KR101749597B1 - 후방 장착형 3ｄ 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3ｄ 프린팅 펜 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3D 프린팅 펜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광경화성 수지잉크를 이용하여 입체적인 그림이나 모형물을 형성할 수 있는 3D 프린팅 펜에 적용되는 잉크 카트리지를 구성함에 있어서, 상기 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈식으로 구비하여 사용할 수 있도록 구성하여, 잉크 카트리지의 교체가 간편한 동시에, 기존의 카트리지 내장형 3D 프린팅 펜에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 후방 장착형의 잉크 카트리지 장착 구조를 적용함에 따라 프린팅 펜의 외관을 콤팩트하게 형성할 수 있고, 더불어 잉크 카트리지에 구비된 등하중 스프링을 통해 광경화성 수지잉크를 균일하게 토출할 수 있어 효과적으로 입체적인 그림이나 모형물 제작할 수 있는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3D 프린팅 펜에 관한 것이다.

Description

후방 장착형 3Ｄ 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3Ｄ 프린팅 펜{A rear-mountable 3D printing ink cartridge and the 3D printing pen equipped with the same}

본 발명은 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3D 프린팅 펜에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광경화성 수지잉크를 이용하여 입체적인 그림이나 모형물을 형성할 수 있는 3D 프린팅 펜에 적용되는 잉크 카트리지를 구성함에 있어서, 상기 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈식으로 구비하여 사용할 수 있도록 구성하여, 잉크 카트리지의 교체가 간편한 동시에, 기존의 카트리지 내장형 3D 프린팅 펜에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 후방 장착형의 잉크 카트리지 장착 구조를 적용함에 따라 프린팅 펜의 외관을 콤팩트하게 형성할 수 있고, 더불어 잉크 카트리지에 구비된 등하중 스프링을 통해 광경화성 수지잉크를 균일하게 토출할 수 있어 효과적으로 입체적인 그림이나 모형물 제작할 수 있는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3D 프린팅 펜에 관한 것이다.

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

근래에는 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, 하기의 웹문서 (http://www.creopop.com/, http://www.geeky-gadgets.com/polyes-q1-liquid-resin-3d-printing-pen-requires-no-heat-22-10-2014/) 등에 개시된 바와 같이, 광경화성 수지잉크가 수용된 잉크 카트리지를 장착하여 사용하는 3D 프린팅 펜이 개발되어 출시되고 있으나, 잉크 카트리지를 통해 점성이 있는 수지잉크를 효과적으로 균일하게 토출하여 3D 프린팅 펜의 노즐로 공급하는데에는 어려움이 있어 사용상 많은 불편함이 따르고 있는 실정이다.

특히, 이와 같은 종래의 3D 프린팅 펜의 경우, 펜 몸체부의 내부에 잉크 카트리지를 장착하여 사용하는 구조로서, 펜 몸체부의 협소한 내부 공간에 잉크 카트리지를 장착하여 사용하기 때문에 카트리지의 용량에 제한이 따르는 단점이 있는 동시에, 펜 몸체부의 부피가 커지는 단점이 있어, 사용자가 파지하여 사용하기에도 불편하고, 사용 과정에서 빈번하게 잉크 카트리지의 교체해야 하는 문제점이 발생하고 있다.

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

1. http://www.creopop.com/ 2. http://www.geeky-gadgets.com/polyes-q1-liquid-resin-3d-printing-pen-requires-no-heat-22-10-2014/

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 광경화성 수지잉크를 이용하여 입체적인 그림이나 모형물을 형성할 수 있는 3D 프린팅 펜에 적용되는 잉크 카트리지를 구성함에 있어서, 상기 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈식으로 구비하여 사용할 수 있도록 구성하여, 잉크 카트리지의 교체가 간편한 동시에, 기존의 카트리지 내장형 3D 프린팅 펜에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 자유롭게 선택하여 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 후방 장착형의 잉크 카트리지 장착 구조를 적용함에 따라 프린팅 펜의 외관을 콤팩트하게 형성할 수 있고, 더불어 잉크 카트리지에 구비된 등하중 스프링을 통해 광경화성 수지잉크를 균일하게 토출할 수 있어 효과적으로 입체적인 그림이나 모형물 제작할 수 있는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지 및 이를 구비한 3D 프린팅 펜을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 3D 프린팅 펜에 장착되는 잉크 카트리지에 있어서, 상부 및 하부가 개방된 관체 형상으로 형성되는 제1 카트리지 케이스와; 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부를 형성하는 제2 카트리지 케이스와; 상기 제2 카트리지 케이스 내의 잉크 수용부에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부가 형성되어 있는 프레스부와; 태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 제2 카트리지 케이스의 일측 측벽에 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 구성되되, 상기 제1 카트리지 케이스의 하부에는 상기 3D 프린팅 펜의 후방에 구비되는 카트리지 장착부에 착탈 가능하게 장착되는 장착수단이 구비되어, 상기 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜의 후방에 착탈식으로 구비하여 사용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지는, 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈 가능하게 장착되도록 구성됨으로써, 3D 프린팅 펜의 사용 중에 잉크 카트리지 교체가 필요한 경우, 사용자가 3D 프린팅 펜의 후방에 장착된 잉크 카트리지만을 손쉽게 교체할 수 있어 사용이 편리한 효과가 있다.

또한, 잉크 카트리지가 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 장착되는 후방 장착형으로 이루어짐에 따라, 기존의 3D 프린팅 펜 내부에 장착되는 내장형 카트리지에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 구성할 수 있어, 사용자가 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 자유롭게 선택하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이와 같은 잉크 카트리지는 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.

본 발명에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜은, 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 광경화성 수지잉크가 저장되는 잉크 카트리지를 장착하여 사용할 수 있도록 구성되어, 잉크 카트리지의 교체가 간편한 동시에, 기존의 카트리지 내장형 3D 프린팅 펜에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 선택적으로 장착하여 사용할 수 있으며, 후방 장착형 잉크 카트리지를 적용함에 따라 프린팅 펜의 외관을 콤팩트하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 3D 프린팅 펜에서 노즐부 끝단의 잉크 토출구에 착탈 가능하게 결합되는 잉크 토출팁을 구비하여, 잉크 토출팁을 통해 외부로 수지잉크를 토출하여 사용함으로써, 경화된 수지잉크에 의해 잉크 토출팁이 막히는 경우, 3D 프린팅 펜을 분해하여 고치지 않고도, 간편하게 잉크 토출팁만을 교체하여 유지보수를 수행할 수 있어, 유지보수가 손쉽게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 3D 프린팅 펜의 사용 중, 잉크 카트리지에 수용된 광경화성 수지잉크가 모두 소진된 경우에는, 펜 몸체부 외주면에 구비된 알람 램프에서 잉크 교체시기를 알리는 알람이 발생됨으로써 사용 편의를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 3D 프린팅 펜을 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 분리 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 분해 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜에 장착하는 과정 및 잉크 토출 과정을 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜에서 잉크 카트리지를 분리한 상태를 보여주는 분리 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 내부 구조를 보여주는 단면도
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에서 밸브버튼부, 발광소자, 배터리 및 제어모듈을 구비하는 펜 몸체부의 내부 구조 보여주는 분리 사시도
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 작동 과정을 보여주는 단면도
도 13은 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 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지(100)는, 3D 프린팅 펜(200)의 펜 몸체부(210) 후방에 구비된 카트리지 장착부(220)에 착탈 가능하게 장착되도록 구성되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 저장하여, 펜 몸체부(210) 내에서 잉크 토출구(212)와 연결된 잉크 유입튜브(213)에 수지잉크를 공급하도록 구성된다.

다시 말해서, 이와 같은 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지는, 펜 몸체부 후방에 잉크 카트리지가 장착되는 카트리지 장착부를 구비한 다양한 구조의 광경화 방식의 3D 프린팅 펜에 장착되어 사용될 수 있다.

즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지(100)는, 상부 및 하부가 개방된 관체 형상으로 형성되며, 하부에 3D 프린팅 펜(200)에 구비된 카트리지 장착부(220)에 착탈 가능하게 장착되는 장착수단(111)이 형성되는 제1 카트리지 케이스(110)와; 상기 제1 카트리지 케이스(110)에 수용되어 고정되며, 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부(121)를 형성하는 제2 카트리지 케이스(120)와; 상기 제2 카트리지 케이스(120) 내의 잉크 수용부(121)에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부(131)가 형성되어 있는 프레스부(130)와; 태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부(131)에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 제2 카트리지 케이스(120)의 하부 일측 측벽에 고정되는 등하중 스프링(constant force spring, 140); 및 상기 잉크 수용부(121)에 배치되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 수용하여, 상기 등하중 스프링(140)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 프레스부(130)를 통해 가압되어 수지잉크를 토출하도록 구비되는 잉크팩(150);을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지는, 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈 가능하게 장착되도록 구성됨으로써, 3D 프린팅 펜의 사용 중에 잉크 카트리지 교체가 필요한 경우, 기존의 3D 프린팅 펜과 같이 펜 몸체부 내부에 장착된 잉크 카트리지를 교체하기 위해 펜 몸체부의 덮개를 분리하는 불편함 없이, 사용자가 3D 프린팅 펜의 후방에 장착된 잉크 카트리지만을 손쉽게 교체할 수 있어 사용이 편리한 장점이 있다.

또한, 잉크 카트리지가 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 장착되는 후방 장착형으로 이루어짐에 따라, 기존의 3D 프린팅 펜 내부에 장착되는 내장형 카트리지에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 구성할 수 있다는 장점이 있다.

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

이하의 잉크 카트리지에 대한 설명에서는 설명의 편의를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스 마개(170)가 구비된 쪽을 상부로 지칭하고, 그 반대편을 하부로 지칭하여 잉크 카트리지(100)의 구성을 설명하기로 한다.

상기 제1 카트리지 케이스(110)는 상부 및 하부가 개방된 관체 형상으로 형성되어 잉크 카트리지(100)의 외관을 구성하며, 케이스 하부에 3D 프린팅 펜(200)의 펜 몸체부(210) 후방에 구비된 카트리지 장착부(220)에 대응하게 체결 장착되는 장착수단(111)이 형성되어 있어, 상기 장착수단(111)을 카트리지 장착부(220)에 체결 장착하는 것에 의해, 3D 프린팅 펜(200)의 후방에 장착되도록 구성된다.

여기서, 제1 카트리지 케이스(110)의 하부에 형성되는 장착수단(111)은 3D 프린팅 펜(200)에서 펜 몸체부(210) 후방의 카트리지 장착부(220)에 형성되는 보조 장착수단(222)과 상호 맞물리게 체결되어 장착되도록 구성되는데, 이와 같이 제1 카트리지 케이스(110)와 펜 몸체부(210)를 상호 체결하는 장착수단(111) 및 보조 장착수단(222)은 나사 체결구조 또는 원터치 클립 체결구조 등의 다양한 체결구조가 적용될 수 있으며, 일 예로 본 실시예에서는 제1 카트리지 케이스(110)와 펜 몸체부(210) 사이의 공고한 체결을 위해 나사 체결구조를 적용한 것을 보여주고 있다.

또한, 본 실시예에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 카트리지 케이스(110)의 외주면이 원통형으로 형성되어 있는 것을 보여주고 있으나, 원통형 이외에도 다각 기둥 또는 타원 기둥 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 제1 카트리지 케이스(110)의 내측에는 제2 카트리지 케이스(120)를 고정하는 레일 형태의 고정편(112)이 형성되어 있어, 상기 고정편(112)을 통해 제1 카트리지 케이스(110) 내에 수용되는 제2 카트리지 케이스(120)가 제1 카트리지 케이스(110) 내에서 회동하거나 빠지지 않고 공고히 고정되도록 하고 있다.

제2 카트리지 케이스(120)는 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크팩(150)이 수용되는 잉크 수용부(121)를 형성하고 있다.

또한, 제2 카트리지 케이스(120)의 내측에는 잉크 수용부(121) 내에 수용되는 잉크팩(150)을 가압하기 위한 프레스부(130)가 구비된다.

상기 프레스부(130)는 제2 카트리지 케이스(120) 내의 잉크 수용부(121)에서 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부(131)가 형성되어 있다.

이때, 프레스부(130)의 스프링 장착부(131)에는 태엽형태로 형성되는 등하중 스프링(140)이 장착된다.

상기 등하중 스프링(140)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(140)은 프레스부(130)의 스프링 장착부(131)에 장착된 상태에서 스프링 일측 끝단이 제2 카트리지 케이스(120)의 하단부 일측에 고정핀(141)에 의해 고정된다.

이에 따라, 상기 등하중 스프링(140)은 제2 카트리지 케이스(120) 내에 구비된 프레스부(130)를 제2 카트리지 케이스(120)의 하단부 쪽으로 끌어당기도록 탄성력을 작용하게 된다.

상기 잉크팩(150)은 제2 카트리지 케이스(120)의 잉크 수용부(121)에서 프레스부(130)의 하부에 배치되어, 내부에 3D 프린팅 펜(200)에 사용되는 광경화성 수지잉크를 수용하고 있으며, 등하중 스프링(140)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 상기 프레스부(130)를 통해 가압되어 잉크팩(150)에 형성된 잉크 토출홀(153)을 통해 수지잉크를 외부로 토출할 수 있도록 구성된다.

이때, 이와 같은 잉크팩(150)은 수지잉크 수용 부분이 제2 카트리지 케이스(120)의 잉크 수용부(121) 내에 삽입된 상태로 제2 카트리지 케이스(120)의 하부에 결합되도록 구성되어 있다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 잉크팩(150)은, 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(151)과, 상기 비닐백(151)의 입구를 마감하도록 상기 비닐백(151)의 입구에 접착되어 구비되며 중앙부에 잉크 토출홀(153)이 형성되는 카트리지 캡(152)과, 상기 카트리지 캡(152)의 잉크 토출홀(153)을 밀폐하는 차단막(154)으로 이루어져 있으며, 이와 같이 구성된 잉크팩(150)은 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(151)을 제2 카트리지 케이스(120)의 개방된 하부를 통해 잉크 수용부(121)에 삽입한 상태로 상기 카트리지 캡(152)을 제2 카트리지 케이스(120)의 하부에 끼워 결합함으로써, 제2 카트리지 케이스(120)의 잉크 수용부(121) 내에 광경화성 수지잉크를 수용하도록 하고 있다.

이때, 제2 카트리지 케이스(120) 내에 구비되는 프레스부(130)는 잉크 수용부(121)에 삽입 배치되는 광경화성 수지잉크를 수용한 비닐백(151)의 상부에 배치되어 등하중 스프링(140)을 통해 상기 비닐백(151)을 하방으로 가압할 수 있도록 구비된다.

또한, 상기와 같이 제2 카트리지 케이스(120)에 잉크팩(150)을 결합하는 과정에서는, 프레스부(130)의 간섭없이 제2 카트리지 케이스(120)의 잉크 수용부(121)에 광경화성 수지잉크가 수용된 비닐백(151)을 수월하게 삽입하여 수용할 수 있도록, 제2 카트리지 케이스(120)의 상부측 벽면에 프레스부(130)를 고정 또는 고정 해제할 수 있는 착탈수단(160)이 구비될 수 있다.

즉, 제2 카트리지 케이스(120)에 잉크팩(150)을 결합하는 과정에서, 프레스부(130)가 제2 카트리지 케이스(120) 내의 상부측에 고정되어 있지 않은 상태에서는 등하중 스프링(140)의 당기는 힘에 의해 제2 카트리지 케이스(120) 내의 하부측에 위치하게 되므로 잉크 수용부(121)의 입구를 가로막게 되어 잉크 수용부(121)에 비닐백(151)을 삽입하기 어려운 문제가 있으며, 이와 같은 상태에서 잉크 수용부(121)에 억지로 비닐백(151)을 밀어넣어 삽입하려는 경우 비닐백(151)이 터지는 경우가 발생할 수도 있다.

이에 따라, 본 실시예에서는 착탈수단(160)으로서, 제2 카트리지 케이스(120)의 상부측 벽면에 걸림홈(161)을 형성하고, 프레스부(130)의 상부에 걸림편(162)을 형성하여, 상술한 바와 같은 제2 카트리지 케이스(120)에 잉크팩(150)을 결합하는 과정에서, 상기 프레스부(130)의 걸림편(162)을 제2 카트리지 케이스(120)의 걸림홈(161)에 걸림 고정시킨 후, 제2 카트리지 케이스(120)의 잉크 수용부(121)에 비닐백(151)을 수용하여 잉크팩(150)을 결합하도록 하고 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 카트리지 케이스(110)의 개방된 상단부에는 케이스 마개(170)가 끼워져 마감되는데, 케이스 마개(170)의 내측에는 제2 카트리지 케이스(120)의 걸림홈(161)에 걸림 고정된 프레스부(130)의 걸림편(162)을 걸림 해제시키는 기능을 갖는 해제편(171)이 돌출 형성되어 있다.

즉, 케이스 마개(170)의 내측에 형성된 해제편(171)은 "C"자 형상으로 라운드지게 형성되어 있어, 잉크 카트리지(100)를 이용하는 사용자가 제1 카트리지 케이스(110)의 상단부에 결합된 케이스 마개(170)를 회전시켜면, 해제편(171)의 라운드진 부분이 제2 카트리지 케이스(120)의 걸림홈(161)에 결합된 프레스부(130)의 걸림편(162)을 가압하여 걸림홈(161)으로부터 걸림 해제시킴으로써, 프레스부(130)를 통해 잉크 수용부(121)에 수용된 비닐백(151)을 가압하도록 하고 있다.

여기서, 잉크팩(150)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 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(152)의 잉크 토출홀(153)을 밀폐하는 차단막(154)은 일반적으로 포장에 쓰이는 알루미늄 포일(aluminium foil) 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지는 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 구비된 카트리지 장착부에 장착되어 펜 몸체부 내부로 수지잉크를 토출할 수 있도록 구성되는데, 잉크 카트리지의 장착 과정과 잉크 토출 과정은 아래의 도 5를 통해 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지를 3D 프린팅 펜에 장착하는 과정 및 잉크 토출 과정을 보여주는 도면이다.

3D 프린팅 펜(200)의 펜 몸체부(210)에 구비된 카트리지 장착부(220)에 잉크 카트리지(100)를 장착하는 과정에 있어서는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 먼저 잉크 카트리지(100)의 하부에 형성된 장착수단(111)과 펜 몸체부(210)의 카트리지 장착부(220)에 형성된 보조 장착수단(222)을 상호 체결함으로써, 펜 몸체부(210)의 후방에 잉크 카트리지(100)를 장착하게 된다.

이때, 상기 장착수단(111)과 보조 장착수단(222)은 상호 맞물리며 공고하게 체결되는 수나사와 암나사로 형성될 수 있으며, 그 외에도 상호 맞물리게 체결될 수 있는 다양한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

이 과정에서, 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(153)을 밀폐하고 있는 차단막(154)이 펜 몸체부(210)의 카트리지 장착부(220)에 구비된 장착노즐(221)에 의해 천공되면서 장착노즐(221)이 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(153)에 삽입 결합되며, 이에 의해 잉크 카트리지(100)에 수용된 광경화성 수지잉크가 카트리지 장착부(220)의 장착노즐(221)을 통해 펜 몸체부(210) 내부에 구비된 잉크 유입튜브(213)로 유입될 수 있게 된다.

이후, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 잉크 카트리지(100)에서 제1 카트리지 케이스(110)의 상단부에 구비된 케이스 마개(170)를 회전시키면, 케이스 마개(170)의 해제편(171)이 제2 카트리지 케이스(120)의 걸림홈(161)에 걸림 결합된 프레스부(130)의 걸림편(162)을 걸림 해제시키게 되며, 이에 의해 프레스부(130)가 등하중 스프링(140)으로부터 작용하는 탄성력에 의해 광경화성 수지잉크를 수용한 비닐백(151)을 일정 하중으로 하방으로 가압함에 따라 비닐백(151)에 수용된 수지잉크가 펜 몸체부(210)의 장착노즐(221) 및 잉크 유입튜브(213)를 통해 연속적으로 균일하게 토출될 수 있다.

이때, 잉크 유입튜브(213)는 펜 몸체부(210)에 구비된 밸브버튼부(230)의 누름 조작에 따라 내부 통로가 개폐되도록 구성되는데, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 잉크 유입튜브(213)의 통로가 개방되는 경우에는 비닐백(151)으로부터 잉크 유입튜브(213)로 유입되는 수지잉크가 펜 몸체부(210)의 잉크 토출구(212)를 통해 외부로 토출되며, 이와 동시에 펜 몸체부(210)의 끝단에 구비된 발광소자(240)가 상기 잉크 토출구(212)를 통해 토출되는 수지잉크에 빛을 조사하여 수지잉크를 경화시킴으로써, 사용자의 펜 조작에 따라 경화되는 수지잉크를 통해 입체적인 그림이나 모형물 형성할 수 있게 된다.

여기서, 상술한 실시예에서는 3D 프린팅 펜(200)의 펜 몸체부(210)의 후방에 잉크 카트리지(100)를 장착한 후, 잉크 카트리지(100) 상단부의 케이스 마개(170)를 회전시켜 잉크 카트리지(100) 내의 프레스부(130)를 해제시키는 것에 대해 설명하고 있으나, 잉크 카트리지(100)를 펜 몸체부(210)에 장착하기 전에 잉크 카트리지(100) 상단부의 케이스 마개(170)를 회전시켜 잉크 카트리지(100) 내의 프레스부(130)를 해제시킨 상태에서 펜 몸체부(210)의 후방에 잉크 카트리지(100)를 장착하여도 무방하다.

한편, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 잉크 카트리지(100) 내의 프레스부(130)에는 자석(292)이 구비되고, 펜 몸체부(210)의 후단부에는 홀센서(291)가 구비되어 있어, 잉크 소진에 따라 프레스부(130)가 하강하여 펜 몸체부(210)의 후단부에 구비된 홀센서(291)와 인접하는 경우, 홀센서(291)의 감지신호에 의해 3D 프린팅 펜(200)에서 잉크 카트리지(100) 교체시기를 알리는 알람을 발생시킬 수 있는데, 이와 같은 구조는 후술되는 후방 장착형 잉크 카트리지가 장착되는 3D 프린팅 펜의 실시예 및 도 12를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기와 같은 구성으로, 본 발명에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지는, 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 착탈 가능하게 장착되도록 구성됨으로써, 3D 프린팅 펜의 사용 중에 잉크 카트리지 교체가 필요한 경우, 사용자가 3D 프린팅 펜의 후방에 장착된 잉크 카트리지만을 손쉽게 교체할 수 있어 사용이 편리한 효과가 있다.

또한, 잉크 카트리지가 3D 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 장착되는 후방 장착형으로 이루어짐에 따라, 기존의 3D 프린팅 펜 내부에 장착되는 내장형 카트리지에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 구성할 수 있어, 사용자가 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 자유롭게 선택하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이와 같은 잉크 카트리지는 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 일 실시예에 따른 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지를 이용하는 3D 프린팅 펜에 대해 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 후술되는 실시예에 따른 3D 프린팅 펜은 후방 장착형 잉크 카트리지가 장착되는 3D 프린팅 펜 구조의 일 예를 설명한 것으로서, 후술되는 실시예의 3D 프린팅 펜 외에도, 펜 몸체부 후방에 카트리지 장착부가 구비되는 다양한 구조의 광경화 방식의 3D 프린팅 펜이 적용될 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜에서 잉크 카트리지를 분리한 상태를 보여주는 분리 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지(100)를 구비한 3D 프린팅 펜(200)은, 몸체의 전단부에 잉크 토출구(212)를 갖는 노즐부(211)가 형성되고, 후단부에는 카트리지 장착부(220)가 구비되며, 내부에 상기 잉크 토출구(212)와 카트리지 장착부(220)를 연결하는 잉크 유입튜브(213)가 구비되는 펜 몸체부(210)와; 몸체의 전단부가 상기 펜 몸체부(210)의 후단부에 구비된 카트리지 장착부(220)에 착탈 가능하게 장착되며, 내부에 광경화성 수지잉크가 저장되어 광경화성 수지잉크를 공급하는 잉크 카트리지(100)와; 누름 조작에 따라 상기 잉크 유입튜브(213)를 개폐하도록 상기 펜 몸체부(210)에 구비되는 밸브버튼부(230)와; 상기 잉크 토출구(212)를 통해 노즐부(211) 외측으로 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하도록 상기 잉크 토출구(212) 주변의 노즐부(211)에 구비되는 적어도 하나 이상의 발광소자(240)와; 상기 펜 몸체부(210)의 내부에 구비되어, 상기 발광소자(240)에 전원을 공급하기 위한 배터리(250); 및 상기 밸브버튼부(230)의 누름 조작에 따라 상기 잉크 유입튜브(213)가 개방되는 경우 상기 발광소자(240)에 전원을 공급하도록 제어하는 제어모듈(260);을 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 배터리(250) 및 제어모듈(260)을 수용하도록 구성된다.

이때, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 펜 몸체부(210) 역시 외주면이 원통형으로 형성되어 있는 것을 보여주고 있으나, 원통형 이외에도 다각 기둥 또는 타원 기둥 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 펜 몸체부(210)의 전단부에는 테이퍼진 단면으로 형성되어 끝단에 잉크 토출구(212)를 갖는 노즐부(211)가 형성되고, 후단부에는 잉크 카트리지(100)가 장착되는 카트리지 장착부(220)가 구비되어 있다.

더불어, 펜 몸체부(210)의 내부에는 몸체의 전단부에 형성된 잉크 토출구(212)와 몸체의 후단부에 구비되는 카트리지 장착부(220)를 연결하는 잉크 유입튜브(213)가 구비된다,

이때, 상기 잉크 유입튜브(213)는 수지잉크를 잉크 토출구(212) 측으로 토출하는 역할을 하며, 후술되는 밸브버튼부(230)에 의한 튜브 가압 및 가압 해제에 따라 자유롭게 변형되면서 내부 통로가 개폐되도록 연성이고 복원력이 좋은 실리콘 고무 재질 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 카트리지 장착부(220)는 펜 몸체부(210)의 후단부에 구비되어 잉크 유입튜브(213)과 연통하도록 잉크 유입튜브(213) 끝단에 연결되는 장착노즐(221)과, 펜 몸체부(210) 후단부의 외주면에 형성되는 보조 장착수단(222)으로 구성된다.

여기서, 상기 장착노즐(221)은, 잉크 카트리지(100)의 장착시, 상기 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(153)을 밀폐하는 차단막(154)을 천공하면서 상기 잉크 토출홀(153)에 삽입 결합되며, 이에 따라 잉크 카트리지(100)로부터 토출되는 잉크를 잉크 유입튜브(213)로 유입시키는 역할을 한다.

이때, 장착노즐(221)의 외측 둘레에는 오링(O-Ring) 등의 밀폐부재(223)가 구비되어 있어, 장착노즐(221)에 의해 잉크 카트리지(100)의 잉크 토출홀(153)을 밀폐하고 있는 차단막(154)이 천공되는 과정에서 장착노즐(221)과 잉크 토출홀(153) 사이의 틈새로 수지잉크가 새어 나오는 것을 방지할 수 있다.

또한, 펜 몸체부(210)의 후단부에 형성된 보조 장착수단(222)은 상술한 잉크 카트리지(100)의 하부에 형성된 장착수단(111)과 맞물리게 체결되도록 이루어져 있으며, 본 실시예에서는 장착수단(111) 및 보조 장착수단(222)을 각각 상호 맞물리게 체결되는 암나사와 수나사로 형성한 것을 보여주고 있다.

이와 같은 구성에 의해, 카트리지 장착부(220)를 통해 펜 몸체부(210)의 후방에 잉크 카트리지(100)를 장착하여 사용할 수 있도록 구성되는데, 이와 같은 카트리지 장착부(220)의 잉크 카트리지(100) 장착 구조는 앞서 도 5를 통해 설명한 바와 같다.

한편, 펜 몸체부(210)에는 펜 몸체부(210)의 잉크 유입튜브(213)를 개폐하는 밸브버튼부(230), 잉크 토출구(212) 주변의 노즐부(211)에 구비되는 발광소자(240), 발광소자(240)에 전원을 공급하기 위한 배터리(250) 및 발광소자(240)를 제어하는 제어모듈(260)이 구비되어 있다,

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에서 밸브버튼부, 발광소자, 배터리 및 제어모듈을 구비하는 펜 몸체부의 내부 구조 보여주는 분리 사시도이고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜의 작동 과정을 보여주는 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 밸브버튼부(230)는, 펜 몸체부(210) 내에서 스프링(232)에 의해 지지되며, 잉크 유입튜브(213)가 통과하는 관통부(233)가 형성되고, 상기 관통부(233) 내측에 상기 잉크 유입튜브(213)의 외주면을 가압하여 잉크 유입튜브(213)의 통로를 폐쇄하는 개폐돌기(234)가 형성되는 버튼지지대(231)와, 상기 버튼지지대(231)에 지지 결합되어 펜 몸체부(210)의 외주면에 형성된 버튼홈(214)을 통해 외측으로 돌출되는 누름버튼(235)으로 이루어진다.

이때, 펜 몸체부(210)에 구비된 잉크 유입튜브(213)는 연질의 실리콘 고무 재질 등으로 이루어져 있어, 밸브버튼부(230)의 개폐돌기(234)에 의한 튜브 가압 또는 가압 해제에 의해 잉크 유입튜브(213)의 통로 개폐가 가능하도록 구성된다.

이와 같은 구성에 의해 밸브버튼부(230)는 펜 몸체부(210)에서 누름 조작 가능하게 구비되는데, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브버튼부(230)의 누름버튼(235)을 누르지 않은 상태에서는 버튼지지대(231)에 형성된 개폐돌기(234)가 잉크 유입튜브(213)의 외주면을 가압하여 잉크 유입튜브(213)의 통로를 폐쇄하고 있어, 잉크 유입튜브(213)를 통해 펜 몸체부(210)의 잉크 토출구(212)로 유입되는 수지잉크를 차단한다.

또한, 도 11의 (b)에서와 같이, 누름버튼(235)을 가압하여 누르는 경우에는, 누름버튼(235)과 같이 버튼지지대(231)가 눌려짐에 따라, 잉크 유입튜브(213)를 가압하고 있던 버튼지지대(231)의 개폐돌기(234)가 잉크 유입튜브(213)의 가압을 해제함으로써 잉크 유입튜브(213)의 통로가 개방되게 되는데, 이때 잉크 카트리지(100) 내의 프레스부(130)에 의해 잉크 카트리지(100)로부터 수지잉크가 등압으로 가압되어 토출됨에 따라, 토출되는 수지잉크가 개방된 잉크 유입튜브(213)를 통해 잉크 토출구(212)로 자동으로 토출될 수 있다.

더불어, 밸브버튼부(230)의 누름 정도에 따라 개폐돌기(234)를 이용하여 잉크 유입튜브(213)의 개방 정도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 잉크 유입튜브(213)를 통해 토출되는 수지잉크의 양의 조절할 수 있다.

또한, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 펜 몸체부(210)의 노즐부(211)에서 잉크 유입튜브(213)와 연통하는 잉크 토출구(212) 주변에는 잉크 토출구(212)를 통해 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 수지잉크를 경화시키는 역할을 하는 발광소자(240)가 구비된다.

여기서, 본 실시예에서는 UV 경화성 수지잉크를 사용함에 따라 발광소자(240)는 자외선을 조사하는 UV LED 램프로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 UV LED 램프를 이용함에 따라 저전력 구동이 가능함으로써, 배터리(250)를 통해 장시간 구동할 수 있는 장점이 있다.

이때, 상기와 같은 발광소자(240)는 밸브버튼부(230)의 누름 조작에 따라 작동하게 된다.

즉, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 펜 몸체부(210) 내부에는 밸브버튼부(230)와 연동하도록 구성되어 밸브버튼부(230)를 누르는 경우 발광소자(240)에 전원을 공급하는 제어모듈(260)이 구비되어 있다.

상기 제어모듈(260)은 PCB 기판으로 구성되어 펜 몸체부(210) 내에서 밸브버튼부(230)의 일측에 구비되며, 밸브버튼부(230)의 누름버튼(235)과 마주보는 기판의 판면에 스위치(261)가 구비되어 있다.

이에 따라, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 벨브버튼부의 누름버튼(235)을 가압하여 누르는 경우, 누름버튼(235)에 의해 제어모듈(260)의 기판에 구비된 스위치(261)가 가압되면서 제어모듈(260)이 작동하여 배터리(250)로부터 공급되는 전류를 발광소자(240)에 인가하게 된다.

여기서, 펜 몸체부(210) 내에 구비되는 배터리(250)는 내장이 용이한 판체 형태의 배터리(250)로서, 펜 몸체부(210) 내에서 잉크 유입튜브(213)의 일측 또는 양측에 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 펜 몸체부(210) 내에서 잉크 유입튜브(213)를 사이에 두고 한 쌍의 배터리(250)를 구비한 것을 보여주고 있다.

또한, 펜 몸체부(210)에는 밸브버튼부(230)의 조작 없이도 독립적으로 발광소자(240)를 작동시킬 수 있는 보조 버튼(270)이 구비될 수 있다.

상기 보조 버튼(270)은 제어모듈(260)의 기판에 연결되며, 누름 조작 가능하도록 펜 몸체부(210)에 형성된 보조 버튼홈(215)을 통해 외측으로 돌출된다.

이와 같은 보조 버튼(270)은 밸브버튼부(230)의 동작 여부와 관계없이, 발광소자(240)를 독립적으로 온(ON)/오프(OFF)시키는 기능만을 수행하고 있어, 사용자의 3D 프린팅 펜(200) 이용에 따라 외부로 토출된 수지잉크의 미경화된 부분을 경화시키는데 사용하도록 하고 있다.

또한, 펜 몸체부(210)에서 잉크 토출구(212)가 형성된 노즐부(211)의 끝단에는 잉크 토출팁(280)이 착탈 가능하게 구비되어 있다.

상기 잉크 토출팁(280)은, 투명재질로 이루어지는 토출팁 본체(281)와, 상기 토출팁 본체(281)의 중앙을 관통하여 일체로 구비되며, 후단부가 상기 토출팁 본체(281)의 후방으로 돌출되도록 구비되는 불투명 재질의 잉크 토출튜브(282)로 구성된다.

즉, 이와 같이 구성된 잉크 토출팁(280)은 토출팁 본체(281)의 후방으로 돌출된 잉크 토출튜브(282)의 후단부를 펜 몸체부(210)의 노즐부(211) 끝단의 잉크 토출구(212)에 끼움 결합하여 사용하게 되는데, 이에 따라 도 11의 (b)에서와 같이, 잉크 카트리지(100)로부터 토출되는 수지잉크가 잉크 유입튜브(213)를 거쳐 잉크 토출구(212)에 결합된 잉크 토출팁(280)의 잉크 토출튜브(282)를 통해 외부로 토출될 수 있게 되며, 이 과정에서, 발광소자(240)로부터 출력되는 빛이 노즐부(211) 끝단에 결합된 토출팁 본체(281)를 통과하여 잉크 토출튜브(282)를 통해 외부로 토출되는 수지잉크에 조사된다.

이러한 잉크 토출팁(280)은 상기와 같은 3D 프린팅 펜(200)의 사용 과정에서, 잉크 토출튜브(282) 측으로 빛이 들어가 잉크 토출튜브(282)가 경화된 수지에 의해 막히는 경우, 3D 프린팅 펜을 분해하여 고치는 과정 없이도, 간편하게 펜 몸체부(210)의 노즐부(211)로부터 잉크 토출튜브(282)가 구비된 잉크 토출팁(280) 만을 분리하여 교체할 수 있도록 함으로써 사용 편의를 제공하고 있다.

또한, 펜 몸체부(210)의 후단부에는 홀센서(291)가 구비되고, 잉크 카트리지(100) 내에서 잉크팩(150)을 가압하는 프레스부(130)에는 자석(292)이 구비되며, 펜 몸체부(210)의 외주면에는 홀센서(291)의 감지신호에 따라 잉크 교체시기를 알리는 알람을 발생시키는 알람 램프(293)가 구비되어 있다.

이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅 펜(200)의 사용 중, 잉크 카트리지(100)에 수용된 광경화성 수지잉크가 모두 소진된 경우, 잉크 카트리지(100)에서 프레스부(130)에 구비된 자석(292)이 펜 몸체부(210)의 후단부에 구비되는 홀센서(291)와 인접하게 배치되게 되며, 이에 따라, 홀센서(291)에서 자기장을 감지하여 제어모듈(260)에 신호를 보냄으로써, 제어모듈(260)의 제어에 따라 펜 몸체부(210) 외주면에 구비된 알람 램프(293)에서 알리는 알람을 발생시켜 사용자에게 잉크 카트리지(100) 교체시기를 알리게 된다.

한편, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 펜을 통해 입체 모형물을 형성하는 모습을 일 예로 보여주는 도면으로서, 밸브버튼부를 누르면 펜 몸체부의 잉크 토출팁을 통해 광경화성 수지잉크가 토출되는 동시에, 펜 몸체부의 노즐부 끝단에 구비된 발광소자가 상기 잉크 토출팁을 통해 토출되는 광경화성 수지잉크에 빛을 조사하여 수지잉크를 경화시킴으로써, 광경화성 수지잉크를 통해 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 용이하게 형성할 있다.

이때, 사용자의 3D 프린팅 펜 이용 과정에서, 잉크 토출팁을 통해 외부로 토출된 수지잉크에 미경화 부분이 있는 경우에는 펜 몸체부에 구비된 보조 버튼을 눌러 발광소자만을 점등시켜 수지잉크의 미경화 부분에 빛을 조사함으로써 효과적으로 사용자가 원하는 입체적인 그림이나 모형물을 완성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜은, 프린팅 펜의 펜 몸체부 후방에 광경화성 수지잉크가 저장되는 잉크 카트리지를 장착하여 사용할 수 있도록 구성되어, 잉크 카트리지의 교체가 간편한 동시에, 기존의 카트리지 내장형 3D 프린팅 펜에 비해 상대적으로 다양한 용량의 잉크 카트리지를 필요에 따라 선택적으로 장착하여 사용할 수 있으며, 후방 장착형 잉크 카트리지를 적용함에 따라 프린팅 펜의 외관을 콤팩트하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 3D 프린팅 펜에서 노즐부 끝단의 잉크 토출구에 착탈 가능하게 결합되는 잉크 토출팁을 구비하여, 잉크 토출팁을 통해 외부로 수지잉크를 토출하여 사용함으로써, 경화된 수지잉크에 의해 잉크 토출팁이 막히는 경우, 3D 프린팅 펜을 분해하여 고치지 않고도, 간편하게 잉크 토출팁만을 교체하여 유지보수를 수행할 수 있어, 유지보수가 손쉽게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 3D 프린팅 펜의 사용 중, 잉크 카트리지에 수용된 광경화성 수지잉크가 모두 소진된 경우에는, 펜 몸체부 외주면에 구비된 알람 램프에서 잉크 교체시기를 알리는 알람이 발생됨으로써 사용 편의를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 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 : 제1 카트리지 케이스
111 : 장착수단 112 : 고정편
120 : 제2 카트리지 케이스 121 : 잉크 수용부
130 : 프레스부 131 : 스프링 장착부
140 : 등하중 스프링 141 : 고정핀
150 : 잉크팩 151 : 비닐백
152 : 카트리지 캡 153 : 잉크 토출홀
154 : 차단막 160 : 착탈수단
161 : 걸림홈 162 : 걸림편
170 : 케이스 마개 171 : 해제편
200 : 3D 프린팅 펜 210 : 펜 몸체부
211 : 노즐부 212 : 잉크 토출구
213 : 잉크 유입튜브 214 : 버튼홈
215 : 보조 버튼홈 220 : 카트리지 장착부
221 : 장착노즐 222 : 보조 장착수단
223 : 밀폐부재 230 : 밸브버튼부
231 : 버튼지지대 232 : 스프링
233 : 관통부 234 : 개폐돌기
235 : 누름버튼 240 : 발광소자
250 : 배터리 260 : 제어모듈
261 : 스위치 270 : 보조 버튼
280 : 잉크 토출팁 281 : 토출팁 본체
282 : 잉크 토출튜브 291 : 홀센서
292 : 자석 293 : 알람 램프

Claims (23)

1. 3D 프린팅 펜에 장착되는 잉크 카트리지에 있어서,
   상부 및 하부가 개방된 관체 형상으로 형성되는 제1 카트리지 케이스와;
   상기 제1 카트리지 케이스 내부에 삽입되어 구성되며, 하부가 개방된 통 형상으로 형성되어 내부에 잉크 수용부를 형성하는 제2 카트리지 케이스와;
   상기 제2 카트리지 케이스의 잉크 수용부에 구비되며, 내부에 광경화성 수지잉크를 수용하고, 하부에 수지잉크 토출을 위한 잉크 토출홀이 형성되는 잉크팩과;
   상기 제2 카트리지 케이스 내의 잉크 수용부에서, 상기 잉크팩 상부에 승강 가능하게 구비되며, 스프링 장착부가 형성되어 있는 프레스부와;
   태엽형태로 형성되어 상기 스프링 장착부에 장착되며 스프링 일측 끝단이 상기 제2 카트리지 케이스의 하부 일측 측벽에 고정되는 등하중 스프링(constant force spring);
   을 포함하여 구성되고,
   상기 제1 카트리지 케이스의 하부에는 3D 프린팅 펜의 후방에 착탈 가능하게 장착되도록 구성된 장착수단이 구비되어,
   3D 프린팅 펜의 몸체 후방에 착탈식으로 결합되어 사용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 장착수단은,
   상기 3D 프린팅 펜과 상기 제1 카트리지 케이스를 나사 체결구조 또는 원터치 클립 체결구조로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
3. 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 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 잉크 토출홀을 밀폐하는 차단막은,
   알루미늄 포일(aluminium foil)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 카트리지 케이스의 상부측 벽면과 상기 제2 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 대향하여 구비되는 상기 프레스부의 상부에는,
   상기 제2 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 상기 프레스부를 고정 또는 고정 해제할 수 있는 착탈수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 착탈수단은,
   상기 제2 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 형성되는 걸림홈과,
   상기 프레스부의 상부에 형성되는 걸림편으로 구성되어,
   상기 프레스부의 걸림편을 상기 제2 카트리지 케이스의 상부측 벽면에 걸림 고정하거나 또는 걸림 해제하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 카트리지 케이스의 개방된 상단부에는,
   회전 조작에 따라, 상기 제2 카트리지 케이스의 걸림홈에 걸림 고정된 상기 프레스부의 걸림편을 걸림 해제시키는 해제편이 돌출 형성되는 케이스 마개가 구비되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 광경화성 수지잉크는,
   자외선(UV) 경화성 수지잉크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 3D 프린팅 잉크 카트리지.
   
9. 3D 프린팅 펜에 있어서,
   몸체의 전단부에 잉크 토출구를 갖는 노즐부가 형성되고, 상기 잉크 토출구 주변에 발광소자가 구비되며, 몸체의 후단부에 잉크 카트리지 장착부가 구비되고, 몸체 내부에는 상기 잉크 토출구와 잉크 카트리지 장착부를 연결하는 잉크 유입튜브와 상기 발광소자에 전력을 공급하는 배터리가 구비되는 펜 몸체부와;
   누름 조작에 따라 상기 잉크 유입튜브를 개폐하도록 상기 펜 몸체부에 구비되는 밸브버튼부; 및
   상기 펜 몸체부의 후단부에 착탈 가능하게 장착되는 잉크 카트리지;
   를 포함하여 구성되되,
   상기 잉크 카트리지는,
   제 1항의 구성에 따른 잉크 카트리지인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
   
10. 삭제
11. 제 9항에 있어서,
    상기 펜 몸체부의 후단부에는,
    상기 잉크 유입튜브과 연통하도록 잉크 유입튜브 끝단에 연결되는 장착노즐이 구비되어,
    상기 잉크 카트리지가 상기 3D 프린팅 펜의 몸체 후방에 결합되는 과정에서, 상기 장착노즐이 상기 잉크 카트리지에 구비된 잉크 토출홀에 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 펜 몸체부의 후단부에는,
    상기 잉크 카트리지의 장착수단과 대응하여 체결구조를 형성하는 보조 장착수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 장착노즐에는,
    상기 장착노즐과 상기 잉크 토출홀 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 밀폐부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
14. 제 9항에 있어서,
    상기 밸브버튼부는,
    상기 펜 몸체부 내에서 스프링에 의해 지지되며, 상기 잉크 유입튜브가 통과하는 관통부가 형성되고, 상기 관통부 내측에 상기 잉크 유입튜브의 외주면을 가압하여 잉크 유입튜브의 통로를 폐쇄하는 개폐돌기가 형성되는 버튼지지대와;
    상기 버튼지지대에 지지 결합되어 상기 펜 몸체부의 외주면에 형성되는 버튼홈을 통해 외측으로 돌출되는 누름버튼;
    을 포함하여 구성되어,
    상기 누름버튼을 가압하여 누르는 경우, 상기 개폐돌기가 잉크 유입튜브의 가압을 해제하여 상기 잉크 유입튜브의 통로가 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜.
    
15. 제 9항에 있어서,
    상기 잉크 유입튜브는,
    실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
16. 제 9항에 있어서,
    상기 발광소자는,
    자외선(UV) LED 램프로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
17. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리는,
    판체 형태로 이루어져, 상기 펜 몸체부 내의 잉크 유입튜브 일측 또는 양측에 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
18. 제 9항에 있어서,
    상기 3D 프린팅 펜에는,
    상기 밸브버튼부의 누름 조작에 따라 상기 잉크 유입튜브가 개방되는 경우 상기 발광소자에 전원을 공급하도록 제어하는 제어모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
19. 제 18항에 있어서,
    상기 제어모듈에는,
    기판의 일측에 상기 밸브버튼부의 누름 조작에 따라 가압되거나 가압 해제되어 상기 발광소자로 전원을 인가 또는 차단하는 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
20. 제 18항에 있어서,
    상기 펜 몸체부에는,
    상기 밸브버튼부의 동작 여부와 관계없이, 상기 발광소자를 독립적으로 온(ON)/오프(OFF) 시키도록 구성된 보조 버튼이 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
21. 제 9항에 있어서,
    상기 펜 몸체부의 노즐부 끝단에는,
    상기 잉크 토출구와 연통하도록 착탈 가능하게 결합되는 잉크 토출팁이 구비되는 것을 특징으로 하는 후방 장착형 잉크 카트리지를 구비한 3D 프린팅 펜.
    
22. 제 21항에 있어서,
    상기 잉크 토출팁은,
    상기 발광소자로부터 방출되는 빛이 통과하도록 투명재질로 이루어지는 토출팁 본체와;
    상기 토출팁 본체를 관통하여 일체로 구비되며, 후단부가 상기 토출팁 본체의 후방으로 돌출되도록 구비되는 불투명 재질의 잉크 토출튜브;
    를 포함하여 구성되어,
    상기 토출팁 본체의 후방으로 돌출된 상기 잉크 토출튜브가 상기 노즐부 끝단의 잉크 토출구에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    
23. 제 9항에 있어서,
    상기 잉크 카트리지에 구비된 프레스부에는 자석이 구비되고,
    상기 펜 몸체부의 후단부에는 자기장을 감지하는 홀센서가 구비되며,
    상기 펜 몸체부에는 상기 홀센서의 감지신호에 따라 잉크 교체시기를 알리는 알람을 발생시키는 알람 램프가 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 펜.
    

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