 필라멘트(1)가 상기 작업면에 고착될 수 있도록 압력이 가해질 수 있다. 이로 인해 3D 프린터를 이용한 제품성형에서 제품 형상의 변형을 방지하고, 제품의 품질을 고르게 유지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 디지털화된 3D 도면에 기초하여 입체 제품을 성형하는 3D 프린터에 구비되어 공급되는 원료를 가열하여 각 방향으로 이동하며 가열된 상기 원료를 배출하는 3D 프린터에 구비되는 장치에 있어서,
   상기 3D 프린터용 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면의 소정의 위치에 상기 노즐의 하부 방향으로 연장형성되는 지지부; 및
   상기 지지부의 하단부에 연장형성되며, 가열된 원료가 배출되는 배출공이 형성된 높이와 일정 범위의 오차 내에서 동일한 높이로 상기 배출공을 둘러싸는 형태를 가지도록 형성되어, 상기 배출공으로부터 배출되는 상기 원료에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부를 포함하는 3D 프린터용 원료 가압장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 지지부는,
   상기 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면과 착탈가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 원료 가압장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 지지부는,
   상기 노즐 또는 상기 노즐이 구비된 익스트루더의 외주면으로부터 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 원료 가압장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 디지털화된 3D 도면에 기초하여 입체 제품을 성형하는 3D 프린터에 구비되어 공급되는 원료를 가열하여 각 방향으로 이동하며 가열된 상기 원료를 배출하는 3D 프린터에 있어서,
   상기 원료를 공급받아 이송 및 가열시키는 익스트루더;
   상기 익스트루더 하단에 구비되며 가열된 원료가 배출되는 배출공이 형성되는 노즐; 및
   상기 배출공으로부터 배출되는 원료에 압력을 가할 수 있는 원료 가압장치를 포함하며,
   상기 원료 가압장치는,
   상기 노즐 또는 상기 익스트루더의 외주면의 소정의 위치에 상기 노즐의 하부 방향으로 연장형성되는 지지부; 및
   상기 지지부의 하단부에 연장형성되며, 상기 배출공이 형성된 높이와 일정 범위의 오차 내에서 동일한 높이로 상기 배출공을 둘러싸는 형태를 가지도록 형성되어, 상기 배출공으로부터 배출되는 상기 원료에 압력을 가할 수 있도록 형성되는 누름부를 포함하는 3D 프린터.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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