KR101732018B1 - 필라멘트 자동 교환장치 - Google Patents

필라멘트 자동 교환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 필라멘트 자동 교환장치는 3D프린터용 필라멘트를 감는 스풀에 있어서, 상기 필라멘트를 감는 하나의 스풀(201)에서 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)의 일측에 형성된 필라멘트 와인딩 용 부공간(103);과 상기 부공간의 일측에 부착된 별도의 스풀(202);로 이루어져, 상기 하나의 스풀과 상기 별도의 스풀 사이에 상기 부공간(103)이 배치되도록 하고, 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트의 끝단과 상기 별도의 스풀에 감긴 필라멘트의 시작단을 연결한 연결부;를 구비하여, 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트가 모두 사용된 후, 상기 연결부(210)를 통해 상기 별도의 스풀(202)에 감긴 필라멘트가 계속 사용되도록 한 것이다.
이와 같은 구조에 의하여 기존 스풀을 사용했을 경우에서처럼 스풀 마지막 부분의 잔량이 다음 3D 프린터의 인쇄물에서의 소요량보다 적게될 경우에 새 스풀로 교체를 해야해서, 이로인해 필라멘트 잔량이 스풀에 남을 수 밖에 없었던 문제가 해결되어, 스풀의 마지막 필라멘트 부분까지 모두 소모할 수 있다.

Description

필라멘트 자동 교환장치{A spool has a structure that can connect two filaments together}
본 발명은 필라멘트 자동 교환장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 3D 프린터 등에 사용되는 필라멘트를 감아 놓은 스풀(Spool) 사이의 필라멘트 연결을 가능하게 하는 스풀 구조인 필라멘트 자동 교환장치에 관한 것이다.
일반적으로, 3D 프린터의 여러 방법 중에서, 열가소성 수지를 녹여 적층하는 방식의 3D 프린터(흔히 FDM(Fused Deposition Method) 방식이라고 한다)는 해당 수지를 녹여서 특정 직경(보통 1.75mm 또는 3mm)으로 성형하여 긴 필라멘트 성상으로 만든 다음, 이것을 스풀(spool)에 감아서 장치에 장착한 후에 이 스풀에서 공급된 필라멘트를 히터가 장착된 노즐을 통과시켜 녹인 후, 해당 노즐에서 녹아 나오는 액상의 수지를 계속 적층하는 방법으로 3차원 형태의 제품을 인쇄하는 것이다.
예를 들어, 사용하던 스풀에 필라멘트가 100g이 남아 있는데 새로 만들 제품의 예상 필라멘트 소요량이(보통 인쇄 조건을 설정해 주는 프로그램에서 인쇄 작업 시에 예상되는 필라멘트 소요량을 보고해준다) 100g을 넘을 경우에, 기존 스풀을 교환하지 않고 인쇄를 시작한다면, 해당 스풀의 필라멘트가 소모될 때까지 지켜보고 있다가 필라멘트가 모두 소모되기 직전에 새 필라멘트가 감긴 스풀로 교환해 주어야 한다.
더욱이 기존 스풀의 잔량이 소모되는 시간이 밤 시간이나 새벽, 주말 등 언제가 될지 예측이 힘들기때문에, 기존 스풀의 필라멘트 잔량을 모두 사용하고 인쇄 중에 교체를 하려고 하면, 상당한 인력 낭비를 불러오게되므로 차라리 새 스풀로 교체한 후에 인쇄를 시작하는 경우가 보편적이다.
이와 같은 이유때문에 FDM 방식의 3D 프린터를 사용하는 사람들은 특정 량 이상이 남아 있는 잔량 필라멘트 스풀을 다수개 보유하고 있다가 적당한 인쇄물이 나오면 교환하여 소모하려고 노력하는 등, 잔량 필라멘트의 처리가 매우 곤란한 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 필라멘트 두개를 녹여서 연결하는 필라멘트 용접기가 나와 있으나, 이것을 사용하기 위해서는 사용하던 스풀에서 남은 필라멘트를 전부 풀어내어, 새 스풀의 필라멘트에 연결한 후, 새 스풀의 여유 공간에 감아서 사용해야 하는 등, 스풀의 연속 연결 사용은 여전히 힘든 형편이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용하고 있던 스풀에 감긴 필라멘트와 새 스풀에 감긴 필라멘트를 서로 연결하여 간편하게 사용할 수 있는 필라멘트 자동 교환장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필라멘트 자동 교환장치는 3D프린터용 필라멘트를 감는 스풀에 있어서, 상기 필라멘트를 감는 하나의 스풀(201)에서 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)의 일측에 형성된 필라멘트 와인딩 용 부공간(103);과 상기 부공간의 일측에 부착된 별도의 스풀(202);로 이루어져, 상기 하나의 스풀과 상기 별도의 스풀 사이에 상기 부공간(103)이 배치되도록 하고, 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트의 끝단과 상기 별도의 스풀에 감긴 필라멘트의 시작단을 연결한 연결부;를 구비하여, 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트가 모두 사용된 후, 상기 연결부(210)를 통해 상기 별도의 스풀(202)에 감긴 필라멘트가 계속 사용되도록 한 것이다.
그리고 상기 하나의 스풀(201)에서 상기 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)과 상기 부공간(103) 사이에는 플랜지(105)를 이용하여 구분하되, 상기 부공간(103)에 감긴 필라멘트가 상기 주공간(102)에 감기도록 상기 플랜지(105)에 틈새(104)가 형성된다.
또한, 상기 틈새(104)는 바깥 쪽으로 갈수록 넓어지도록 구성되어 상기 필라멘트가 사용되면서 풀릴 때 상기 주공간(102)에서 상기 부공간(103)으로 이동할 때 상기 틈새(104)에 걸리지 않도록 하는 구조이다.
그리고 상기 플랜지(105)는, 외주면에 일정간격으로 이격되며 상기 플랜지(105)의 중심으로 내입된 걸림홈(215)이 다수개 형성되되, 상기 틈새(104)가 형성된 플랜지(105) 반대편에 형성되고, 상기 새 필라멘트는, 사용이 거의 끝난 필라멘트가 감긴 스풀에서 다수개 중 어느 하나의 걸림홈에 걸려 새 필라멘트가 감긴 스풀(202)로 이동된다.
또한, 상기 플랜지의 걸림홈(215)은, 상기 걸림홈(215)의 양측면이 서로 수평이 되도록 내입되고, 상기 플랜지의 걸림홈 하측면은, 상기 걸림홈의 양측면과 수직이 되도록 형성된다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 효과는, 필라멘트의 종단 부분을 새 스풀에 감긴 필라멘트의 처음 부분과 연결하여 사용할 때, 사용 중인 스풀과 새 스풀 두개를 동시에 연결하여 놓고 사용할 수 있는 이점이 있는 필라멘트 자동 교환장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는 필라멘트를 연속적으로 공급할 수 있으므로, 작업공정이 장시간 동안 이루어질 수 있는 이점이 있는 필라멘트 자동 교환장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는 남는 필라멘트 없이 모두 사용할 수 있어 경제적이며, 폐기물을 줄일 수 있어서 환경에도 도움되는 필라멘트 자동 교환장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 필라멘트 자동 교환장치의 각 부분을 설명하는 도면이다.
도 2 는 사용 중인 스풀과 새 스풀을 동심 축 상에 장착한 후, 필라멘트를 연결한 모습을 도시한 평면도이다.
도 3 은 사용 중인 스풀과 새 스풀을 동심 축 상에 장착한 후, 필라멘트를 연결한 모습을 도시한 사시도이다.
도 4 는 필라멘트 용접기의 용접 원리를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 필라멘트 자동 교환장치의 플랜지에 걸림홈이 형성된 상태를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 필라멘트 자동 교환장치(이하 략 "본 발명 실시 예 스풀")을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 스풀은 3D프린터용 피랄멘트를 감는 것이다.
본 발명에 따른 필라멘트 자동교환장치는 필라멘트 와인딩 용 부공간과, 스풀, 연결부를 포함한다.
필라멘트 와인딩 용 부공간은 필라멘트를 감는 하나의 스풀에서 필라멘트을 ㅍ필라멘트를 감는 하나의 스풀(201)에서 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)의 일측에 형성된다.
스풀(202)은 부공간(103)의 일측에 부착된다.
이때, 스풀(202)은 별도로 이루어지며, 하나의 스풀(202)과 별도의 스풀 사이에 부공간(103)이 배치되도록 한다.
또한, 하나의 스풀(201)에서 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)과 부공간(103) 사이에는 플랜지(105)를 이용하여, 구분하되, 부공간(103)에 감긴 필라멘트가 주공간(102)에 감기도록 플랜지(105)에 틈새(104)가 형성된다.
이때, 틈새(104)는 바깥 쪽으로 갈수록 넓어지도록 구성되어 필라멘트가 사용되면서 풀릴 때 주공간(102)에서 부공간(103)으로 이동할 때 틈새(104)에 걸리지 않도록 한다.
연결부(210)는 하나의 스풀에 감긴 필라멘트의 끝단과 별도의 스풀에 감긴 필라멘트의 시작단을 연결한다.
즉, 하나의 스풀에 감긴 필라멘트가 모두 사용된 후, 연결부를 통해 별도의 스풀(202)에 감긴 필라멘트가 계속 사용되도록 한다.
또한, 플랜지(105)는 외주면에 일정간격으로 이격되며 플랜지(105)의 중심으로 내입된 걸림홈(215)이 다수개 형성된다.
이때, 플랜지의 걸림홈(215)은 걸림홈(215)의 양측면이 서로 수평이 되도록 내입된다.
또한, 플랜지의 걸림홈 하측면은 걸림홈의 양측면과 수직이 되도록 형성된다.
즉, 필라멘트는 사용이 거의 끝난 필라멘트가 감긴 스풀에서 다수개 중 어느 하나의 걸림홈에 걸려 새 필라멘트가 감긴 스풀(202)로 이동된다.
이하, 본 발명에 따른 필라멘트 자동 교환장치는 아래에서 더욱 자세히 설명한다.
도 1 은 본 발명 실시 예 스풀의 구조를 도시한 것이다. 이 스풀은 필라멘트를 감는 공간이 필라멘트가 주로 감겨 있는 공간인 주공간(102)과 한 층만 감겨 있는 부공간(103)으로 플랜지(105)에 의하여 나뉘어 있고, 주공간(102)과 부공간(103)을 나누는 플랜지(105)에 틈새(104)가 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구조의 스풀(101)에 필라멘트를 다음과 같이 감는다.
우선 필라멘트의 한 쪽 끝을 스풀(101)의 부공간(103) 바깥쪽 플랜지(106)에 마련된 필라멘트 고정 용 구멍(107)에 끼운 후에 상기 부공간(103)에 필라멘트를 감기 시작한다. 이때 부공간(103)에 감는 필라멘트는 스풀의 중심축 외경에 한 층만 감도록한다.
이렇게 한 층만 감은 필라멘트가 틈새(104)에 다다르면 감던 방향 그대로 틈새(104)를 사선으로 통과하여 주공간(102)에 다다른 다음, 역시 감던 방향 그대로 감아나간다.
이와 같이하여 필라멘트를 주공간(102)의 끝 부분인 주공간 바깥 플랜지(109)까지 감은 다음, 다음 층을 감기 시작하여 주공간과 부공간을 구분하는 플랜지(105)까지 다다르면 다음 층으로 필라멘트를 감기 시작하여 다시 주공간(102)의 바깥플랜지(109)까지 감는 방식으로 왕복을 하며 주공간(102)을 모두 채울 때까지 필라멘트를 감고나면, 해당 필라멘트 끝을 주공간(102) 바깥 쪽 플랜지(109)에 마련된 필라멘트 고정 용 구멍(108)에 끼운 후 마무리를 하면된다.
도 2 는 이렇게 마련된 필라멘트가 꽉찬 새 스풀과 거의 사용을 끝낸 스풀을 동심 축 상에 연결한 다음 각 스풀의 필라멘트 끝을 연결한 모습을 도시한 평면도이다.
도 2 에서 사용이 거의 끝난 스풀(202)이 새 스풀(201)과 샤프트(203), 너트(204), 엔드캡(205)을 이용하여 서로 결합되어 스풀트레이(206)에 장착되어 있다.
사용 중인 필라멘트(207)는 화살표 방향(208)으로 필라멘트 사용 장비로 공급되고 있다.
이 필라멘트(207)가 모두 사용되어서 주공간(209)의 끝인 플랜지(214)에 다다르게 되면 이 필라멘트(207)는 해당 플랜지(214)에 마련된 틈새(213)를 통과하여 부공간(212)으로 넘어가게 된다.
이 부공간(212)의 역할은 일종의 버퍼로서, 새 스풀의 필라멘트와 용접기로 연결하기 위한 작업을 할 때 필요한 소정의 여유분 필라멘트를 감아 놓는 공간으로서의 역할을 하며, 또한, 이 공간이 없을 경우는 틈새(213)을 통하여 빠져나와 있는 필라멘트가, 포장이나 운송 중에 휘거나 부러지는 문제가 발생할 수 있으므로 이를 안전하게 감긴 상태로 보관하는 기능을 한다.
이렇게 부공간(212)으로 이동한 필라멘트(207)는 필라멘트 연결부위(210)에 의하여 연결된 새 스풀(201)의 필라멘트(211)로 자연스럽게 넘어가게된다.
이 두개의 필라멘트의 연결은 도 4 와 같은 필라멘트 용접기를 이용하여 실시한다.
3D 프린터에서 사용되는 필라멘트의 공급 속도는 초당 수 mm 정도로 매우 느리므로 3D 프린터의 작업이 진행되고 있는 상태에서도 인쇄 작업을 중단하지 않고, 사용이 끝난 스풀과 사용 중인 스풀이 결합된 셋트를 스풀트레이(206)에서 꺼내서 샤프트(203), 너트(204), 엔드캡(205)를 빼낸 다음 빈 스풀을 빼내고, 빈 스풀이 있던 자리에 사용 중인 스풀을 밀어 넣고, 새 스풀을 하나 더 추가하여 상기 사용 중인 스풀과 새 스풀을 샤프트(203), 너트(204), 엔드캡(205)을 사용하여 결합한 다음, 필라멘트 용접기를 이용하여 사용 중인 스풀의 필라멘트 종단과 새 스풀의 시작단을 용접하여 연결한 후에 다시 스풀트레이(206)에 장착하는 일을 해도 3D 프린터 인쇄 작업에는 전혀 영향을 끼치지 않는다 하겠으나, 필요에 따라서 인쇄 작업을 정지한 후에 필라멘트 교환 작업을 해도 관계없다.
이렇게 도 1 과 같이 틈새와 부공간이 구성된 스풀을 이용하면 기존의 스풀에서 문제가 된 잔량 필라멘트를 사용하지 못하는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 필라멘트 자동 교환장치의 플랜지에 걸림홈이 형성된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 또한, 플랜지는, 외주면에 일정간격으로 이격되며 상기 플랜지의 중심으로 내입된 걸림홈(215)이 다수개 형성된다.
이때, 플랜지의 걸림홈(215)은, 걸림홈(215)의 양측면이 서로 수평이 되도록 내입된다.
또한, 플랜지의 걸림홈 하측면은, 걸림홈(215)의 양측면과 수직이 되도록 형성된다.
즉, 필라멘트는 사용이 거의 끝난 필라멘트(202)가 감긴 스풀에서 다수개 중 어느 하나의 걸림홈(215)에 걸려 새 필라멘트가 감긴 스풀(201)로 이동된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
101. 스풀(Spool) 102. 필라멘트를 감는 주공간
103. 필라멘트를 감는 부공간
104. 주공간과 부공간 사이를 구분하는 플랜지에 설치한 틈새
105. 주공간과 부공간을 구분하는 플랜지
106. 부공간 끝을 구분하는 플랜지
107. 106에 설치된 필라멘트 종단 고정 용 구멍
108. 109에 설치된 필라멘트 시작단 고정 용 구멍
109. 주공간 끝을 구분하는 플랜지
201. 새 필라멘트가 감긴 스풀
202. 사용이 거의 끝난 필라멘트가 감긴 스풀
203. 두 스풀의 중심구멍을 관통하는 축
204. 203의 양 끝을 고정하기 위한 너트
205. 204가 스풀의 중심구멍으로 빠지지 않게 하기 위한 엔드캡
206. 두개의 스풀 연결 셋트를 지지하는 프레임
207. 사용 중인 필라멘트
208. 장비로의 필라멘트 공급 방향
209. 필라멘트를 감는 주공간
210. 두 개의 필라멘트를 연결한 부분
211. 새 필라멘트
212. 필라멘트를 감는 부공간
213. 주공간과 부공간을 구분하는 플랜지에 마련된 틈새
214. 주공간과 부공간을 구분하는 플랜지
215. 걸림홈
401. 사용 중인 필라멘트의 종단
402. 새 필라멘트의 초단
403. 히터
404. 필라멘트 용접기의 뚜껑

Claims (5)

  1. 3D 프린터에 필라멘트를 공급하는 사용중인 하나의 스풀(201)의 필라멘트와, 필라멘트가 사용되지 않은 별도의 스풀(202)의 필라멘트를 연결함에 있어 상기 하나의 스풀(201)의 필라멘트가 소진되기 이전에 연결함으로서 상기 하나의 스풀(201)의 필라멘트를 다 사용한 후에도 상기 별도의 스풀(202)의 필라멘트를 연속적으로 공급할 수 있도록 하기 위한 것으로
    상기 필라멘트를 감는 하나의 스풀(201)에서 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)의 일측에 형성된 필라멘트 와인딩 용 부공간(103);과
    상기 부공간의 일측에 부착된 별도의 스풀(202);로 이루어져, 상기 하나의 스풀과 상기 별도의 스풀 사이에 상기 부공간(103)이 배치되도록 하고,
    상기 3D 프린터에 필라멘트를 공급하는 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트의 끝단과 필라멘트를 사용하지 않은 상기 별도의 스풀에 감긴 필라멘트의 시작단을 연결한 연결부;를 구비하여, 상기 하나의 스풀에 감긴 필라멘트가 모두 사용된 후, 상기 연결부(210)를 통해 상기 별도의 스풀(202)에 감긴 필라멘트가 계속 사용되도록 한 것을 특징으로 하는 필라멘트 자동 교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 스풀(201)에서 상기 필라멘트 와인딩 용 주공간(102)과 상기 부공간(103) 사이에는 플랜지(105)를 이용하여 구분하되, 상기 부공간(103)에 감긴 필라멘트가 상기 주공간(102)에 감기도록 상기 플랜지(105)에 틈새(104)가 형성된 것을 특징으로 하는 필라멘트 자동 교환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 틈새(104)는 바깥 쪽으로 갈수록 넓어지도록 구성되어 상기 필라멘트가 사용되면서 풀릴 때 상기 주공간(102)에서 상기 부공간(103)으로 이동할 때 상기 틈새(104)에 걸리지 않도록 하는 구조를 특징으로 하는 필라멘트 자동 교환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플랜지(105)는, 외주면에 일정간격으로 이격되며 상기 플랜지(105)의 중심으로 내입된 걸림홈(215)이 다수개 형성되되, 상기 틈새(104)가 형성된 플랜지(105) 반대편에 형성되고,
    새 필라멘트는, 사용이 거의 끝난 필라멘트가 감긴 스풀에서 다수개 중 어느 하나의 걸림홈에 걸려 새 필라멘트가 감긴 스풀(202)로 이동되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 자동 교환장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜지의 걸림홈(215)은, 상기 걸림홈(215)의 양측면이 서로 수평이 되도록 내입되고,
    상기 플랜지의 걸림홈 하측면은, 상기 걸림홈의 양측면과 수직이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 필라멘트 자동 교환장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002500966A (ja) * 1998-01-26 2002-01-15 ストラタシス・インコーポレイテッド フィラメント供給スプールモニタリングを備えたラピッドプロトタイプシステム

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