KR101665531B1 - 3d프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3d프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터에 관한 것으로서, 모재(base-material)와 부재(sub-material)로 구분되는 두 종류의 수지(resin)가 내부로 유입되며, 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가해 용융시킬 수 있도록 마련되는 실린더유닛, 상기 수지가 용융되면서 이송될 수 있도록 상기 실린더유닛의 내부에 마련되는 스크루유닛 및 상기 스크루유닛에 의해 이송된 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 상기 실린더유닛의 단부에 마련되는 노즐유닛을 포함하며, 상기 스크루유닛은 상기 노즐유닛에서 분사되는 상기 수지가 모재와 부재로 구분될 수 없도록 혼합시키면서 상기 수지를 이송시키는 것을 특징으로 하는 3D프린터용 익스트루더가 개시된다.
그리고, 상기 3D프린터용 익스트루더를 포함하는 3D프린터가 개시된다.

Description

3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터{EXTRUDER FOR 3D-PRINTER AND 3D-PRINTER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 3D프린터용 익스트루더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지가 용융, 이송 및 혼합, 분사되는 일련의 과정이 효율적으로 이루어질 수 있는 구조를 갖고, 3D프린터를 이용하여 성형되는 제품의 색상을 다양하게 표현할 수 있도록 마련되는 3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터에 관한 것이다.

일반적으로 3D프린터라 함은 3차원 모델링을 바탕으로 하여 아주 얇은 막(레이어)를 한 층씩 쌓아 올림으로써, 원하는 제품을 입체적으로 성형하는 3차원 사출 성형기를 말한다.

이와 같은 3D프린터는 그 활용도가 매우 방대하여 미래의 핵심 기술로서 자리매김하고 있으며, 기술 개발 활동이 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.

이 중에서도 필라멘트 형태의 수지(resin)을 녹여 아주 미세한 겹(레이어)을 이루도록 사출하고, 이를 무수히 쌓아 올려 굳히는 방식으로 제품을 성형하는 방식인 쾌속조형 방식이 가장 널리 이용되고 있다.

헌데, 위와 같은 쾌속조형 방식의 경우에는 미리 정해진 수지의 색상에 의해 성형되는 제품의 색상이 결정되는 통상적이기 때문에, 다양한 색상을 표현하기 위해서는 그때마다 원하는 색상을 갖는 수지로 교체해줘야 한다는 번거로움이 있었다.

또한, 현재까지 개발된 3D프린터의 익스트루더의 경우 단색으로 이루어진 수지를 단계적으로 쌓아 올리는 방식을 취하고 있기 때문에, 여러 색상을 표현함에 있어 각각의 색상 간의 경계선이 뚜렷할 수 밖에 없었고, 부드럽고 점차적인 색의 변화를 표현함에 있어서는 그 한계가 분명했다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지가 용융, 이송 및 혼합, 분사되는 일련의 과정이 효율적으로 이루어질 수 있는 구조를 갖고, 3D프린터를 이용하여 성형되는 제품의 색상을 다양하게 표현할 수 있도록 마련되는 3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터를 제공함에 있다.

한편, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전술한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더는, 모재(base-material)와 부재(sub-material)로 구분되는 두 종류의 수지(resin)가 내부로 유입되며, 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가해 용융시킬 수 있도록 마련되는 실린더유닛; 상기 수지가 용융되면서 이송될 수 있도록 상기 실린더유닛의 내부에 마련되는 스크루유닛; 및 상기 스크루유닛에 의해 이송된 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 상기 실린더유닛의 단부에 마련되는 노즐유닛; 을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 스크루유닛은, 상기 노즐유닛에서 분사되는 상기 수지가 모재와 부재로 구분될 수 없도록 혼합시키면서 상기 수지를 이송시킬 수 있다.

이때, 상기 모재로 구분되는 수지는 단일의 무색 열경화성수지이고, 상기 부재로 구분되는 수지는 적어도 하나 이상의 유색 열경화수지로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 실린더유닛은, 상기 스크루유닛이 관통 삽입되고 내부로 유입된 상기 수지가 수용될 수 있도록 마련되며, 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 수지가 상기 노즐유닛이 마련된 단부까지 이송될 수 있도록 길이방향을 따라 형성되는 이송홀; 및 상기 이송홀을 둘러싸며 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가할 수 있도록 마련된 가열부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 실린더유닛은, 상기 모재가 삽입되어 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 이송홀 내로 유입될 수 있도록, 외측면으로부터 상기 이송홀까지를 관통하여 형성된 제1 유입홀; 및 상기 부재가 삽입되어 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 이송홀 내로 유입될 수 있도록, 상기 외측면으로부터 상기 이송홀까지를 관통하고 상기 제1 유입홀과 간격을 두고 형성되는 적어도 하나 이상으로 마련되는 제2 유입홀을 더 포함할 수 있으며, 상기 가열부는 상기 제2 유입홀에 각각 삽입되어 상기 이송홀 내로 유입된 상기 부재를 상기 모재와 함께 용융시키며, 상기 스크루유닛은 상기 모재와 상기 부재를 혼합시켜 이송할 수 있다.

아울러, 적어도 하나 이상의 부재가 개별적으로 수용될 수 있으며, 상기 제2 유입홀을 통해 상기 실린더유닛의 내부로 유입되는 상기 부재 각각의 유입량 및 유입속도를 개별적으로 제어할 수 있도록 마련된 피더유닛을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 스크루유닛은, 길이방향을 따라 나사산이 형성되어, 회전에 의해 상기 실린더유닛의 내부로 유입된 상기 수지를 이송시킬 수 있도록 마련된 이송부를 포함하며, 상기 나사산은 상기 수지의 이송방향을 따라 높이가 점차 낮아지도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 스크루유닛은, 상기 이송부 중 상기 노즐유닛에 가깝게 위치하는 일부분이 평평한 면으로 형성되어, 상기 이송부에 의해 이송된 상기 수지가 용융되어 혼합될 수 있는 공간을 제공하는 제1 혼합부를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 스크루유닛은, 상기 이송부로부터 상기 노즐유닛을 향해 연장된 부분의 외측둘레면을 따라 복수 개의 돌기들이 돌출 형성되어, 상기 제1 혼합부를 거쳐 이송된 상기 수지를 한번 더 혼합시키는 제2 혼합부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 노즐유닛은, 상기 이송홀을 통해 이송된 상기 수지가 통과되어 분사될 수 있도록, 상기 실린더유닛의 단부와 상기 노즐유닛 사이에 마련되어 상기 수지의 이송 경로상에 배치되는 메쉬(mesh) 형태의 필터를 포함할 수 있다.

이때, 상기 실린더유닛은, 상기 노즐유닛이 마련된 상기 단부의 일부분이 상기 이송홀을 향해 함몰되어, 상기 이송홀과 연통된 상태로 상기 필터가 수용될 수 있도록 마련되는 필터수용부를 더 포함하며, 상기 노즐유닛은, 상기 실린더유닛의 단부에 결합되며, 상기 필터수용부 내로 삽입되어 상기 필터를 고정할 수 있도록 상기 필터수용부의 형상에 대응하여 돌출 형성된 필터고정부가 마련된 고정피스; 및 상기 필터고정부를 관통하여 상기 이송홀과 연통되게 상기 고정피스에 결합되며, 상기 필터를 통과한 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 마련되는 이젝터를 더 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기의 3D프린터용 익스트루더를 포함하는 3D프린터 형태일 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터는 다음과 같은 효과가 있다.

모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지가 용융, 이송 및 혼합, 분사되는 일련의 과정이 효율적으로 이루어질 수 있는 구조를 갖고, 3D프린터를 이용하여 성형되는 제품의 색상을 다양하게 표현할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더의 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더의 내부도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크루유닛을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더유닛 및 노즐유닛을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 도면에 도시된 구성은 상세한 설명에 대한 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 그 형상에 대하여는 제한 없이 다양할 수 있으며 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음을 명시한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더는 크게 실린더유닛(100), 스크루유닛(200) 및 노즐유닛(300)을 포함할 수 있다.

먼저, 실린더유닛(100)은 모재(base-material)와 부재(sub-material)로 구분되는 두 종류의 수지(resin)가 내부로 유입되며, 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가해 용융시킬 수 있도록 마련될 수 있다.

여기서, 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지라 함은 본 발명에 따른 3D프린터가 제품을 성형하기 위해 공급받는 원료로서, 본 발명에 따른 3D프린터용 익스트루더를 통해 용융된 상태로 사출되고 레이어를 쌓아 올려 굳히는 방식을 통해 원하는 제품을 성형할 수 있다.

이때, 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지는 필라멘트 형태로 마련되어 실린더유닛(100)으로 각각 유입되어 용융되어 혼합될 수 있으며, 상기 모재의 경우에는 성형되는 제품의 주된 소재 즉 형상을 이루는 재료가 되며, 상기 부재의 경우에는 용융된 상기 모재와 혼합됨으로써 상기 모재를 원하는 색상으로 변색시키는 첨가 재료가 될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 모재로 구분되는 수지는 단일의 무색 열경화성수지로 이루어질 수 있으며, 상기 부재로 구분되는 수지는 적어도 하나 이상의 유색 열경화수지로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 상기 모재는 실린더유닛(100) 내부에서 하나 또는 복수 개로 마련되어 각각 다른 색상을 갖는 부재와 함께 용융 및 혼합됨으로써 다양한 색상으로 변색되어 사출 성형될 수 있다.

또한, 복수 개로 마련되어 각각 다른 색상을 갖는 상기 부재들의 혼합을 통해 미리 준비된 색상 외에도 새로운 색상을 조합할 수 있을 뿐만 아니라, 혼합비를 달리함으로써 무한대에 가까운 색상을 폭넓게 표현할 수 있다.

한편, 이와 같은 모재 및 부재를 포함하는 수지는 꼭 필라멘트 형태만으로 한정되는 것은 아니며, 그 종류 역시 열경화성수지 외에도 금속부터 세라믹에 이르기까지 3D프린팅에 사용될 수 있는 물질이라면 어떤 것이라도 제한 없이 적용될 수 있다.

이어서, 스크루유닛(200)은 전술했던 바와 같은 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지가 실린더유닛(100) 내부에서 용융되면서 이송될 수 있도록 실린더유닛(100)의 내부에 마련될 수 있다.

이러한 스크루유닛(200)은 드라이브유닛(400)과 연결되어 실린더유닛(100) 내에서 회전될 수 있게 마련되며, 회전운동을 통해 실린더유닛(100)의 내부로 유입된 상기 수지를 이송시킬 수 있다.

여기서, 드라이브유닛(400)은 스크루유닛(200)이 회전할 수 있도록 구동력을 발생시켜 전달하며, 전동모터 등과 같은 다양한 액추에이터가 적용될 수 있다. 특히 본 실시예의 경우 드라이브유닛(400)은 서보모터가 적용되어 별도로 구비되는 제어부를 통해 회전 수, 토크 등을 제어할 수 있도록 마련될 수 있다.

아울러, 상기 서보모터의 경우 펄스 신호에 대응하여 정확한 회전이 이루어지기 때문에 정밀 제어가 용이한 스테핑모터 등으로 구성될 수 있으며, 상기 서보모터의 백래쉬(backlash)를 방지하기 위한 감속기 등이 추가적으로 구비될 수 있다.

또한, 드라이버유닛(400)을 비롯해 전술했던 실린더유닛(100) 등은 지그유닛(500)에 고정되어 지지됨으로써, 3D프린터에 장착 가능하도록 마련된 하나의 조립체로 마련될 수 있다.

이러한 지그유닛(500)은 본 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더를 이루는 구성 일체가 3D프린터에 장착되기 쉽도록, 상기 구성들을 고정하는 일종의 프레임(몸체)로 마련될 수 있다.

덧붙여, 도면에 도시된 바와 같은 지그유닛(500)의 형태는 본 실시예에 따른 지그유닛(500)의 일례이며, 도면과 같은 형태 외에도 얼마든지 다양한 형태를 취할 수 있음을 명시한다.

다음으로, 노즐유닛(300)은 앞서 스크루유닛(200)에 의해 이송된 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록, 실린더유닛(100)의 단부에 마련될 수 있다.

이와 같은 노즐유닛(300)의 경우, 도면으로 도시되지는 않았지만 본 실시예에 따라 히팅부(미도시)가 선택적으로 구비될 수 있으며,

이러한 히팅부는 실린더유닛(100)으로부터 이송되어 노즐유닛(300)을 통해 분사되는 상기 수지를 추가적으로 가열함으로써, 상기 수지가 원활하게 분사될 수 있도록 할 뿐만 아니라 상기 수지가 경화되어 노즐유닛(300)이 막히는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같은 구성들을 통해 본 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더는 노즐유닛(300)을 통해 분사되는 상기 수지가 스크루유닛(200)에 의해 실린더유닛(100) 내에서 모재와 부재로 구분될 수 없도록 혼합되며, 이를 통해 성형하고자 하는 제품에 다양한 색상을 부가할 수 있다는 이점이 있다.

이어서, 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 실린더유닛(100)은 스크루유닛(200)이 관통 삽입되고 내부로 유입된 상기 수지가 수용될 수 있도록 마련되는 이송홀(130)을 포함할 수 있다.

이러한 이송홀(130)은 전술한 스크루유닛(200)의 회전에 의해 상기 수지가 노즐유닛(300)이 마련된 실린더유닛(100)의 단부까지 이송될 수 있도록, 상기 실린더유닛(100)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 실린더유닛(100)은 도면으로 도시되지는 않았지만, 상기 이송홀(130)을 둘러싸며 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가할 수 있도록 마련된 가열부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 가열부는 전술한 바와 같이 실린더유닛(100)의 내부로 유입된 모재와 부재로 구분되는 두 종류의 수지를 가열하여 용융시키며, 이렇게 용융된 상기 수지는 스크루유닛(200)에 의해 이송 및 혼합 과정이 동시에 이루어지며 노즐유닛(300)까지 도달하게 될 수 있다.

이때, 실린더유닛(100)은 상기 수지 중 상기 모재가 삽입되어 내부로 유입될 수 있도록 마련된 제1 유입홀(110)과, 상기 수지 중 상기 부재가 삽입되어 내부로 유입될 수 있도록 마련된 제2 유입홀(120)이 마련될 수 있으며, 이러한 제1 유입홀(110) 및 제2 유입홀(120)을 통해 상기 모재 및 상기 부재는 실린더유닛(100)의 내부로 유입될 수 있다.

여기서, 제1 유입홀(110)은 상기 모재가 삽입되어 스크루유닛(200)의 회전에 의해 전술했던 이송홀(130) 내로 유입될 수 있도록, 실린더유닛(100)의 외측면으로부터 상기 이송홀(130)까지를 관통하여 형성될 수 있다.

그리고, 제2 유입홀(120)은 상기 부재가 삽입되어 스크루유닛(200)의 회전에 의해 상기 이송홀(130) 내로 유입될 수 있도록, 실린더유닛(100)의 외측면으로부터 상기 이송홀(130)까지를 관통하여 형성될 수 있다.

이와 같은 제2 유입홀(120)의 경우에는 제1 유입홀(110)과 간격을 두고 형성되되 제1 유입홀(110) 대비 노즐유닛(300)에 인접하여 적어도 하나 이상으로 마련됨으로써, 서로 다른 색상을 갖고 적어도 하나 이상으로 마련되는 상기 부재들이 각각 개별적으로 삽입되어 실린더유닛(100)의 내부로 유입될 수 있게 마련될 수 있다.

이때, 전술했던 가열부(미도시)는 제2 유입홀(120)에 각각 삽입되어 이송홀(130) 내로 유입된 상기 부재를 상기 모재와 함께 용융시키며, 스크루유닛(200)은 상기 모재와 상기 부재를 혼합시켜 이송할 수 있다.

아울러, 본 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더는 도면으로 도시되지는 않았지만 실린더유닛(100)의 내부로 유입되어 상기 모재와 혼합되는 상기 부재의 유입량 및 유입속도를 제어할 수 있도록 마련된 피더유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 피더유닛은 제각기 다른 색상을 갖도록 마련된 적어도 하나 이상의 부재가 개별적으로 수용될 수 있으며, 전술한 제2 유입홀(120)을 통해 실린더유닛(100)의 내부로 유입되는 상기 부재 각각의 유입량 및 유입속도를 개별적으로 제어할 수 있다.

이처럼, 본 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더의 경우에는 전술한 피더유닛과 같은 구성을 포함함으로써, 제품의 주 소재가 되는 상기 모재와 혼합되어 색상을 첨가하는 상기 부재들의 혼합비를 조절 및 제어할 수 있다.

이에 따라, 성형되는 제품의 색상을 결정함에 있어 원하는 색상을 표현하기 위해 해당 색상마다 그 색을 갖는 모재로 교체하여 작업해야 하는 번거로움 없이 신속하게 다양한 색상을 표현할 수 있다.

또한, 모재를 변색시킴으로써 성형되는 제품의 색상을 자유롭게 조절할 수 있고, 각 레이어마다 점차적인 색상변화(예컨대, 그라데이션 컬러)를 줄 수 있어 성형과 동시에 다양한 색상을 표현할 수 있다.

뿐만 아니라, 여러 색상을 연속적으로 표현함에 있어 각각의 색상 간의 경계선을 부드럽고 점차적으로 표현할 수 있어 자연스러운 색감을 연출할 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 스크루유닛(200)은 이송부(210), 제1 혼합부(220), 제2 혼합부(230), 압출부(240) 및 결합부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 이송부(210)는 스크루유닛(200)의 길이방향을 따라 형성된 나사산을 포함함으로써, 실린더유닛(100)의 내부로 유입된 상기 수지를 이송시키는 컨베이어(conveyor)의 역할을 수행할 수 있다.

이때, 상기 나사산은 상기 수지의 이송방향을 따라, 즉 노즐유닛(300)을 향한 방향으로 갈수록 그 높이가 점차 낮아지도록 마련될 수 있다.

이로 인해, 상기 모재가 유입되는 제1 유입홀(110) 부근에서는 스크루유닛(200)의 회전에 따른 이송력이 보다 강하게 작용하고, 상기 부재가 유입되는 제2 유입홀(120) 부근에서는 이송력은 비교적 약하게 작용하기 때문에, 상기 부재가 충분히 용융될 시간을 갖고 상기 모재와 혼합되어 이송될 수 있다.

한편, 제1 혼합부(220)는 전술한 이송부(210) 중 노즐유닛(300)에 가깝게 위치하는 일부분에 형성된 평평한 면으로 이루어지며, 상기 이송부(210)에 의해 이송된 상기 수지가 용융되어 충분히 혼합될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.

이와 같이 이송부(210) 중간에 마련되는 제1 혼합부(220)에 의하여, 스크루유닛(200)의 회전에 의한 이송력이 크게 떨어지게 되는 일정 공간이 실린더유닛(100)의 이송홀(130, 도 3 참조)내에서 형성될 수 있다.

이에 따라, 이송부(210)에 의해 노즐유닛(300)을 향해 이송되던 상기 수지는 상기 모재와 상기 부재가 충분히 함께 용융되어 혼합될 수 있는 공간을 제공받을 수 있다.

그리고, 제2 혼합부(230)는 전술한 이송부(210)로부터 노즐유닛(300)을 향해 연장된 부분의 외측둘레면을 따라 형성된 복수 개의 돌기들로 이루어지며, 앞서 설명한 제1 혼합부(220)를 거쳐 이송된 상기 수지를 한번 더 혼합시킬 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 돌기들은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 수지의 이송방향을 따라 나선형으로 배치 및 정렬되도록 돌출 형성되어 마련될 수 있다.

이처럼, 제2 혼합부(230)는 제1 혼합부(220)를 통과하며 충분히 용융된 상태의 상기 수지를 보다 적극적으로 혼합시킬 수 있으며, 이때 제2 혼합부(230)의 상기 돌기들에 의해 상기 수지 중 상기 모재와 상기 부재는 보다 쉽게 교반될 수 있다.

또한, 압출부(240)는 스크루유닛(200)의 종단에 형성되며 외측둘레면으로부터 중심을 향해 함몰 형성된 복수 개의 홈으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 압출부(240)는 제1 혼합부(220) 및 제2 혼합부(230)를 거쳐 이송된 상기 수지를 공급받고, 상기 복수 개의 홈마다 상기 수지들이 수용되어 회전됨으로써 상기 수지를 노즐유닛(300)으로 압출시킬 수 있다.

한편, 결합부(250)의 경우에는 전술한 압출부(240)의 반대편 종단에 마련되며, 스크루유닛(200)이 실린더유닛(100)의 내부로 삽입되어 결합되었을 때 스크루유닛(200)을 실린더유닛(100)에 회전 가능하게 고정할 뿐만 아니라, 전술한 드라이브유닛(400)에 체결되어 회전력을 전달받을 수 있도록 연결될 수 있다.

아울러, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 노즐유닛(300)은 이젝터(310), 고정피스(320) 및 필터(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 필터(330)는 실린더유닛(100) 내부의 이송홀(130)을 통해 이송된 상기 수지가 통과되어 분사될 수 있도록, 실린더유닛(100)의 단부와 노즐유닛(300) 사이에 마련되어 상기 수지의 이송 경로상에 배치될 수 있다.

이러한 필터(330)는 메쉬(mesh) 형태의 망으로 이루어질 수 있으며, 실린더유닛(100)의 단부와 노즐유닛(300)의 사이에 위치함으로써 전술했던 스크루유닛(200)의 압출부(240)와 접할 수 있다.

이에 따라, 압출부(240)를 통해 압출되는 상기 수지는 메쉬 형태로 이루어진 필터(330)에 의해 곧바로 노즐유닛(300)으로 유입되어 분사되지 않으며, 압출부(240)가 위치하는 이송홀(130)의 종단부에서 천천히 필터(330)를 통과할 수 있다.

즉, 스크루유닛(200)의 회전에 따라 압출부(240) 또한 회전하게 되며, 상기 이송홀의 종단부에 모여진 상기 수지는 복수 개의 홈이 형성된 상기 압출부(240)의 회전에 의해 압축과정을 거치게 되어 보다 높은 압력을 받아 압출될 수 있다.

이로 인해, 본 실시예에 따른 3D프린터용 익스트루더는 상기 수지가 고밀도 및 고점도의 특성을 갖는 소재로 마련되더라도, 충분히 노즐유닛(300)을 통해 강하게 압출할 수 있기 때문에 상기 수지를 가늘고 정밀하게 분사할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 전술한 필터(330)가 결합되는 구성으로서 실린더유닛(100)에 마련되는 필터수용부(140)를 더 포함할 수 있다.

이러한 필터수용부(140)는 노즐유닛(300)이 마련된 실린더유닛(100)의 단부의 일부분이 이송홀(130)을 향해 함몰되어, 상기 이송홀(130)과 연통된 상태로 필터(330)가 수용될 수 있도록 마련될 수 있다.

이때, 고정피스(320)은 실린더유닛(100)의 단부에 결합되며, 전술한 필터수용부(140) 내로 삽입되어 필터(330)를 고정할 수 있도록 상기 필터수용부(140)의 형상에 대응하여 돌출 형성된 필터고정부(321)를 포함할 수 있다.

그리고, 이젝터(310)는 필터고정부(321)를 관통하여 이송홀(130)과 연통되게 고정피스(320)에 결합되며, 필터(330)를 통과한 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 마련될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성들을 통해 본 실시에 따른 3D프린터용 익스트루더는, 도 7에 도시된 바와 같이 지그유닛(500)을 통해 일체의 조립체로 구성되어 3D프린터에 장착될 수 있다.

이에 따라, 성형되는 제품의 주된 소재이자 형상을 이루는 재료인 모재(b)와 상기 모재(b)와 혼합되어 상기 모재(b)를 원하는 색상으로 변색시키는 첨가 재료인 부재(s)를 개별적으로 실린더유닛(100)의 내부로 유입시킬 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 유입량 및 유입속도를 쉽게 제어할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 실린더유닛(100)의 내부로 유입된 모재(b) 및 부재(s)를 포함하는 수지가 실린더유닛(100) 내에 마련된 스크루유닛(200)에 의해 구분될 수 없도록 혼합되기 때문에, 이를 통해 성형하고자 하는 제품에 다양한 색상을 연속적으로 부가할 수 있다는 이점이 있다.

나아가, 필터(330)가 구비되는 노즐유닛(300)과 상기 필터(330)에 접해 상기 수지를 압출하는 압출부가 구비되는 스크루유닛(200)의 상호 작용을 통해, 용융된 수지를 안정적으로 혼합하여 높은 압력으로 압출할 수 있기 때문에 보다 가늘고 정밀한 사출작업이 가능하다는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 일 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 실린더유닛 300: 노즐유닛
110: 제1 유입홀 310: 이젝터
120: 제2 유입홀 320: 고정피스
130; 이송홀 330: 필터
140: 필터수용부 400: 드라이브유닛
200: 스크루유닛 500: 지그유닛
210: 이송부
220: 제1 혼합부 b: 모재
230: 제2 혼합부 s: 부재
240: 압출부
250: 결합부

Claims (11)

1. 단일의 무색 열경화성수지로 구성되는 모재(base-material)와 적어도 하나 이상의 유색 열경화성수지로 구성되는 부재(sub-material)로 구분되는 두 종류의 수지(resin)가 내부로 유입되며, 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가해 용융시킬 수 있도록 마련되는 실린더유닛; 상기 수지가 용융되면서 이송될 수 있도록 상기 실린더유닛의 내부에 마련되는 스크루유닛; 및 상기 스크루유닛에 의해 이송된 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 상기 실린더유닛의 단부에 마련되는 노즐유닛; 을 포함하고,
   상기 실린더유닛은,
   상기 스크루유닛의 관통 삽입되고 내부로 유입된 상기 수지가 수용될 수 있도록 마련되며, 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 수지가 상기 노즐유닛이 마련된 단부까지 이송될 수 있도록 길이방향을 따라 형성되는 이송홀, 상기 이송홀을 둘러싸며 내부로 유입된 상기 수지에 열을 가할 수 있도록 마련된 가열부; 상기 모재가 삽입되어 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 이송홀 내로 유입될 수 있도록, 외측면으로부터 상기 이송홀까지를 관통하여 형성된 제1 유입홀; 및 상기 부재가 삽입되어 상기 스크루유닛의 회전에 의해 상기 이송홀 내로 유입될 수 있도록, 상기 제1 유입홀과 간격을 두고 형성되되 상기 제1 유입홀 대비 상기 노즐유닛에 인접하여 적어도 하나 이상으로 마련되는 제2 유입홀을 포함하며, 상기 가열부는 상기 제2 유입홀에 각각 삽입되어 상기 이송홀 내로 유입된 상기 부재를 기설정된 만큼 용융된 상기 모재와 함께 용융시키며,
   상기 스크루유닛은,
   상기 수지의 이송방향을 따라 높이가 점차 낮아지도록 형성된 나사산이 길이방향을 따라 마련되어, 회전에 의해 상기 실린더유닛의 내부로 유입된 상기 수지를 이송시킬 수 있도록 마련된 이송부; 상기 이송부 중 상기 노즐유닛에 가깝게 위치하는 일부분이 평평한 면으로 형성되어, 상기 이송부에 의해 이송된 상기 수지가 용융되어 혼합될 수 있는 공간을 제공하는 제1 혼합부; 상기 수지의 이송방향을 따라 나선형으로 배치 및 정렬되도록 돌출 형성된 복수 개의 돌기들이 상기 이송부로부터 상기 노즐유닛을 향해 연장된 부분의 외측둘레면을 따라 마련되어, 상기 제1 혼합부를 거쳐 이송된 상기 수지를 한 번 더 혼합시키는 제2 혼합부; 및 상기 수지의 이송방향에 따른 종단에 형성되며 외측둘레면으로부터 중심을 향해 함몰 형성된 복수 개의 홈으로 이루어져, 상기 제1 혼합부 및 상기 제2 혼합부를 거쳐 이송된 상기 수지가 상기 복수 개의 홈마다 수용되어 회전됨으로써, 상기 수지를 상기 노즐유닛으로 압출시키는 압출부를 포함하며, 상기 노즐유닛에서 분사되는 상기 수지가 모재와 부재로 구분될 수 없도록 혼합시키면서 상기 수지를 이송시키며,
   상기 노즐유닛은,
   상기 이송홀을 통해 이송된 상기 수지가 통과되어 분사될 수 있도록, 상기 실린더유닛의 단부와 상기 노즐유닛 사이에 마련되어 상기 수지의 이송 경로상에 배치되는 메쉬(mesh) 형태의 필터를 포함하되, 상기 실린더유닛은 상기 노즐유닛이 마련된 상기 단부의 일부분이 상기 이송홀을 향해 함몰되어, 상기 이송홀과 연통된 상태로 상기 필터가 수용될 수 있도록 마련되는 필터수용부를 더 포함하고, 상기 노즐유닛은 상기 실린더유닛의 단부에 결합되며, 상기 필터수용부 내로 삽입되어 상기 필터를 고정할 수 있도록 상기 필터수용부의 형상에 대응하여 돌출 형성된 필터고정부가 마련된 고정피스; 및 상기 필터고정부를 관통하여 상기 이송홀과 연통되게 상기 고정피스에 결합되며, 상기 필터를 통과한 상기 수지가 외부로 분사될 수 있도록 마련되는 이젝터를 더 포함하도록 구성되어, 상기 필터가 움직이지 않고 상기 수지가 상기 이젝터를 통해 외부로 분사되는 것을 특징으로 하는,
   3D프린터용 익스트루더.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   적어도 하나 이상의 부재가 개별적으로 수용될 수 있으며, 상기 제2 유입홀을 통해 상기 실린더유닛의 내부로 유입되는 상기 부재 각각의 유입량 및 유입속도를 개별적으로 제어할 수 있도록 마련된 피더유닛을 더 포함하는,
   3D프린터용 익스트루더.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항의 3D프린터용 익스트루더를 포함하는,
    3D프린터.

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