KR101938233B1 - 컬러 3d 프린터의 출력 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D(Dimensional) 프린터에 장착되는 3D 프린터의 출력 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형 재료가 되는 플라스틱 필라멘트를 히팅수단을 이용해 용융시켜 노즐을 이용해 베드 상에 분사하되, 다양한 색상을 갖는 다수의 필라멘트가 공급될 수 있어 3D 프린터의 성형 속도를 향상시킬 수 있고, 출력 과정에서 용융된 필라멘트가 누출되는 현상을 방지함은 물론 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 3D 프린터의 출력 헤드에 관한 것이다.

Description

컬러 3D 프린터의 출력 헤드 {THE APPARATUS OF THE OUTPUTTING HEAD IN A COLOR 3-D PRINTER}
본 발명은 3D(Dimensional) 프린터에 장착되는 3D 프린터의 출력 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성형 재료가 되는 플라스틱 필라멘트를 히팅수단을 이용해 용융시켜 노즐을 이용해 베드 상에 분사하되, 다양한 색상을 갖는 다수의 필라멘트가 공급될 수 있어 3D 프린터의 성형 속도를 향상시킬 수 있고, 출력 과정에서 용융된 필라멘트가 누출되는 현상을 방지함은 물론 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 3D 프린터의 출력 헤드에 관한 것이다.
3D 프린터란 컴퓨터 디자인 프로그램으로 만든 3차원 도면(데이터)을 바탕으로 실물의 입체 모양 그대로 출력(성형)하는 기계를 일컫는다. 완성품에 대한 3차원 도면(데이터)만 있으면 기존의 제조 방법으로는 제작하기 어려운 복잡한 기하학적 모델이나 동공도 3D 성형물로 성형할 수 있다는 혁신적인 기술적 특징으로 인해 그 사용이 점차 대중화되고 있다.
3D 프린터의 3D 성형물 성형방식은 성형 재료를 절삭하여 성형하는 방식과, 성형 재료를 아주 얇은 막(레이어)으로 한 층씩 쌓아 물체의 바닥부터 꼭대기까지 성형하는 방식(이하, '쾌속 조형 방식'이라 함)으로 대별된다.
상기 절삭 성형 방식은 커다란 성형 재료 덩어리를 둥근 날로 깎아 3D 성형물을 성형하게 되는데(컴퓨터 수치제어 조각방식), 쾌속 조형 방식에 비해 곡선부분이 매끄럽다는 장점은 있지만, 컵처럼 안쪽으로 들어간 모양(언더컷)은 날이 안쪽까지 들어갈 수 없기 때문에 만들기 어렵고, 한 덩어리의 성형 재료에서 하나의 3D 성형물만 생산되고, 모재의 색상에 따라 보통 단색 3D 성형물만 생산이 가능하다는 한계도 있다. 상기 쾌속 조형 방식은 성형 재료를 아주 얇은 막으로 한 층씩 쌓아 물체의 바닥부터 꼭대기까지 성형하게 되는데, 이러한 쾌속 조형 방식의 3D 프린터에는 가루(파우더)와 액체, 실 형태의 재료까지 다양한 특성의 재료가 사용된다.
파우더를 이용한 쾌속 조형 방식의 3D 프린터는 나일론이나 석회를 미세하게 빻은 가루를 용기에 가득 채운 뒤 그 위에 프린터 헤드가 지나가면서 접착제를 뿌리는 것이다. 가루가 엉겨 붙어 굳으면 레이어 한 층이 된다. 레이어는 가루 속에 묻히면서 표면이 가루로 얇게 덮인다. 다시 프린터 헤드는 그 위로 접착제를 뿌려 두 번째 레이어를 만든다. 설계도에 따라 이 동작을 무수히 반복하면 레이어 수만 층이 쌓여 3D 성형물이 완성된다. 출력이 끝나면 가루에 묻혀 있는 완성품을 꺼내 경화제에 담갔다가 5~1분 정도 말린다.
액체 재료를 출력하는 방식은 상기 파우더를 이용하는 방식과 비슷하다. 3D 프린터에 들어가는 액체 재료는 빛을 받으면 고체로 경화되어지는 플라스틱이다(광경화성 플라스틱). 액체 재료가 담긴 용기 위에 프린터 헤드는 설계도에 따라 빛(자외선)으로 원하는 모양을 그린다. 빛을 받으면 액체 표면이 경화되어 레이어가 된다. 첫 번째 레이어는 액체 속에 살짝 잠기고 그 위로 다시 프린터 헤드가 지나가면서 두 번째 레이어를 만든다. 액체에 잠기는 과정에서 망가질 수 있기 때문에 레이어마다 지지대를 달아준다. 마지막에는 완성품을 액체에서 꺼내면 된다.
실 형태의 재료를 사용하는 3D 프린터는 열가소성 플라스틱으로 된 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 베드에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 노즐에서 순간적으로 강한 열을 가해 용융시켜서 분사하면서 베드 상에 그림을 그리면, 상온에서 경화되어 레이어가 되는데 이러한 레이어를 적층함으로써 최종적으로 3D 성형물이 완성된다.
상기와 같은 필라멘트 용융 적층식 3D 프린터의 경우 다른 방식의 3D 프린터에 비해 모양이 복잡하고 다양한 색상을 가진 3D 성형물의 성형이 가능하고, 재료비가 저렴하기 때문에 3D 성형물의 성형 단가가 저렴하며, 3D 프린터의 가동 환경이 깨끗하기 때문에 쾌적한 작업 환경 조성이 가능하여 최근 3D 프린터로서 가장 각광받고 있는 실정이다. 다만 여러가지 색상을 구비한 성형물 제작에 어려움이 있다.
KR 10-1524441 B1 KR 10-2015-0122504 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 출력되는 3D 형상의 모형물의 색상을 바꾸고자 할 때, 헤드를 분리 및/또는 교체 없이 모형물을 제작하는 작업시간을 단축시킬 수 있도록 다수개의 색상을 갖는 필라멘트를 공급할 수 있는 3D 프린터의 출력 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원료가 용융되면서 헤드의 몸체로부터 누출되는 것을 방지하고, 노즐로 배출되는 원료의 원활한 공급 및 프린터가 동작하지 않을 시 노즐로부터 용융된 원료가 흘러내리는 것을 최소화시킬 수 있는 3D 프린터의 출력 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 입체 물품을 만들어 낼 수 있도록 원료를 분사하는 3D 프린터 출력 헤드, 상기 3D 프린터 출력 헤드를 X축, Y축 및 Z축으로 자유롭게 이동이 가능하도록 출력헤드의 움직임을 구동하는 구동부, 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부 및 상기 출력헤드로 원료를 공급하는 공급부를 포함하는 3D 프린터의 헤드에 있어서, 3D 프린터의 출력 헤드는 상기 내부에 수용공간(S)이 형성되는 헤드몸체(100); 적어도 2개 이상으로 구비되어 상기 헤드몸체(100)의 일측에 장착되며, 상기 공급부로부터 원료를 공급받아 상기 수용공간(S)으로 원료를 이송시키는 원료투입부(200); 상기 헤드몸체(100)의 하단에 형성되며, 상기 수용공간(S)과 연통되는 배출홀(310)을 포함하는 노즐부(300); 상기 헤드몸체(100)의 내부에 설치되며, 상기 수용공간(S)으로 이송된 원료가 용융되도록 외부로부터 전력을 인가받아 상기 헤드몸체(100)를 가열하는 가열부(400); 상기 수용공간(S)에 용융된 원료를 일정압력으로 균일하게 가압하여 상기 노즐부(300)로 공급하는 원료공급부(500);를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원료공급부(500)는 일측 또는 타측방향으로 회전하는 구동모터(510); 상기 구동모터(510)로부터 회전력을 전달받도록 일측이 상기 구동모터(510)와 연결되며, 타측이 상기 헤드몸체(100)에 수직방향으로 삽입되는 회전축(520); 상기 회전축(520)의 측면으로부터 돌출 형성되며, 상기 회전축(520)의 회전시 상기 헤드몸체(100)의 내측면과 접촉되어 상기 회전축(520)을 지지하는 회전몸체(530); 상기 수용공간(S)에 위치하도록 상기 회전축(520)의 타측단에 형성되며, 상기 회전축(520)의 회전력을 전달받아 상기 원료를 상기 노즐부(300)로 가압하는 원료가압부(540);를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 원료가압부(540)의 끝단은 상기 배출홀(310)의 상단과 일정간격 이격되도록 위치하고, 상기 원료가압부(540)의 외측면에는 상기 원료가압부(540)의 내측면으로 일정간격 함입되어 상기 원료를 상기 배출홀(310)로 안내하는 안내유로(541)가 일정피치(Pitch)를 이루도록 나사산 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 헤드몸체(100)의 상단에 안착되며, 상기 회전축(520)이 삽입되도록 상하방향으로 관통되는 관통홀(601)이 형성되는 회전축 커버(600)가 더 구비되되, 상기 회전축 커버(600)의 상단에는 상기 회전축(520)의 측면과 밀착되는 제2 실링(610)이 구비되고, 상기 회전축 커버(600)의 하단에는 상기 제2 실링(610)과 다른 탄성계수(modulus of elasticity)를 갖는 제1 실링(620)이 더 구비될 수 있다.
아울러, 상기 원료투입부(200)는 내부가 중공되며 일측이 상기 헤드몸체(100)와 결합되는 외부이송관(210); 상기 외부이송관(210) 내부에 위치하고, 상기 원료가 이동하도록 내부가 중공되며, 일측단이 상기 수용공간(S)과 연통되는 내부이송관(220); 상기 외부이송관(210)과 상기 헤드몸체(100) 사이에 위치하여 상기 가열부(400)의 작동시 용융된 원료가 외부로 누출되는 것을 방지하는 제3 실링(230); 상기 외부이송관(210)의 외부에 설치되어 상기 가열부(400)로부터 전달되는 열을 냉각시키는 냉각부(240);를 포함할 수 있다.
본 발명은 다수개로 원료투입부가 형성됨에 따라, 각각 다른 색의 원료를 이용하여 모형물을 제작할 수 있으며, 원료의 색을 바꾸고자 할 때 헤드를 분리 및 교체 후 재결합 등의 작업을 진행하지 않아 모형체를 제작하는 시간이 단축되어 작업효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 프린터가 동작하지 않을 때 노즐부로 용융된 원료가 노즐부의 외부로 흘러내리지 않게 되고, 출력시 노즐부로 배출되는 원료의 량이 균일하게 배출될 수 있어 보다 정교한 모형물을 제작할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 주요구성을 나타낸 분해 사시도.
도 3 은 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 내부 연결구조를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명의 원료가압부의 안내유로를 나타낸 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.
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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 도면 전체를 통하여 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소에 대한 자세한 설명은 전술한 구성요소에 대한 설명으로 대체되어 생략될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2 는 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 주요구성을 나타낸 분해 사시도, 도 3 은 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드의 내부 연결구조를 나타낸 단면도, 도 4 는 본 발명의 원료가압부의 안내유로를 나타낸 사시도에 관한 것이다.
본 발명의 3D 프린터 출력 헤드가 장착되는 3D 프린터는 재료를 처리하는 장치, 3D 출력에 사용되는 재료를 자동으로 제공하고, 필요에 따라 재료를 분출하는 3D 프린터 출력 헤드, 상기 3D 프린터출력 헤드의 이동을 제어하는 구동부, 출력 헤드 내에서 재료의 분출을 제어하는 분출 제어부, 및 프로그램된 데이터에 의하여 구동 제어기와 분출 제어기를 제어하는 종합 제어부를 포함할 수 있다. 3D 프린터는 상술한 구성요소들 중 일부만 포함할 수 있다. 상기 구동 제어기와 분출 제어기는 상기의 구동부를 구동시키기 위한 다수의 모터 등과 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 3D 프린터는 와이어(필라멘트) 방식이 이용될 수 있다.
구동부는 디지털화된 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어 낼 수 있도록 3D 프린터 출력 헤드를 X축, Y축 및 Z축으로 자유롭게 이동시킬 수 있으며, 동시에 3D 프린터 출력 헤드는 가열되는 원료를 외부로 토출할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터 출력 헤드는 헤드몸체(100), 원료투입부(200), 노즐부(300), 가열부(400), 및 원료공급부(500)를 포함할 수 있다.
헤드몸체(100)는 내부에 일정한 공간을 갖는 수용공간(S)을 구비할 수 있다. 헤드몸체(100)는 원기둥 형상으로 이루어질 수 있다.
원료투입부(200)는 상기 헤드몸체(100)의 일측에 배치되며, 상기 수용공간(S)으로 원료를 투입할 수 있다. 원료투입부(200)는 상기 분출 제어기로부터 원료를 공급받을 수 있다. 원료투입부(200)는 일측이 헤드몸체(100)의 수용공간(S)과 연통되어 수용공간(S)으로 원료를 이송시킬 수 있다.
원료투입부(200)는 헤드몸체(100)의 측면에 2 이상 배치될 수 있다. 2 이상의 원료투입부(200)는 헤드몸체(100)의 측면을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 2 이상의 원료투입부(200) 각가에 서로 다른 색상의 원료가 공급될 수 있다. 이로 인해 출력되는 모형물은 다양한 색상으로 제작될 수 있다.
노즐부(300)는 헤드몸체(100)의 하단에 배치되며, 수용공간(S)과 연통되는 배출홀(310)을 포함할 수 있다. 배출홀(310)은 노즐부(300) 내부의 상하방향으로 노즐부(300)를 관통할 수 있다. 배출홀(310)은 수용공간(S)과 연통될 수 있다. 수용공간(S)에 배치된 원료가 수용공간(S)과 연통된 배출홀(310)을 통과하여 노즐부(300) 외부로 토출될 수 있다.
가열부(400)는 수용공간(S)으로 이송된 원료가 용융되도록 헤드몸체(100)를 가열할 수 있다. 가열부(400)는 외부 전력을 이용하여 발열할 수 있다. 헤드몸체(100)는 가열부(400)에 의해 수용공간(S)으로 이송된 고체의 원료를 액체상태로 용융시킬 수 있다. 본 실시예에서 고체 원료는 와이어 형상의 필라멘트인 것이 바람직하다. 가열부(400)의 헤드몸체(100)를 가열하는 열은 원료투입부(200)에도 전도되어, 고체 원료는 원료투입부(200)에서 일정 부분 용융되어 있거나 높은 온도의 고체 상태로 헤드몸체(100)로 투입될 수 있다.
원료공급부(500)는 수용공간(S)에 용융된 원료를 가압하여 노즐부(300)로 공급할 수 있다. 원료공급부(500)는 수용공간(S)에 배치된 용융된 원료를 일정압력으로 균일하게 가압하여, 가압된 원료를 노즐부(300)의 외부로 배출할 수 있다.
원료공급부(500)는 회전축(520), 회전몸체(530), 및 원료가압부(540)를 포함할 수 있다.
회전축(520)은 외부로부터 회전력을 전달받아 회전할 수 있다. 회전축(520)은 일측에 구동모터(510)와 연결될 수 있다. 구동모터(510)는 외부로부터 전력을 인가받아 작동하며, 일측 또는 타측방향으로 회전하며, 회전되는 회전수를 조절할 수 있다. 구동모터(510)는 서보모터(servo-motor)를 포함할 수 있다. 회전축(520)의 타측은 헤드몸체(100)에 수직방향으로 삽입될 수 있다. 회전축(520)의 일부는 헤드몸체(100)의 외부에 노출되고, 일부는 헤드몸체(100)의 내부에 배치될 수 있다.
회전몸체(530)는 회전축(520)의 측면에 배치되며, 헤드몸체(100)의 내측면과 미끄럼 접촉되어 상기 회전축(520)을 지지할 수 있다. 회전몸체(530)는 회전축(520)의 측면으로부터 회전축(520)의 외측방향으로 일정간격 돌출된 형상일 수 있다. 회전몸체(530)는 회전축(520)의 무게중심을 회전축(520)의 하측으로 이동하여 회전축(520)이 보다 안정적으로 회전하게 할 수 있다.
원료가압부(540)는 수용공간(S)에 배치되고, 회전축(520)의 타측단에 배치되며, 회전축(520)의 회전력을 전달받아 상기 원료를 상기 노즐부(300)로 가압할 수 있다. 원료가압부(540)는 회전축(520)의 회전력을 전달받아 회전축(520)과 일체로 회전하면서 원료를 노즐부(300)로 가압할 수 있다. 원료가압부(540)는 회전하면서 수용공간(S)에 배치된 원료를 휘저을 수 있다. 원료가압부(540)는 2 이상의 원료투입부(200)에서 수용공간(S)으로 공급된 2 이상의 원료들을 혼합할 수 있다. 2 이상의 원료는 서로 다른 색상일 수 있으며, 원료가압부(540)는 2 이상의 색상과 다른 새로운 색상의 원료로 혼합할 수 있다. 또한 원료가압부(540)는 원료의 일부가 용융되지 않을 경우나, 가열부(400)로부터 열전달이 원활히 이루어지지 않을 경우, 원료를 회전시키면서 원료의 용융되는 효율을 향상할 수 있다.
원료가압부(540)의 끝단은 배출홀(310)의 상단과 일정간격 이격되도록 배치될 수 있다. 원료투입부(200)는 원료를 원료가압부(540)의 측면으로 공급할 수 있다.
원료가압부(540)는 외측면에 원료를 배출홀(310)로 안내하는 안내유로(541)를 가지는 나사산을 구비할 수 있다. 안내유로(541)는 원료가압부(540)의 내측면으로 일정간격 함입되도록 형성되며, 원료가압부(540)의 상측에서 하측방향으로 일정피치(Pitch)를 갖는 나사산 형상으로 형성될 수 있다. 회전축(520)이 회전되면, 나사산은 용융된 원료를 혼합하고, 원료가압부(540)와 접촉된 원료는 안내유로(541)를 따라 배출홀(310)로 이동될 수 있다. 이와 같은 진행이 반복됨으로 인해 원료가 원료가압부(540)와 배출홀(310)의 이격된 공간으로 공급되어, 일정한 양의 용융된 원료가 배출홀(310)로 균일하게 배출될 수 있다. 용융된 원료의 배출량은 회전축(520)의 회전수에 따라 조절될 수 있다.
필요에 의해, 예를 들어, 3D 프린터의 작동이 정지되는 경우, 원료를 공급하도록 회전하는 회전축(520)이 일전회전수 반대방향으로 회전할 수 있다. 원료가압부(540)의 나사산에 의해 배출홀(310) 또는 배출홀(310) 근방의 용융된 원료의 적어도 일부는 수용공간(S)으로 다시 유입될 수 있다. 이는 3D 프린터의 작동 정지시, 노즐부(300)의 외부로 원료가 흘러내리는 것을 방지할 수 있다.
3D 프린터 출력 헤드는 회전축 커버(600)를 더 포함할 수 있다.
회전축 커버(600)는 헤드몸체(100)의 상단에 배치될 수 있다. 회전축 커버(600)는 상기 회전축(520)이 삽입되도록 상하방향으로 관통되는 관통홀(601)을 구비할 수 있다. 관통홀(601)에 회전축(520)이 삽입되면서 회전축 커버(600)는 헤드몸체(100)의 상단에 안착되어 헤드몸체(100)와 결합될 수 있다.
회전축 커버(600)는 헤드몸체(100)의 외부로 원료가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 헤드몸체(100)와 회전축(520) 사이에는 미세한 틈이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 회전축 커버(600)가 헤드몸체(100)의 상단에 구비되어 회전축(520)과의 회전몸체(100) 상호간의 발생하는 미세한 틈을 밀폐시킨다. 즉, 회전축 커버(600)는 회전몸체(100)와 동일한 직경을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
수용공간(S) 내부는 원료가 계속 투입되고, 원료가 용융되어 원료가압부(540)에 의해 회전하면서 고압상태가 된다. 고압의 용융 원료는 특히 미세한 틈으로 누출되어 기계의 작동을 원할하게 하지 않거나 고장의 원인이 될 수 있다. 이러한 고장 등을 방지하기 위해, 회전축 커버(600)는, 하단에 배치되어 상기 관통홀(601)로 누출되는 용융 원료를 1차로 밀폐하는 제1 실링(620), 상단에 배치되어 상기 제1 실링(620)에서 누출되는 용융 원료를 2차로 밀폐하는 제2 실링(610)을 구비할 수 있다.
제1 및 제2 실링(620)은 회전축(520)의 측면과 밀착되도록 배치되는 것이 바람직하다.
되는 제2 실링(610), 및 하단에 배치되어 제2 실링(610)과 다른 탄성계수(modulus of elasticity)를 갖는 제1 실링(620)을 구비하는 것이 바람직하다.
제2 실링(610)은 완벽한 밀폐를 위해 제1 실링(620) 보다 탄성 계수가 더 높은 것이 바람직하며, 제1 실링(620)은 밀폐력이 낮더라도 고온 고압의 용융 원료를 밀폐하고 회전축(520)의 원할한 회전을 위해, 제2 실링(610) 보다 낮은 마찰계수 및/또는 높은 내열성을 가지는 것이 바람직하다.
제1 실링(620)은 테프론(Teflon) 재질인 것이 바람직하다. 테프론은 낮은 마찰계수와 내열성을 가지고 있기 때문에, 테프론 재질의 제1 실링(620)은 고압 및 고온의 용융 원료을 밀폐시키면서 회전축(520)이 회전축 커버(600)에 가하는 압력에도 불구하고 회전축(600)이 원활히 회전하게 할 수 있다.
제2 실링(610)은 고무, 우레탄, 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있다. 이는 회전축(520)과 헤드몸체(100) 및 회전축 커버(600)의 관통홀(601) 사이의 미세한 틈을 밀폐시켜 원료가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 제2 실링(610)에 도달하는 누출된 원료는 고온 및 고압 상태가 아니므로, 제2 실링(610)은 밀폐가 완벽되도록 하는 것이 바람직하다.
원료투입부(200)는 외부이송관(210), 내부이송관(220), 및 제3 실링(230)를 포함할 수 있다.
외부이송관(210)은 내부가 중공되며 일측이 헤드몸체(100)와 결합될 수 있다. 외부이송관(210)은 헤드몸체(100)와 탈부착될 수 있다.
내부이송관(220)은 외부이송관(210)의 중공 내부에 배치될 수 있다. 내부이송관(220)은 내측으로 고체상태의 원료가 이동하도록 내부가 중공될 수 있다. 내부이송관(220)은 고체상태의 원료의 이동을 원활하게 하며 일부 용융된 원료의 이동 또한 원할하도록 마찰계수가 낮는 테프론(Teflon) 재질인 것이 바람직하다.
제3 실링(230)은 외부이송관(210)과 헤드몸체(100) 사이에 배치될 수 있다. 제3 실링(230)은 내부에 내부이송관(220)과 억지 끼움될 수 있다. 제3 실링(230)은 제2 실링(610)과 동일한 재질인 것이 바람직하며, 외부이송관(210)과 헤드몸체(100) 사이의 미세한 틈으로 용융된 원료가 누출되는 것을 차단할 수 있다.
원료투입부(200)는 냉각부(240)를 더 포함할 수 있다. 냉각부(240)는 외부이송관(210)의 외측에 배치될 수 있다. 외부이송관(210)은 헤드몸체(100)와 연결되어 있기 때문에 가열부(400)로부터 열이 전달된다. 이로 인해 외부이송관(210) 내측에 위치한 원료의 일부가 용융되어 내부이송관(220)이 막히는 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 냉각부(240)가 외부이송관(210)을 냉각시켜 원료가 용융되는 것을 방지할 수 있다. 냉각부(240)는 외부이송관(210)의 외측으로 일정간격 이격되는 다수개의 방열핀(241)을 구비할 수 있다. 냉각부(240)는 방열핀(241)과 체결되는 냉각팬(242)을 구비할 수 있다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명의 3D 프린터 출력 헤드는 다수개로 원료투입부(200)가 형성되어 다양한 색상을 연출할 수 있는 모형물을 제작할 수 있으며, 프린터가 동작하지 않을 때 노즐부(300)로 용융된 원료가 노즐부의 외부로 흘러내리지 않게 되고, 출력시 노즐부(300)로 배출되는 원료가 균일하게 배출될 수 있어 보다 정교한 모형물을 제작할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 헤드몸체 200 : 원료투입부
210 : 외부이송관 220 : 내부이송관
230 : 제3 실링 240 : 냉각부
241 : 방열핀 242 : 냉각팬
300 : 노즐부 310 : 배출홀
400 : 가열부 500 : 원료공급부
510 : 구동모터 520 : 회전축
530 : 회전몸체 540 : 원료가압부
600 : 회전축 커버 610 : 제2 실링
620 : 제1 실링

Claims (6)

  1. 내부에 수용공간(S)을 구비하는 헤드몸체;
    상기 헤드몸체의 일측에 배치되며, 상기 수용공간(S)으로 원료를 투입하는 원료투입부;
    상기 헤드몸체의 하단에 배치되며, 상기 수용공간(S)과 연통되는 배출홀을 포함하는 노즐부;
    상기 수용공간(S)으로 이송된 원료가 용융되도록 상기 헤드몸체를 가열하는 가열부; 및
    상기 수용공간(S)에 용융된 원료를 가압하여 상기 노즐부로 공급하는 원료공급부;를 포함하고,
    상기 원료투입부는,
    내부가 중공되며 일측이 상기 헤드몸체와 결합하는 외부이송관;
    상기 외부이송관의 내부에 배치되고, 상기 원료가 이동하도록 내부가 중공되며, 일측단이 상기 수용공간(S)과 연통되는 내부이송관; 및
    상기 외부이송관과 상기 헤드몸체 사이에 배치되고, 내부에 상기 내부이송관이 억지끼움되는 제3 실링;을 포함하는 3D 프린터 출력 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료투입부는 상기 외부이송관의 외측에 배치되어, 상기 가열부로부터 열이 전달받은 상기 외부이송관을 냉각시키는 냉각부를 더 포함하는, 3D 프린터 출력 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료공급부는,
    일측이 구동모터와 연결되며, 타측이 상기 헤드몸체에 수직방향으로 삽입되는 회전축;
    상기 회전축의 측면에 배치되며, 상기 헤드몸체의 내측면과 미끄럼 접촉되어 상기 회전축을 지지하는 회전몸체; 및
    상기 수용공간(S)에 배치되고, 상기 회전축의 타측단에 배치되며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 상기 원료를 상기 노즐부로 가압하는 원료가압부;를 포함하고,
    상기 원료가압부의 끝단은 상기 배출홀의 상단과 일정간격 이격되도록 배치되고,
    상기 원료가압부는 외측면에 상기 원료가압부의 내측면으로 일정간격 함입되어 상기 원료를 상기 배출홀로 안내하는 안내유로가 일정피치(Pitch)를 가지는 나사산을 구비하는 3D 프린터 출력 헤드.
  4. 내부에 수용공간(S)을 구비하는 헤드몸체;
    상기 헤드몸체의 일측에 배치되며, 상기 수용공간(S)으로 원료를 투입하는 원료투입부;
    상기 헤드몸체의 하단에 배치되며, 상기 수용공간(S)과 연통되는 배출홀을 포함하는 노즐부;
    상기 수용공간(S)으로 이송된 원료가 용융되도록 상기 헤드몸체를 가열하는 가열부; 및
    상기 수용공간(S)에 용융된 원료를 가압하여 상기 노즐부로 공급하는 원료공급부;를 포함하고,
    상기 원료공급부는,
    일측이 구동모터와 연결되며, 타측이 상기 헤드몸체에 수직방향으로 삽입되는 회전축;
    상기 회전축의 측면에 배치되며, 상기 헤드몸체의 내측면과 미끄럼 접촉되어 상기 회전축을 지지하는 회전몸체; 및
    상기 수용공간(S)에 배치되고, 상기 회전축의 타측단에 배치되며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 상기 원료를 상기 노즐부로 가압하는 원료가압부;를 포함하고,
    상기 헤드몸체의 상단에 배치되며, 상기 회전축이 삽입되도록 상하방향으로 관통되는 관통홀을 구비하는 회전축 커버를 더 포함하고,
    상기 회전축 커버는,
    하단에 배치되어, 상기 관통홀로 누출되는 용융 원료를 1차로 밀폐하는 제1 실링; 및
    상단에 배치되어, 상기 제1 실링에서 누출되는 용융 원료를 2차로 밀폐하는 제2 실링을 구비하고,
    상기 제1 및 제2 실링은 상기 회전축의 측면과 밀착되도록 배치되고,
    상기 제1 실링의 하단은 상기 회전몸체의 상단에 배치되는 3D 프린터 출력 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 실링은 상기 제1 실링 보다 탄성계수가 높고,
    상기 제1 실링은 상기 제2 실링 보다 높은 내열성 및 낮은 마찰계수 중 적어도 하나를 가지는 3D 프린터 출력 헤드.
  6. 삭제
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