KR101827360B1 - 의료용 실리콘 3d 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐 - Google Patents

의료용 실리콘 3d 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐 Download PDF

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KR101827360B1
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강현덕
한종혁
김슬기
명노현
손정현
강현욱
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 의료용 실리콘 3D 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐에 관한 것으로서, 상기 의료용 실리콘 3D 프린터는 출력베드와, 상기 출력베드에 인접되게 설치되며, 성형재료를 적층하여 입체적 성형물을 제조할 수 있도록 상기 출력베드에 상기 성형재료를 압출하는 압출노즐이 마련된 프린터 유닛와, 상기 출력베드 또는 프린터 유닛에 설치되며, 적층된 성형재료를 경화시킬 수 있도록 상기 출력베드에 압출된 상기 성형재료에 열을 인가하는 경화부를 포함한다.
본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터는 압출된 성형재료에 열을 인가할 수 있는 경화부가 마련되어 있으므로 압출된 성형재료를 경화시키기 위해 별도의 경화유닛으로 성형대상물의 이송이 요구되지 않아 보다 용이하게 성형대상물을 경화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 압출노즐은 외부로부터 열이 압출노즐의 본체로 전달되는 것이 차단되고, 본체를 방열시킬 수 있으므로 압출노즐의 압출구 측에 성형재료가 경화되어 압출구가 폐쇄되는 것이 방지된다.

Description

의료용 실리콘 3D 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐{Medical silicon 3D printer and extrusion nozzle for the same}
본 발명은 의료용 실리콘 3D 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐에 관한 것으로서, 실리콘 소재의 성형재료를 적층하여 성형대상물을 제조할 수 있는 의료용 실리콘 3D 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐에 관한 것이다.
현대인의 외모에 대한 관심이 증가하면서 자연스럽게 성형외과를 찾는 사람들이 많아지고 있다. 그 중 보형물을 이용하는 가슴 수술과 코 수술은 성형외과 수술 중에서 두 번째, 세 번째로 가장 많은 비중을 차지하고 있다.
그런데, 보형물을 이용한 성형 수술의 경우, 이식을 위한 보형물의 모양이 한정되어있어 환자에게 완벽하게 적합한 보형물을 찾기 어렵다는 문제점이 있다. 인간의 가슴과 코, 이마 등 장기의 모양은 개인마다 각각 다른 크기와 모양을 가지고 있다. 하지만 장기에 이식하는 보형물은 기성화 된 모양을 가지고 있어 모든 환자의 수요를 맞추기 어렵다. 또한 제한된 모양으로 인해 환자가 성형수술로 기대했던 효과와 만족감을 완벽하게 충족시키기 어렵다.
그래서, 최근 성형수술용 보형물을 제작하기 위해 실리콘 3D 프린터가 사용되고 있다. 3D 프린터를 이용할 경우 보형물의 기하학적인 변형이 쉬워 다양한 형태의 보형물을 만들 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 기존의 3D 프린터에 실리콘 소재를 압출하여 보형물을 제작할 경우, 제조된 보형물을 경화시키기 위해 별도의 가열수단으로 보형물을 이동시켜 경화작업을 수행해야 하므로 번거럽고, 보형물의 이동시 외부 충격에 의해 보형물이 변형되는 단점이 있다.
등록특허공보 제10-1619696호: 3D 프린터
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 압출된 실리콘 소재의 성형재료에 열을 인가하여 경화시킬 수 있는 경화부가 마련된 의료용 실리콘 3D 프린터 및 이에 사용되는 압출노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터는 출력베드와, 상기 출력베드에 인접되게 설치되며, 성형재료를 적층하여 입체적 성형물을 제조할 수 있도록 상기 출력베드에 상기 성형재료를 압출하는 압출노즐이 마련된 프린터 유닛과, 상기 출력베드 또는 프린터 유닛에 설치되며, 적층된 성형재료를 경화시킬 수 있도록 상기 출력베드에 압출된 상기 성형재료에 열을 인가하는 경화부를 포함한다.
상기 경화부는 상기 출력베드에 압출된 성형재료를 향해 원적외선을 방출하여 적층된 성형재료를 가열한다.
상기 프린터 유닛은 상기 출력베드에 인접되게 설치된 프레임과, 상기 압출노즐을 지지하는 것으로서, 상기 출력베드 상측의 상기 프레임에 X,Y,Z축 방향으로 이동가능하게 설치된 이동블럭과, 상기 이동블럭을 이동시키는 구동부를 더 구비하고, 상기 경화부는 상기 구동부에 의해 이동할 수 있도록 이동될 수 있도록 상기 압출노즐에 인접된 위치의 상기 이동블럭에 지지되는 것이 바람직하다.
상기 경화부는 상기 출력베드에 설치되는 거치대와, 상기 거치대에 설치되며, 상기 압출노즐로부터 압출되어 상기 출력베드에 적층된 성형재료를 향해 원적외선을 방출하는 원적외선 램프를 구비한다.
상기 경화부는 상기 압출노즐에 대향되는 상기 출력베드에 설치되며, 내부에 상기 압출노즐로부터 압출된 성형재료가 적층되는 내부공간이 마련된 가열챔버와, 상기 가열챔버에 설치되어 상기 내부공간의 내기를 가열하는 가열부재를 구비한다.
상기 가열부재는 상기 성형재료를 가열할 수 있도록 상기 내부공간을 향해 원적외선을 방출하는 것이 바람직하다.
상기 경화부는 상기 가열챔버의 내벽면으로 입사되는 원적외선을 상기 내부공간의 중앙부로 반사하기 위해 상기 가열챔버의 내벽면에 설치된 반사부재를 더 구비할 수도 있다.
상기 반사부재는 상기 가열부재로부터 방출된 원적외선을 집광하여 반사시킬 수 있도록 오목한 형상으로 형성된다.
상기 경화부는 상기 압출노즐에 대향되는 상기 출력베드에 설치되며, 내부에 압출노즐로부터 압출된 성형재료가 적층되는 내부공간이 마련되되, 상기 내부공간에는 액상의 충진액이 수용된 가열챔버와, 상기 가열챔버에 설치되어 상기 충진액을 가열하는 가열부재를 구비할 수도 있다.
상기 압출노즐은 성형재료 공급부로부터 공급된 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 상기 출력베드에 대향되는 측면에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체와, 상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부와, 상기 본체를 감싸도록 설치되며, 상기 경화부로부터 발생된 열에 의해 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 경화부에서 상기 본체로의 열전달을 차단하는 단열부재를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 단열부재는 상기 본체로의 열전달을 차단하기 위한 공기층이 마련될 수 있도록 내부에 공기가 충진된 충진공간이 형성될 수도 있다.
상기 압출노즐은 성형재료 공급부로부터 공급된 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 상기 출력베드에 대향되는 측면에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체와, 상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부와, 상기 본체에 인접된 위치에 설치되며, 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 본체를 방열시킬 수 있도록 상기 본체로 외기를 강제 순환시키는 방열팬을 구비할 수도 있다.
상기 성형재료는 소정의 점성을 갖는 액상의 열경화성 실리콘 소재인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 압출노즐은 성형재료 공급부로부터 공급된 열경화성 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 일측에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체와, 상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부와, 상기 본체를 감싸도록 설치되며, 외부 열에 의해 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 외부에서 상기 본체로의 열전달을 차단하는 단열부재를 구비한다.
상기 단열부재는 외부에서 상기 본체로의 열전달을 차단하기 위한 공기층이 마련될 수 있도록 내부에 공기가 충진된 충진공간이 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 압출노즐은 성형재료 공급부로부터 공급된 열경화성 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 일측에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체와, 상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부와, 상기 본체에 인접된 위치에 설치되며, 외부 열에 의해 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 본체를 방열시킬 수 있도록 상기 본체로 외기를 강제 순환시키는 방열팬을 구비한다.
본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터는 압출된 성형재료에 열을 인가할 수 있는 경화부가 마련되어 있으므로 압출된 성형재료를 경화시키기 위해 별도의 경화유닛으로 성형대상물의 이송이 요구되지 않아 보다 용이하게 성형대상물을 경화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 압출노즐은 외부로부터 열이 압출노즐의 본체로 전달되는 것이 차단되고, 본체를 방열시킬 수 있으므로 압출노즐의 압출구 측에 성형재료가 경화되어 압출구가 폐쇄되는 것이 방지된다.
도 1은 본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터에 대한 정면도이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터의 압출노즐에 대한 정면도이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터의 압출노즐에 대한 정면도이고,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터의 압출노즐에 대한 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 의료용 실리콘 3D프린터 및 이에 사용되는 압출노즐에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터(100)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 의료용 실리콘 3D 프린터(100)는 출력베드(110)와, 상기 출력베드(110)에 인접되게 설치되며, 성형재료를 적층하여 입체적 성형물을 제조할 수 있도록 상기 출력베드(110)에 상기 성형재료를 압출하는 압출노즐(123)이 마련된 압출유닛(120)과, 상기 압출유닛(120)에 설치되며, 적층된 성형재료를 경화시킬 수 있도록 상기 출력베드(110)에 압출된 상기 성형재료에 열을 인가하는 경화부(130)를 구비한다.
출력베드(110)는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성되며, 상면은 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 적층될 수 있도록 평편하게 형성되어 있다.
압출유닛(120)은 상기 출력베드(110)에 인접되게 설치된 프레임(121)과, 상기 출력베드(110) 상측의 상기 프레임(121)에 X,Y,Z축 방향으로 이동가능하게 설치된 이동블럭(122)과, 상기 이동블럭(122)에 설치되어 출력베드(110)의 상면으로 성형재료를 압출하는 압출노즐(123)과, 상기 이동블럭(122)을 이동시키는 구동부를 구비한다.
프레임(121)은 출력베드(110)를 기준으로 상호 대향되는 위치에 각각 설치된 베이스 부재(125)를 구비한다. 상기 베이스 부재(125)는 상하방향으로 소정길이 연장되며, 출력베드(110)의 전후방향 길이보다 더 길게 전후방향으로 연장되며, 출력베드(110)의 좌우 폭보다 더 긴 거리 만큼 복수개가 상호 이격되게 배치된다.
이동블럭(122)은 지지유닛(미도시)에 의해 베이스 부재(125)들에 이동가능하게 설치된다. 상기 지지유닛은 도면에 도시되진 않았지만, 상호 대향되는 위치의 베이스 부재(125)들에 각각 설치되며, 상하방향으로 연장된 승강레일과, 상기 승강레일들에 연장방향을 따라 이동가능하게 각각 설치된 복수의 승강블럭과, 상기 승강블럭들에 각각 설치되며, 전후방향으로 연장된 복수의 가이드봉과, 상기 가이드봉들에 전후방향을 따라 슬라이딩 가능하게 각각 설치된 복수의 슬라이딩 블럭과, 슬라이딩 블럭들에 양단이 각각 고정된 이동레일을 구비한다. 상기 지지유닛의 이동레일에 이동블럭(122)이 고정된다.
구동부는 도면에 도시되진 않았지만, 상기 승강블럭들에 설치되어 상기 승강블럭을 승강레일에 따라 승강시키는 제1스크류잭과, 상기 슬라이딩 블럭들에 설치되어 가이드봉을 따라 전후방향으로 슬라이딩 블럭들을 이동시키는 제2스크류잭과, 상기 이동블럭(122)에 설치되어 이동레일을 따라 좌우방향으로 상기 이동블럭(122)을 이동시키는 제3스크류잭과, 작업자로부터 입력된 성형대상물에 대한 정보를 토대로 압출노즐(123)로부터 압출된 성행재료가 상기 성형대상물에 대응되는 형상으로 적층되도록 제1 내지 제3스크류잭을 제어하는 제어부을 구비한다. 이때, 제1 내지 제3스크류잭은 종래에 일반적으로 사용되는 스크류 잭(screw jack)이 적용된다.
한편, 상술된 프레임(121), 지지유닛 및 구동부는 이에 한정하는 것이 아니라 이동블럭(122)을 널리 공지된 서보모터(수치제어)를 이용한 이동방법을 통해 X축, Y축, Z축 이송이 이루어지는 구성이면 무엇이든 가능하다.
압출노즐(123)은 성형재료 공급부(미도시)로부터 공급된 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 상기 출력베드(110)에 대향되는 측면에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체(124)와, 상기 본체(124)에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부(미도시)를 구비한다. 이때, 상기 성형재료 공급부는 도면에 도시되진 않았지만, 내부에 성형재료가 수용된 수용용기와, 상기 수용용기 및 본체(124)에 연결된 공급관과, 상기 공급관에 설치되어 상기 수용용기에 수용된 성형재료를 본체(124)의 수용공간으로 펌핑하는 공급펌프를 구비한다.
본체(124)는 상하방향으로 연장되며, 하면에 상기 압출구가 형성되어 있다. 또한, 본체(124)의 하단부는 하방으로 갈수록 내경이 작아지게 형성되며, 측면에는 성형재료 공급부에 연결되어 수용공간으로 성형재료가 주입되는 주입구(미도시)가 형성되어 있다.
이때, 성형재료는 성형시술용 보형물에 적합한 재료로서, 소정의 점성을 갖는 액상의 열경화성 실리콘 소재가 적용된다. 더욱 바람직하게 상기 성형재료는 경화과정을 거치기 전 실리콘의 점성을 10,000~100,000cps 정도 갖고, 비슷한 10~20 정도의 경도를 갖는 Applided silicone사(현 Nusil사)의 LSR40072 실리콘이 적용된다.
가압부는 도면에 도시되진 않았지만, 수용공간의 성형재료를 가압하기 위해 본체(124)의 내부에 설치되는 피스톤부와, 피스톤부에 하단이 결합되어 피스톤부를 상하로 승강시키는 승강로드와, 승강로드에 나사결합되도록 내주면에 나사산이 형성되고, 승강로드의 외주면에 나사결합된 제1구동기어와, 제1구동기어에 차합되게 결합된 제2구동기어와, 제2구동기어를 회전시키는 구동모터를 구비한다. 승강로드는 구동모터가 제2구동기어 및 제1구동기어를 회전시키면 제1구동기어에 의해 제1구동기어를 기준으로 상하로 승강된다. 한편, 가압부는 이에 한정하는 것이 아니라 본체(124) 내부에 설치된 피스톤부 및 피스톤부에 설치되어 피스톤부를 승강시키는 유압 액츄에이터를 구비할 수도 있다.
경화부(130)는 지지브라켓(131)에 의해 압출노즐(123)이 설치된 이동블럭(122)에 지지되어 이동블럭(122)과 함께 이동한다. 상기 경화부(130)는 상기 출력베드(110)에 압출된 성형재료를 향해 원적외선을 방출하여 적층된 성형재료를 가열하는 원적외선 히터가 적용된다.
작업자는 출력베드(110)로 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료의 적층이 완료되면 경화부(130)를 적층된 성형재료 상측으로 위치시킨 다음 경화부(130)를 작동시켜 적층된 성형재료에 원적외선을 방출하여 성형재료를 경화시킨다.
상술된 바와 같이 구성된 경화부(130)는 압출노즐(123)에 인접된 위치에 배치되어 있으므로 성형재료의 압출 직후 성형재료로부터 비교적 가까운 거리에서 높은 온도의 열을 성형재료에 인가할 수 있다. 또한, 상기 경화부(130)를 이용하여 적층된 성형재료의 층마다 일정하게 열을 인가하여 경화시킬 수도 있고, 성형재료의 층마다 각각 경화정도가 상이하도록 성형대상물을 제작할 수도 있다.
한편, 상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 의료용 실리콘 3D 프린터(100)는 압출된 성형재료에 열을 인가할 수 있는 경화부(130)가 마련되어 있으므로 압출된 성형재료를 경화시키기 위해 별도의 경화유닛으로 성형대상물의 이송이 요구되지 않아 보다 용이하게 성형대상물을 경화시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 2에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 경화부(210)가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 경화부(210)는 상기 출력베드(110)에 설치되는 거치대(211) 및 상기 거치대(211)에 설치되며, 상기 압출노즐(123)로부터 압출되어 상기 출력베드(110)에 적층된 성형재료를 향해 원적외선을 방출하는 원적외선 램프(212)를 구비한다.
거치대(211)는 상하방향으로 연장되며, 하단부가 외경이 확장되는 방향으로 연장된 플랜지부재가 마련되어 있다. 상기 거치되는 출력베드(110)의 상면에 안착된다. 원적외선 램프(212)는 거치대(211)의 하단부에 고정되며, 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 적층되는 출력베드(110)의 상면으로 원적외선을 방출한다.
상술된 바와 같이 구성된 경화부(210)는 원적외선 램프(212)가 이동블럭(122)과 별도로 거치대(211)에 의해 출력베드(110)에 설치되어 있으므로 경화작업시 경화부(210)의 이동이 요구되지 않아 성형대상물의 제조시간이 단축되며, 압출노즐(123)로의 열전달율이 낮다는 장점이 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 경화부(220)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 상기 경화부(220)는 상기 압출노즐(123)에 대향되는 상기 출력베드(110)에 설치되며, 내부에 상기 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 적층되는 내부공간(223)이 마련된 가열챔버(221) 및 상기 가열챔버(221)에 설치되어 상기 내부공간(223)의 내기를 가열하는 가열부재(222)를 구비한다.
상기 가열챔버(221)는 출력베드(110)의 상면에 안착되며, 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 용이하게 내부로 유입되도록 상면이 개방되게 형성된다. 상기 가열챔버(221)는 내부의 열이 방열되는 것을 방지하기 위해 단열소재로 형성되는 것이 바람직하다.
가열부재(222)는 가열챔버(221)에 설치되며, 상기 성형재료를 가열할 수 있도록 상기 내부공간(223)을 향해 원적외선을 방출하는 원적외선 히터가 적용된다. 가열부재(222)로부터 방출된 적외선은 가열챔버(221)의 내부공간(223) 내기를 소정의 온도로 가열시킨다.
상술된 바와 같이 구성된 경화부(220)는 성형재료가 적층되는 가열챔버(221)의 내부공간(223)을 가열시키므로 가열챔버(221)의 복사열 효과에 의해 가열챔버(221) 내부의 온도가 용이하게 유지되며, 가열챔버(221) 내부를 일정한 온도로 유지할 수 있어 성형재료의 경화에 따른 성형대상물의 수축 현상이 감소된다. 또한, 상기 경화부(220)는 구조가 비교적 단순하여 제조에 소요되는 인력 및 비용을 절감할 수 있다.
한편, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 경화부(220)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 경화부(220)는 상기 가열챔버(221)의 내벽면으로 입사되는 원적외선을 상기 내부공간(223)의 중앙부로 반사하기 위해 상기 가열챔버(221)의 내벽면에 설치된 반사부재(224)를 더 구비한다. 상기 반사부재(224)는 가열부재(222)로부터 방출된 원적외선을 집광하여 내부공간(223)의 중앙부 측으로 반사시킬 수 있도록 가장자리에서 중심부로 갈수록 내측으로 인입된 오목한 형상의 오목 거울이 적용된다.
상기 반사부재(224)는 가열부재(222)에 대향된 가열챔버(221)의 내측면 뿐 아니라 가열챔버(221)의 바닥면을 포함한 모든 내측면에 각각 설치될 수 있다.
상술된 반사층에 의해 가열챔버(221)의 내벽면으로 입사되는 원적외선이 가열챔버(221)의 내부공간(223) 중앙부로 반사되므로 가열챔버(221)의 내벽면으로 입사되어 손실되는 원적외선을 감소시켜 가열부재(222)에 의한 가열챔버(221) 내부의 가열효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반사부재(225)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 반사부재(225)는 가열챔버(221)의 내벽면을 감싸도록 형성되며, 가열챔버(221)의 내벽면 측으로 입사되는 원적외선을 내부공간(223)의 중앙부로 반사시킨다. 상기 반사부재(225)는 반사성이 우수한 알루미늄 호일을 가열챔버(221)의 내벽면에 부착하여 형성할 수 있다.
또한, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 경화부(230)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 경화부(230)는 상기 압출노즐(123)에 대향되는 상기 출력베드(110)에 설치되며, 내부에 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 적층되는 내부공간(233)이 마련되되, 상기 내부공간(233)에는 액상의 충진액이 수용된 가열챔버(231)와, 상기 가열챔버(231)에 설치되어 상기 충진액을 가열하는 가열부재(232)를 구비한다.
상기 가열챔버(231)는 출력베드(110)의 상면에 안착되며, 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료가 용이하게 내부로 유입되도록 상면이 개방되게 형성된다. 상기 가열챔버(231)는 내부의 열이 방열되는 것을 방지하기 위해 단열소재로 형성되는 것이 바람직하다.
가열챔버(231)의 내부에 충진되는 충진액은 압출노즐(123)로부터 압출되는 실리콘 소재의 성형재료와 화학반응을 발생시키지 않는 것으로서, 물이 적용된다. 압출노즐(123)로부터 압출된 성형재료는 충진액에 의해 발생된 부력에 의해 지지되어 적층시 형상이 변형되는 것이 방지된다.
가열부재(232)는 가열챔버(231)에 설치되어 열을 가열챔버(231)에 인가하는 것으로서, 도면에 도시되진 않았지만, 공급된 전기에 의해 발열하는 전열선으로 구성된다. 한편, 가열부재(232)는 이에 한정하는 것이 아니라 가열챔버(231) 내의 충진액을 가열할 수 있는 가열수단이면 무엇이든 가능하다.
상술된 바와 같이 구성된 경화부(230)는 충진액인 물의 밀도가 공기보다 높으므로 가열부재(232)로부터 인가된 열이 성형재료로 효과적으로 전달되고, 물의 부력에 의해 적층된 성형재료가 지지되어 변형이 발생되는 것을 방지한다.
한편, 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 압출노즐(240)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 압출노즐(240)은 본체(124)의 외주면에 설치된 단열부재(241)를 더 구비한다. 상기 단열부재(241)는 본체(124)의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 경화부(230)로부터 발생된 열에 의해 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 경화부(230)에서 상기 본체(124)로의 열전달을 차단할 수 있도록 단열소재로 형성되는 것이 바람직하다.
상술된 단열부재(241)에 의해 경화부(230)로부터 발생된 열을 포함한 본체(124) 외부의 열이 본체(124)로 전달되는 것이 차단되므로 압출구 측의 성형재료가 경화되는 것이 방지되어 장시간 사용하더라도 본체(124)의 압출구가 개방된 상태를 유지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 단열부재(242)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 단열부재(242)는 상기 본체(124)로의 열전달을 차단하기 위한 공기층이 마련될 수 있도록 내부에 공기가 충진된 충진공간(243)이 형성된다. 단열부재(242)에 의해 본체(124) 외주면을 감싸도록 공기층이 형성되어 있으므로 외부로부터 본체(124)로의 열전달을 다단으로 차단할 수 있어 본체(124)로의 열전달 차단효율이 증가하는 장점이 있다.
또한, 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 압출노즐(250)이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 압출노즐(250)은 상기 본체(124)에 인접된 위치에 설치되며, 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 본체(124)를 방열시킬 수 있도록 상기 본체(124)로 외기를 강제 순환시키는 방열팬(251)을 구비한다.
상기 방열팬(251)은 본체(124)에 인접된 위치의 이동블럭(122)에 고정되어 본체(124) 측으로 외기를 송풍시킨다. 한편, 도시된 예에서는 방열팬(251)이 이동블럭(122)에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 방열팬(251)은 이에 한정하는 것아 아니라 프레임(121) 또는 출력베드(110)에 설치될 수도 있다.
방열팬(251)에 의해 강제송풍된 외기는 본체(124)를 통과하며 본체(124)를 방열시키므로 본체(124) 내부의 성형재료가 경화되는 것이 방지되어 장시간 작업하더라도 압출구가 개방된 상태가 유지된다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 의료용 실리콘 3D 프린터
110: 출력베드
120: 압출유닛
121: 프레임
122: 이동블럭
123: 압출노즐
124: 본체
125: 베이스 부재
130: 경화부
131: 지지브라켓

Claims (16)

  1. 출력베드;
    상기 출력베드에 인접되게 설치되며, 성형재료를 적층하여 입체적 성형물을 제조할 수 있도록 상기 출력베드에 상기 성형재료를 압출하는 압출노즐이 마련된 프린터 유닛; 및
    상기 출력베드 또는 프린터 유닛에 설치되며, 적층된 성형재료를 경화시킬 수 있도록 상기 출력베드에 압출된 상기 성형재료에 열을 인가하는 경화부;를 포함하고,
    상기 성형재료는 성형시술용 보형물에 적합한 소재로서, 소정의 점성 및 경도를 갖는 열경화성 실리콘 소재이고,
    상기 경화부는
    상기 압출노즐에 대향되는 상기 출력베드에 설치되며, 내부에 압출노즐로부터 압출된 성형재료가 적층되는 내부공간이 마련되되, 상기 내부공간에는 액상의 충진액이 수용된 가열챔버;
    상기 가열챔버에 설치되며, 상기 내부공간에 적층된 상기 성형재료를 경화시킬 수 있도록 상기 충진액을 가열하는 가열부재;를 구비하고,
    상기 충진액은 상기 압출노즐로부터 압출되는 상기 성형재료와의 화학반응이 미발생되는 물질인,
    의료용 실리콘 3D 프린터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프린터 유닛은
    상기 출력베드에 인접되게 설치된 프레임;
    상기 압출노즐을 지지하는 것으로서, 상기 출력베드 상측의 상기 프레임에 X,Y,Z축 방향으로 이동가능하게 설치된 이동블럭; 및
    상기 이동블럭을 이동시키는 구동부;를 더 구비하고,
    상기 경화부는 상기 구동부에 의해 이동할 수 있도록 이동될 수 있도록 상기 압출노즐에 인접된 위치의 상기 이동블럭에 지지되는,
    의료용 실리콘 3D 프린터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압출노즐은
    성형재료 공급부로부터 공급된 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 상기 출력베드에 대향되는 측면에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체;
    상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부; 및
    상기 본체를 감싸도록 설치되며, 상기 경화부로부터 발생된 열에 의해 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 경화부에서 상기 본체로의 열전달을 차단하는 단열부재;를 구비하는,
    의료용 실리콘 3D 프린터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단열부재는 상기 본체로의 열전달을 차단하기 위한 공기층이 마련될 수 있도록 내부에 공기가 충진된 충진공간이 형성된,
    의료용 실리콘 3D 프린터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 압출노즐은
    성형재료 공급부로부터 공급된 성형재료가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련되며, 상기 출력베드에 대향되는 측면에 상기 수용공간의 성형재료가 압출되기 위한 압출구가 형성된 본체;
    상기 본체에 설치되어 상기 압출구를 통해 성형재료가 압출될 수 있도록 상기 수용공간에 수용된 성형재료를 가압하는 가압부; 및
    상기 본체에 인접된 위치에 설치되며, 상기 압출구 측의 성형재료가 경화되어 상기 압출구가 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 상기 본체를 방열시킬 수 있도록 상기 본체로 외기를 강제 순환시키는 방열팬;을 구비하는,
    의료용 실리콘 3D 프린터.
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