KR101723027B1 - 3ｄ 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3ｄ 프린팅 펜 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3D 프린팅 펜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 내부에 포함하는 카트리지 케이스에, 상기 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 가압하여 수지잉크를 외부로 토출시키기 위한 프레스부와, 상기 프레스부에 잉크팩을 가압하기 위한 탄성력을 전달하는 태엽형태의 등하중 스프링을 일체로 구비하여 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 구성함으로써, 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 간편하게 장착하여 편리하게 사용될 수 있으며, 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되어, 프레스부가 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 잉크팩을 일정한 하중으로 가압함으로써 잉크팩에 형성된 잉크 토출홀을 통해 효과적으로 균일한 양의 수지잉크를 연속 토출하여 공급할 수 있도록 구성되는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3D 프린팅 펜에 관한 것이다.

Description

3Ｄ 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3Ｄ 프린팅 펜{An ink cartridge for 3D printing pens and the 3D printing pen using the same}

본 발명은 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3D 프린팅 펜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 내부에 포함하는 카트리지 케이스에, 상기 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 가압하여 수지잉크를 외부로 토출시키기 위한 프레스부와, 상기 프레스부에 잉크팩을 가압하기 위한 탄성력을 전달하는 태엽형태의 등하중 스프링을 일체로 구비하여 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 구성함으로써, 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 간편하게 장착하여 편리하게 사용될 수 있으며, 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되어, 프레스부가 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 잉크팩을 일정한 하중으로 가압함으로써 잉크팩에 형성된 잉크 토출홀을 통해 효과적으로 균일한 양의 수지잉크를 연속 토출하여 공급할 수 있도록 구성되는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3D 프린팅 펜에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 프린팅 기술이란 액상 플라스틱 등의 원료를 사출하여 경화시킴으로써 3차원 모양의 고체 물질을 자유롭게 형성하는 기술을 말한다.

최근에는 3차원 프린팅 기술이 발전하면서 3차원 프린터 이외에도 3차원으로 그림을 그리거나 모형물을 형성할 수 있는 3D 프린팅 펜이 개발되어 등장하고 있으며, 이러한 기술의 일 예가 미국공개특허 제2014-0154347호의 "Hand-held three-dimensional drawing device"에 개시되어 있다.

도 1은 종래기술에 따른 3D 프린팅 펜을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 3D 프린팅 펜은 원통형으로 형성되어 일측에 열가소성 수지 재료를 공급하기 위한 입구 포트(11)가 형성된 몸체 하우징(10)과; 몸체 하우징(10)의 타측에 구비되는 가열 압출부(20)와; 몸체 하우징(10) 내부에 구비되어 입구 포트(11)를 통해 공급되는 열가소성 수지를 가열 압출부(20)로 이송하는 공급기구(미도시)와; 몸체 하우징(10)에 구비되어 가열 압출부(20)에 의해 용융되어 외부로 토출되는 열경화성 수지에 공기를 공급하여 냉각시키기 위한 팬 어셈블리(30); 및 공급기구(미도시)의 동작을 제어하여 열가소성 수지의 공급량을 제어하는 제어 어셈블리(40);를 포함하여 구성되어 있다.

즉, 종래기술에 따른 3D 프린팅 펜은, 몸체 하우징(10) 일측에 형성된 입구 포트(11)에 로드(rod) 형태의 열가소성 수지 재료를 삽입하여 사용하게 되며, 사용자가 프린팅 펜의 몸체 하우징(10)을 파지한 상태에서 제어 어셈블리(40)에 구비된 버튼(41)을 누르면, 공급기구(미도시)가 작동하여 몸체 하우징(10) 선단에 구비된 가열 압출부(20)에 열가소성 수지 재료를 공급하게 되어, 공급된 열가소성 수지 재료가 가열 압출부(20)에 의해 용융되어 외부로 토출되며, 이와 동시에 팬 어셈블리(30)에서 용융되어 토출되는 열가소성 수지에 공기를 공급하여 냉각시켜 경화시킴으로써, 토출되는 열가소성 수지를 통해 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 형성할 수 있게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 3D 프린팅 펜은 몸체 하우징 일측에 형성된 입구 포트에 로드(rod) 형태의 열가소성 수지 재료를 삽입하여 사용함에 따라, 프린팅 펜의 길이가 길어지는 동시에, 취급이 용이하지 않고 사용상에 많은 제약이 따르게 되어 사용자가 사용하기에는 불편한 문제점이 있다.

또한, 상기 종래의 3D 프린팅 펜은 열가소성 수지 재료를 공급하는 공급기구, 열가소성 수지 재료를 용융시키기 위한 가열모듈 및 용융된 열가소성 수지 재료를 냉각시키기 위한 냉각모듈을 모두 구비해야 함으로써, 전력소모율이 높아 배터리를 사용하는 경우 사용시간에 제약이 있어 휴대성이 떨어지고, 프린팅 펜의 입구 포트에 로드 형태의 열가소성 수지 재료를 일일이 삽입하여 사용해야 함에 따라 번거로운 문제점이 있으며, 더욱이 상기와 같이 내부 구조가 복잡하게 구성되어 있어 부피가 크고 무게가 무거워 사용자가 파지하여 사용하기에도 불편한 문제점이 있다.

한편, 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크 카트리지를 장착하여 사용하는 3D 프린팅 펜이 개발되고는 있으나, 잉크 카트리지를 통해 점성이 있는 수지잉크를 효과적으로 균일하게 토출하여 3D 프린팅 펜의 노즐로 공급하는데에는 많은 어려움이 있어 아직 개발 단계에 머물고 있는 실정이다.

미국공개특허 제2014-0154347호(공개일: 2014.06.05) "Hand-held three-dimensional drawing device"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 내부에 포함하는 카트리지 케이스에, 상기 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 가압하여 수지잉크를 외부로 토출시키기 위한 프레스부와, 상기 프레스부에 잉크팩을 가압하기 위한 탄성력을 전달하는 태엽형태의 등하중 스프링을 일체로 구비하여 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 구성함으로써, 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 간편하게 장착하여 편리하게 사용될 수 있으며, 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되어, 프레스부가 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 잉크팩을 일정한 하중으로 가압함으로써 잉크팩에 형성된 잉크 토출홀을 통해 효과적으로 균일한 양의 수지잉크를 연속 토출하여 공급할 수 있도록 구성되는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지 및 이를 이용한 3D 프린팅 펜을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지에 있어서, 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부를 형성하는 카트리지 케이스와; 상기 카트리지 케이스 내의 잉크 수용부에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부가 형성되어 있는 프레스부와; 태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 카트리지 케이스의 하부 일측에 고정되는 등하중 스프링(constant force spring); 및 상기 잉크 수용부에서 상기 프레스부의 하부에 배치되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 수용하고, 하부에 수지잉크 토출을 위한 잉크 토출홀이 형성되는 잉크팩;을 포함하여 구성되어, 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 장착되어, 상기 프레스부가 상기 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 잉크팩을 일정 하중으로 가압하는 가압력에 따라, 상기 잉크 토출홀을 통해 수지잉크를 토출하여 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지는, 컴팩트한 사이즈로 이루어져 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 간편하게 장착하여 편리하게 사용될 수 있으며, 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되어, 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 프레스부를 통해 잉크팩을 일정 하중으로 가압함으로써 잉크팩에 형성된 잉크 토출홀을 통해 연속적으로 균일한 양의 수지잉크를 토출하여 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 3D 프린팅 펜은, 프린팅 펜의 펜 몸체부 내부에 광경화성 수지잉크가 저장되는 잉크 카트리지를 간편하게 장착하여 사용하도록 구성되며, 사용자가 프린팅 펜을 파지한 상태에서 펜 몸체부에 구비된 밸브 버튼을 누르면, 펜 몸체부 끝단에 형성된 잉크 토출구에서 광경화성 수지잉크가 토출되는 동시에, 잉크 토출구 주변에 구비된 발광소자가 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 잉크를 경화시킴으로써, 광경화성 수지잉크를 통해 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 용이하게 형성할 수 있어 사용이 편리한 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 3D 프린팅 펜을 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 외관을 보여주는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 구조를 보여주는 분리 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 잉크 토출 과정을 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 구조를 보여주는 분리 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 펜 몸체부의 카트리지 장착부에 잉크 카트리지가 장착되는 구조를 보여주는 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에서 밸브버튼, 발광소자 및 제어 스위치부을 구비하는 펜 몸체부의 하부 구조 및 그 작동 과정을 보여주는 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜을 통해 입체 모형물을 형성하는 모습을 일 예로 보여주는 도면

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 구조를 보여주는 분리 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지(100)는, 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부(111)를 형성하는 카트리지 케이스(110)와; 상기 카트리지 케이스(110) 내의 잉크 수용부(111)에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부(121)가 형성되어 있는 프레스부(120)와; 태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부(121)에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 카트리지 케이스(110)의 하부 일측에 고정되는 등하중 스프링(constant force spring, 130); 및 상기 잉크 수용부(111)에서 상기 프레스부(120)의 하부에 배치되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 수용하여, 상기 등하중 스프링(130)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 프레스부(120)를 통해 가압되어 수지잉크를 토출하도록 구비되는 잉크팩(140);을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 잉크팩(140)은 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(141)과, 상기 비닐백(141)의 입구를 마감하도록 상기 비닐백(141)의 입구에 접착되어 구비되며 중앙부에 잉크 토출홀(143)이 형성되는 카트리지 캡(142) 및 상기 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)으로 이루어져, 상기 비닐백(141)을 상기 잉크 수용부(111)에 수용한 상태로 상기 카트리지 캡(142)을 통해 상기 카트리지 케이스(110)의 하부에 결합되도록 구성된다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기와 같은 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 보다 구체적으로 설명한다.

또한, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해, 도 2에 도시된 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지(100)에 있어서, 카트리지 캡(142)이 구비된 쪽을 하부로 지칭하고, 그 반대편을 상부로 지칭하여 설명하기로 한다.

카트리지 케이스(110)는 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크팩(140)이 수용되는 잉크 수용부(111)를 형성하고 있다.

이때, 상기 카트리지 케이스(110)는 잉크 수용부(111)를 형성하는 케이스 외관이 전체적으로 또는 부분적으로 투명하게 형성될 수도 있는데, 이렇게 형성된 케이스 외관의 투명한 부분을 통해 잉크팩(140)에 수용된 광경화성 수지잉크의 잔류량을 확인할 수 있다.

또한, 카트리지 케이스(110)의 내측에는 잉크 수용부(111) 내에 수용되는 잉크팩(140)을 가압하기 위한 프레스부(120)가 구비된다.

상기 프레스부(120)는 카트리지 케이스(110) 내의 잉크 수용부(111)에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부(121)가 형성되어 있다.

이때, 프레스부(120)의 스프링 장착부(121)에는 태엽형태로 형성되는 등하중 스프링(constant force spring: CFS, 130)이 장착된다.

상기 등하중 스프링(130)은 태엽 형태로 말려있어, 스프링 끝단을 외력으로 잡아당기는 경우 태엽 형태의 스프링이 텐션을 가지면서 잡아당기는 방향으로 풀리며, 외력을 해제하는 경우에는 탄성력에 의해 원상태로 복원되도록 형성되어 있다.

이와 같은 등하중 스프링(130)은 프레스부(120)의 스프링 장착부(121)에 장착된 상태에서 스프링 일측 끝단이 카트리지 케이스(110)의 하단부 일측에 고정핀(112)에 의해 고정된다.

이에 따라, 상기 등하중 스프링(130)은 카트리지 케이스(110) 내에 구비된 프레스부(120)를 카트리지 케이스(110)의 하단부 쪽으로 끌어당기도록 탄성력을 작용하게 된다.

잉크팩(140)은 카트리지 케이스(110)의 잉크 수용부(111)에서 프레스부(120)의 하부에 배치되며, 내부에 3D 프린팅 펜에 사용되는 광경화성 수지잉크를 수용하고 있으며, 등하중 스프링(130)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 프레스부(120)를 통해 가압되어 잉크팩(140)에 형성된 잉크 토출홀(143)을 통해 수지잉크를 외부로 토출할 수 있도록 구성된다.

이때, 이와 같은 잉크팩(140)은 수지잉크 수용 부분이 카트리지 케이스(110)의 잉크 수용부(111) 내에 삽입된 상태로 카트리지 케이스(110)의 하부에 결합되도록 구성되어 있다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 잉크팩(140)은, 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(141)과, 상기 비닐백(141)의 입구를 마감하도록 상기 비닐백(141)의 입구에 접착되어 구비되며 중앙부에 잉크 토출홀(143)이 형성되는 카트리지 캡(142)과, 상기 카트리지 캡(142)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)으로 이루어져 있으며, 이와 같이 구성된 잉크팩(140)은 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(141)을 카트리지 케이스(110)의 개방된 하부를 통해 잉크 수용부(111)에 삽입한 상태로 상기 카트리지 캡(142)을 카트리지 케이스(110)의 하부에 끼워 결합함으로써, 카트리지 케이스(110)의 잉크 수용부(111) 내에 광경화성 수지잉크를 수용하도록 하고 있다.

이때, 카트리지 케이스(110) 내에 구비되는 프레스부(120)는 잉크 수용부(111)에 삽입 배치되는 광경화성 수지잉크를 수용한 비닐백(141)의 상부에 배치되어 등하중 스프링(130)을 통해 상기 비닐백(141)을 하방으로 가압할 수 있도록 구비된다.

또한, 상기와 같이 카트리지 케이스(110)에 잉크팩(140)을 결합하는 과정에서는, 프레스부(120)의 간섭없이 카트리지 케이스(110)의 잉크 수용부(111)에 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(141)을 수월하게 삽입하여 수용할 수 있도록, 카트리지 케이스(110)의 상부측 벽면에 프레스부(120)를 고정 또는 고정 해제할 수 있는 착탈수단(150)이 구비될 수 있다.

즉, 카트리지 케이스(110)에 잉크팩(140)을 결합하는 과정에서, 프레스부(120)가 카트리지 케이스(110) 내의 상부측에 고정되어 있지 않은 상태에서는 등하중 스프링(130)의 당기는 힘에 의해 카트리지 케이스(110) 내의 하부측에 위치하게 되므로 잉크 수용부(111)의 입구를 가로막게 되어 잉크 수용부(111)에 비닐백(141)을 삽입하기 어려운 문제가 있으며, 이와 같은 상태에서 잉크 수용부(111)에 억지로 비닐백(141)을 밀어넣어 삽입하려는 경우 비닐백(141)이 터지는 경우가 발생할 수도 있다.

이에 따라, 본 실시예에서는 착탈수단(150)으로서, 카트리지 케이스(110)의 상부측 벽면에 걸림홈(151)을 형성하고, 프레스부(120)의 상부에 걸림편(152)을 형성하여, 상술한 바와 같은 카트리지 케이스(110)에 잉크팩(140)을 결합하는 과정에서, 상기 프레스부(120)의 걸림편(152)을 카트리지 케이스(110)의 걸림홈(151)에 걸림 고정시킨 후, 카트리지 케이스(110)의 잉크 수용부(111)에 비닐백(141)을 수용하여 잉크팩(140)을 결합하도록 하고 있으며, 카트리지 케이스(110)에 잉크팩(140)을 완전히 결합한 후에는 카트리지 케이스(110)의 걸림홈(151)에 결합된 프레스부(120)의 걸림편(152)을 걸림 해제시켜 프레스부(120)를 통해 잉크 수용부(111)에 수용된 비닐백(141)을 가압하도록 하고 있다.

여기서, 잉크팩(140)에 수용되는 광경화성 잉크는 입체적으로 그림이나 모형물을 형성할 수 있도록 점성이 있고 자외선을 받으면 경화되는 특성을 갖는 수지 조성물로 구성되는 UV 경화성 수지잉크로 이루어질 수 있다.

이때, 본 실시예의 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지(100)에 적용되는 UV 경화성 수지잉크로는 광경화성 폴리머 수지가 적용될 수 있으며, 그 이외에도 자외선에 경화될 수 있는 다양한 광경화성 수지잉크가 적용될 수 있음은 물론이다.

더불어, 잉크 카트리지(100)에 적용되는 광경화성 수지잉크는 빨강, 연빨강, 주황, 노랑, 연두, 초록, 파랑 및 보라 등 다양한 색으로 구성될 수 있어, 사용자가 필요에 따라 수지잉크의 색을 선택하여 해당 색의 수지잉크가 수용된 잉크 카트리지(100)를 이용할 수 있도록 하고 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 잉크 카트리지(100)에서 카트리지 캡(142)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)은 일반적으로 포장에 쓰이는 알루미늄 포일(aluminium foil) 등으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지(100)는 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되는 과정에서, 카트리지 캡(142)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)이 천공되어, 잉크 토출홀(143)을 통해 수지잉크를 토출할 수 있도록 구성되는데, 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출 과정은 아래의 도 5를 통해 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지의 잉크 토출 과정을 보여주는 도면이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 초기 상태의 잉크 카트리지(100)는 카트리지 케이스(110) 내에서 등하중 스프링(130)에 의해 프레스부(120)가 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(141)을 가압하고 있는 상태로 배치되며, 이때, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 잉크 카트리지(100)를 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착하는 과정에서 카트리지 캡(142)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)이, 카트리지 장착부에 구비되는 장착노즐(217)에 의해 천공되게 되고, 이후 프레스부(120)가 등하중 스프링(130)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 광경화성 수지잉크를 수용한 비닐백(141)을 일정 하중으로 하방으로 가압함에 따라 비닐백(141)에 수용된 수지잉크가 잉크 토출홀(143)을 통해 연속적으로 균일하게 토출될 수 있다.

이와 같은 구성으로, 본 발명에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지는, 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 내부에 포함하는 카트리지 케이스에, 상기 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크팩을 가압하여 수지잉크를 외부로 토출시키기 위한 프레스부와, 상기 프레스부에 잉크팩을 가압하기 위한 탄성력을 전달하는 태엽형태의 등하중 스프링을 일체로 구비하여 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 구성함으로써, 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 간편하게 장착하여 편리하게 사용될 수 있으며, 3D 프린팅 펜의 카트리지 장착부에 장착되어, 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 프레스부를 통해 잉크팩을 일정 하중으로 가압함으로써 잉크팩에 형성된 잉크 토출홀을 통해 연속적으로 균일한 양의 수지잉크를 토출하여 공급할 수 있는 효과가 있다.

이때, 잉크팩에 수용된 수지잉크를 짜내기 위해 구비되는 등하중 스프링의 경우, 3D 프린팅 펜에 일체로 구비하여 구성할 수 있으나, 이 경우 3D 프린팅 펜을 장기간 반복 사용할 시, 스프링의 노후로 인해 탄성력이 소실되어 수지잉크의 토출량이 균일하게 유지되지 않게 되는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서와 같이 1회용으로 사용되는 잉크 카트리지에 등하중 스프링을 일체로 구비함으로써, 카트리지 수지잉크의 토출량을 항상 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있으며, 이에 따라 3D 프린팅 펜의 성능을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지를 이용하는 3D 프린팅 펜의 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 구조를 보여주는 분리 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜(200)은, 관체 형상으로 형성되어 내부에 잉크 카트리지(100)가 장착되는 카트리지 장착부(211)가 구비되며, 관체의 일측 내부에 상기 카트리지 장착부(211)와 상기 관체 일측 끝단에 형성된 잉크 토출구(213)를 연통하는 잉크 토출로(212)가 형성되는 펜 몸체부(210)와; 누름 조작에 따라 상기 잉크 토출로(212)를 개폐하도록 상기 펜 몸체부(210)에 구비되는 밸브버튼(220)과; 상기 잉크 토출구(213)를 통해 상기 펜 몸체부(210) 외측으로 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하도록 상기 잉크 토출구(213) 주변의 펜 몸체부(210)에 구비되는 적어도 하나 이상의 발광소자(230)와; 상기 펜 몸체부(210)의 내부에 구비되어, 상기 발광소자(230)에 전원을 공급하기 위한 배터리(240); 및 상기 펜 몸체부(210)의 내부에 구비되어, 상기 밸브버튼(220)의 누름 조작에 따라 상기 잉크 토출로(212)가 개방되는 경우에만 상기 발광소자(230)에 전원을 공급하도록 제어하는 제어 스위치부(250);를 포함하여 구성된다.

펜 몸체부(210)는 본 실시예에 따른 3D 프린팅 펜(200)의 외관을 형성하는데, 이러한 펜 몸체부(210)는 길이를 갖는 관체 형상으로 형성되어 내부에 잉크 카트리지(100)가 장착되는 카트리지 장착부(211)가 구비되며, 관체의 일측 내부에는 상기 카트리지 장착부(211)와 외부를 연통하는 잉크 토출로(212)가 형성되어 있다.

여기서, 펜 몸체부(210)의 단부에는 테이퍼진 단면으로 형성되며 끝단에 잉크 토출로(212)와 연통하는 잉크 토출구(213)를 갖는 노즐부(214)가 형성되어 있다.

또한, 펜 몸체부(210)의 내부에는 후술되는 발광소자(230)에 전원을 공급하기 위한 배터리(240)가 구비된다.

이때, 펜 몸체부(210)의 외주면에는 내부를 개폐하도록 구성되는 덮개(215)가 구비되어 있어, 덮개(215)를 개방하여 펜 몸체부(210) 내부의 카트리지 장착부(211)에 잉크 카트리지(100)를 장착하거나 또는 펜 몸체부(210) 내부에 구비되는 배터리(240)를 교체할 수 있다.

또한, 상기 펜 몸체부(210)의 둘레에는 고무 또는 합성수지 필름 등의 재질로 이루어지는 외부 커버(216)가 결합되어, 사용자가 펜 몸체부(210)를 파지할 시 그립감을 향상시킬 수 있도록 하고 있으며, 더불어 외부 커버(216)의 표면에 다양한 문구나 그림을 형성하여 프린팅 펜의 외관을 미려하게 장식할 수도 있다.

한편, 펜 몸체부(210) 내부의 카트리지 장착부(211)에는 잉크 카트리지(100)의 장착시, 상기 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하는 차단막(144)을 천공하면서 상기 잉크 토출홀(143)에 삽입 결합되는 장착노즐(217)이 구비되어 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에서 펜 몸체부의 카트리지 장착부에 잉크 카트리지가 장착되는 구조를 보여주는 도면이다.

펜 몸체부(210)의 카트리지 장착부(211)에 잉크 카트리지(100)를 장착하는 과정에 있어서는, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 먼저 펜 몸체부(210)의 카트리지 장착부(211)에 잉크 카트리지(100)를 수용한 후, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 카트리지 장착부(211)의 하부측에 구비된 장착노즐(217)에 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(143)이 결합되도록 잉크 카트리지(100)를 장착노즐(217) 쪽으로 밀어 넣으면, 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(143)을 밀폐하고 있는 차단막(144)이 장착노즐(217)에 의해 천공되면서 장착노즐(217)이 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(143)에 삽입 결합되며, 이에 의해 잉크 카트리지(100)에 수용된 광경화성 수지잉크가 카트리지 장착부(211)의 장착노즐(217)을 통해 잉크 토출로(212)로 유입된다.

이때, 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(143)에 결합되는 장착노즐(217)의 외측 둘레에는 오링(218) 등의 밀폐부재가 구비되어 있어, 밀폐부재를 통해 상호 결합된 장착노즐(217)과 잉크 토출홀(143) 사이의 틈새를 밀폐하도록 함으로써, 장착노즐(217)과 잉크 토출홀(143) 사이의 틈새로 수지잉크가 새어나오는 것을 방지할 수 있다.

한편, 펜 몸체부(210)의 하부측에는 누름 조작에 따라 잉크 토출로(212)를 개폐하는 밸브버튼(220)이 구비된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에서 밸브버튼, 발광소자 및 제어 스위치부을 구비하는 펜 몸체부의 하부 구조 및 그 작동 과정을 보여주는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 펜 몸체부(210)에 형성된 잉크 토출로(212)는 장착노즐(217)과 연통하는 제1 잉크 토출로(212a)와, 펜 몸체부(210)의 노즐부(214) 내에 형성되어 잉크 토출구(213)와 연통하는 제2 잉크 토출로(212b)로 이루어지며, 제1 잉크 토출로(212a)와 제2 잉크 토출로(212b) 사이에 밸브버튼(220)이 구비되어, 누름 조작에 따라 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b) 사이를 개방 또는 폐쇄하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 밸브버튼(220)은 펜 몸체부(210)에서 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b) 사이에 구비된 버튼 장착부(219)에 결합되며, 밸브버튼(220)의 몸체에는 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b)를 연결하거나 폐쇄하는 밸브공(221)이 형성되어 있다.

이때, 밸브버튼(220)은 버튼 장착부(219)에서 스프링(222)에 의해 지지되어 누름 조작 가능하도록 구비되어 있으며, 도 10의 (a)에서와 같이, 밸브버튼(220)을 누르지 않은 상태에서는 밸브버튼(220)의 벽면이 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b) 사이를 폐쇄하고 있어, 제1 잉크 토출로(212a)를 통해 제2 잉크 토출로(212b)로 유입되는 수지잉크를 차단한다.

또한, 도 10의 (b)에서와 같이,밸브버튼(220)을 가압하여 누르는 경우에는 밸브버튼(220)의 밸브공(221)이 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b)를 연결하게 되는데, 이때 잉크 카트리지(100) 내의 프레스부(120)에 의해 잉크 카트리지(100)로부터 수지잉크가 등압으로 가압되어 토출됨에 따라, 밸브공(221)을 통해 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b)가 연결되기만 하면, 잉크 카트리지(100)로부터 토출되는 수지잉크가 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b)를 통해 잉크 토출구(213)로 자동으로 토출될 수 있다.

이때, 밸브버튼(220)의 누름 정도에 따라 밸브공(221)을 이용하여 제1 및 제2 잉크 토출로(212a,212b)의 개방 정도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 밸브공(221)을 통해 제2 잉크 토출로(212b)로 토출되는 수지잉크의 양의 조절할 수 있다.

또한, 도 10에서와 같이, 제1 잉크 토출로(212a), 제2 잉크 토출로(212b)의 상부측 통로 및 밸브공(221)의 내벽에는 밸브버튼(220)의 누름 조작에 따라 자유로운 접힘이 가능한 가이드 튜브(T)를 구비하여, 가이드 튜브(T)를 통해 제1 잉크 토출로(212a), 밸브공(221) 및 제2 잉크 토출로(212b)로 수지잉크를 유동시킴으로써, 잉크 토출로(212)나 밸브공(221) 주변의 틈새를 통한 수지잉크의 누출을 방지할 수 있다.

또한, 제2 잉크 토출로(212b)와 연통하는 잉크 토출구(213) 주변에는 잉크 토출구(213)를 통해 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 수지잉크를 경화시키는 역할을 하는 발광소자(230)가 구비된다.

여기서, 본 실시예에서는 UV 경화성 수지잉크를 사용함에 따라 발광소자(230)는 자외선을 조사하는 UV LED 램프로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 UV LED 램프를 이용함에 따라 저전력 구동이 가능함으로써, 배터리(240)를 통해 장시간 구동할 수 있는 장점이 있다.

이때, 상기와 같은 발광소자(230)는 밸브버튼(220)의 누름 조작에 따라 작동하게 된다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 밸브버튼(220)이 결합되는 버튼 장착부(219)의 내부에는 밸브버튼(220)과 연동하도록 구성되어 밸브버튼(220)을 누르는 경우에만 발광소자(230)에 전원을 공급하는 제어 스위치부(250)가 구비되어 있다.

상기 제어 스위치부(250)는 PCB 기판으로 구성되어, 기판의 일측에는 발광소자(230)로 전원을 인가 또는 차단하는 금속 스위치(251)가 구비되어 있으며, 제어 스위치부(250)와 대향하는 밸브버튼(220)의 일측에는 제어 스위치부(250)의 금속 스위치(251)를 가압하기 위한 가압돌기(223)가 형성되어 있다.

즉, 밸브버튼(220)을 가압하여 누르는 경우, 밸브버튼(220)에 형성된 가압돌기(223)가 제어 스위치부(250)의 금속 스위치(251)를 가압하여 금속 스위치(251)가 기판의 접점과 접촉되면서, 배터리(240)로부터 공급되는 전류가 제어 스위치부(250)를 통해 발광소자(230)에 인가된다.

노즐부(214)의 끝단에 형성되는 잉크 토출구(213)는 원형, 다각형 또는 링(Ring) 형태의 단면으로 형성될 수 있으며, 그 외에도 다양한 형태로 형성할 수 있음은 물론이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜을 통해 입체 모형물을 형성하는 모습을 일 예로 보여주는 도면으로서, 밸브버튼(220)을 누르면 펜 몸체부(210)의 잉크 토출구(213)를 통해 광경화성 수지잉크가 토출되는 동시에, 잉크 토출구(213) 주변에 구비된 발광소자(230)가 상기 잉크 토출구(213)를 통해 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 수지잉크를 경화시킴으로써, 광경화성 수지잉크를 통해 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 용이하게 형성할 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜은 펜 몸체부에 구비된 카트리지 장착부에 원하는 색상의 수지잉크를 수용한 잉크 카트리지를 간편하게 장착하여 사용할 수 있고, 잉크 카트리지의 교체 또한 간편하여, 사용자가 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있으며, 사용자가 프린팅 펜을 파지한 상태에서 펜 몸체부에 구비된 밸브 버튼을 누르면, 펜 몸체부 끝단에 형성된 잉크 토출구에서 광경화성 수지잉크가 토출되는 동시에, 잉크 토출구 주변에 구비된 발광소자가 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 잉크를 경화시킴으로써, 광경화성 수지잉크를 통해 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 용이하게 형성할 수 있어 사용이 편리한 장점이 있다.

또한, 발광소자를 제외한 나머지 구성요소들의 작동과정이 단순히 기계적으로 이루어지고 있어 전력소모 없이 구동이 가능하고, 발광소자의 경우 LED 등을 적용하여 저전력 구동이 가능함으로써, 배터리를 이용하여 장시간 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

100 : 잉크 카트리지 110 : 카트리지 케이스
111 : 잉크 수용부 112 : 고정핀
120 : 프레스부 121 : 스프링 장착부
130 : 등하중 스프링 140 : 잉크팩
141 : 비닐백 142 : 카트리지 캡
143 : 잉크 토출홀 144 : 포일
150 : 착탈수단 151 : 걸림홈
152 : 걸림편 200 : 3D 프린팅 펜
210 : 펜 몸체부 211 : 카트리지 장착부
212 : 잉크 토출로 212a : 제1 잉크 토출로
212b : 제2 잉크 토출로 213 : 잉크 토출구
214 : 노즐부 215 : 덮개
216 : 외부 커버 217 : 장착노즐
218 : 오링 219 : 버튼 장착부
220 : 밸브버튼 221 : 밸브공
222 : 스프링 223 : 가압돌기
230 : 발광소자 240 : 배터리
250 : 제어 스위치부 251 : 금속 스위치
T : 가이드 튜브

Claims (16)

1. 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지에 있어서,
   하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부를 형성하는 카트리지 케이스와;
   상기 카트리지 케이스 내의 잉크 수용부에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부가 형성되어 있는 프레스부와;
   태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 카트리지 케이스의 하부 일측에 고정되는 등하중 스프링(constant force spring); 및
   상기 잉크 수용부에서 상기 프레스부의 하부에 배치되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 수용하고, 하부에 수지잉크 토출을 위한 잉크 토출홀이 형성되는 잉크팩;
   을 포함하여 구성되어,
   3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 착탈 가능하게 장착되어, 상기 프레스부가 상기 등하중 스프링으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 잉크팩을 일정 하중으로 가압하는 가압력에 따라, 상기 잉크 토출홀을 통해 수지잉크를 토출하여 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 잉크팩은,
   광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백과;
   상기 비닐백의 입구를 마감하도록 상기 비닐백의 입구에 접착되어 구비되며 중앙부에 상기 잉크 토출홀이 형성되는 카트리지 캡; 및
   상기 잉크 토출홀을 밀폐하는 차단막;
   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 잉크 카트리지는,
   상기 3D 프린팅 펜에 구비된 카트리지 장착부에 장착되는 경우, 상기 잉크 토출홀을 밀폐하는 차단막이 상기 3D 프린팅 펜에 구비되는 장착노즐에 의해 천공되면서, 상기 장착노즐을 통해 상기 광경화성 수지잉크를 토출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 잉크 토출홀을 밀폐하는 차단막은,
   알루미늄 포일(aluminium foil)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카트리지 케이스의 상부측 벽면과 상기 벽면에 대향하는 상기 프레스부의 상부에는,
   상기 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 상기 프레스부를 고정 또는 고정 해제할 수 있는 착탈수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 착탈수단은,
   상기 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 형성되는 걸림홈과,
   상기 프레스부의 상부에 형성되는 걸림편으로 구성되어,
   상기 프레스부의 걸림편을 상기 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 걸림 고정하거나 또는 걸림 해제하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 카트리지 케이스는,
   전체적으로 또는 부분적으로 투명하게 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 광경화성 수지잉크는,
   자외선(UV) 경화성 수지잉크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜용 잉크 카트리지.
   
9. 상기 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 구성에 따른 잉크 카트리지를 이용하는 3D 프린팅 펜에 있어서,
   관체 형상으로 형성되어 내부에 잉크 카트리지가 장착되는 카트리지 장착부가 구비되고, 상기 카트리지 장착부와 상기 관체 일측 끝단에 형성된 잉크 토출구를 연통하는 잉크 토출로가 형성되며, 상기 잉크 토출구 주변에 발광소자가 구비되는 펜 몸체부; 및
   누름 조작에 따라 상기 잉크 토출로를 개폐하도록 상기 펜 몸체부에 구비되는 밸브버튼;
   를 포함하여 구성되되,
   상기 펜 몸체부의 카트리지 장착부에는,
   상기 잉크 카트리지가 장착되는 경우, 상기 잉크 카트리지에 구비된 잉크 토출홀에 삽입 결합되는 장착노즐이 구비되어, 상기 잉크 토출홀로부터 토출되는 광경화성 수지잉크를 상기 장착노즐을 통해 상기 잉크 토출로로 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 장착노즐에는,
    상기 장착노즐과 잉크 토출홀 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 밀폐부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 잉크 토출로는,
    상기 장착노즐과 연통하는 제1 잉크 토출로와, 상기 펜 몸체부 끝단에서 잉크 토출구와 연통하는 제2 잉크 토출로로 이루어지며,
    상기 밸브버튼에는,
    상기 밸브버튼의 몸체를 관통하는 밸브공이 형성되어, 상기 밸브버튼의 누름 조작에 따라, 상기 밸브공을 이동시켜 상기 제1 잉크 토출로와 제2 잉크 토출로 사이를 연결하거나 차단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 잉크 토출로 및 밸브공의 내벽에는,
    수지잉크의 누출을 방지하기 위한 가이드 튜브가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
13. 제 9항에 있어서,
    상기 발광소자는,
    자외선(UV) LED 램프로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
14. 제 9항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 펜에는,
    상기 발광소자에 전원을 공급하기 위한 배터리가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 펜 몸체부에는,
    상기 잉크 카트리지 또는 배터리의 교환을 위해 내부를 개폐하는 덮개가 착탈 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
16. 제 9항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 펜에는,
    상기 밸브버튼의 누름 조작에 따라 상기 잉크 토출로가 개방되는 경우에만 상기 발광소자에 전원을 공급하도록 제어하는 제어 스위치부가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    

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