KR101827519B1 - 3d 프린터용 노즐 회전 장치 - Google Patents

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권오창
문명운
조원진
손동석
최민성
전창호
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은, 단부에 사각 단면의 배출구를 구비하여 필라멘트 용융물을 배출시키는 노즐; 일 방향으로 연장되고, 상기 노즐과 함께 회동 가능하도록 상기 노즐을 결합시켜서 상기 노즐에 필라멘트를 주입시키는 인렛 샤프트; 상기 인렛 샤프트에 연결되어 상기 인렛 샤프트를 회전시키는 회동부; 및 상기 인렛 샤프트가 삽입 결합되는 관통홀을 구비하고, 상기 인렛 샤프트에 열을 전달하도록 이루어지되, 상기 인렛 샤프트는 상기 관통홀에 회전 가능하게 장착된 히팅 블록을 포함하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치를 제공한다.

Description

3D 프린터용 노즐 회전 장치{NOZZLE ROTATING APPARATUS FOR 3-DIMENSIONAL PRINTER}
본 발명은 3D 프린터에 있어서, 노즐을 회전시키는 3D 프린터용 노즐 회전 장치에 관한 것이다.
3D 프린팅(3-Dimensional printing)은 스캐닝이나 모델링을 통한 3차원의 디지털 자료를 기반으로, 재료를 한겹 한겹 차례로 쌓아 올리는 공정을 통하여 원하는 형상을 만드는 적층가공(Additive manufacturing)의 일종으로서, 광의적 의미에서 3D 프린팅 기술은 적층 가공전체를 의미하기도 한다. 3D 프린팅 공정은 기존 다른 가공 공정에 비해 제작에 소요되는 에너지가 약 50%이상, 소재는 약 90%이상 절감할 수 있다고 알려져 있다.
3D 프린팅 방식은 적층방식에 따라, 크게 9가지의 유형으로 나누어지는 데, 그 중에서 흔히 물질분사(Material Extrusion) 방식이 가장 하드웨어 구성이 간단하여 가정용으로 널리 보급되어 있다. 물질분사 방식의 3D 프린터는 FFF(fused filament fabrication), FDM(fused deposition modeling)을 포함한다. FDM 3D 프린터는 일반적으로, XY 축 방향으로 이동 가능한 프린터 헤드가 Z 방향으로 이동 가능하게 구성된 이동조형판의 상부에서, 물질을 분사하면서 3차원의 구조물을 만들어내는 데, 소재로 열가소성 수지로 제작된 직경 1.25밀리미터에서 3밀리미터의 원형 단면을 갖는 필라멘트가 주로 사용되며, 공급된 필라멘트가 용융되면서 프린터 헤드 하부에 배치된 노즐을 통해 분사되어 한겹 한겹 적층된다.
그런데, 종래의 3D 프린터는 원형 단면의 노즐을 사용하여 구조물을 적층 제작하므로, 계면간의 접촉이 선 접촉을 이루어 출력물의 강도가 낮으며, 표면이 거칠어지는 문제점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위해, 근래에 사각형 단면 형태의 배출구를 갖는 사각 노즐이 제안되었다.
일반적으로, 3D 프린팅에 있어서, 노즐이 회전하지 않는 고정형 사각 노즐의 경우, 사각형, 직사각형, 삼각형 등 직선 또는 일정 각도로 굽어있는 형상에서는 3D 프린팅이 원활하게 이루어진다. 하지만, 다곡면 형상의 경우, 고정형 사각 노즐의 3D 프린터에 의하여 3D 프린팅하게 되면, 도 1에서와 같이 꼭지점 돌출 현상이 발생하여 외형 불균일의 문제점이 발생할 우려가 있다.
또한, 적층 불량, 외형 무너짐, 곡면 패임 현상 및 필라멘트 다량 토출 현상이 발생하여 3D 프린팅의 질이 급격히 떨어지는 상황이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일 목적은 곡면 성형 중에 꼭지점 돌출 현상 등을 방지하여 3D 프린팅의 질을 향상시키는 것이 가능한 3D 프린터용 노즐 회전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 층간 경계면의 발생을 최소화하고, 필라멘트가 흐르는 현상을 방지하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치는, 단부에 사각 단면의 배출구를 구비하여 필라멘트 용융물을 배출시키는 노즐; 일 방향으로 연장되고, 상기 노즐과 함께 회동 가능하도록 상기 노즐을 결합시켜서 상기 노즐에 필라멘트를 주입시키는 인렛 샤프트; 상기 인렛 샤프트에 연결되어 상기 인렛 샤프트를 회전시키는 회동부; 및 상기 인렛 샤프트가 삽입 결합되는 관통홀을 구비하고, 상기 인렛 샤프트에 열을 전달하도록 이루어지되, 상기 인렛 샤프트는 상기 관통홀에 회전 가능하게 장착된 히팅 블록을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 관통홀에는 내경이 좁아지도록 단턱부가 형성되고, 상기 인렛 샤프트는 상기 단턱부가 형성되는 관통홀에 삽입 가능하도록 이루어지고, 상기 노즐은, 상기 관통홀에 삽입된 상기 인렛 샤프트의 단부에 삽입된다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 회동부는, 본체에 설치되어 구동력을 발생시키는 모터; 상기 모터에 결합되어 상기 구동력에 의해 회동하는 제1회전기어; 및 상기 제1회전기어에 의해 회전 가능하도록 상기 제1회전기어에 맞물리고, 상기 인렛 샤프트의 외주에 결합되는 제2회전기어를 포함하고, 상기 회동부는 상기 배출구를 상기 노즐이 이송되는 방향과 나란하게 배치시키도록 상기 인렛 샤프트를 회전시킨다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 노즐은, 내측에 필라멘트를 유동 가능하게 하는 유로를 구비하고 상기 배출구를 통해 상기 필라멘트를 배출 가능하도록 이루어지는 노즐바디; 및 상기 인렛 샤프트의 일 단부에 삽입되도록 상기 노즐바디의 상단에 형성되어 상기 인렛 샤프트로부터 상기 유로로 필라멘트를 유입시키는 유입부를 포함하고, 상기 유입부는 상기 관통홀에 삽입된 상기 인렛 샤프트의 단부에 삽입된다.
상기 히팅 블록에는, 열을 발생시켜서 상기 히팅 블록을 통해 상기 인렛 샤프트에 열을 공급하는 히팅 파이프; 및 상기 히팅 파이프에 교차하는 방향으로 상기 히팅 파이프를 가압하여 고정하는 히팅 파이프 고정부재가 설치될 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 본체에는 상기 히팅 블록에 의해 가열된 상기 인렛 샤프트를 냉각시키도록 축 냉각부가 설치된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 관통홀에는 베어링이 결합되고, 상기 인렛 샤프트는 상기 베어링에 의해 지지되도록 상기 베어링에 삽입된다.
본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치는, 노즐이 인렛 샤프트의 단부에 결합되고, 모터로부터 발생된 구동력을 제1 및 제2회전기어를 통해서 인렛 샤프트에 전달하여 노즐을 회전시킴으로써, 노즐의 배출구를 회전시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치는, 필라멘트가 공급되는 인렛 샤프트와 용융된 필라멘트 배출되는 노즐이 함께 회전하는 구조를 형성하여, 결합부분으로 용융된 필라멘트가 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치는, 히팅 블록의 관통홀에 단턱부가 형성되고, 여기에 인렛 샤프트가 회전 가능하게 결합함으로써 히팅 블록은 내부에 인렛 샤프트가 상하 방향으로 위치를 유지하면서 인렛 샤프트로 열을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치는, 꼭지점 돌출현상을 방지하고, 층간 경계면의 발생을 최소화할 수 있는데, 특히, 레이어 두께가 200 ~ 1,000 ㎛ 인 중, 대형의 3D 프린팅에 있어, 3D 프린팅의 질을 향상시키는 데 유용하다.
도 1은 노즐의 필라멘트 배출구가 회전하지 않는 구조의 사각 형상인 경우, 꼭지점 현상이 발생되는 것을 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 구조를 도시하는 사시도.
도 3a는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 구조를 도시하는 정면도.
도 3b는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 구조를 도시하는 정면도.
도 4는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 구조와 익스트루더의 결합관계를 도시하는 개념도.
도 5a는 도 2에서의 노즐, 인렛 샤프트 및 히터부의 결합관계를 도시하는 사시도.
도 5b는 도 2에서의 노즐, 인렛 샤프트 및 히터부의 결합관계를 도시하는 절개사시도.
도 6a는 본 발명의 노즐의 배출구가 회전되며, 3D 프린팅하는 것을 도시하는 개념도.
도 6b는 도 6a에 의해 3D 프린팅된 제품을 도시하는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "구비한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 장치(100)를 도시하는 사시도이고, 도 3a는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 장치(100)를 도시하는 정면도이다. 또한, 도 3b는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 장치(100)를 도시하는 정면도이다. 한편, 도 4는 본 발명의 3D 프린터용 회전 노즐 장치(100)와 익스트루더(70)의 결합관계를 도시하는 개념도이고, 도 5a는 도 2에서의 노즐(10), 인렛 샤프트(20) 및 히터부(40)의 결합관계를 도시하는 사시도이며, 도 5b는 도 2에서의 노즐(10), 인렛 샤프트(20) 및 히터부(40)의 결합관계를 도시하는 절개사시도이다.
이하, 도 2 내지 도 5b를 참조하여, 본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치(100)에 대하여 서술한다.
본 발명의 3D 프린터용 노즐 회전 장치(100)는 노즐(10), 인렛 샤프트(20), 회동부(30) 및 히팅 블록(41)을 포함한다.
노즐(10)은 단부에서 필라멘트(5)를 배출시키는 배출구(13a)를 구비하는데, 배출구(13a)는 사각 형의 단면 형상으로 이루어져서 용융된 필라멘트(5)를 사각형으로 배출시키도록 한다. 예를 들면, 노즐(10)의 배출구(13a)는 정사각형의 형상으로 이루어질 수 있다.
노즐(10)은 노즐바디(13) 및 유입부(17)를 포함할 수 있다. 노즐바디(13)는, 필라멘트(5)를 유동 가능하게 하는 유로(15)를 구비하여 배출구(13a)를 통해 배출 가능하도록 필라멘트(5)를 수용한다. 유로(15)는 사각형의 단면으로 이루어져서 배출구(13a)를 통해 필라멘트(5)를 사각형의 형상으로 배출시킬 수 있다. 유입부(17)는 노즐바디(13)의 일 단에 형성되어 인렛 샤프트(20)의 일 단부에 삽입되도록 한다. 유입부(17)는 원통형의 형상으로 형성될 수 있는데, 유입부(17)의 외주가 인렛 샤프트(20) 단부의 내주에 접촉되도록 삽입된다. 또한, 인렛 샤프트(20)의 일 단은 노즐바디(13)의 상단에 접촉할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 노즐(10)의 단부가 정사각형의 형상으로 이루어지는 노즐바디(13) 및 노즐바디(13)의 상단에 형성되는 유입부(17)의 일 예가 도시되어 있다.
이로 인해, 인렛 샤프트(20)를 통해서 공급되는 필라멘트(5)는 유입부(17)를 통과하여 노즐바디(13)의 유로를 따라서 배출구(13a)를 통해 배출되게 된다. 특히, 도 5b를 참조하면, 인렛 샤프트(20)에는 노즐(10)이 삽입 결합되어서, 인렛 샤프트(20) 및 노즐(10)이 함께 회전됨으로써, 또한, 히터 블록(41) 내에 위치한 인렛 샤프트(20) 내에서 용융된 필라멘트(5)는 인렛 샤프트(20) 및 노즐(10) 사이의 틈으로 유출되지 않고, 노즐바디(13)의 내부에 수용된 후 배출구(13a)를 통해 배출될 수 있다.
인렛 샤프트(20)는 일 방향으로 연장되는데, 노즐(10)과 함께 회동 가능하도록 노즐(10)에 연결된다. 인렛 샤프트(20)는 도 4를 참조하면, 익스트루더(70)로부터 필라멘트(5)를 제공받을 수 있으며, 제공된 필라멘트(5)를 노즐(10)에 주입 가능하게 한다. 인렛 샤프트(20)는 본 발명의 노즐 회전 장치(100)의 본체에 회전 가능하도록 설치될 수 있다.
도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노즐 회전 장치(100)의 본체에는 인렛 샤프트(20), 모터(33), 노즐(10) 냉각부(53) 및 축 냉각부(57) 등이 설치될 수 있다. 본 발명의 노즐 회전 장치(100)의 본체는 도 2 내지 도 3b에서 도시된 형상 이외에도 인렛 샤프트(20), 모터(33), 노즐(10) 냉각부(53) 및 축 냉각부(57) 등이 설치될 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 3b, 도 5a 및 도 5b에는 상하 방향으로 배치된 인렛 샤프트(20) 및 인렛 샤프트(20)의 단부에 노즐(10)이 결합되는 일 예가 도시되어 있다.
인렛 샤프트(20)는 일 단부에서 적어도 일부가 절곡되도록 형성되는 절곡부(25)를 구비할 수 있다. 일예로, 절곡부(25)는 인렛 샤프트(20) 일 단부에서 적어도 일부가 내경을 향해서 벤딩된 형상으로 이루어질 수 있다. 절곡부(25)로 인해 인렛 샤프트(20)의 일 단부는 보다 작은 내경을 구비하게 된다. 이로 인해, 인렛 샤프트(20)는 일 단부에서 타 단부에 비해서 작은 내경을 구비할 수 있으며, 노즐(10)의 유입부(17)는 인렛 샤프트(20)의 일 단부의 내주에 삽입될 수 있다.
회동부(30)는 인렛 샤프트(20)에 연결되어 인렛 샤프트(20)를 회전시킨다. 한편, 인렛 샤프트(20)의 단부에는 노즐(10)이 삽입 결합되므로, 인렛 샤프트(20)가 회전에 의해 노즐(10)도 함께 회전되게 되어, 사각 형의 배출구(13a)가 회전되며 3D 프린팅을 가능하게 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 3D 프린터 본체에 설치된 익스트루더(70)에 의해 인렛 샤프트(20)로 필라멘트(5)를 공급되고, 회동부(30)에 의해 인렛 샤프트(20) 및 노즐(10)이 회전하는 일 예가 도시되어 있다. 도 4에는 또한, 노즐 회전 장치(100)의 본체(60)에 설치된 베드(63)에서 3D 프린팅이 이루어지는 일 예가 도시된다.
이하, 도 2 내지 도 3b를 참조하여, 회동부(30)의 구조에 대하여 서술한다.
회동부(30)는 모터(33), 제1회전기어(35) 및 제2회전기어(37)를 포함한다.
모터(33)는 본체(60)에 설치되어 구동력을 발생시킨다. 모터(33)는 일 예로, 스텝 모터(33)일 수 있다.
또한, 제1회전기어(35)는 구동력에 의해 회동하도록 모터(33)에 결합된다. 예를 들면, 모터(33)는 회전되는 회전축(33a)을 구비할 수 있고, 제1회전기어(35)는 회전축(33a)에 결합되어 회전될 수 있다.
제2회전기어(37)는 인렛 샤프트(20)의 외주에 결합되고, 제2회전기어(37)의 외주가 제1회전기어(35)의 외주에 맞물리도록 배치된다. 예를 들면, 제2회전기어(37)는 인렛 샤프트(20)의 외주에 삽입되어 인렛 샤프트(20)와 동축으로 배치되게 될 수 있다.
이로 인해, 모터(33)에 의해 발생된 구동력은 제1회전기어(35) 및 제2회전기어(37)를 통해서 인렛 샤프트(20)에 전달되고, 인렛 샤프트(20)는 회전된다. 한편, 인렛 샤프트(20)의 일 단부에는 노즐(10)이 결합되어 있어서, 인렛 샤프트(20)가 회전되면 노즐(10)도 함께 회전되게 된다.
한편, 회동부(30)는 3D 프린팅 시에 노즐(10)이 이송되는 방향과 사각형의 배출구(13a)를 나란하게 배치시키도록 인렛 샤프트(20)를 회전시킨다. 노즐(10)이 곡선의 경로를 따라서 이송되는 경우, 사각형의 배출구(13a)는 노즐(10)의 각각의 곡선 경로에서의 접선 방향과 나란하게 배치되어야 한다. 배출구(13a)가 이송 방향과 나란하다는 것은, 노즐(10)의 배출구(13a)가 정사각형의 형상인 경우, 이송 방향과 배출구(13a)의 대향하는 두 변이 평행하도록 배치되고, 이송 방향과 배출구(13a)의 다른 대향하는 두 변은 수직으로 배치되는 것일 수 있다. 도 6a를 참조하면, 3D 프린팅 시 노즐(10)이 이송되는 방향과 나란하도록 배출구(13a)가 회전되는 일 예가 도시된다. 이로 인해서, 3D 프린팅된 제품이 도 6b에 도시된다. 이로 인해, 레이어들 사이에 꼭지점 돌출 현상의 발생을 최소화하고, 레이어들 사이에 경계면이 최소로 보이게 되며, 3D 프린팅된 제품의 질이 향상되게 된다.
배출구(13a)는 노즐(10)의 단부에 형성되어 있으며, 회동부(30)에 의해 인렛 샤프트(20)와 함께 회전하는 구조에 대한 설명에 대해서는 전술하였다.
인렛 샤프트(20)의 일 단부에는 인렛 샤프트(20)로 열을 전달하는 히터부(40)가 더 설치된다. 히터부(40)는, 히팅 블록(41), 히팅 파이프(43) 및 파이프 고정부재(47)를 포함할 수 있다. 히터부(40)에 의해 인렛 샤프트(20)의 일 단부가 가열되어 필라멘트(5)는 노즐(10)에 의해 배출되기 전 상태에서 용융되어, 원활히 유동할 수 있게 된다.
히팅 블록(41)은 인렛 샤프트(20) 일 단부의 외주에 설치된다. 히팅 블록(41)은 인렛 샤프트(20) 일 단부의 외주를 감싸도록 설치될 수 있다. 히팅 파이프(43)에서 발생된 열을 인렛 샤프트(20)에 전달한다. 히팅 블록(41)은 노즐바디(13)의 상단 및 절곡부(25)에 끼워지도록 결합된다. 히팅 블록(41)은 열전도체로 이루어져서, 인렛 샤프트(20)에 열을 효과적으로 전달할 수 있다.
히팅 블록(41)은 인렛 샤프트(20)가 삽입 결합되는 관통홀(41a)을 구비하는데, 관통홀(41a)에는 내경이 좁아지는 단턱부(41b)가 형성된다. 인렛 샤프트(20)는 단턱부(41b)가 형성되는 관통홀(41a)에 삽입 가능하도록 이루어진다. 인렛 샤프트(20)는 적어도 일부가 단턱부(41b)가 형성되는 관통홀(41a)에 정합되는 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 노즐(10)은 관통홀(41a)에 삽입된 인렛 샤프트(20)의 단부에 삽입된다. 노즐(10)의 유입부(17)가 인렛 샤프트(20)의 단부에 삽입될 수 있다.
한편, 단턱부(41b)가 형성되는 관통홀(41a)에는 베어링(49)이 결합될 수 있고, 인렛 샤프트(20)는 베어링(49)에 회전 가능하게 결합될 수도 있다. 베어링(49)은 부싱(BUSHING) 베어링일 수 있다. 도 5b에는 단턱부(41b)가 형성되는 관통홀(41a)에 베어링(49)이 삽입 결합되고, 베어링(49)에 인렛 샤프트(20)가 회전 가능하게 결합되는 일예가 도시된다.
이로 인해, 히팅 블록(41)에 의해 인렛 샤프트(20)는 가열되고, 인렛 샤프트(20)로 유입되는 필라멘트(5)가 용융되어 유입부(17)를 통해 노즐바디(13) 내로 유입되게 된다. 인렛 샤프트(20)는 히팅 블록(41)의 관통홀(41a)에 삽입되고, 노즐(10)이 관통홀(41a)에 삽입되는 인렛 샤프트(20)에 다시 삽입됨으로써 인렛 샤프트(20) 및 노즐(10)은 함께 회전할 수 있다. 따라서, 용융된 필라멘트(5)는, 인렛 샤프트(20) 및 노즐(10) 사이의 틈으로 유출되지 않으며, 안정적으로 노즐바디(13)의 내부로 공급되며, 배출구(13a)를 통해서 배출됨으로써 3D 프린팅될 수 있게 된다.
한편, 히팅 블록(41)의 내부에는 히팅 파이프(43) 및 파이프 고정부재(47)가 설치된다. 히팅 파이프(43)는, 히팅 블록(41)에 설치되어, 히팅 블록(41)을 통해서 인렛 샤프트(20)에 열을 공급한다. 도 5a 및 도 5b에는 히팅 블록(41) 내에서 인렛 샤프트(20)와 교차하는 방향으로 설치된 히팅 파이프(43)의 일 예가 도시된다. 또한, 파이프 고정부재(47)는 일 단이 히팅 파이프(43)를 가압하여 히팅 파이프(43)를 히팅 블록(41)에 고정시킨다.
한편, 본 발명의 노즐 회전 장치(100)의 본체에는 노즐(10) 냉각부(53) 및 축 냉각부(57)가 설치될 수 있다.
노즐(10) 냉각부(53)는 노즐(10) 및 노즐(10)의 배출구(13a)를 향해서 냉기를 배출시킴으로써 배출되는 필라멘트(5)의 냉각을 가능하게 한다.
축 냉각부(57)는 인렛 샤프트(20)를 냉각시키도록 본체(60)에 설치되어, 가열된 인렛 샤프트(20)를 냉각시키도록 한다.
인렛 샤프트(20)는 히팅 블록(41)을 사용하여 필라멘트(5)를 가열하여 용융된 상태로 만들어주는 기능을 하는 핫 엔드(Hot End) 영역과 필라멘트를 노즐에 균일하게 삽입할 수 있게 유지시켜주는 콜드 엔드(Cold End) 영역으로 구분된다. 인렛 샤프트(20)에서 핫 엔드(Hot End) 영역이 길어지게 될 경우 인렛 샤프트(20) 내부에 폴리머 계열 단열재가 녹아 인렛 샤프트(20)가 막힐 수 있으며, 또한 필라멘트(5)가 용융되어 있는 영역이 확장되어 프린팅 도중 인렛 샤프트(20)가 막힐 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명에서는 효과적인 방열을 위하여 인렛 샤프트(20)의 길이를 확장하였으며, 축 냉각부(57)를 사용하여 인렛 샤프트(20)를 냉각시킴으로써 핫 엔드(Hot End) 영역을 최소화시킬 수 있다.
인렛 샤프트(20)는 히팅 블록(41)의 높이의 4배 내지 8배 높이로 이루어지도록 인렛 샤프트(20)의 상단이 본체(60)의 상측까지 연장될 수 있다, 도 2 내지 도 3b를 참조하면, 약 5배 높이로 이루어져서 본체(60)의 상측까지 연장되는 인렛 샤프트(20)의 일 예가 도시된다.
이상에서 설명한 3D 프린터용 노즐 회전 장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 3D 프린터용 노즐 회전 장치
10 : 노즐 13a : 배출구
13 : 노즐바디 15 : 유로
17 : 유입부 20 : 인렛 샤프트
25 : 절곡부 30 : 회동부
33 : 모터 33a : 회전축
35 : 제1회전기어 37 : 제2회전기어
40 : 히터부 41 : 히팅 블록
41a : 관통홀 41b : 단턱부
43 : 히팅 파이프 47 : 파이프 고정부재

Claims (7)

  1. 단부에 사각 단면의 배출구를 구비하여 필라멘트 용융물을 배출시키는 노즐;
    일 방향으로 연장되고, 상기 노즐과 함께 회동가능하도록 상기 노즐에 결합되며 상기 노즐에 필라멘트를 주입시키는 인렛 샤프트;
    상기 인렛 샤프트에 연결되어 상기 인렛 샤프트 및 상기 인렛 샤프트에 결합된 상기 노즐을 함께 회전시키는 회동부; 및
    상기 인렛 샤프트가 삽입 결합되는 관통홀을 구비하고, 상기 인렛 샤프트에 열을 전달하도록 이루어지되, 상기 인렛 샤프트는 상기 관통홀에 회전 가능하게 장착된 히팅 블록을 포함하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀에는 내경이 좁아지도록 단턱부가 형성되고, 상기 인렛 샤프트는 상기 단턱부가 형성되는 관통홀에 삽입 가능하도록 이루어지고,
    상기 노즐은, 상기 관통홀에 삽입된 상기 인렛 샤프트의 단부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회동부는,
    본체에 설치되어 구동력을 발생시키는 모터;
    상기 모터에 결합되어 상기 구동력에 의해 회동하는 제1회전기어; 및
    상기 제1회전기어에 의해 회전 가능하도록 상기 제1회전기어에 맞물리고, 상기 인렛 샤프트의 외주에 결합되는 제2회전기어를 포함하고,
    상기 회동부는 상기 배출구를 상기 노즐이 이송되는 방향과 나란하게 배치시키도록 상기 인렛 샤프트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은,
    내측에 필라멘트를 유동 가능하게 하는 유로를 구비하고 상기 배출구를 통해 상기 필라멘트를 배출 가능하도록 이루어지는 노즐바디; 및
    상기 인렛 샤프트의 일 단부에 삽입되도록 상기 노즐바디의 상단에 형성되어 상기 인렛 샤프트로부터 상기 유로로 필라멘트를 유입시키는 유입부를 포함하고,
    상기 유입부는 상기 관통홀에 삽입된 상기 인렛 샤프트의 단부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히팅 블록에는,
    열을 발생시켜서 상기 히팅 블록을 통해 상기 인렛 샤프트에 열을 공급하는 히팅 파이프; 및
    상기 히팅 파이프에 교차하는 방향으로 상기 히팅 파이프를 가압하여 고정하는 히팅 파이프 고정부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3D 프린터용 노즐 회전 장치에는, 상기 히팅 블록에 의해 가열된 상기 인렛 샤프트를 냉각시키도록 축 냉각부가 설치되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀에는 베어링이 결합되고, 상기 인렛 샤프트는 상기 베어링에 의해 지지되도록 상기 베어링에 삽입되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 회전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5039795B2 (ja) * 2007-02-12 2012-10-03 ストラタシス，インコーポレイテッド 押出型堆積システムのための粘性ポンプ
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