KR101673234B1 - 웜기어를 구비한 3d 노즐 및 이를 이용한 3d pen 또는 3d 프린터 - Google Patents

웜기어를 구비한 3d 노즐 및 이를 이용한 3d pen 또는 3d 프린터 Download PDF

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서석현
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현규진
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주식회사 카이디어
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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Abstract

본 발명은 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 관한 것으로, 각각 다른 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나 이상을 선택적으로 공급하기 위한 웜기어를 구비한 3D 노즐에 있어서, 필라멘트가 삽입되는 복수 개의 공급홀이 형성된 몸체와, 몸체의 내부에 위치한 공급모터의 회전축에 결합되어 필라멘트를 공급하기 위한 웜기어와, 몸체의 내부에 회전 가능하도록 연결되어 있으며, 내주면에 소정의 높이를 가지는 돌기가 형성되어 복수 개의 필라멘트 중 돌기와 접촉하는 필라멘트만 내측 방향으로 가압하여 웜기어와 접촉시켜주는 링 형태로 된 복수 개의 가압부와, 가압부에 의해 공급된 필라멘트를 배출하거나 다양한 색상의 필라멘트가 인입되는 경우 이를 혼합시켜 배출하는 노즐부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터{3D printer to choose colors}
본 발명은 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나의 필라멘트만 선택적으로 회전하는 웜기어에 밀착시켜 공급할 수 있는 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로 2차원 또는 3차원 형태로 제품을 제조하기 위해서는 절삭 가공 또는 사출 성형 등의 방법이 사용되고 있으며, 고가의 금형 제조비로 인해 소량 생산의 경우 대부분 절삭가공에 의존하고 있다.
반면, 공구를 이용하여 가공하는 절삭가공의 한계로 인해 제조하기 어려운 형태의 제품들이 존재하였으며, 복잡한 제품을 보다 쉽고 빠르게 제조하기 위한 필요성에 의해 입력된 3D 모델링 데이터를 바탕으로 제품을 적층하여 제조하는 3D 프린터가 개발되었다.
그중 선형의 필라멘트를 용융시켜 적층하는 FDM방식의 3D 프린터는 압출기에 선형의 필라멘트를 일정하게 공급하기 위해 공급장치가 부착되어 있으나, 하나의 공급장치로 다양한 컬러의 필라멘트를 공급하기에는 어려움이 있었다.
이에 따라, 한국등록특허 제10-1430582호 "멀티 공급기와 회전형 멀티 노즐로 구성된 압출기로 이루어진 3차원 프린터 장치 및 그 구동방법"과 같은 기술이 개발되어 다양한 컬러로 구성된 복수 개의 필라멘트를 공급할 수 있게 되었으나, 다양한 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트를 공급하기 위해서는 각 컬러별로 개별적인 공급장치가 필요한 문제점이 있었다.
즉, 하나의 컬러당 하나의 공급장치가 필요하였음에 따라 컬러의 종류가 많을수록 필요한 공간이 크게 늘어나 공간 활용성이 떨어지며, 공급 장치의 추가에 따른 비용 상승에 대한 부담이 큰 문제점이 있었다.
특히, 규모가 작은 초소형 3D 프린터는 공간활용 문제로 인해 복수 개의 공급 장치를 구비하기에는 큰 어려움이 있었다.
한국특허 등록번호 제10-1430582호
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다양한 컬러를 가진 복수 개의 필라멘트를 선택적으로 공급하기 위한 공급 장치의 부피를 줄이기 위한 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 공급 장치를 이용하여 다양한 컬러를 가진 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나의 필라멘트를 공급하기 위한 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 웜기어를 구비한 3D 노즐은 각각 다른 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나 이상을 선택적으로 공급하기 위한 웜기어를 구비한 3D 노즐에 있어서, 필라멘트가 삽입되는 복수 개의 공급홀이 형성된 몸체와, 몸체의 내부에 위치한 공급모터의 회전축에 결합되어 필라멘트를 공급하기 위한 웜기어와, 몸체의 내부에 회전 가능하도록 연결되어 있으며, 내주면에 소정의 높이를 가지는 돌기가 형성되어 복수 개의 필라멘트 중 돌기와 접촉하는 필라멘트만 내측 방향으로 가압하여 웜기어와 접촉시켜주는 링 형태로 된 복수 개의 가압부와, 가압부에 의해 공급된 필라멘트를 배출하거나 다양한 색상의 필라멘트가 인입되는 경우 이를 혼합시켜 배출하는 노즐부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 웜기어를 구비한 3D 노즐의 노즐부는 몸체의 일측과 결합하여 몸체에 형성된 복수 개의 공급홀로부터 공급받는 복수 개의 필라멘트를 첨단부에 형성된 하나의 유로로 배출시켜주기 위해 복수 개의 유로가 하나의 유로로 수렴하는 형태를 가진 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 웜기어를 구비한 3D 노즐은 노즐부 내부에 위치하여 웜기어의 회전에 의해 공급되는 필라멘트를 용융시키는 복수 개의 히터가 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 웜기어를 구비한 3D 노즐은 웜기어가 결합된 공급모터의 회전속도를 제어하여 노즐부에서 분사되는 용융된 필라멘트의 양을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 웜기어를 구비한 3D 노즐은 링 형태의 가압부를 회전시켜주기 위한 가압모터를 더 포함하며, 가압모터는 사용자가 필요한 색상의 필라멘트를 가압하여 공급될 수 있도록 가압부를 자동 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 3D 노즐을 구비한 3D PEN은 몸체 및 노즐부 사이에 위치하여 사용자가 손으로 파지하고 히터의 열기로부터 손을 보호하도록 형성된 손잡이와, 손잡이에 형성되어 웜기어에 형성된 공급모터를 작동시켜 필라멘트를 노즐부로 인입시키는 공급스위치와, 몸체의 타측에 형성되어 히터, 공급모터에 전력을 공급하는 전원단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 3D 노즐을 구비한 3D 프린터는 노즐부의 전방에 위치한 물체를 3차원 모델링 데이터로 입력받기 위한 스캐너를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 3D 노즐을 구비한 3D 프린터의 스캐너는 입력된 3차원 모델링 데이터와 작업 중인 3차원 적층체를 비교하여 노즐부의 위치를 연산하고, 노즐부가 다음 작업에 해당하는 위치에 존재할 때만 필라멘트를 공급하여 적층시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 의하면, 다양한 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 별로 공급 장치를 따로 구성하지 않고 링형태를 가지는 하나의 가압부 및 웜기어로 복수 개의 필라멘트를 공급할 수 있음에 따라 부피를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 의하면, 가압부가 다양한 컬러를 가진 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나의 필라멘트만 웜기어에 밀착시킴에 따라 하나의 필라멘트만 선택적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 내부에 필라멘트가 삽입된 모습을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 필라멘트를 공급하는 가압부와 웜기어를 도시하기 위해 몸체의 외주면을 절단한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 돌기가 형성된 가압부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부가 필라멘트를 가압하지 않은 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부가 필라멘트를 가압하여 웜기어에 의해 공급되는 상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부에 의해 가압된 필라멘트가 웜기어에 의해 노즐부로 공급되는 상태를 도시한 단면도.
도 7은 제1실시예로서 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN을 휴대하여 사용할 수 있도록 형성한 모습을 나타낸 사시도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나의 필라멘트만 선택적으로 회전하는 웜기어에 밀착시켜 공급할 수 있는 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 내부에 필라멘트가 삽입된 모습을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터는 각각 다른 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트(1)와, 필라멘트(1)가 삽입되는 복수 개의 공급홀(140)이 형성된 몸체(100)와, 몸체(100)의 내부에 위치한 공급모터(120)의 회전축(130)에 결합되어 필라멘트(1)를 공급하기 위한 웜기어(110)와, 몸체(100)의 내부에 회전 가능하도록 연결되어 있으며 내주면에 소정의 높이를 가지는 돌기(210)가 형성되어 복수 개의 필라멘트(1) 중 돌기(210)와 접촉하는 필라멘트(1)만 내측 방향으로 가압하여 웜기어(110)와 접촉시켜주는 링 형태로 된 복수 개의 가압부(200)와, 가압부(200)에 의해 공급된 필라멘트(1)를 배출하거나 다양한 색상의 필라멘트(1)가 인입되는 경우 이를 혼합시켜 배출하는 노즐부(300)이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 노즐부(300)는 몸체(100)의 일측과 결합하여 몸체(100)에 형성된 복수 개의 공급홀(140)로부터 공급받는 복수 개의 필라멘트(1)를 첨단부에 형성된 하나의 유로로 배출시켜주기 위해 복수 개의 유로가 하나의 유로로 수렴하는 형태를 가지며, 웜기어(110)의 회전에 의해 공급되는 필라멘트(1)를 용융시켜주기 위해 상기 노즐부(300)의 내부에는 복수 개의 히터(310)가 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
몸체(100)은 색상이 다른 각각의 필라멘트(1)를 내부에 삽입하여 고정할 수 있도록 관통된 공급홀(140)이 형성되어 있으며 일측은 노즐부(300)와 결합되어 몸체(100)를 통해 공급된 필라멘트(1)를 녹여 외부로 분사될 수 있도록 한다.
또한 몸체(100)의 내부에는 웜기어(110)가 형성되어 있어 공급된 필라멘트(1)와 접촉하여 필라멘트(1)를 노즐부(300)가 있는 방향으로 인입시킬 수 있도록 하고 웜기어(110)의 중심에는 회전축(130)이 결합되어 몸체(100) 내부에 형성된 공급모터(120)와 연결된다.
노즐부(300)가 결합된 몸체(100)의 일측 외주면은 내측을 향해 파이도록 형성시켜 링 형태로 형성된 가압부(200)를 결합시킬 수 있어야한다.
가압부(200)는 몸체(100)에 공급된 필라멘트(1)를 가압하여 웜기어(110)와 접촉시키고 웜기어(110)의외주면이 필라멘트(1)와 접촉되어 회전하게 되면 필라멘트(1)가 노즐부(300)를 향해 인입되게 된다.
이때 웜기어(110)의 외주면은 마찰력을 증대시키기 위해 돌기(210)를 형성시키거나 내주면을 향해 홈을 형성시킬 수 있으며, 돌기(210)와 홈은 나사산과 같이 원주방향에 대해 각도가 형성되어 있어 접촉되는 필라멘트(1)가 노즐부(300) 방향으로 전진할 수 있도록 해야 한다.
가압부(200)는 복수 개로 형성시켜 웜기어(110)와 접촉한 하나의 필라멘트(1)만 공급되거나 가압부(200)가 색상이 다른 복수 개의 필라멘트(1)를 가압하여 웜기어(110)에 의해 동시에 노즐부(300)로 공급하여 색상을 혼합할 수 있다.
노즐부(300)는 몸체(100)로부터 공급된 고체상태의 필라멘트(1)를 용융시켜 액체상태로 분사할 수 있도록 노즐부(300)의 내부 및 필라멘트(1)가 분사되는 분사유로(330)에 히터(310)가 형성되어 있다.
노즐부(300)의 내부에 형성된 히터(310)는 색상이 다른 다수의 필라멘트(1)가 동시에 공급될 경우 고체상태의 필라멘트(1)가 동일한 위치에서 용융되어 색상이 섞인 후 분사유로(330)를 통해 배출되게 된다.
분사유로(330)에 형성된 히터(310)는 내부에서 용융된 액체상태의 필라멘트(1)가 굳지 않도록 온도를 유지시켜주기 위해 형성된다.
또한 노즐부(300) 내에 잔존하는 용융된 필라멘트(1)를 제거하기 위해 노즐부(300) 내부 중앙에 위치하는 히터(310) 중앙에는 분사유로(330)을 통해 외부로 돌출되어 노즐부(300) 내부에 잔존하는 필라멘트(1)를 제거하는 배출장치(도시되지 않음)이 더 포함될 수 있다.
배출장치는 노즐부(300) 내부의 히터(310)에 의해 용융된 필라멘트를 모두 배출시킬 수 있도록 분사유로(330)로 돌출되거나 히터(310) 내부로 삽입될 수 있도록 공급모터(120)와 연동되며, 가압부(200)가 필라멘트(1)를 가압하는 위치에 있지 않을 경우 공급모터(120)의 회전축(130)과 연동되어 배출장치를 돌출시키거나 히터(310) 내부로 삽입시킬 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 필라멘트를 공급하는 가압부와 웜기어를 도시하기 위해 몸체의 외주면을 절단한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 몸체(100)의 내부에는 웜기어(110)가 형성되어 있으며 고체화된 필라멘트(도시되지 않음)가 몸체(100) 내부로 삽입할 수 있도록 공급홀(140)이 관통되어 형성된다.
몸체(100)의 일측에 결합되는 노즐부(300)는 공급홀(140)을 통해 인입되는 필라멘트(1)가 삽입될 수 있도록 공급유로(320)가 형성되어 있으며, 공급유로(320)는 도 1과 같이 입구는 필라멘트(1)보다 크고 내부는 입구보다 작게 형성되어 있어 몸체(100)의 공급홀(140)에 의해 삽입된 필라멘트(1)가 공급유로(320)의 입구에 걸리게 해야 한다.
또한 공급유로(320)는 다양한 색상의 필라멘트(1)가 공급될 수 있도록 몸체(100)의 공급홀(140)과 동일한 수로 형성되어 있으며 공급유로(320)를 거쳐 인입되는 각각의 필라멘트(1)는 도 1의 분사유로(330)를 통해 분사되게 된다.
노즐부(300)와 결합된 몸체(100)의 일측 끝단에는 필라멘트(1)를 가압할 수 있도록 가압부(200)가 결합되어 자유롭게 회전되고 노즐부(300)로 필라멘트(1)를 공급하기 위해 가압부(200)로 가압하는 필라멘트(1)의 색상을 확인 할 수 있도록 투명한 링 형태의 위치확인부(220)가 가압부(200)에 결합된다.
위치확인부(220)는 투명한 아크릴 또는 플라스틱 재질을 사용하여 필라멘트(1)의 색상과 가압부(200)가 어떤 색상의 필라멘트(1)를 가압하고 있는지 확인할 수 있도록 해야 한다.
가압부(200)의 내측에는 돌기(210)가 형성되어 있으며 가압부(200)를 회전시키게 되면 돌기(210)가 필라멘트(1)를 하측방향으로 가압하게 되어 필라멘트(1)가 웜기어(110)에 밀착된 후 웜기어(110)가 회전을 하여 필라멘트(1)를 노즐부(300)에 형성된 공급유로(320)로 인입시키게 된다.
가압부(200)가 복수 개로 형성되는 경우 각각의 가압부(200)에 형성된 돌기(210)가 서로 다른 필라멘트(1)를 가압하여 노즐부(300)의 공급유로(320)로 인입시키게 하여 색상을 혼합시키거나 동일 색상의 필라멘트(1)를 가압하여 분사되는 양을 증가시게 할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 돌기가 형성된 가압부를 도시한 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부(200)는 링 형태로 구성되고 내측 일부분은 돌기(210)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하며 돌기(210)의 위치와 필라멘트(도시되지 않음)의 색상을 확인할 수 있도록 투명한 링 형태의 위치확인부(220)가 형성된다.
가압부(200)의 돌기(210)는 가압부(200)가 회전하여 필라멘트(1)를 가압할 때 큰 부하가 걸리지 않도록 타원형으로 형성되어야 하고 돌기(210)의 높이는 필라멘트(1)를 가압하였을 때 웜기어(110)에 완전히 밀착될 수 있도록 형성되어야 한다.
또한 가압부(200)를 복수 개로 형성할 경우 가압부(200)와 가압부(200) 사이에 위치확인부(220)를 형성시키면 가압부(200)에 형성된 각각의 돌기(210) 위치와 필라멘트(1)의 색상을 확인할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부가 필라멘트를 가압하지 않은 상태를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터는 다양한 색상을 가진 필라멘트(1)가 몸체(100)에 삽입될 수 있으며 가압부(200)에 형성된 돌기(210)가 필라멘트(1)를 가압하지 않으면 필라멘트(1)는 노즐부(도시되지 않음)에 인입되지 않는 것을 특징으로 한다.
몸체(100)의 공급홀(140)에 삽입된 필라멘트(1)는 몸체(100) 내부에 형성된 웜기어(110)와 밀착되지 않고 간격이 발생하게 되므로 웜기어(110)가 공급모터(120)를 통해 회전을 하게 되더라도 필라멘트(1)는 아무 영향을 받지 않게 된다.
이때 가압부(200)의 돌기(210)는 필라멘트(1)를 가압하지 않도록 필라멘트(1)와 필라멘트(1) 사이에 위치하게 되고 원하는 색상의 필라멘트(1)를 가압하기 위해서 사용자가 가압부(200)를 원주 방향으로 회전시켜 필라멘트(1)를 가압시키게 된다.
가압부(200)를 회전하여 필라멘트(1)를 선택할 때는 웜기어(110)가 회전하지 않도록 공급모터(120)를 정지시킨 후 가압부(200)를 회전시켜 필라멘트(1)를 가압하도록 공급모터(120)를 작동 또는 정지할 수 있는 스위치(도시되지 않음)가 더 포함 될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부가 필라멘트를 가압하여 웜기어에 의해 공급되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부(200)에 형성된 돌기(210)가 필라멘트(1)를 가압하게 되면 필라멘트(1)가 웜기어(110) 방향으로 밀착되고 공급모터(120)가 가동되어 웜기어(110)를 회전시키면 필라멘트(1)가 도 2의 노즐부(300)에 형성된 공급유로(320)로 인입되는 것을 특징으로 한다.
가압부(200)에 형성된 돌기(210)에 의해 가압된 필라멘트(1)는 웜기어(110)와 밀착되면서 휘어져 몸체(100)에 형성된 공급홀(140)의 높이보다 낮은 위치에 존재하게 되어 도 2의 공급유로(320)의 내부로 부드럽게 인입할 수 있게 된다.
웜기어(110)의 외주면에는 마찰력을 향상시키기 위해 돌기(210) 또는 홈이 나사산처럼 기울기를 가지고 원주방향으로 형성되게 하여 필라멘트가 노즐부(도시되지 않음)를 향해 쉽게 인입될 수 있도록 해야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부에 의해 가압된 필라멘트가 웜기어에 의해 노즐부로 공급되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터의 가압부(200)에 의해 가압된 필라멘트(1)는 웜기어(110)에 의해 노즐부(300)의 공급유로(320)로 인입되고 노즐부(300) 내부에 있는 히터(310)에 의해 용융된 후 분사유로(330)를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
웜기어(110)에 의해 노즐부(300)의 공급유로(320)로 공급되는 필라멘트(1)는 공급유로(320) 끝단에 형성된 히터(310)와 접촉하면서 히터(310)에서 발생된 열에 의해 필라멘트(1)를 액체상태로 용융시키게 된다.
용융된 액체상태의 필라멘트(1)는 분사유로(330)를 통해 액체상태로 배출되게 되고 분사 중 온도가 감소하여 굳지 않게 하기 위해 분사유로(330) 내부에는 히터(310)가 형성되어 필라멘트(1)가 액체상태를 유지할 수 있도록 가열시킨다.
또한 복수 개의 가압부(200)를 사용하여 서로 다른 색상의 필라멘트(1)가 공급유로(320)로 공급될 경우 노즐부(300) 내부에 형성된 히터(310)로 액체상태로 용융되어 혼합되므로 다양한 색상을 분사시킬 수도 있다.
또한 몸체(100) 내부에는 제어부(도시되지 않음)가 형성되어 있어 몸체(100) 타측에 형성된 전원단자(400)를 통해 3D 프린트를 하기 위한 모델링 데이터를 입력받거나 구동에 필요한 전원을 분배하고 제어하게 된다.
제어부는 도 1의 웜기어(110)가 결합된 공급모터(120)의 회전속도를 제어하면 필라멘트(1)가 인입되는 속도를 천천히 또는 빠르게 하여 용융된 필라멘트(1)가 분사되는 양을 제어할 수 있게 된다.
또한 노즐부(300)의 전방에 위치한 물체를 3차원 모델링 데이터로 입력받을 수 있는 스캐너(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다.
이때 스캐너는 제어부에 입력된 3차원 모델링 데이터와 작업 중인 3차원 적층체를 비교한 후 다음 작업에 필요한 노즐부(300)의 위치를 연산하고, 노즐부(300)가 다음 작업에 해당하는 위치에 존재할 때만 제어부에 신호를 보내 필라멘트(1)를 공급하여 필라멘트(1)를 적층시키게 할 수 있다.
따라서 스캐너는 필라멘트(1)가 입력된 3차원 모델링 데이터를 통해 다음 작업해야할 위치를 파악할 수 있으므로 필라멘트(1)가 정확한 위치에 적층체를 형성되며, 필라멘트(1)가 무분별하게 낭비되지 않도록 할 수 있다.
도 7은 제1실시예로서 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 을 휴대하여 사용할 수 있도록 형성한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN의 몸체(100)는 필라멘트(1)가 삽입되는 복수 개의 공급홀(140)이 형성되어 있으며 휴대할 수 있도록 원통형 펜 형상을 가지는 몸체(100)와, 몸체(100)의 타측에 형성되어 도 6의 히터(310), 공급모터(120)에 전력을 공급하는 전원단자(400)와, 노즐부(300)와 몸체(100) 사이에 위치하여 사용자가 손으로 파지하고 히터(310)의 열기로부터 손을 보호하도록 형성된 손잡이(500)와, 손잡이(500)에 형성되어 웜기어(110)에 형성된 도 6의 공급모터(120)를 작동시켜 필라멘트(1)를 노즐부(300)로 인입시키는 공급스위치(도시되지 않음)가 포함되는 것을 특징으로 한다.
몸체(100)는 사용자가 휴대할 수 있도록 펜과 같은 형상으로 형성되고 내부에는 몸체(100)를 관통하는 공급홀(140)이 형성되어 있어 다양한 색상의 필라멘트(1)를 삽입할 수 있게 된다.
사용자는 자신이 원하는 형상으로 자유롭게 필라멘트(1)를 적층시킬 수 있으며 기계장치에 의해 표현하기 어려운 곡면이나 기하학적인 형상을 생성시킬 수 있는 효과가 발생한다.
또한 손잡이(500) 내부에는 가압부(200)를 자동으로 회전시킬 수 있도록 가압모터(도시되지 않음)가 형성되어 사용자가 필요한 색상의 필라멘트(1)를 가압하여 공급될 수 있도록 가압부(200)를 자동으로 회전시킬 수도 있다.
이때 가압모터는 각각의 필라멘트(1)가 삽입된 공급홀(140)의 위치에 정지할 수 있도록 스텝모터를 사용하는 것이 바람직하며, 입력된 3차원 모델링 데이터를 기반으로 자동으로 회전할 수 있도록 제어부에 의해 제어된다.
또한 손잡이(500)에 형성된 공급스위치를 통해 사용자는 필라멘트(1)를 노즐부(300)로 쉽게 인입시킬 수 있으며, 공급스위치는 누르고 있을 때만 도 6의 공급모터(120)를 작동시키고 공급스위치에서 손을 떼면 공급모터(120)가 정지하여 필라멘트가 공급되지 않도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웜기어를 구비한 3D 노즐 및 이를 이용한 3D PEN 또는 3D 프린터에 의하면 다양한 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 별로 공급 장치를 따로 구성하지 않고 링 형태를 가지는 하나의 가압부 및 웜기어로 복수 개의 필라멘트를 공급할 수 있음에 따라 부피를 크게 줄일 수 있으며, 가압부가 다양한 컬러를 가진 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나의 필라멘트만 웜기어에 밀착시킴에 따라 하나의 필라멘트만 선택적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
1: 필라멘트 100 : 몸체
110 : 웜기어 120 : 공급모터
130 : 회전축 140 : 공급홀
200 : 가압부 210 : 돌기
220 : 위치확인부 300 : 노즐부
310 : 히터 320 : 공급유로
330 : 분사유로 400 : 전원단자
500 : 손잡이

Claims (8)

  1. 각각 다른 컬러를 가지는 복수 개의 필라멘트 중 어느 하나 이상을 선택적으로 공급하기 위한 웜기어를 구비한 3D 노즐에 있어서,
    상기 필라멘트가 삽입되는 복수 개의 공급홀이 형성된 몸체와;
    상기 몸체의 내부에 위치한 공급모터의 회전축에 결합되어 필라멘트를 공급하기 위한 웜기어와;
    상기 몸체의 내부에 회전 가능하도록 연결되어 있으며, 내주면에 소정의 높이를 가지는 돌기가 형성되어 복수 개의 필라멘트 중 돌기와 접촉하는 필라멘트만 내측 방향으로 가압하여 웜기어와 접촉시켜주는 링 형태로 된 복수 개의 가압부; 및
    상기 가압부에 의해 공급된 필라멘트를 배출하거나 다양한 색상의 필라멘트가 인입되는 경우 이를 혼합시켜 배출하는 노즐부;가 포함되는 것을 특징으로 하는
    웜기어를 구비한 3D 노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부는 몸체의 일측과 결합하여 몸체에 형성된 복수 개의 공급홀로부터 공급받는 복수 개의 필라멘트를 첨단부에 형성된 하나의 유로로 배출시켜주기 위해 복수 개의 유로가 하나의 유로로 수렴하는 형태를 가진 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    웜기어를 구비한 3D 노즐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐부 내부에 위치하여 웜기어의 회전에 의해 공급되는 필라멘트를 용융시키는 복수 개의 히터;가 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    웜기어를 구비한 3D 노즐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 웜기어가 결합된 공급모터의 회전속도를 제어하여 노즐부에서 분사되는 용융된 필라멘트의 양을 제어하기 위한 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    웜기어를 구비한 3D 노즐.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 링 형태의 가압부를 회전시켜주기 위한 가압모터;를 더 포함하며,
    상기 가압모터는 사용자가 필요한 색상의 필라멘트를 가압하여 공급될 수 있도록 가압부를 자동 회전시키는 것을 특징으로 하는
    웜기어를 구비한 3D 노즐.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 3D노즐을 구비한 3D PEN에 있어서,
    상기 몸체 및 노즐부 사이에 위치하여 사용자가 손으로 파지하고 히터의 열기로부터 손을 보호하도록 형성된 손잡이와;
    상기 손잡이에 형성되어 상기 웜기어에 형성된 공급모터를 작동시켜 필라멘트를 노즐부로 인입시키는 공급스위치; 및
    상기 몸체의 타측에 형성되어 히터, 공급모터에 전력을 공급하는 전원단자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    3D 노즐을 구비한 3D PEN.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 3D노즐을 구비한 3D 프린터에 있어서,
    상기 노즐부의 전방에 위치한 물체를 3차원 모델링 데이터로 입력받기 위한 스캐너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    3D 노즐을 구비한 3D 프린터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스캐너는 입력된 3차원 모델링 데이터와 작업 중인 3차원 적층체를 비교하여 노즐부의 위치를 연산하고, 노즐부가 다음 작업에 해당하는 위치에 존재할 때만 필라멘트를 공급하여 적층시키는 것을 특징으로 하는
    3D 노즐을 구비한 3D 프린터.
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