KR101931122B1 - 3d 프린터용 필라멘트 제조장치 - Google Patents

3d 프린터용 필라멘트 제조장치 Download PDF

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Abstract

3D 프린터를 이용하여 3차원 형상의 물체를 성형하는 원료로 사용되며, 권취된 코일 형태를 가지는 합성수지 필라멘트를 간단하고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 필라멘트 제조장치가 개시된다. 상기 필라멘트 제조장치는 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하며, 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동하여 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함한다.

Description

3D 프린터용 필라멘트 제조장치{Apparatus for preparing filament for 3D printer}
본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 이용하여 3차원 형상의 물체를 성형하는 원료로 사용되며, 권취된 코일 형태를 가지는 합성수지 필라멘트를 간단하고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 필라멘트 제조장치에 관한 것이다.
3차원 프린터는 3차원 형상의 물체를 성형하는 장치로서, 입체 재료에 레이저 광선을 주사하여 원하는 형태로 물체를 성형하는 광주사 방식 3차원 프린터, 입체 재료를 절삭하여 물체를 성형하는 절삭 방식 3차원 프린터, 선(thread) 형태의 합성수지 필라멘트를 용융시켜 원하는 형태로 적층하는 용융 방식(Fused Deposition Modeling(FDM) 또는 Fused Filament Fabrication(FFF)) 3차원 프린터 등이 알려져 있다.
이와 같은 3차원 프린터 중에서, 용융 방식(FDM) 3차원 프린터는 설비비 및 물체의 성형 비용이 상대적으로 저렴하므로, 제품을 상업적으로 대량 생산하는 기업 뿐만 아니라, 취미, 연구 또는 개인용으로 소량의 제품을 제조하는 학교, 가정, 연구실 등으로도 널리 보급되고 있다. 용융 방식 3차원 프린터에 있어서, 물체의 성형 원료로 사용되는 필라멘트는 합성수지로 이루어지고, 예를 들면, 폴리유산(poly lactic acid, PLA) 수지 등의 열가소성 수지로 이루어진다. 상기 필라멘트는 원료 공급 및 용융의 편의성을 위하여 수 내지 수십 미터(meter) 길이의 선(thread)의 형태를 가지며, 또한 운반, 보관 및 사용에 용이하도록, 나선 또는 코일형으로 권취된 형태로 제공된다.
이러한 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지 칩(chip)을 용융시킨 후, 스트랜드(strand) 형태로 압출하여 제조된다. 도 1 및 2는 통상적인 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 필라멘트 제조장치는, 합성수지 칩(2, polymer chip)을 공급하는 공급기(10, hopper); 공급된 합성수지 칩(2)을 용융시켜(melting) 소정 굵기를 가지는 로드(rod) 형태의 용융 합성수지(4)로 압출하는 압출기(12); 압출된 합성수지(4)를 공기 중에서 소정 거리 이송시킴으로서, 합성수지(4)를 냉각시켜 필라멘트(6)로 성형하는 공냉식 냉각기(16); 및 냉각된 필라멘트(6)를 스풀(spool, 20)에 권취(take-up)하기 위한 권취기(18)를 포함한다. 여기서, 상기 압출기(12)의 전단에는 스크류(12a)를 구동하여 용융된 합성수지(4)를 압출하는 모터(11)가 장착되고, 후단에는 로드(rod) 형태로 합성수지(4)를 성형하여 압출하는 다이 및 노즐(die & nozzle, 13)이 장착되어 있다. 상기 공냉식 냉각기(16)로는 금속제 컨베이어 벨트(conveying belt, 16a)가 사용될 수 있고, 상기 권취기(18)는 필라멘트(6)를 인출하는 정속 롤러(roller, 18a) 및 필라멘트(6)의 이동 경로를 제공하는 가이딩 롤러(guiding roller, 18b) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 필라멘트 제조장치는, 도 1에 도시된 공냉식 냉각기(16) 대신 수냉식 냉각기(26)를 사용하는 것으로서, 압출기(12)에서 압출된 합성수지(4)가 가이딩 롤러(22a)에 의하여 수조(water bath, 24)로 이송되어, 수조(24) 내의 물과 접촉하여 냉각되고, 배출 롤러(22b)에 의해 안내되어 수조(24)로부터 배출된다. 이와 같은 필라멘트 제조장치에 있어서, 합성수지(4)가 용융 온도(Tm) 이상의 온도로 용융되어 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)로부터 토출되고, 냉각기(16, 26)에서 유리전이온도(Tg) 이하의 온도로 냉각되어 고화된 필라멘트(6)가 형성된다. 냉각된 필라멘트(6)는 정속 롤러(18a)에 의해 일정한 속도로 인취(pulling)되므로 합성수지(4) 및 필라멘트(6)에 일정한 장력이 인가되고, 인가되는 장력의 크기를 조절하여, 필라멘트(6)의 굵기를 조절할 수 있다.
그러나, 상술한 통상의 필라멘트 제조장치는, 필라멘트(6)의 대량 생산에는 적합하지만, 수냉식 또는 공랭식 냉각기(16, 26) 및 권취기(18)의 설비 비용이 고가일 뿐만 아니라, 냉각기(16, 26) 및 권취기(8)의 설치에 넓고 긴 설치 공간이 필요한 단점이 있다. 또한, 통상의 필라멘트 제조장치에 있어서는, 필라멘트(6)의 압출 및 냉각 과정에서, 필라멘트(6)에 일정한 장력이 인가되어야 하므로, 장치의 조작에 숙련된 기술이 필요하다. 따라서, 통상의 필라멘트 제조장치는, 가정, 연구소 등에서, 비숙련자가 소량의 필라멘트를 제조하는 경우, 또는 색상, 재질 등이 다른 다수의 필라멘트를 소량 생산하는 경우에는 적합하지 않다.
[선행기술문헌]
1. 등록특허 10-1350993호 "마이크로 캡슐을 이용한 난연 및 내열특성을 가지는 3D 프린터용 PLA 필라멘트 제조방법 및 이에 의해 제조된 PLA 필라멘트"
2. 등록특허 10-1533998호 "3차원 프린터용 필라멘트 제조장치"
3. 미국특허 4,250,130호 "Control of pipe tension between extruder die and take-up coiler"
4. 미국특허 3,956,442호 "Process of continuous fabrication of elastomer or plastomer tubes from aqueous dispersions"
본 발명의 목적은, 코일 형태로 권취된 형태의 필라멘트를 저비용으로 간편하게 제조할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 동력에 의하여 구동되거나 복잡한 구조의 냉각기 및 권취기를 사용할 필요가 없는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 구동력을 사용하지 않고도, 비교적 일정한 굵기의 필라멘트를 고화 및 권취시킬 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하며, 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동하여 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함하는 필라멘트 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 의하면, 코일 형태로 권취된 형태의 필라멘트를 저비용으로 간편하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 구조의 냉각기 및 권취기를 사용하지 않고도, 비교적 일정한 굵기의 필라멘트를 자연적으로 고화 및 권취시킬 수 있다.
도 1 및 2는 통상적인 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 자유 낙하되는 용융 합성수지의 고화 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 있어서, 자유 낙하되는 용융 합성수지가 필라멘트 가이드에 의해 나선형으로 권취되는 과정을 단계별로 보여주는 도면.
도 6 내지 8은, 본 발명에 사용될 수 있는 다양한 필라멘트 가이드의 구조를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 있어서, 동일 또는 유사한 기능을 하는 구성요소에는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 필라멘트 제조장치는, 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)를 나선형으로 이동시키면서 고화시켜, 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함한다.
상기 압출기(12)는 합성수지 칩(2)을 용융시키고, 선단(先端)에 장착된 다이 및 노즐(die & nozzle, 13)을 통해, 로드(rod) 형태의 용융 합성수지(4)를 압출하는 통상의 합성수지 압출 장치로서, 도 1 및 2에 도시된 통상의 압출기(12)와 실질적으로 동일한 기능을 한다. 다만, 본 발명에 사용되는 압출기(12)는 압출된 용융 합성수지(4)가 중력에 의해 자유 낙하될 수 있도록, 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)이 지면(地面)으로부터 소정 거리 이격되어 위치한다는 점과, 본 발명의 필라멘트 제조장치는 가정용, 개인용 등으로 사용되는 상대적으로 소량의 필라멘트를 제조하므로, 압출 용량이 작은 소형 압출기라는 점에서, 통상의 압출기와 상이하다. 이하, 필요에 따라, 상기 용융 합성수지(4)를 스트랜드(strand, 4)라 한다.
상기 필라멘트 가이드(30)는 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비한다. 상기 경사면(32)은, 용융 합성수지(4)의 선단, 즉, 경사면(32)과 맞닿은 용융 합성수지(4) 부분이 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 따라, 바람직하게는 지면에 평행하게 회전 이동할 수 있도록, 필라멘트 가이드(30)의 전체 둘레에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하고, 고화된(또는 고화되는) 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동함으로써, 필라멘트 가이드(30)의 둘레에 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트(6)가 생성된다.
도 4는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 고화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)에서 토출된 용융 스트랜드(4)가 자유 낙하하면, 용융 스트랜드(4)는 자유 낙하 과정에서 공냉되어, 일정 길이(Lm) 만큼 자유 낙하하는 동안 냉각되며 고화된다. 스트랜드(4)가 자유 낙하하는 동안에는, 스트랜드(4)에 자중(自重)이 걸리며, 자중(自重)은 스트랜드(4)가 고화되기 전인 길이 Lm에 변형을 일으켜, 스트랜드(4)의 굵기가 가늘어 진다. 압출기(12)에서 지면까지의 높이(z)가 스트랜드(4)의 고화 길이(Lm)보다 길면, 자유 낙하 과정에서 고화된 필라멘트(6)가 얻어진다. 만일, 압출기 높이(z)가 고화 길이(Lm)보다 낮으면(도 4의 B 참조), 스트랜드(4)가 고화되기 전에 지면에 도달하고, 고화되지 않은 스트랜드(4)가 지면에 쌓여 필라멘트(6)를 생산할 수 없다. 따라서, 필라멘트(6)를 생산하기 위해서는 압출기 높이(z)가 스트랜드(4)의 고화에 필요한 길이(Lm)보다 높아야 한다. 한편, 이와 같이 고화된 스트랜드(4)가 지면에 도달하면, 스트랜드(4)의 하부(y 부분)는 상대적으로 고화된 상태(6)이고, 스트랜드(4)의 상부(x 부분)는 상대적으로 덜 고화된 상태이므로, 스트랜드(4)가 휘어지게 된다(도 4의 C 참조). 이 때, 고화되지 않은 스트랜드(4) 부분에 걸리는 장력이 순간 변화되며, 특히 압출기(12)에서 토출되는 스트랜드(4)의 굵기가 순간 변화한다. 또한 계속하여 상기 스트랜드(4)가 휘어지는 위치 및 휘어진 스트랜드(4)의 이동 방향이 일정하지 않으므로, 스트랜드(4)에 인가되는 장력이 계속 변화하며, 따라서, 스트랜드(4)의 직경(굵기)이 일정하게 유지되지 않고, 균일한 형태의 필라멘트(6)가 얻어지지 않는다.
본 발명에 있어서는, 필라멘트 가이드(30)를 이용하여, 용융 합성수지(4), 즉, 스트랜드(4)를 일정하게 이동 및 고화시켜, 스트랜드(4)에 인가되는 자중 및 장력을 일정하게 유지함으로서, 일정한 직경을 가지며 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트를 생성한다. 도 5는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)에 의해 나선형으로 권취되는 과정을 단계별로 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 압출기(12, 도 3 참조)에서 토출된 스트랜드(4)는 자유 낙하하여, 필라멘트 가이드(30)의 경사면(32), 예를 들면, 도 5의 "a" 지점에 도달하고, 경사면(32)을 따라 지면(地面) 방향으로 하강하면서(sliding) 고화되어 필라멘트(6)를 형성하며, 형성된 필라멘트(6)는 지면에 놓여진다(도 5의 A). 이때, 고화된 필라멘트(6)에 의해 용융 스트랜드(4)가 경사면(32)의 측면 방향(지면에 평행한 방향, 도 5의 A에서는 반시계 방향)으로 밀리면서, 일정 높이의 경사면(34)을 따라 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 회전 이동한다. 즉, 용융 스트랜드(4)의 선단은 지면으로부터 일정한 높이에 있는 경사면(34)을 따라 회전 이동하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 나선형으로 감싸면서, 지면 방향으로 하강 이동한다(도 5의 B). 이와 같은 과정에 의해 용융 스트랜드(4)의 선단이 경사면(34)을 따라 더욱 회전하면, 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)가 필라멘트 가이드(30)의 하단부에 생성된다(도 5의 C 및 D).
상기 필라멘트 가이드(30)에 있어서, 지면으로부터 일정한 높이에 있는 경사면(34)은 압출기(12)에서 배출되는 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)에 맞닿아 이동하는 필라멘트 가이드(30)의 둘레 부분을 의미하고, 예를 들면 지면에 평행한 원주형 부분을 의미한다. 상기 경사면(34)이 위치하는 높이 및 압출기(12)와 경사면(34) 사이의 거리(즉, 용융 합성수지(4)의 낙하 거리)는 압출된 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)의 경사면(34)을 따라 이동하면서 고화되며, 고화되는 필라멘트(6) 들이 서로 융착되지 않도록 설정된다. 이와 같이, 용융 스트랜드(4)의 선단이 일정한 높이에서 경사면(34)과 접촉하고, 경사면(32)의 동일한 경로를 따라 나선형으로 회전 및 하강하면서 고화되어 필라멘트(6)를 형성하므로, 용융 스트랜드(4) 및 고화되는 필라멘트(6)에 일정한 자중 및 장력이 인가된다. 따라서, 본 발명의 필라멘트 가이드(30)를 사용함에 의해, 일정한 직경을 가지며 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 얻을 수 있다.
한편, 압출기(12)의 높이(z)를 조정하여 압출기(12)와 경사면(34) 사이의 거리를 변경하면, 얻어지는 필라멘트(6)의 굵기를 조절할 수 있다. 즉, 압출기(12)의 높이(z)를 증가시키면, 장력이 더 걸려 필라멘트(6)가 가늘어지고, 압출기(12)의 높이(z)를 감소시키면, 필라멘트(6)가 굵어진다.
본 발명에 사용되는 필라멘트 가이드(30)는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 경사면(32)에 도달한 용융 합성수지(4)가 일정한 높이의 경사면(34)을 따라 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 나선형으로 이동할 수 있는 구조를 가진다. 도 6 내지 8은, 본 발명에 사용될 수 있는 필라멘트 가이드의 변형된 구조를 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용될 수 있는 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하는 원뿔(circular cone) 구조를 가질 수 있다. 상기 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)에 있어서, 경사면(32)의 경사 각도(θ)는 용융 합성수지(4)의 압출 속도 및 고화 시간, 필라멘트(6)의 권취 직경 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면 40 내지 80도, 바람직하게는 50 내지 70도이다. 상기 원뿔 구조 필라멘트 가이드(40)의 밑면 직경(d)은 예를 들면, 20 내지 100 cm, 바람직하게는 30 내지 60 cm이고, 높이(h)는 20 내지 60 cm, 바람직하게는 30 내지 50 cm 이다. 여기서, 상기 필라멘트 가이드(40)의 경사 각도, 직경, 높이 등이 너무 크거나 작으면, 용융 합성수지(4)가 충분히 고화되지 않은 상태로 나선형으로 감겨져, 필라멘트(6)가 서로 융착되거나, 용융 합성수지(4)가 너무 빨리 경화되어, 용융 합성수지(4)이 이동이 원활하지 못하게 될 우려가 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하도록 테이퍼된(tapered) 원기둥 구조의 필라멘트 가이드(40)일 수 있다. 도 7에 도시된 필라멘트 가이드(40)는, 도 6에 도시된 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)의 상부 꼭지 부분 만이 제거된 형태로서, 용융 스트랜드(4)는 일정 높이의 경사면(44)을 따라 회전 이동하므로, 용융 스트랜드(4)가 접촉하지 않는 상부 꼭지 부분을 제거하여, 테이퍼된 원기둥 구조를 형성하더라도, 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 도 8에 도시된 필라멘트 가이드는, 필라멘트 가이드(50) 하부에 적층되는 필라멘트(6)를 안정하게 수용하기 위한 필라멘트 수용 날개부(56)가 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52) 하부로부터 연장되어 형성된 것을 제외하고는, 도 6에 도시된 필라멘트 가이드(30)와 동일한 구조를 가진다. 도 8에 도시된 필라멘트 가이드(50)에 있어서, 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52)와 필라멘트 수용 날개부(56)는 원형의 홈을 형성하므로, 경사부(52)에서 고화된 나선형 필라멘트(6)가 경사부(52)와 필라멘트 수용 날개부(54)에 의해 형성된 원형의 홈에 안정하게 수용될 수 있다. 상기 필라멘트 수용 날개부(56)는 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52) 바닥면의 외주를 따라 연속적으로 형성될 수 있으나, 필요에 따라, 소정의 간격을 두고 분리되어 형성될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필라멘트 가이드(30, 40, 50)는 용융 합성수지(4) 및 고화된 필라멘트(6)가 부착되지 않고, 슬라이딩 이동할 수 있는 물질로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 용융 합성수지(4)의 냉각을 촉진하여 고화된 필라멘트(6)를 형성할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 필라멘트 가이드(30, 40, 50)는 종이, 나무, 플라스틱, 금속 등으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 있어서, 필라멘트(6)를 형성하는 합성수지로는 통상의 3D 프린터 필라멘트 형성용 합성수지를 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리유산(Polylactic acid, PLA) 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadien styrene, ABS) 수지 등의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 또한, 필라멘트(6)의 기능을 향상시키기 위한 첨가제(예를 들면, 색상을 부여하기 위한 안료, 열안정제 등)을 상기 합성수지와 혼합하여 함께 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 의하면, 필라멘트 가이드(30) 및 필라멘트(6)의 자중을 이용하여, 용융 합성수지(4)의 선단을 나선형으로 회전시키고, 필라멘트(6)를 권취하므로, 별도의 냉각 장치 및 장력 조절 장치가 필요하지 않아 설비 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 용융 합성수지(4)를 공기중에서 냉각시키므로, 물에 취약한 합성수지(4)를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 일정한 직경(두께)을 가지며, 나선형으로 권취된 필라멘트(6)를 간편하게 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및
    상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 용융 합성수지(4)의 선단은 경사면(34)의 일정 높이를 따라 회전 이동하며, 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 고화된 필라멘트(6)는 자중(自重)에 의해 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동하며, 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 고정된 필라멘트 가이드(30)를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하도록 테이퍼된(tapered) 원기둥 구조를 가지는 것인, 3D 프린터용 필라멘트 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하는 원뿔(circular cone) 구조를 가지는 것인, 3D 프린터용 필라멘트 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드의 경사면(32) 하부에는 필라멘트 수용 날개부(56)가 형성되어, 상기 경사면(32) 및 필라멘트 수용 날개부(56)의 사이에 고화된 필라멘트(6)가 수용되는 것인, 3D 프린터용 필라멘트 제조장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2614894B2 (ja) * 1988-04-26 1997-05-28 保 石田 容器およびその製造方法
JP2006315032A (ja) 2005-05-12 2006-11-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 半田ワイヤ製造装置における巻取り機構
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2614894B2 (ja) * 1988-04-26 1997-05-28 保 石田 容器およびその製造方法
JP2006315032A (ja) 2005-05-12 2006-11-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 半田ワイヤ製造装置における巻取り機構
KR101533998B1 (ko) 2014-03-25 2015-07-07 전영곡 3차원 프린터용 필라멘트 제조장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102369306B1 (ko) 2020-12-31 2022-03-03 인제대학교 산학협력단 3d프린터용 필라멘트 재생장치 및 재생방법

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