KR101848058B1 - 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 3D 프린터의 일측에 형성되며 필라멘트를 수용하는 3D 프린터에 있어서, 전면에 전원스위치와 온도조절기가 형성되고 내부에 상기 필라멘트가 수용되는 함체; 상기 함체의 내부에 형성되어 공간을 분할하여 원료가 수용되는 제1공간과, 건조부재가 형성되는 제2공간으로 분할되도록 하며 다수개의 통기홀이 형성된 분산판; 상기 함체 내의 제2공간에 형성되며 분산판에 고온 공기를 공급하는 발열체와, 상기 발열체의 후방에 형성되어 발열 공기를 송기하는 송풍휀으로 구성되는 건조부재;를 포함하는 것으로, 분산판의 통기홀을 통해 고온공기가 분산 유입되어 제1공간을 건조하게 유지하도록 한 것이다.
이에 따르면, 원재료를 수용하되 항상 건조 상태를 유지함으로써 원재료의 수분 침투를 방지하며, 원재료에 흡수된 수분을 증발 시켜 프린터 원재료가 최상의 조건에서 프린터 작업을 하므로 프린터 성능이 최상으로 유지될 수 있는 효과가 있다.

Description

3D 프린터{3D Printer}

본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원재료인 필라멘트가 스풀에 권취되어 공급하는 방식에 있어서 3D 프린팅 작업 전에 필라멘트가 흡수한 수분을 증발/건조 시키며 대기중에 포함되어 있는 수분을 증발시켜 필라멘트에 흡수되지 않도록 건조한 상태를 유지할 수 있도록 하는 3D 프린터에 관한 것이다.

최근들어 물체에 대한 3차원 데이터를 이용하여 해당 물체를 3차원으로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증가하고 있다. 이러한 3D 프린터는 점차 가격이나 성능면에서 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 활용도가 높아지고 있다.

3D 프린터의 조형 방식은 다양하게 구현되고 있는데, 크게 적층형(첨가형 또는 쾌속조형 방식)과 절삭형(컴퓨터 수치제어 조각방식)으로 구분할 수 있다.

이 중 상기 절삭형은 적층형에 비해 상대적으로 정밀한 출력물을 출력할 수 있는 장점이 있으나 조형 가능한 형상에 한계가 있고, 재료 사용량 등의 효율이 떨어지는 등의 문제가 있어 일반적으로 적층형의 조형방식이 널리 사용되고 있다.

이러한 적층형의 조형방식 중에서도 대표적으로 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식은 열가소성소재(예컨대, 플라스틱)를 실과 같은 형태로 형성한 필라멘트(filament)를 원료로 사용, 익스트루더를 통해 공급되는 필라멘트가 가열된 노즐을 통해 반액체상태로 압출되어 한 층(레이어)씩 적층되며 조형물을 완성하는 방식으로, 일반 사용자를 중심으로 널리 이용되고 있다.

FFF 또는 FDM 방식의 3D 프린터는 스풀에서부터 공급되는 필라멘트는 출력물이 완성될 때까지 이상 없이 연속해서 이송되어야 한다.

한편 종래 기술은 스풀에 감겨진 상태로 대기중에 노출되어 있고, 사용자가 필라멘트 보관시 수분을 흡수하여 필라멘트 내부에 수분이 존재하는 상태에서, 익스투르더 히팅 블럭의 고온을 통과하는 과정에서 수분이 증발하여 노즐에서 압출되어 적층된 필라멘트 내부에 흠이나 기포가 발생하게 되고, 출력물이 서서히 굳어가면서 출력물에 수축이 발생하고, 이 수축으로 인해 안착베드(히팅베드)에서 출력물이 떨어져서 출력이 실패하거나 완성된 출력물에 변형이 생기는 문제점이 있었다.

한국 특허출원 10-2016-0044910호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 원재료를 수용하되 항상 건조 상태를 유지함으로써 원재료의 수분 침투를 방지하며, 이미 흡수된 수분을 증발/건조 시켜 프린터 성능이 최상으로 유지되도록 하는 3D 프린터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 3D 프린터의 일측에 형성되며 필라멘트를 수용하는 3D 프린터에 있어서, 전면에 전원스위치와 온도조절기가 형성되고 내부에 상기 필라멘트가 수용되는 함체; 상기 함체의 내부에 형성되어 공간을 분할하여 원료가 수용되는 제1공간과, 건조부재가 형성되는 제2공간으로 분할되도록 하며 다수개의 통기홀이 형성된 분산판; 상기 함체 내의 제2공간에 형성되며 분산판에 고온 공기를 공급하는 발열체와, 상기 발열체의 후방에 형성되어 발열 공기를 송기하는 송풍휀으로 구성되는 건조부재;를 포함하는 것으로, 상기 분산판의 통기홀을 통해 고온공기가 분산 유입되어 제1공간을 건조하게 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 3D 프린터에 의해 달성될 수 있다.

상기 전원스위치는 3D 프린터와는 별도로 사용자가 원재료(필라멘트) 건조 필요시 사용 가능하도록 온오프를 제어하는 것이다.

상기 분산판은 발열 공기가 통과되도록 다수개의 통기홀이 형성되고, 함체의 내벽에 탈착 가능하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 함체의 내벽 양측에 걸림단턱이 대칭 형성되고, 상기 걸림단턱에 분산판이 끼움결합되어 높이 조절이 가능하게 된 것을 특징으로 한다.

상기 발열체는 공간을 형성하는 프레임과, 프레임의 내부에 형성된 발열선과, 프레임의 공간을 가로질러 다수로 형성되며 발열선과 연결된 발열플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 함체의 내부 일측에는 온도를 측정하는 온도센서가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제2공간에 연결되며 제1공간의 상부와 측면에 통하는 덕트와, 덕트에 형성되는 분사노즐로 구성되는 유도부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1공간에 형성되어 내부 공기를 순환시키는 순환휀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 3D 프린터의 원재료(필라멘트)를 수용하되 내부 공간을 항상 건조 상태로 유지함으로써 원재료에 수분 침투를 방지할 수 있으며, 이미 흡수된 수분을 증발/건조 시켜 노즐에서 압출(분사)되어 적층된 필라멘트의 흠이나 기포 발생을 방지하여 이로 발생되는 불량률을 월등히 감소시킬 수 있어 3D프린터의 성능이 최상으로 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 '분산판'의 결합을 나타낸 확대단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로서, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아니다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도, 도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터의 '분산판'의 결합을 나타낸 확대단면도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도, 도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3D 프린터를 나타낸 정면도이다.

도 1은 함체(2)의 내부를 보이도록 하기 위해 전면패널을 제거한 상태임을 밝혀둔다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시태양에 따른 3D 프린터(A)는, 3D 프린터(P)의 일측에 형성되며 원재료(필라멘트)(100)를 수용하는 3D 프린터에 있어서, 전면에 전원스위치(22)와 온도조절기(24)가 형성되고 내부에 상기 필라멘트(100)가 수용되는 함체(2); 상기 함체(2)의 내부에 형성되어 공간을 분할하여 원료가 수용되는 제1공간(210)과, 건조부재(6)가 형성되는 제2공간(220)으로 분할되도록 하며 다수개의 통기홀(42)이 형성된 분산판(4); 상기 함체(2) 내의 제2공간에 형성되며 분산판에 고온 공기를 공급하는 발열체(62)와, 상기 발열체(62)의 후방에 형성되어 발열 공기를 송기하는 송풍휀(64)으로 구성되는 건조부재(6);를 포함하는 것으로, 상기 분산판(4)의 통기홀(42)을 통해 고온공기가 분산 유입되어 제1공간(210)을 건조하게 유지하도록 한 것이다.

3D 프린터(P)는 열가소성 필라멘트가 권취된 보빈(21)과, 보빈(21)으로부터 열가소성 필라멘트(100)가 내부로 공급되어 히팅블록에서 가열된 후 익스트루더가 용융된 열가고성 수지를 배출시켜 적층함으로써 3D 프린팅이 이루어지도록 되어 있다.

원재료(필라멘트)(100)는 3D 프린터에 사용되는 플라스틱 원재료로 수분에 매우 취약하다. 건조기에서 수분을 증발 시킨 원재료가 3D 프린터로 투입된다.

도 2를 참조하면, 3D 프린터에 사용하는 필라멘트는 2개가 구비된다. 하나는 공급되는 필라멘트이고 다른 하나는 예비로 구비하는 것이다.

이렇게 복수의 필라멘트에 대해 모두 건조를 해줌으로써 사용되지 않는 원재료도 미리 건조가 가능하다.

상기 전원스위치(22)는 3D 프린터와는 별도로 사용자가 원재료(필라멘트)(100) 건조 필요시 사용 가능하도록 온오프를 제어하는 것이다.

상기 온도조절기(24)는 사용 환경등에 따라 사용자가 필요한 온도를 설정한다.

온도조절기(24)에서 설정된 온도에 ±0.2도 범위에서 발열체(62)가 자동으로 온/오프(on/off) 된다.

온도센서(26)에서 측정된 온도 값이 입력되어 발열체(62)의 작동을 조정하게 된다.

온도 센서(26)는 함체(2) 내부의 온도를 측정한 후 측정된 온도값을 온도 조절기(24)로 보낸다.

따라서 3D 프린터 작업시 건조 작동이 수행될 수도 있고, 또는 프린터 작업 전이나 작업중 또는 작업 후 등 시기에 상관없이 작업자의 필요에 따라서 건조 작동이 가능하다.

함체(2)의 내측 하부에 수평하게 분산판(4)이 장착된다.

상기 분산판(4)은 발열 공기가 통과되도록 다수개의 통기홀(42)이 형성되고, 함체(2)의 내벽에 탈착 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

분산판(4)이 함체(2)의 내벽으로부터 탈착 가능하면서도 높이 조절이 가능하도록 한다.

높이 조절이 가능하도록 하기 위한 일 실시예는, 걸림단턱(27)이 측면에 종방향으로 다수 형성됨으로써 걸림단턱(27)과 걸림단턱(27) 사이에 걸림홈(28)이 형성된다.

따라서 분산판(4)을 걸림홈(28)에 선택적으로 결합시켜 높이를 조절하도록 한다.

상기 발열체(62)는 사각형으로 이루어져 내부를 관통하도록 공간이 형성되는 프레임(621)과, 프레임(621)의 내부에 형성되어 외부의 전원선과 연결되는 발열선과, 프레임(621)의 공간을 가로질러 다수로 형성되며 발열선과 연결된 발열플레이트(623)가 형성되며, 다수의 발열플레이트(623)들 사이에 공기가 통과되는 슬릿(624)이 형성되어 이루어진다.

발열체(62)는 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 함체(2)의 내부에 열을 발생시킨다.

발열체(62)는 온도조절기(24)로부터 작동 여부의 신호를 받아 자동으로 온/오프된다.

송풍휀(64)은 발열체(62)의 후방에 형성되어 발열체(62)에 대해 공기를 공급하고, 발열체(62)를 통과한 후 고온 공기가 함체(2) 내부로 유입될 수 있도록 한다.

한편 상기 함체(2)의 내부 일측에는 온도를 측정하는 온도센서(26)는 함체(2)의 내부 온도를 측정하고, 측정된 온도값을 온도조절기(24)에 보내고 온도조절기(24)의 설정된 값과 비교하여 온오프 작동이 제어되도록 한다.

한편 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2공간(220)에 연결되며 제1공간(210)의 상부와 측면에 통하는 덕트(52)와, 덕트(52)에 형성되는 분사노즐(54)로 구성되는 유도부를 포함하여 구성된다.

따라서 하부의 분산판(4)으로 공기가 유입되는 한편 덕트(52)를 통해서 상부의 분사노즐(54)을 통해서도 상부로부터 고온 공기가 유입될 수 있다.

한편 또다른 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 함체(2)의 제1공간(210)에 형성되어 내부 공기를 순환시키는 순환휀(7)을 포함한다.

순환휀(7)은 내부의 찬공기와 더운 공기를 순환시킴으로써 고온 공기가 함체(2) 내에 빠르게 채워지도록 하여 건조 기능을 더욱 촉진하게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타실시 예로 변경할 수 있으므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 : 함체 4 : 분산판
6 : 건조부재 22 : 전원스위치
27 : 걸림단턱 28 : 걸림홈
42 : 통기홀 62 : 발열체
64 : 송풍휀 100 : 필라멘트
210 : 제1공간 220 : 제2공간

Claims (7)

1. 3D 프린터의 일측에 형성되며 필라멘트를 수용하는 3D 프린터에 있어서,
   전면에 전원스위치와 온도조절기가 형성되고 내부에 상기 필라멘트가 수용되며 온도센서가 형성된 함체;
   상기 함체의 내부에 형성되어 공간을 분할하여 필라멘트가 수용되는 제1공간과 제2공간으로 분할되도록 하며 다수개의 통기홀이 형성된 분산판;
   상기 제2공간에 형성되며 분산판에 고온 공기를 공급하는 발열체와, 상기 발열체의 후방에 형성되어 발열 공기를 송기하는 송풍휀으로 구성되는 건조부재;를 포함하며,
   상기 분산판의 통기홀을 통해 고온공기가 분산 유입되어 제1공간을 건조하게 유지하도록 한 것이며,
   상기 분산판은
   발열 공기가 통과되도록 다수개의 통기홀이 형성되고,
   함체의 내벽에 탈착 가능하게 형성되는 것이고,
   상기 함체의 내벽 양측에 걸림단턱이 대칭 형성되고,
   상기 걸림단턱에 분산판이 끼움결합되어 높이 조절이 가능하며,
   상기 발열체는 공간을 형성하는 프레임과, 프레임의 내부에 형성된 발열선과, 프레임의 공간을 가로질러 다수로 형성되며 발열선과 연결된 발열플레이트를 포함하고,
   상기 제2공간에 연결되며 제1공간의 상부와 측면에 통하는 덕트와, 상기 덕트에 형성되는 분사노즐로 구성되는 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 온도조절기는
   사용 환경등에 따라 사용자가 필요한 온도를 설정하고,
   온도조절기에서 설정된 온도에서 발열체가 자동으로 온오프되며,
   온도센서에서 측정된 온도 값이 입력되어 발열체의 작동을 조정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1공간에 형성되어 내부 공기를 순환시키는 순환휀을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
   

Images