KR101659493B1 - 토출 굵기 조절이 가능한 노즐 - Google Patents

토출 굵기 조절이 가능한 노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노즐에 관한 것으로, 일정 점도를 갖는 토출물이 토출위치의 변화 없이 굵기를 달리하여, 정밀하게 연속성을 갖고 토출되도록 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 상측에 형성되어 외부로 개구되는 제1노즐 삽입홀(110)과, 하면에 형성되어 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1토출구(120)와, 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1유입구(130)를 갖춘 제1노즐(100)과; 하면에 형성되어 외부로 개구되는 제2토출구(210)와, 둘레면에 형성되어 제1노즐(100)의 제1노즐 삽입홀(110)로 개구되면서 제2토출구(210)에 연통되는 제2유입구(220)를 갖추고서, 제1노즐 삽입홀(110)에 동축을 따라 상하 직선왕복이동가능하게 삽입되어 제1토출구(120)를 개폐하는 제2노즐(200)로 포함하되; 제1노즐(100)과 제2노즐(200) 사이에 유로(R)가 형성되도록, 제2노즐(200)의 외경이 제1노즐 삽입홀(110)의 직경보다 작게 형성되어, 제1토출구(120)가 개구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제1토출구(120)를 통해 외부로 토출되고, 제1토출구(120)가 제2노즐(200)에 의해 폐구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제2토출구(210)를 통해 외부로 토출되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 제1노즐(100)의 제1토출구(120) 및 제2노즐(200)의 제2토출구(210)의 축중심이 동일한 상태에서 제1토출구(120) 및 제2토출구(210)를 통해 토출물의 토출 굵기를 조절할 수 있다. 따라서 토출 굵기를 조절할 시 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물의 시작점을 정밀하게 이을 수 있으며, 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물을 정밀하게 잇기 위해 시간 낭비를 할 필요가 없다.
이에 따라 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 정밀하게 연속성을 갖고 토출물을 토출할 수 있어, 정밀성 및 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

토출 굵기 조절이 가능한 노즐{NOZZLE ADJUSTING EJECTING THICKNESS}
본 발명은 노즐에 관한 것으로, 토출물이 토출위치의 변화 없이 굵기를 달리하여, 정밀하게 연속성을 갖고 토출되도록 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐에 관한 것이다.
3D 프린터란, 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 프린터로써, 이러한 3D 프린터는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 일부산업용으로 시작하여 최근에는 가정용, 교육용 프린터 등으로 사용되고 있다.
3D프린터의 제품성형 방식은 첨가법, 절삭법이 주로 사용되고 있는데, 첨가법은 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형성하는 방식이고, 절삭법은 고체재료를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 방식이다.
이중 첨가법에 따른 3D 프린터는 노즐이 구비되고, 노즐을 통해 용융된 필라멘트를 토출함으로써, 대상물체를 성형한다.
이때 3D 프린터를 통해 토출되는 필라멘트는 성형 상황에 따라 토출 굵기에 변화를 주어야 하는 데, 종래에는 직경이 서로 다른 노즐을 함께 구비하여 노즐의 토출 위치에 변화를 가함으로써 토출 굵기에 변화를 주거나, 노즐을 직경이 다른 또 다른 노즐로 교체하여 토출 굵기에 변화를 주었다.
그러나 종래에 있어 직경이 다른 노즐을 함께 사용할 경우, 하나의 노즐의 토출을 끊은 후 직경이 다른 노즐을 끊긴 위치에 위치시킨 후 토출을 이어야 하기 때문에, 토출의 끝점과 시작점을 정확하게 잇기가 쉽지 않고 상기 끝점과 시작점을 정밀하게 잇기 위해 불필요한 시간이 소요되어 전체적으로 프린팅 시간이 오래 걸렸다.
또한 종래에 있어 직경이 다른 또 다른 노즐로 노즐을 교체할 경우, 노즐 교체 시 상기 토출의 끝점과 시작점을 정확하게 잇기가 쉽지 않으며, 노즐 교체 작업 또한 매우 번거롭고, 상기 끝점과 시작점을 정밀하게 잇기 위해 불필요한 시간이 소요되어 전체적으로 프린팅 시간이 오래 걸렸다.
따라서 종래에는 3D 프린터를 통한 정밀한 성형에 한계가 있었고, 작업 속도 및 편리성에 있어서도 비효율적이었다.
등록특허 10-1346704
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 토출물이 토출위치의 변화 없이 굵기를 달리하여, 정밀하게 연속성을 갖고 토출되도록 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기위한 것으로,
상측에 형성되어 외부로 개구되는 제1노즐 삽입홀(110)과, 하면에 형성되어 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1토출구(120)와, 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1유입구(130)를 갖춘 제1노즐(100)과;
하면에 형성되어 외부로 개구되는 제2토출구(210)와, 둘레면에 형성되어 제1노즐(100)의 제1노즐 삽입홀(110)로 개구되면서 제2토출구(210)에 연통되는 제2유입구(220)를 갖추고서, 제1노즐 삽입홀(110)에 동축을 따라 상하 직선왕복이동가능하게 삽입되어 제1토출구(120)를 개폐하는 제2노즐(200)로 포함하되;
제1노즐(100)과 제2노즐(200) 사이에 유로(R)가 형성되도록, 제2노즐(200)의 외경이 제1노즐 삽입홀(110)의 직경보다 작게 형성되어, 제1토출구(120)가 개구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제1토출구(120)를 통해 외부로 토출되고, 제1토출구(120)가 제2노즐(200)에 의해 폐구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제2토출구(210)를 통해 외부로 토출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제1노즐(100)의 제1토출구(120) 및 제2노즐(200)의 제2토출구(210)의 축중심이 동일한 상태에서 제1토출구(120) 및 제2토출구(210)를 통해 토출물의 토출 굵기를 조절할 수 있다. 따라서 토출 굵기를 조절할 시 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물의 시작점을 정밀하게 이을 수 있으며, 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물을 정밀하게 잇기 위해 시간 낭비를 할 필요가 없다.
이에 따라 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 정밀하게 연속성을 갖고 토출물을 토출할 수 있어, 정밀성 및 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐을 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이고,
도 3은 도 2의 X-X선 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐이 작동한 상태를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 3에서 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐이 작동한 상태를 나타낸 도면이다.
이하 첨부도면에 의거하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이고, 도 3은 도 2의 X-X선 단면도로서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 제1노즐(100)과, 제2노즐(200) 및, 구동장치(300)를 포함하여, 일정 점도를 갖는 토출물이 토출위치의 변화 없이 굵기를 달리하여, 정밀하게 연속성을 갖고 토출되도록 한다. 이를 위해 상기 제1노즐(100), 제2노즐(200), 구동장치(300)는 아래와 같은 세부 구성을 갖춘다.
제1노즐(100)은 제1노즐 삽입홀(110)과, 제1토출구(120)와, 제1유입구(130)를 갖추고서, 토출하기 위한 물질을 공급받는다.
제1노즐 삽입홀(110)은 상측에 형성되어 외부로 개구된다. 본 실시예에서 제1노즐 삽입홀(110)은 상하로 길게 형성되며 상방으로 개구된다. 이때 본 실시예에서는 하단이 제1노즐 삽입홀(110)의 상부에 삽입되고 상단이 외부로 돌출되는 실링부재(SE)가 구비되어, 제2노즐(200)이 제1노즐 삽입홀(110)에 삽입될 시 제2노즐(200)의 상단과 제1노즐 삽입홀(110) 사이를 실링한다.
제1토출구(120)는 하면에 형성되어 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통된다. 본 실시예에서 제1토출구(120)는 하방으로 개구되고, 제1노즐 삽입홀(110) 보다 직경이 작다.
제1유입구(130)는 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통된다. 이때 제1유입구(130)는 제1노즐(100)의 상부에 구비되며, 하방으로 경사지게 형성되어 제1노즐 삽입홀(110)과 연통된다. 한편 본 실시예에서는 제1유입구(130)의 유입단에 토출하기 위한 물질의 원활한 유입을 위한 피팅부재(F)가 구비되며, 피팅부재(F)는 제1유입구(130)와 연통되는 관통홀이 형성된다.
제2노즐(200)은 제2토출구(210)와, 제2유입구(220)를 갖추고서, 제1노즐 삽입홀(110)에 동축을 따라 상하 직선왕복이동가능하게 삽입되어 제1토출구(120)를 개폐한다. 본 실시예에서 제2노즐(200)은 상하방으로 길게 형성되고, 상단이 상방으로 돌출되며, 제1노즐(100)에서 토출하기 위한 물질을 공급받는다.
제2토출구(210)는 하면에 형성되어 외부로 개구된다. 본 실시예에서 제2토출구(210)는 하방으로 개구되고, 제1노즐(100)의 제1토출구(120) 보다 직경이 작다.
제2유입구(220)는 둘레면에 형성되어 제1노즐(100)의 제1노즐 삽입홀(110)로 개구되면서 제2토출구(210)에 연통된다. 본 실시예에서 제2유입구(220)는 전체적으로 타원형을 이뤄 측방으로 관통되게 형성되지만, 제1노즐 삽입홀(110) 및 제2토출구(210)와 연통될 수 있으면, 원형, 십자가형 등 다양한 형상을 이룰 수 있고, 형성 갯수 및 형성 위치를 다양하게 변형할 수 있다.
또한 제2노즐(200)은, 제1노즐(100)과 제2노즐(200) 사이에 유로(R)가 형성되도록, 제2노즐(200)의 외경이 제1노즐 삽입홀(110)의 직경보다 작게 형성되어, 제1토출구(120)가 개구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제1토출구(120)를 통해 외부로 토출되고, 제1토출구(120)가 제2노즐(200)에 의해 폐구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제2토출구(210)를 통해 외부로 토출된다.
여기서 본 실시예에서는 제2노즐(200)이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 폐쇄할 시, 제2노즐(200)의 하단이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)에 삽입되어 제2노즐(200)의 하단 하면과 제1노즐(100)의 하단 하면이 동일선상을 이루지만, 제2노즐(200)이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 폐쇄할 수 있으면, 제2노즐(200)의 하단 하면이 제1노즐(100)의 하단 하면으로부터 돌출되도록 하는 등 다양하게 변형될 수 있다.
한편 본 실시예에서는 제2노즐(200)의 상단에 탄성체설치부재가(230)가 더 구비될 수 있다. 이때 탄성체설치부재(230)의 하단은 실링부재(SE)와 동일한 폭을 이루고, 탄성체설치부재(230)의 상단은 실링부재(SE) 보다 큰 폭을 이룬다.
구동장치(300)는 제2노즐(200)을 상하방향으로 직선왕복 구동한다. 본 실시예에서 구동장치(300)는 제2노즐(200)을 상방향으로 탄발지지하는 탄성체(310)와, 탄성체(310)에 의해 탄발지지된 제2노즐(200)을 선택적으로 하방향으로 가압하는 솔레노이드(320)를 갖춘다.
탄성체(310)는 실링부재(SE) 및 탄성체설치부재(230)에 삽입되고, 실링부재(SE) 및 탄성체설치부재(230) 사이에 배치되어, 탄성체설치부재(230)를 상방으로 탄발지지한다. 이때 탄성체(310)는 제1노즐(100)의 실링부재(SE) 및 제2노즐(200)의 탄성체설치부재(230)에 의해 안정적으로 위치 고정된다. 한편 본 실시예서 탄성체(310)는 스프링으로 이루어진다.
솔레노이드(320)는 솔레노이드본체(321)와, 솔레노이드본체(321)에 상하 이동가능하게 설치되는 플런저(322)와, 솔레노이드본체(321)에 내장되어 플런저(322)에 상하 이동력을 제공하기 위한 코일(323)을 갖춘다. 이때 플런저(322)는 하단에 샤프트(322a)가 구비되고 샤트프(322a)는 제2노즐(200)의 탄성체설치부재(230)와 맞대어진다. 더불어 솔레노이드본체(321)의 하부에는 지지부재(SP)가 구비되어, 제1노즐(100)의 상단으로부터 솔레노이드본체(321)를 상방으로 이격시킨다.
한편 본 실시예에서 구동장치(300)는, 솔레노이드 구조로 이루어져, 탄성체(310)가 솔레노이드(320)의 외부에 설치되지만, 제2노즐(200)을 상방 또는 하방으로 이동시켜 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 열린 상태 또는 닫힌 상태로 유지할 수 있으면, 공지의 다양한 솔레노이드 구조가 적용될 수 있다. 예를 들어 구동장치(300)는, 탄성체(320)가 솔레노이드(320)에 내장된 솔레노이드 구조를 이루거나, 탄성체(320) 대신 영구자석이 적용된 솔레노이드 구조를 이룰 수 있으며, 구동장치(300)의 플런저(322) 및 제2노즐(200)를 일체형 구조로 하면 탄성체(320) 또는 영구자석이 없는 양방향 솔레노이드 구조를 이룰 수도 있다.
뿐만아니라, 구동장치(300)는 제2노즐(200)을 상방 또는 하방으로 이동시켜 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 열린 상태 또는 닫힌 상태로 유지할 수 있으면, 상기 솔레노이드 기술 외에도 피스톤 및 실린더를 이용한 기술, 볼스크류를 이용한 기술, 캠을 이용한 기술 등 다양한 기술을 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐이 작동한 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3에서 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐이 작동한 상태를 나타낸 도면으로서, 상기 도 3과, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에서는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐이 3D 프린터에 적용된 것으로 설명한다.
3D 프린터에 사용되는 필라멘트를 제1노즐(100)에 설치된 피팅부재(F)를 통해 제1노즐(100)의 제1유입구(130)로 공급하면, 상기 필라멘트는 제1노즐(100)의 삽입홀(110)로 유입되고 유로(R)를 따라 하방으로 이동한 후 도 3과 같이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 통해 토출된다.
이때 3D 프린터는 설정된 프로그램에 따라 대상물을 성형하는 데, 성형 중 토출 굵기를 얇게 해야할 경우, 3D 프린터는 구동장치(300)를 구동한다.
그러면 구동장치(300)의 플런저(322)는 하방으로 이동하고, 제2노즐(200)의 하단이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)에 삽입되어, 도 4 및 도 5와 같이 제2노즐(200)의 하단 하면과 제1노즐(100)의 하단 하면이 동일선상에 위치하면서 제1노즐(100)의 제1토출구(120)가 폐쇄된다. 이때 제2노즐(200)의 탄성체설치부재(230)는 제1노즐(100)의 실링부재(SE)에 맞닿으면서 제2노즐(200)의 이동이 제한된다.
이후 상기 유로(R)를 따라 흐르는 필라멘트는 도 5와 같이 제2노즐(200)의 제2유입구(220)로 유입된 후 제2노즐(200)의 제2토출구(210)로 토출된다. 이때 제1노즐(100)의 하단과 제1노즐(100)의 하단에 삽입된 제2노즐(200)의 하단 사이에 기계적 공차에 의한 이격공간이 생겨, 필라멘트가 상기 이격공간으로 유입될 수 있으나, 필라멘트는 일정 점성을 갖기 때문에 상기 이격공간을 통해 배출되지 않는다.
한편 성형 중 토출 굵기를 다시 굵게 해야할 경우, 3D 프린터는 구동장치(300)를 다시 구동한다. 그러면 제2노즐(200)은 상방으로 이동하여 도 1과 같이 위치함으로써, 제1노즐(100)의 제1토출구(120)가 개방되고, 필라멘트는 상기에서 언급한 바와 같이 유로(R)를 따라 하방으로 이동한 후 도 3과 같이 제1노즐(100)의 제1토출구(120)를 통해 토출된다.
따라서 3D 프린터는 필라멘트의 토출 굵기를 달리하여 대상물을 성형할 수 있다.
한편 본 실시예에서는 3D 프린터에 본 발명의 노즐을 적용한 것으로 설명하였지만, 본 발명의 노즐은 토출물을 토출하는 것이면 다양한 기기에 적용되어 토출물의 토출 굵기가 조절되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 제1노즐(100)의 제1토출구(120) 및 제2노즐(200)의 제2토출구(210)의 축중심이 동일한 상태에서 제1토출구(120) 및 제2토출구(210)를 통해 토출물의 토출 굵기를 조절할 수 있다. 따라서 토출 굵기를 조절할 시 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물의 시작점을 정밀하게 이을 수 있으며, 이전 토출물의 끝점과 굵기 조절한 토출물을 정밀하게 잇기 위해 시간 낭비를 할 필요가 없다.
이에 따라 본 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 정밀하게 연속성을 갖고 토출물을 토출할 수 있어, 정밀성 및 효율성이 향상된다.
이와 같은 발명에 따른 토출 굵기 조절이 가능한 노즐은 다양한 기기에 적용되어 상기와 같은 효과를 발휘할 수 있으며, 특히 현재 사용이 증가하고 있는 3D 프린터에 적용될 경우, 그 효용성이 더욱 증대한다. 즉 본 발명에 따른 노즐을 3D 프린터에 적용할 경우, 성형제품의 정밀성, 생산성, 작업자의 작업 효율성의 향상을 이끌수 있어, 수요자에게는 고퀄리티의 저가 성형제품을 공급할 수 있고, 생산자에게는 고수익을 제공할 수 있다.
100; 제1노즐 110; 제1노즐 삽입홀
120; 제1토출구 130; 제1유입구
200; 제2노즐 210; 제2토출구
220; 제2유입구 230; 탄성체설치부재
300; 구동장치 310; 탄성체
320; 솔레노이드 321; 솔레노이드본체
322; 플런저 323; 코일
F; 피팅부재 R; 유로
SE; 실링부재 SP; 지지부재

Claims (3)

  1. 상측에 형성되어 외부로 개구되는 제1노즐 삽입홀(110)과, 하면에 형성되어 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1토출구(120)와, 외부로 개구되면서 제1노즐 삽입홀(110)에 연통되는 제1유입구(130)를 갖춘 제1노즐(100)과;
    하면에 형성되어 외부로 개구되는 제2토출구(210)와, 둘레면에 형성되어 제1노즐(100)의 제1노즐 삽입홀(110)로 개구되면서 제2토출구(210)에 연통되는 제2유입구(220)를 갖추고서, 제1노즐 삽입홀(110)에 동축을 따라 상하 직선왕복이동가능하게 삽입되어 제1토출구(120)를 개폐하는 제2노즐(200)로 포함하되;
    제1노즐(100)과 제2노즐(200) 사이에 유로(R)가 형성되도록, 제2노즐(200)의 외경이 제1노즐 삽입홀(110)의 직경보다 작게 형성되어, 제1토출구(120)가 개구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제1토출구(120)를 통해 외부로 토출되고, 제1토출구(120)가 제2노즐(200)에 의해 폐구된 상태에서는 유로(R)의 토출물이 제2토출구(210)를 통해 외부로 토출되는 것을 특징으로 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2노즐(200)을 상하방향으로 직선왕복 구동하는 구동장치(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동장치(300)는, 제2노즐(200)을 상방향으로 탄발지지하는 탄성체(310)와, 탄성체(310)에 의해 탄발지지된 제2노즐(200)을 선택적으로 하방향으로 가압하는 솔레노이드(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 토출 굵기 조절이 가능한 노즐.
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