KR101867757B1 - 3d 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치 - Google Patents

3d 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 와이어 슬러지 배출구가 형성된 3D 프린터 원료 압출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이송스크류와 가이드롤러 사이에서 3D 와이어가 압축될 때 발생될 수 있는 3D 와이어의 슬러지이 스크류 블록의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록에 와이어 슬러지 배출구가 형성되고, 와이어감지 센서가 있어 어 원료와이어(필라멘트)가 소진되거나 도중에 끊어져서 공급에 차질이 생긴 것을 감지하도록 형성한 3D 와이어 슬러지 배출구가 형성된 3D 프린터 원료공급장치에 관한 것이다.

Description

3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치{Mmaterial supply nozzle device for 3D printer}
본 발명은 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이송스크류와 가이드롤러 사이에서 3D 와이어가 압축될 때 발생될 수 있는 3D 와이어의 슬러지가 스크류 블록의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록에 와이어 배출구가 형성되고, 원료와이어(필라멘트)가 소진되거나 도중에 끊어져서 공급에 차질이 생긴 것을 감지하도록 형성한 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치에 관한 것이다.
3D 구조물을 형성하는 기술에는 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지에 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질 바인더를 슬러지 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식 등 다양한 방식이 있다.
열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식은 하나의 동일한 액화 원료인 플라스틱, 왁스, 금속을 지정 목표된 범위에 적층시켜 입체 구조물을 완성시킨다. FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling)로 불리는 이러한 기술 방식에서는 롤러의 회전에 의해 원료가 노즐로 공급되고, 높은 열에 의해 원료가 녹아 압출된다. 고체 상태인 원료가 녹아 액체가 되면 원료의 물성 및 온도에 따라 노즐에서 압출되는 원료의 양이 일정하지 않게 되는 문제가 발생한다.
종래 방법에 의하면 생성된 입체 구조물의 정밀도가 떨어지고 표면이 거칠어지는 문제점이 있다. 원료를 회전롤러의 제어부를 이용해서 노즐 액화기에 밀어 넣는 방법으로 압출하여 적층하기 때문에 제한적 보상의 문제점이 있다.
상기와 같이 원료와이어('필라멘트' 또는 '와이어'로 칭함)를 공급시에 기어로 인하여 마모된 원료와이어의 찌꺼기가 쌓이게 되어 막히는 문제점을 발생하였다.
종래에는 원료와이어(필라멘트)가 소진되거나 도중에 끊어져서 공급에 차질이 생긴 것을 감지하지 못하여 제품제작에 많은 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 개선한 것으로서 스크류 압출 방식인 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치에 있어서 이송스크류와 가이드롤러 사이에서 3D 와이어가 압축될 때 발생될 수 있는 3D 와이어의 슬러지이 스크류 블록의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록에 와이어 슬러지 배출구가 형성되어 있는 3D 와이어 슬러지 배출구가 형성된 3D 프린터 원료 압출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 와이어의 슬러지의 배출이 원활하게 이루어지도록 한 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 원료와이어(필라멘트)가 소진되거나 도중에 끊어져서 공급에 차질이 생긴 것을 감지하도록 형성한 D 프린터 원료 압출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 이송스크류와 가이드롤러 사이에서 3D 와이어가 이송될 때 발생될 수 있는 3D 와이어의 슬러지가 스크류 블록의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록에 와이어 슬러지 배출구가 형성되어 있는 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 3D 프린터 원료 압출 장치의 이송스크류와 가이드롤러 사이에서 3D 와이어가 이송될 때 발생될 수 있는 3D 와이어의 슬러지가 스크류 블록의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록에 와이어 슬러지 배출구가 형성되어 있어 3D 프린터의 원료를 요구되는 양 만큼 정확하고 균일한 상태로 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한 원료와이어의 슬러지로 인한 적층현상과 이송스크류에 잔류되어 미끄러짐이 발생이 되지 않도록 한 매우 유용한 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 사시도.
도 2는 본 발명의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치 사용상태도.
도 3은 본 발명의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치의 사용상태도.
도 4는 본 발명의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 나타낸 사용상태도.
도 5는 본 발명의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 나타낸 사용상태도.
도 6은 본 발명의 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치를 나타낸 사용상태도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 사용상태도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 구체적으로 살펴본다.
명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 모터(140)에 연결된 모터축(142)에 3D 와이어(300)를 공급하는 이송스크류(130)가 고정볼트(144)로 결합되어 있으며, 이송스크류(피딩기어, 130)와 가이드롤러(150) 사이에서 3D 와이어(300)가 압축될 수 있도록 이송스크류(130)의 상부에 가이드롤러(150)가 스크류 블록(160)의 내부에 설치되어 있는 스크류 압출 방식 3D 프린터 원료 압출 장치에 있어서 이송스크류(130)와 가이드롤러(150) 사이에서 3D 와이어(300)가 압축될 때 발생될 수 있는 3D 와이어(300)의 슬러지이 스크류 블록(160)의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록(160)의 양쪽에 와이어 슬러지 배출구(10, 10')가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 와이어 슬러지 배출구가 형성된 3D 프린터 원료 압출 장치에 관한 것이다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명의 3D 프린터 원료 압출 장치는 모터(140)에 연결된 모터축(142)에 3D 와이어(300)를 공급하는 이송스크류(130)가 고정볼트(144)로 결합되어 있으며, 이송스크류(130)와 가이드롤러(150) 사이에서 3D 와이어(300)가 압축될 수 있도록 이송스크류(130)의 상부에 가이드롤러(150)가 스크류 블록(160)의 내부에 설치되어 있는 스크류 압출 방식이다.
도 1 내지 도 6과 같이 본 발명의 3D 프린터 원료 압출 장치는 스크류 블록(160)에 모터(140)가 결합되어 있으며, 모터(140)에 모터축(142)이 연결되어 있고, 스크류 블록(160)은 전방블록(160-1)과 후방블록(160-2)이 결합되어 있으며, 블록의 양쪽에 와이어 슬러지 배출구(10, 10')가 형성되어 있고, 블록의 양쪽 장착홈(20, 20')에 와이어 공급소켓(30, 30')이 장착되어 있으며, 블록의 상부면에 형성된 이탈방지레버 장착홈(50)에 와이어이탈방지 레버(60)가 스프링(64)과 압축강도조절 볼트(62)로 고정되어 있고, 블록의 내부에 와이어감지 센서(40)가 내장되어 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
3D 프린터의 FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식에서는 가소성 플라스틱류를 용융하고 압출하여 원료를 한 방울씩 떨어 뜨려 적층한다. 3D 프린터는 이송스크류(130)와 가이드롤러(150)의 회전에 의해 원료인 3D 와이어(300)가 노즐로 공급된다. 3D 와이어 원료는 노즐에서 가열되어 액화되고 이송스크류(130)와 가이드롤러(150)의 회전에 의해 액화된 원료가 한 방울씩 노즐로부터 압출된다. 이때, 노즐에서 압출되는 원료의 양이 일정하지 않게 되는 문제가 발생한다.
3D 프린터는 노즐에서 압출되는 원료의 양이 균일하지 못하므로 결과물의 표면이 거칠게 형성된 것을 알 수 있다. 본 발명은 회전 스크류를 이용하여 원료를 요구되는 만큼 정확하고 균일한 상태로 압출할 수 있는 스크류 압출 방식을 이용하는 3D 프린터 원료 압출 장치 및 상기 장치를 이용한 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터에서 3D 프린터 원료 압출 장치(100)는 원료를 압출하는 노즐, 노즐을 가열하는 노즐 가열부, 노즐로 원료를 공급하는 이송 스크류(130), 스크류를 회전시키는 모터(140), 원료가 스크류의 나사 골에 위치되도록 원료를 가이드하는 원료 가이드 롤러(150) 및 스크류를 수용하는 스크류 하우징으로 구성되어 있다.
3D 프린터 원료 압출 장치(100)는 원료로서 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지는 PLA, ABS, HDPE, 나일론, 래이우드(Laywood)를 포함할 수 있으며, 원료는 필라멘트 형태로 제공될 수 있다.
노즐은 액화된 원료를 압출한다. 노즐의 구경은 0.25mm 내지 0.4mm 구경을 가지는 것이 바람직하나 원료의 종류 및 원료를 액화하는 온도에 따라 원료의 점성은 변화하므로 이에 한정되지 않는다. 따라서, 노즐의 구경은 적절히 변형 실시 가능하다.
노즐 가열부는 원료를 액화하여 압출하기 위하여 노즐을 가열한다. 원료가 액화되는 온도로 가열되었는지 확인하기 위하여 노즐 가열부는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 노즐이 움직이면 관성에 의해 원료 압출 상태가 아닌 경우에도 원료가 압출될 수 있다. 따라서 노즐 가열부)는 노즐의 압출 상태가 아닌 경우에는 노즐의 온도를 원료의 액화 온도보다 낮은 온도로 유지하고 원료 압출 상태인 경우에만 순간적으로 노즐을 가열하는 것이 바람직하다. 노즐 가열부는 방열기구를 더 포함할 수 있다.
이송 스크류(130)는 노즐로 원료를 공급한다. 필라멘트 형태로 공급되는 원료는 스크류(130)의 나사골에 감기어 노즐로 공급된다. 원료의 원활한 공급을 위해 원료가 나사골에 위치 되도록 하는 원료 가이드롤러(150)가 구비될 수 있다.
모터(140)는 스크류(130)를 회전시킨다. 원료는 스크류(130)의 회전에 따라 노즐로 진행하게 되는데 원료가 나사골에 밀착되어 진행 되도록 스크류(130)는 스크류에 결합되는 보조스크류가 더 구비될 수 있다.
또한, 원료가 나사골에 밀착되어 진행 되도록 스크류(130)을 수용하는 스
크류 하우징이 더 구비될 수 있다.
원료는 스크류(130)에 감긴 형태로 진행되므로 스크류(130)의 회전에 따라 원료 공급량이 정확하게 제어될 수 있다.
종래에는 원료가 회전롤러와 한 점에서 접하여 공급되므로 롤러가 헛돌 경우 원료의 공급량이 정확하게 유지될 수 없다. 본 발명에서는 원료가 스크류에 완전히 감긴 상태에서 공급되므로 스크류가 헛도는 경우를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 모터(140)는 스크류(130)의 나사골의 피치를 고려하여 스크류(130)를 회전시킨다. 종래에 비해 보다 정교하게 원료의 공급을 제어할 수 있다. 본 발명에 의하면 원료는 스크류와 스크류 하우징에 의해 밀폐되어 노즐로 진행되는데 노즐 가열부의 배치에 따라 스크류 하우징의 하부를 미리 가열해 둘 수 있다. 원료를 대량 압출해야 하는 경우 스크류(130)에 감겨있는 원료를 미리 액화 해둘 수 있으므로 3D 프린터 원료 압출장치(100)의 원료 압출 속도를 높일 수 있다.
상기 본 발명의 다른 실시예의 도 7에 도시한 3D 프린터 원료공급장치의 슬러지 배출구(10, 10')는 와이어의 슬러지를 보관할 수 있도록 슬러지보관함(200)을 형성하되, 상기 슬러지보관함(200)은 슬러지 배출구에 끼워지도록 돌출된 입구부(210)를 형성하고 상기 입구부는 결합돌기(220)가 양측면에 형성된 특징이 있다.
상기와 같이 슬러지보관함(200)을 형성하여 외부로 분산되어 오염이 발생되지 않도록 한 특징이 있다.
본 발명에 따르면 노즐에서 압출되는 원료의 양이 균일하므로 결과물이 품질이 개선된 것을 알 수 있다. 이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 3D 프린터 원료 압출 장치 130: 이송스크류(130)
150: 가이드롤러 300: 3D 와이어

Claims (3)

  1. 모터(140)에 연결된 모터축(142)에 3D 와이어(300)를 공급하는 이송스크류(130)가 고정볼트(144)로 결합되어 있으며, 이송스크류와 가이드롤러(150)의 사이에서 3D 와이어(300)가 압축될 수 있도록 이송스크류(130)의 상부에 가이드롤러(150)가 스크류 블록(160)의 내부에 설치되어 있는 스크류 압출 방식 3D 프린터 원료공급장치에 있어서,
    상기 3D 프린터 원료공급장치는 이송스크류(130)와 가이드롤러(150) 사이에서 3D 와이어(300)가 공급될 때 발생될 수 있는 3D 와이어(300)의 슬러지가 스크류 블록(160)의 외부로 배출될 수 있도록 스크류 블록(160)에 와이어 슬러지 배출구(10, 10')가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 3D 프린터 원료공급장치는
    스크류 블록(160)에 모터(140)가 결합되어 있으며, 모터(140)에 모터축(142)이 연결되어 있고, 스크류 블록(160)은 전방블록(160-1)과 후방블록(160-2)이 결합되어 있으며, 블록의 양쪽에 와이어 슬러지 배출구(10, 10')가 형성되어 있고, 블록의 양쪽 장착홈(20, 20')에 와이어 공급소켓(30, 30')이 장착되어 있으며, 블록의 상부면에 형성된 이탈방지레버 장착홈(50)에 와이어이탈방지 레버(60)가 스프링(64)과 압축강도조절 볼트(62)로 고정되어 있고, 블록의 내부에 와이어감지 센서(40)가 내장한 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지 배출구(10, 10')는
    와이어의 슬러지를 보관할 수 있도록 슬러지보관함(200)을 형성하되
    상기 슬러지보관함(200)은 슬러지 배출구에 끼워지도록 돌출된 입구부(210)를 형성하고 상기 입구부는 결합돌기(220)가 양측면에 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 이물질 배출구가 형성된 원료공급장치.


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