KR101714183B1 - 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유닛에 관한 것으로, 적어도 2개 이상 구비되는 노즐 집게부와 상기 노즐 집게부를 서로 연결하며 상기 노즐 집게부의 회전축의 역할을 병행하는 연결부와 상기 노즐 집게부의 하부에 구비되며 노즐의 움직임을 구속할 수 있는 형상으로 구비되는 적어도 2개 이상의 노즐 고정부재와 상기 노즐 고정부재 하부에 구비되며 노즐의 움직임을 구속할 수 있는 형상으로 구비되는 적어도 2개 이상의 히터 유니트와 상기 노즐 고정부재 상부에 구비되며 노즐의 고정과 필라멘트의 주입을 보조하는 노즐 홀더를 포함하고 상기 노즐 집게부의 상단 손잡이부를 조작하여 하부의 노즐 히터 유니트와 노즐 홀더의 결합을 해제 가능한 집게 형상의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트를 제공함으로써 3차원 프린터에서 노즐의 교체 및 변경이 용이해지며 이상이 생겼을 때 사용자의 자가 조치 및 A/S의 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트{Printing nozzle unit for Three-dimensional printer}

본 발명은 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노즐 유닛을 손잡이를 포함한 집게 형상으로 제작하여, 히터 및 노즐 고정부와 별개로 노즐만을 분해하여 쉽고 빠른 노즐 정비를 할 수 있는 것을 특징으로 하는 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유닛에 관한 것이다.

최근 시제품 개발 단계에서 프로토 타입의 제조 또는 다품종 소량 생산 시 간단하고 저렴한 비용으로 물체의 입체 형상을 출력하기 위한 3차원 프린팅 기술이 각광받고 있다.

3차원 프린팅은 물체의 입체 형상을 3차원 그래픽 설계 프로그램을 통해 분석하여 2차원 단면 형상 데이터의 조합으로 생성한 후 이러한 2차원 단면형상 데이터 정보에 따라 ABS나 PLA와 같은 열가소성 수지 등의 원료물질을 다양한 방법으로 출력 베드에 형성하여 물체의 입체 형상을 구현하는 기술이다.

3차원 프린팅의 종류에는 원료물질을 압출하여 출력 베드에 순차적으로 적층하여 입체 형상을 구현하는 FDM (Fused Deposition Modeling) 방식 또는 FFF (Fused Filament Fabrication) 방식이 있으며, 분말을 높은 열의 레이저로 녹여 적층시켜 입체 형상을 구현하는 SLS (Selective Laser Sintering) 방식이 있고, 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하여 조형하는 SLA (Stereolithography Apparatus) 방식 등 다양한 종류가 존재한다.

상기한 적층 구현 방식은 원료물질인 열가소성 수지를 양 옆이 막혀있는 원통형 줄감개에 실처럼 동그랗게 말아놓은 것과 유사한 형태의 가는 재료를 모터와 기어를 이용하여 압출기에 공급하여 노즐에서 녹여서 한 층씩 적층하며 쌓아올리는 방식을 말한다. 상기 재료는 필라멘트라고 하고, 상기 재료를 감는 양 옆이 막혀있는 원통형 줄감개를 보빈 또는 스풀 등으로 부르는 것이 일반적이다.

노즐에서 사출된 필라멘트가 한 층씩 적층되며 공기 또는 별도의 냉각장치에 의해 경화되며 출력 베드는 한 층의 적층이 완료될 때 마다 설정된 한 층의 높이만큼 내려가서 다음 층을 적층하는 과정으로 물체를 성형한다.

상기한 노즐은 필라멘트를 융해시키기 위한 히터부와 압출 모터와 함께 하나의 유니트를 형성하는 것이 일반적이며, 대다수의 적층 구현 방식의 3차원 프린터는 상기한 방식을 채용하고 있다.

3차원 프린터의 노즐의 경우 대부분의 경우 분해 조립이 가능한 구조로 되어있는 것이 특징이나, 원하는 굵기 또는 형상을 가지고 있는 노즐을 쉽게 교환하고 설치할 수 있지는 않다. 이는 노즐의 확실한 고정 및 보호를 위해 노즐이 노즐 유니트의 내부에 위치하는 경우가 많기 때문이다. 따라서 이 경우 노즐의 변경 또는 교환에 상당한 시간이 필요하며 분해조립에 전문성을 요하는 경우가 많다.

또한 이 경우, 3차원 프린터의 오작동 또는 재료 불량 등으로 인하여 노즐이 막히게 되는 경우 노즐 유니트 전체를 분해한 후, 그 유니트에서 다시 히터부와 압출 모터 및 기타 부품들을 분해하여 노즐을 분리한 다음에서야 막힌 노즐에 대한 조치가 가능하였던 바, 노즐 고장으로 인하여 사용자 스스로 조치를 취할 때나 A/S 등의 조치를 취할 때 작업에 많은 시간이 걸리는 것이 불가피하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 원하는 노즐의 굵기 및 형상으로 노즐을 쉽게 교환할 수 있는 노즐 유니트의 형상을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노즐에 이상이 생겼을 경우 손쉽게 노즐을 제거하기 위한 기술을 제공하고자 하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 노즐 유니트의 상단부에 손잡이를 구비하고, 상기 손잡이를 잡아 안쪽으로 누르는 것으로 집게의 원리를 이용하여 하단부에 노즐을 고정하고 있던 히터 유니트와 고정부재 등이 제거되어 노즐을 손쉽게 제거할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명을 이용하면 3차원 프린터에서 노즐의 교체 및 변경이 용이해지며 이상이 생겼을 때 사용자의 자가 조치 및 A/S의 시간을 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 후면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 개요도이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 또는 “구비” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 의한 집게 형상으로 구비되어 탈착이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트는 노즐 집게부(100), 노즐 홀더(300), 노즐(310), 노즐 고정부재(200), 히터 유니트(210), 스프링(110), 압출 모터(400)를 포함한다.

상기한 집게부(100)는 2개의 부재로 구성되어 있으며, 중앙을 관통하는 노즐 집게부 연결 회전축(120)으로 서로 연결된다. 상기 노즐 집게부 연결 회전축(120)으로 압출 모터(400)와 연결되며 상기 집게부(100)의 회전축의 역할을 한다. 또한 상기 노즐 집게부 연결 회전축(120)은 중력에 의해 아래로 쳐질 수 있는 노즐 유니트를 전체적으로 지지하는 고정 기둥의 형상을 하고 있다. 도 1을 참조하면, 집게부(100) 안쪽 영역에는 3차원 프린터의 노즐을 고정시키기 쉬운 외벽으로 둘러싸기 위하여 노즐을 삽입하는 구멍을 구비하는 노즐 홀더(300)와 상기 노즐 홀더를 좌우에서 미는 힘으로 잡아줄 수 있도록 노즐 홀더의 외벽과 같은 크기의 내부 구멍을 갖는 구성으로 구비되는 노즐 고정부재(200), 히터 유니트(210), 스프링(110)이 구비된다. 추가적으로는 상기 히터 유니트 내부에는 서미스터 삽입부(213)와 히터 삽입부(212), 그리고 휴즈 삽입부(211)를 포함한다. 도 1을 참조하면, 노즐 집게부 연결 회전축(120)을 기준으로 위쪽 부분의 움직임과 아래쪽 움직임이 연동할 수 있는 빨래집게의 형상과 유사하게 구성되어 있기 때문에, 상기 위쪽 부분을 특별히 손잡이라 지칭할 수 있다.

상기 노즐 고정부재(200)는 노즐(310)을 안정적으로 감쌀 수 있도록 직사각형 블록 형상에 노즐 고정용 아치형 홈을 구비하며 상기 아치형 홈의 중심부 지름은 노즐과 같은 값을 갖는다. 노즐 고정용 아치형 홈의 정반대쪽에는 노즐 유니트 외벽과 결합하는 평면형상이 있으며 결합은 나사결합을 하나 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며 다양한 형태의 결합을 할 수 있다. 노즐 고정용 아치형 홈은 최대 노즐의 반경만큼의 깊이를 가질 수 있으며 이 경우 통상 사용시에 반대쪽 노즐 고정부재(200)와 노즐 중앙에서 맞닿게 된다. 노즐 고정부재(200)는 열을 충분히 견딜 수 있는 소재를 사용할 수 있다.

상기 히터 유니트는 상기 노즐 고정부재(200)의 하부에 위치하며 노즐의 제일 끝부분에 위치한다. 상기 히터 유니트 역시 노즐 고정용 아치형 홈을 구비하며 상기 아치형 홈의 중심부 지름은 노즐과 같은 갚을 갖는다. 노즐 고정용 아치형 홈의 반대쪽에는 노즐 유니트 외벽과 결합하는 평면형상이 있으며 결합은 나사결합을 하나 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며 다양한 형태의 결합을 할 수 있다. 히터 유니트의 내부에는 총 2개의 구멍이 있으며, 한 쪽에 히터 삽입부(212)가 구비되면, 반대 쪽으로는 서미스터 삽입부(213)가 구비된다. 히터 삽입부(212)쪽에, 히터의 구동을 제어할 수 있는 휴즈가 삽입될 수 있는 구멍인 휴즈 삽입부(211)를 추가적으로 구비한다. 상기 히터 유니트(210)의 노즐 고정용 아치형 홈은 상기 노즐 고정부재(200)와는 다르게 항상 노즐의 반경만큼의 깊이를 가지며, 이는 노즐에 열을 고루 분포해주기 위함과 동시에 반대쪽 히터 유니트와 결합하여 히터와 서미스터로 인하여 열을 발생시키기 위함이다.

상기 노즐 유니트 외벽부는 집게부(100)와 연결되어 있으며 스프링 상부에 원형 지지대를 구비한다. 집게부(100)의 손잡이는 상기한 원형 지지대를 기준으로 필라멘트의 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 상기 집게부(100)가 필라멘트 쪽 방향으로 회전하면 상기 집게부(100)에 연결된 상기 노즐 유니트 외벽부는 중앙 필라멘트 위치를 기준으로 바깥쪽으로 회전하여 들리게 된다. 이 때 상기한 노즐 고정부재(200)와 히터 유니트가 스프링의 장력으로 인하여 노즐을 고정시키고 있던 힘이 줄어들어 노즐과의 결합이 분리된다. 상기 과정을 통하여 노즐이 각 고정 요소에서 분리가 되면 쉽게 노즐 홀더(300)를 돌려서 뺄 수 있는 상태가 되어 노즐을 쉽게 제거할 수 있다.

상기의 예시는 노즐 집게부(100)의 손잡이를 바깥쪽으로 밀어내어 히터 유니트와 노즐 고정부재(200)를 노즐에서 분리시키는 구조를 하고 있으나, 동일한 위치에 스프링을 작용하고 일반적으로 사용하는 집게와 같은 구조로 손잡이를 안쪽으로 당겨 히터 유니트와 노즐 고정부재(200)를 노즐에서 분리시키는 구조를 포함하는 것 역시 자명하다. 이는 상술한 발명의 내용과 형상과 구조가 같고 방식만이 다르기 때문이다.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

100 : 노즐 집게부
110 : 스프링
120 : 노즐 집게부 연결 회전축
200 : 노즐 고정 부재
210 : 히터 유니트
211 : 휴즈 삽입부
212 : 히터 삽입부
213 : 서미스터 삽입부
300 : 노즐 홀더
310 : 노즐
400 : 압출 모터
410 : 필라멘트 공급 기어
420 : 필라멘트 공급 롤러
500 : 필라멘트

Claims (2)

1. 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트에 있어서,
   적어도 2개 이상 구비되는 노즐 집게부;
   상기 노즐 집게부를 서로 연결하며 상기 노즐 집게부의 회전축의 역할을 병행하는 노즐 집게부 연결 회전축;
   상기 노즐 집게부의 하부에 구비되며 노즐을 고정시키기 쉬운 외벽으로 둘러싸기 위하여 노즐을 삽입하는 구멍을 구비하는 노즐 홀더;
   상기 노즐 집게부의 하부에 구비되며 상기 노즐 홀더를 좌우에서 미는 힘으로 잡아줄 수 있도록 노즐 홀더의 외벽과 같은 크기의 내부 구멍을 갖는 구성으로 구비되는 적어도 2개 이상의 노즐 고정부재;
   상기 노즐 고정부재 하부에 구비되며 노즐의 움직임을 구속할 수 있는 형상으로 구비되는 적어도 2개 이상의 히터 유니트;를 포함하고
   상기 노즐 집게부의 상단 손잡이를 조작하여 하부의 노즐 히터 유니트와 노즐 홀더의 결합을 해제 가능한 집게 형상의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 히터 유니트는,
   일방의 히터 유니트에 히터와 휴즈를 삽입할 수 있는 구멍을 구비하면, 반대쪽의 히터 유니트에 서미스터를 삽입할 수 있는 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 집게 형상으로 구비되어 착탈이 용이한 3차원 프린터의 노즐 유니트.
   
   
   

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