KR101955923B1 - 3d printer capable of uniform output regardless of ambient temperature and humidity - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses a three dimensional printer capable of uniform output regardless of ambient temperature and humidity. The three dimensional printer capable of uniform output regardless of the ambient temperature and humidity comprises: a filament supply device having a stepper motor to push a material filament by a prescribed length; a heat sink receiving the filament transported from the filament supply device by a prescribed length; and a nozzle connected to an opposite side of a filament inlet of the heat sink and melting the filament supplied from the heat sink to discharge the melted filament. The three dimensional printer further comprises a heater block including a through nozzle insertion hole into which the nozzle is inserted to be installed around the nozzle, a heater melting the filament in the nozzle, and a nozzle temperature sensor measuring the temperature of the nozzle. The three dimensional printer further comprises: a cooling fan for quickly hardening the melted filament discharged from the nozzle; a fan temperature sensor for measuring the temperature of air discharged from the cooling fan; a coolant pipe installed on an air inlet side of the cooling fan; a constant temperature tank for maintaining a constant temperature of the coolant; and a control unit for adjusting power of the heater and the constant temperature tank by using the temperatures measured from the temperature sensors. Specifically, the nozzle includes a blocking cap formed in a conic shape enclosing a discharge unit, wherein a wide side of a cone is tightly attached to the heater block to obstruct direct transfer of gas discharged from the cooling fan to the nozzle. According to the present invention, the filament discharged from the nozzle can be hardened at a constant temperature, and the nozzle discharge unit can be maintained at a constant temperature to allow uniform output.

Description

주위 온도 및 습도에 무관하게 균일한 출력이 가능한 3D 프린터 장치{3D PRINTER CAPABLE OF UNIFORM OUTPUT REGARDLESS OF AMBIENT TEMPERATURE AND HUMIDITY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a 3D printer capable of outputting a uniform output regardless of ambient temperature and humidity.

본 발명은 주위 온도 및 습도에 무관하게 균일한 출력이 가능한 3D 프린터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수냉식 냉각팬을 이용하여 용융된 필라멘트가 신속하게 경화되도록 하여 출력물 주위의 온도에 무관하게 균일한 출력이 가능한 3D 프린터 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명에서는 노즐에 고깔모양의 차단 캡을 구비하여 냉각팬에 의한 노즐의 온도 변화를 줄일 수 있다. 본 발명에 의하면 주위 온도 및 습도에 무관하게 신속하고 균일한 출력물을 얻을 수 있다.The present invention relates to a 3D printer device capable of uniform output regardless of ambient temperature and humidity, and more particularly, to a 3D printer device capable of rapidly curing a melted filament using a water-cooled cooling fan, And a 3D printer apparatus capable of outputting the same. In addition, in the present invention, the nozzle has a conical cap to reduce the temperature change of the nozzle by the cooling fan. According to the present invention, a quick and uniform output can be obtained irrespective of ambient temperature and humidity.

종래의 3D 프린터는 사출금형 제작 전에 시제품을 제작하는 용도로 기계 설계분야에서 사용되었다. 그러나 복잡하고 정교한 제품의 제작이 가능함에도 그 제작시간이 많이 걸리고 목업(Mock up)에 비해 비용이 많이 소요되었다.Conventional 3D printers have been used in the field of machine design to produce prototypes before injection molds. However, while it is possible to produce complex and sophisticated products, it takes a lot of time to produce and cost more than a mock up.

최근 관련 재료 및 기구의 발전 및 3D 소프트웨어의 보급과 함께 그 가격이 많이 저렴해짐으로써, 이제 일반인들도 쉽게 3D 프린터를 접할 수 있을 정도로 대중화가 되었다. 그 결과 기계설계 전문가의 영역에 있던 3차원 프린터가 이제는 일반인들이 취미로 다양한 형상들을 제작할 수 있게 되었으며, 최근에는 4차 산업혁명을 이끌 주력 제품으로 3D 프린터가 많이 거론되는 정도에 이르렀다. Recently, with the development of related materials and apparatuses and the spread of 3D software, the price has become much cheaper, so that the public can easily access 3D printers. As a result, 3D printers in the area of mechanical design experts can now make various shapes with the hobby of the general public, and recently 3D printers have been mentioned as the main products that lead the fourth industrial revolution.

보급형 3D 프린터로 많이 사용되는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 열가소성 수지인 필라멘트를 가열된 노즐에 투입하여 용융된 필라멘트를 일정량씩 토출한다. 토출된 미량의 필라멘트는 상온에서 경화되고 그 위에 다음 층을 형성하여 3차원 출력물을 형성하게 된다. 균일한 토출량을 얻기 위하여 노즐에 히터블럭을 설치하여 일정온도를 유지하도록 가열한다.The FDM (Fused Deposition Modeling) method, which is widely used as a commercial 3D printer, injects a filament, which is a thermoplastic resin, into a heated nozzle and discharges a melted filament by a predetermined amount. The discharged minute amount of filament is cured at room temperature, and the next layer is formed thereon to form a three-dimensional output. To obtain a uniform discharge volume, a heater block is installed in the nozzle and heated to maintain a constant temperature.

이러한 FDM 방식의 3D 프린터에서는 노즐에서 얼마나 정밀한 양을 토출하는가 뿐만 아니라 토출된 필라멘트가 얼마나 잘 경화되는가도 출력된 제품의 품질에 중요한 요인이다. 토출된 필라멘트가 덜 경화된 상태에서 다음 레이어가 토출되는 경우 정확한 형상이 출력되지 않는다. In such an FDM type 3D printer, not only how precise amounts are discharged from the nozzles but also how well the discharged filaments are cured is an important factor in the quality of output products. When the next layer is discharged while the discharged filament is in a less cured state, the accurate shape is not outputted.

한편 히터블록에서 필라멘트를 녹이도록 고온으로 가열하더라도 노즐 토출부는 지름이 0.4mm 정도로 가늘기 때문에 이물질이 쌓이는 경우 필라멘트의 토출량이 줄어들어 출력물에 공동이 생기는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 노즐 토출부의 온도도 일정하게 유지할 필요가 있다.On the other hand, even if the heater block is heated at a high temperature to melt the filament, since the diameter of the nozzle discharging portion is as small as about 0.4 mm, the discharge amount of the filament may be reduced when foreign matter is piled up. Therefore, it is necessary to keep the temperature of the nozzle discharge portion constant.

공개특허공보 제10-2015-0122504호 “3D 프린터용 헤드 어셈블리”에서는 냉각팬을 구비한 3D 프린터용 헤드 어셈블리가 개시된다. 즉, 노즐에서 분사된 용융액을 균일하고 신속하게 냉각시키기 위하여 노즐부에 냉각팬(413) 및 윈드가이드(420)를 포함한다. 그러나, 주변 온도 변화에 따라 냉각팬에서 나오는 온도가 달라져서 출력물의 경화 정도가 달라질 수 있고, 노즐의 온도에도 영향을 미칠 수 있다. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0122504 entitled " Head Assembly for 3D Printer ", a head assembly for a 3D printer having a cooling fan is disclosed. That is, the nozzle unit includes a cooling fan 413 and a wind guide 420 to uniformly and rapidly cool the melt sprayed from the nozzle. However, depending on the ambient temperature, the temperature of the cooling fan may vary, so that the degree of curing of the output may vary, and the temperature of the nozzle may also be affected.

공개특허공보 제10-2017-0078396호 “온도 및 습도에 따른 실시간 제어가 가능한 다기능 3D 프린터”에서는 3D 프린터 주위의 온도 및 습도를 측정하여, 온도 및 습도에 따른 전압 제어 수치가 기록된 룩업테이블를 참고하여 전압을 제어하는 3D 프린터가 개시된다. 그러나, 토출된 필라멘트의 경화 상태에 대해서는 개시되지 않았다.Open Patent Publication No. 10-2017-0078396 "Multifunctional 3D printer capable of real time control according to temperature and humidity" measures the temperature and humidity around the 3D printer and refers to a lookup table in which voltage control values according to temperature and humidity are recorded Thereby controlling the voltage. However, the cured state of the discharged filament is not disclosed.

공개특허공보 제10-2015-0122504호 “3D 프린터용 헤드 어셈블리”Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0122504 entitled "Head Assembly for 3D Printer" 공개특허공보 제10-2017-0078396호 “온도 및 습도에 따른 실시간 제어가 가능한 다기능 3D 프린터”Open Patent Publication No. 10-2017-0078396 "Multifunctional 3D printer capable of real-time control according to temperature and humidity"

본 발명의 목적은, 3D 프린터의 주위 온도 및 습도에 무관하게 균일한 출력이 가능한 3D 프린터 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a 3D printer device capable of uniform output regardless of ambient temperature and humidity of a 3D printer.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 본 발명은 3D 프린터에 있어서, 원료 필라멘트를 일정 길이만큼씩 밀어주는 스테퍼 모터를 구비한 필라멘트 공급장치; 상기 필라멘트 공급장치로부터 이송된 필라멘트가 일정 길이만큼씩 투입되는 히트싱크; 상기 히트싱크의 필라멘트 투입구의 반대쪽에 연결되고 히트싱크로부터 투입된 필라멘트가 용융되어 토출되는 노즐; 상기 노즐의 주위에 설치되도록 노즐이 삽입되는 관통된 노즐 삽입 구멍과, 노즐 내의 필라멘트를 용융시키는 히터와, 노즐의 온도를 측정하는 노즐 온도센서를 구비하는 히터블럭; 상기 노즐에서 토출되는 용융된 필라멘트를 신속하게 굳히기 위한 냉각팬; 상기 냉각팬에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 팬 온도센서; 상기 냉각팬의 공기투입구 쪽에 설치된 냉각수 배관; 상기 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 항온조; 및 상기 온도센서들로부터 측정된 온도를 이용하여 히터와 항온조의 전력을 조절하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a 3D printer comprising: a filament supply device having a stepper motor for pushing a raw filament by a predetermined length; A filament feeding device for feeding filaments; A nozzle connected to the opposite side of the filament inlet of the heat sink and melted and discharged by the filament injected from the heat sink; A heater block for heating the filament in the nozzle, and a nozzle temperature sensor for measuring the temperature of the nozzle; A cooling fan for rapidly solidifying the molten filament discharged from the nozzle; A fan temperature sensor for measuring a temperature of air discharged from the cooling fan; A cooling water pipe provided on an air inlet side of the cooling fan; A thermostat for keeping the temperature of the cooling water constant; And a controller for controlling power of the heater and the thermostat using the temperature measured from the temperature sensors.

상기 노즐은 토출부 주변을 감싸는 고깔 모양으로 형성되고, 고깔 모양과 노즐 사이에 공기층을 형성하여 냉각팬으로부터 방출된 기체가 노즐로 직접 전달되는 것을 방해하는 차단 캡을 구비한다.The nozzle has a conical shape that surrounds the periphery of the discharge part, and an air layer is formed between the conical shape and the nozzle to prevent the gas discharged from the cooling fan from being directly transferred to the nozzle.

상기 차단 캡은, 상기 노즐의 토출부에 나사결합으로 결합할 수 있다.The blocking cap may be coupled to the discharge portion of the nozzle by screwing.

상기 히터블럭은, 상기 노즐이 삽입된 경우 노즐이 튀어나오는 쪽의 노즐 삽입 구멍 주위에 노즐을 둘러싸는 모양의 돌기를 하나 이상 구비할 수 있다.The heater block may include one or more projections that surround the nozzle around the nozzle insertion hole on the side where the nozzle protrudes when the nozzle is inserted.

상기 필라멘트 공급장치는, 필라멘트가 지나는 경로상에 필라멘트상의 수분을 증발시키는 필라멘트 히터를 더 구비할 수 있다.The filament supply device may further include a filament heater for evaporating moisture on the filament in a path through the filament.

상기 목적을 이루기 위한 다른 양태에 따르면, 본 발명은 히트싱크와 연결되어 상기 히트싱크에 투입된 필라멘트가 용융되어 토출되는 3D 프린터용 노즐에 있어서, 상기 노즐은, 토출부 주변을 감싸는 고깔 모양으로 형성되고, 고깔 모양과 노즐 사이에 공기층을 형성하여 냉각팬으로부터 방출된 기체가 노즐로 직접 전달되는 것을 방해하는 차단 캡을 구비한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a nozzle for a 3D printer, which is connected to a heat sink and melted and discharged by a filament inserted in the heat sink, wherein the nozzle is formed in a conical shape surrounding the discharge part An air layer is formed between the conical shape and the nozzle so as to prevent the gas emitted from the cooling fan from being directly transmitted to the nozzle.

상기 차단 캡은, 상기 노즐의 토출부에 나사결합으로 결합할 수 있다.The blocking cap may be coupled to the discharge portion of the nozzle by screwing.

상기 목적을 이루기 위한 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 노즐이 삽입되는 관통된 노즐 삽입 구멍과, 노즐 내의 필라멘트를 용융시키는 히터와, 노즐의 온도를 측정하는 노즐 온도센서를 구비하는 3D 프린터용 히터블럭에 있어서, 상기 히터블럭은, 상기 노즐이 삽입된 경우 노즐이 튀어나오는 쪽의 노즐 삽입 구멍 주위에 노즐을 둘러싸는 모양의 돌기를 하나 이상 구비한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a 3D printer heater including a nozzle insertion hole through which a nozzle is inserted, a heater for melting a filament in the nozzle, and a nozzle temperature sensor for measuring a temperature of the nozzle, In the block, the heater block includes at least one protrusion that surrounds the nozzle around the nozzle insertion hole on the side where the nozzle protrudes when the nozzle is inserted.

본 발명에 따른 3D 프린터는 노즐에서 토출되는 필라멘트를 일정한 온도로 경화시킬 수 있어서 균일한 출력이 가능하다.The 3D printer according to the present invention can harden filaments discharged from the nozzles to a predetermined temperature, thereby achieving uniform output.

본 발명에 따른 3D 프린터는 노즐 토출부의 온도를 일정하게 유지할 수 있어서 균일한 출력이 가능하다.The 3D printer according to the present invention can maintain the temperature of the nozzle discharging portion at a constant level, thereby achieving a uniform output.

본 발명에 따른 3D 프린터는 필라멘트 공급부에 가열장치를 설치하여 습도에 무관하게 균일한 출력이 가능하다.In the 3D printer according to the present invention, a heating device is installed in the filament supply unit, and uniform output is possible regardless of humidity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 개략적인 구조를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 헤드의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 및 나사형 차단 캡의 결합을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드부의 결합을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 돌기를 가진 히터블럭이 노즐과 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 공급장치의 기능을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a schematic structure of a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a head of a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating the combination of a nozzle and a threaded type cap according to another embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view illustrating a coupling of a head according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a heater block having a projection according to another embodiment of the present invention is coupled with a nozzle.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating the function of the filament supply device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the following description. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals designate like elements throughout the specification. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises "and / or" comprising ", as used herein, unless the recited element, step, operation, and / Or additions.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a 3D printer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 개략적인 구조를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a schematic structure of a 3D printer according to an embodiment of the present invention.

3D 프린터는 필라멘트 공급장치(100), 필라멘트가 투입되는 헤드부(200), 헤드부를 이송시키는 이송부(300), 출력물을 지지하는 받침대(400), 항온조(500), 그리고 제어부(600)를 포함한다.The 3D printer includes a filament feeder 100, a head 200 to which filaments are fed, a feeder 300 to feed the head, a pedestal 400 to support the output, a thermostat 500, and a controller 600 do.

필라멘트 공급장치(100)는 스테퍼 모터를 구비하여 원료 필라멘트를 일정 길이만큼씩 밀어서 헤드부(200)로 이송한다. The filament feeder 100 includes a stepper motor, and feeds the raw filaments to the head unit 200 while pushing the raw filaments by a predetermined length.

이송부(300)는 헤드부를 x, y 축으로 이송시킬 수 있다. 헤드부의 노즐에서 토출되는 용융된 필라멘트는 받침대(400) 위에서 한 층씩 경화된다. 각 레이어가 경화되면, 헤드부의 z 축을 변화시켜 다음 레이어를 적층할 수 있다. 축의 이동은 상대적이므로, 받침대의 높이를 조절하여 z 축을 변화시키거나, x, y 축의 이동도 받침대의 이동으로 할 수 있다.The transfer unit 300 can transfer the head unit in the x and y axes. The molten filament discharged from the nozzle of the head part is cured one layer above the pedestal 400. When each layer is cured, the z-axis of the head portion can be changed to laminate the next layer. Since the movement of the axis is relative, the height of the pedestal can be adjusted to change the z-axis, or the movement of the x- and y-axes can be made to move the pedestal.

항온조(500)는 토출된 용융된 필라멘트를 균일한 온도로 경화시키기 위해 냉각수를 헤드부의 냉각팬에 공급할 수 있다.The thermostatic chamber 500 can supply the cooling water to the cooling fan of the head portion in order to harden the discharged molten filament to a uniform temperature.

제어부(600)는 필라멘트 공급장치, 이송부, 받침대, 그리고 헤드부의 히터 및 항온조를 제어한다.The control unit 600 controls the filament supply unit, the transfer unit, the pedestal, and the heater and the thermostat of the head unit.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 헤드의 구조를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a head of a 3D printer according to an embodiment of the present invention.

헤드부(200)는 히트싱크(210), 히터블럭(230), 노즐(250), 냉각팬(270)을 포함한다.The head unit 200 includes a heat sink 210, a heater block 230, a nozzle 250, and a cooling fan 270.

필라멘트 투입구인 히트싱크(210)의 상부(211)로 필라멘트 공급장치로부터 이송된 필라멘트(190)가 일정 길이만큼씩 투입된다.The filament 190 fed from the filament feeding device is fed into the upper portion 211 of the heat sink 210 as a filament input port by a predetermined length.

노즐(250)의 상부(251)는 히트싱크(210)의 필라멘트 투입구의 반대쪽인 히트싱크의 하부(219)에 연결된다. 따라서, 히트싱크의 상부(211)로 투입된 필라멘트는 히트싱크를 거쳐 노즐로 투입된다.The upper portion 251 of the nozzle 250 is connected to the lower portion 219 of the heat sink which is opposite to the filament inlet of the heat sink 210. Therefore, the filament injected into the upper portion 211 of the heat sink is injected into the nozzle through the heat sink.

이때, 노즐(250)과 히트싱크(210)는 히터블럭(230)의 노즐 삽입 구멍을 통해서 나사결합에 의해 체결될 수 있다.At this time, the nozzle 250 and the heat sink 210 may be fastened by screwing through the nozzle insertion hole of the heater block 230.

히터블럭(230)은 상하부를 관통하는 노즐 삽입 구멍(231), 노즐 온도센서 삽입 구멍(233), 히터 삽입 구멍(235)을 포함한다. 즉, 히터블럭에는 노즐(250)과 노즐 온도센서(233)와 히터(235)가 삽입된다.The heater block 230 includes a nozzle insertion hole 231 passing through upper and lower portions, a nozzle temperature sensor insertion hole 233, and a heater insertion hole 235. That is, the nozzle 250, the nozzle temperature sensor 233, and the heater 235 are inserted into the heater block.

히터블럭의 히터(235)는 히터블럭 전체에 열을 가하고, 이 열은 결합된 노즐에 열을 가해서 노즐 상부(251)의 필라멘트를 용융시킨다. 용융된 필라멘트(290)는 노즐 하부의 구멍인 토출부(259)를 통하여 토출된다.The heater 235 of the heater block applies heat to the entire heater block, and this heat exerts heat on the combined nozzle to melt the filament of the nozzle upper portion 251. The molten filament 290 is discharged through a discharge portion 259 which is a hole in the lower portion of the nozzle.

히터블럭의 노즐 온도센서(233)는 히터블럭에 결합된 노즐의 온도를 측정한다. 이 결과는 제어부(600)에 전달되어 제어부가 히터블럭의 히터(235)의 전력을 조절할 수 있다. The nozzle temperature sensor 233 of the heater block measures the temperature of the nozzle coupled to the heater block. The result is transmitted to the controller 600, and the controller can adjust the power of the heater 235 of the heater block.

헤드부(200)는 노즐에서 토출되는 용융된 필라멘트를 신속하게 굳히기 위해 냉각팬(270)을 포함한다. 냉각팬 앞에는 냉각팬의 바람이 토출된 필라멘트(290)쪽으로 향하도록 가이드(275)를 설치한다.The head portion 200 includes a cooling fan 270 to rapidly solidify the molten filament discharged from the nozzle. A guide 275 is installed in front of the cooling fan so that the wind of the cooling fan is directed toward the discharged filament 290.

종래의 냉각팬은 고온으로 용융된 필라멘트를 경화시키기 위해 냉각팬을 사용하였는데, 본 발명에서는 냉각팬에 균일한 온도를 공급하기 위해 냉각팬 공기투입구 쪽에 냉각수 배관(280)을 설치할 수 있다. In the conventional cooling fan, a cooling fan is used to cure the melted filament at a high temperature. However, in the present invention, the cooling water pipe 280 may be provided at the cooling fan air inlet port to supply a uniform temperature to the cooling fan.

이렇게 함으로써, 계절에 따른 변화 혹은 오전과 오후의 사무실 온도 변화에 무관하게 토출된 필라멘트를 일정한 온도로 경화시킬 수 있어서, 균일한 3차원 출력물을 얻을 수 있다. 냉각수의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 별도의 항온조(500)를 설치할 수 있다.By doing so, the discharged filament can be cured at a constant temperature irrespective of the seasonal change or the morning and afternoon office temperature changes, so that a uniform three-dimensional output can be obtained. In order to keep the temperature of the cooling water constant, a separate thermostatic chamber 500 may be provided.

냉각팬(270)에서 공기가 배출되는 곳에는 팬 온도센서(273)를 설치하여 냉각팬에서 배출되는 공기의 온도를 측정할 수 있다. 제어부(600)는 팬 온도센서에서 측정된 온도 값을 이용하여 항온조의 전력을 조절할 수 있다.A fan temperature sensor 273 may be installed at a position where air is discharged from the cooling fan 270 to measure the temperature of the air discharged from the cooling fan. The control unit 600 may adjust the power of the thermostat using the temperature value measured by the fan temperature sensor.

한편, 냉각팬으로부터 불어온 낮은 온도의 공기는 노즐의 온도를 낮추어 노즐로부터 원활한 토출을 방해할 수 있다. 따라서, 냉각팬에서 불어오는 공기의 영향을 줄이는 노즐의 형태가 필요하다.On the other hand, the low-temperature air blown from the cooling fan can lower the temperature of the nozzles and hinder smooth ejection from the nozzles. Therefore, the shape of the nozzle is required to reduce the influence of air blown from the cooling fan.

본 발명에서는 노즐(250) 주위를 감싸는 고깔 모양의 차단 캡(260)을 추가로 구비한다. 차단 캡의 뾰족한 부분이 노즐의 토출부와 밀착하고, 차단 캡의 고깔 형상 중 넓은 쪽이 상기 히터블럭과 밀착하여, 노즐과 차단 캡 사이에 공기층을 형성하여 냉각팬으로부터 방출된 기체가 노즐로 직접 전달되는 것을 방해하므로, 노즐 부위의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.In the present invention, a conical cap 260 surrounding the nozzle 250 is additionally provided. A sharp portion of the shutoff cap is brought into close contact with the discharge portion of the nozzle and a wide one of the cutouts of the shutoff cap closely contacts with the heater block to form an air layer between the nozzle and the shutoff cap, The temperature of the nozzle portion can be kept constant.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐 및 나사형 차단 캡의 결합을 나타내는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating the combination of a nozzle and a threaded type cap according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 노즐(250)은 토출부 표면에 나사면(255)을 가지고 있어서, 나사면(265)을 가지고 있는 고깔모양의 차단 캡(261)과 결합할 수 있다. 나사 결합으로 간단히 조립이 가능하므로, 도 2의 경우보다 용이하게 실시할 수 있다. 이 경우에는 노즐의 토출구 쪽이 개방되는 구조이나, 도 2의 경우와 마찬가지로, 노즐과 차단 캡 사이에 공기층을 가지게 되므로 냉각팬으로부터 방출된 기체로부터 단열효과가 있어서 노즐 부위의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.Referring to FIG. 3, the nozzle 250 has a threaded surface 255 on the surface of the discharge portion, so that it can engage with a conical shutoff cap 261 having a threaded surface 265. It can be easily assembled by screw coupling, so that it can be carried out more easily than in the case of Fig. In this case, as in the case of FIG. 2, since the air outlet is provided between the nozzle and the shutoff cap, the air outlet is opened from the gas discharged from the cooling fan, so that the temperature of the nozzle can be maintained constant have.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드부의 결합을 나타내는 분해 사시도이다. 4 is an exploded perspective view illustrating a coupling of a head according to another embodiment of the present invention.

도 4에는 히트싱크(210), 히터블럭(230), 노즐(250) 및 도 3의 나사면을 가진 차단 캡(261)을 함께 나타내었다. 히터블럭의 상하부를 관통하는 노즐 삽입 구멍(231)에 히트싱크와 노즐이 결합되고, 노즐의 외부 나사면(255)에 차단 캡(261)이 결합된다.4 also shows a heat sink 210, a heater block 230, a nozzle 250 and a shutoff cap 261 having a thread surface of FIG. The heat sink and the nozzle are coupled to the nozzle insertion hole 231 passing through the upper and lower portions of the heater block, and the shutoff cap 261 is coupled to the outer knurled surface 255 of the nozzle.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 돌기를 가진 히터블럭이 노즐과 결합된 상태를 나타내는 단면도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which a heater block having a projection according to another embodiment of the present invention is coupled with a nozzle.

히터블럭(230)의 노즐이 결합되는 하부 면에, 노즐을 둘러싸는 모양의 돌기(237)를 하나 이상 구비할 수 있다. 돌기는 노즐의 형태에 맞추어 원형, 타원형, 다각형 모양으로 형성할 수 있으며, 폐곡선 또는 일부가 개방된 형태로도 제작할 수 있을 것이다. 돌기는 노즐을 둘러싸기 위해 노즐 쪽으로 경사지도록 형성할 수 있다.At least one protrusion 237 surrounding the nozzle may be provided on the lower surface of the heater block 230 where the nozzle is coupled. The protrusions may be formed in a circular, elliptical, or polygonal shape according to the shape of the nozzle, or may be formed in a closed curve or in a partially open form. The projections may be formed to be inclined toward the nozzle so as to surround the nozzle.

히터블럭(230) 하부에 노즐(250)을 둘러싸는 모양의 돌기들도 노즐 외면의 차단 캡(261)과 마찬가지로, 돌기들과 노즐 또는 차단 캡 사이에 공기층을 형성하여 단열 효과가 있어서, 냉각팬을 사용하여도 균일한 노즐 온도를 유지할 수 있다.Similarly to the blocking cap 261 on the outer surface of the nozzle, protrusions that surround the nozzle 250 in the lower part of the heater block 230 have an insulating effect by forming an air layer between the protrusions and the nozzle or the blocking cap, It is possible to maintain a uniform nozzle temperature.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 공급장치의 기능을 나타내는 구성도이다.FIG. 6 is a configuration diagram illustrating the function of the filament supply device according to an embodiment of the present invention.

필라멘트 공급장치(100)는 스테퍼 모터(130)를 구비하여 원료 필라멘트가 감겨있는 필라멘트 보빈(110)으로부터 필라멘트(190)를 일정 길이만큼씩 밀어서 헤드부(200)로 이송한다. The filament feeding device 100 includes a stepper motor 130 and pushes the filament 190 from the filament bobbin 110 wound with the raw filament by a predetermined length and feeds the filament 190 to the head unit 200.

3D 프린터에서 사용되는 필라멘트 재질 중에서 PLA(poly lactic acid) 수지는 친환경적인 재질이어서 널리 사용되고 있다. 그런데, 이러한 PLA 수지는 수분을 쉽게 흡수하고, 수분을 흡수한 경우 일정량 만큼 이송되지 못하여 출력시 기포가 생기는 문제가 발생할 수 있다.Of the filament materials used in 3D printers, PLA (poly lactic acid) resin is widely used because it is an environmentally friendly material. However, such a PLA resin easily absorbs moisture, and when it absorbs moisture, it can not be transported by a certain amount, resulting in a problem that bubbles are generated at the time of output.

따라서, 본 발명에서는 필라멘트가 지나는 경로상에 필라멘트상의 수분을 증발시키는 필라멘트 히터(150)를 구비하여 필라멘트의 수분을 증발시킴으로써, 스테퍼 모터(130)에 의해 일정량씩 이송될 수 있도록 하였다. 도면에는 도시하지 않았지만, 별도의 습도 센서에서 측정한 결과를 이용하여 필라멘트 히터(150)에 인가되는 전력을 조절하는 것이 가능하다.Accordingly, in the present invention, the filament heater 150 for evaporating the moisture on the filament on the path through the filament is provided to evaporate the moisture of the filament, so that the filament can be fed by a predetermined amount by the stepper motor 130. Although not shown in the drawing, it is possible to control the power applied to the filament heater 150 by using a result of measurement by a separate humidity sensor.

제어부(600)는 필라멘트 공급장치(100)의 습도센서의 습도 측정결과를 이용하여 필라멘트 히터(150)의 전력을 조절할 수 있다. 그리고, 제어부는 히터블럭의 노즐 온도센서(233)의 온도 측정결과를 이용하여 히터(235)의 전력을 조절할 수 있고, 냉각팬 앞의 팬 온도센서(273)의 온도 측정결과를 이용하여 항온조(500)의 전력을 조절할 수 있다. The control unit 600 may adjust the power of the filament heater 150 using the humidity measurement result of the humidity sensor of the filament supply device 100. The control unit may adjust the power of the heater 235 by using the temperature measurement result of the nozzle temperature sensor 233 of the heater block and may use the temperature measurement result of the fan temperature sensor 273 in front of the cooling fan, 500 can be adjusted.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and the appended claims.

100 : 필라멘트 공급장치
200 : 헤드부
210 : 히트싱크
230 : 히터블럭
250 : 노즐
260, 261 : 차단 캡
270 : 냉각팬
300 : 이송부
400 : 받침대
500 : 항온조
600 : 제어부100: filament feeder
200:
210: Heatsink
230: heater block
250: Nozzle
260, 261: blocking cap
270: Cooling fan
300:
400: Base
500: thermostatic chamber
600:

Claims (7)

원료 필라멘트를 일정 길이만큼씩 밀어주는 스테퍼 모터를 구비한 필라멘트 공급장치;
상기 필라멘트 공급장치로부터 이송된 필라멘트가 일정 길이만큼씩 투입되는 히트싱크;
상기 히트싱크의 필라멘트 투입구의 반대쪽에 연결되고 히트싱크로부터 투입된 필라멘트가 용융되어 토출되는 노즐;
상기 노즐의 주위에 설치되도록 노즐이 삽입되는 관통된 노즐 삽입 구멍과, 노즐 내의 필라멘트를 용융시키는 히터와, 노즐의 온도를 측정하는 노즐 온도센서를 구비하는 히터블럭;
상기 노즐에서 토출되는 용융된 필라멘트를 신속하게 굳히기 위한 냉각팬;
상기 냉각팬에서 배출되는 공기의 온도를 측정하는 팬 온도센서;
상기 냉각팬의 공기투입구 쪽에 설치된 냉각수 배관;
상기 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 항온조; 및
상기 온도센서들로부터 측정된 온도를 이용하여 히터와 항온조의 전력을 조절하는 제어부;를 포함하며,
상기 노즐은 토출부 주변을 감싸는 고깔 모양으로 형성되고, 고깔 모양과 노즐 사이에 공기층을 형성하여 냉각팬으로부터 방출된 기체가 노즐로 직접 전달되는 것을 방해하는 차단 캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.A filament supply device having a stepper motor for pushing a raw filament by a predetermined length;
A filament feeding device for feeding filaments;
A nozzle connected to the opposite side of the filament inlet of the heat sink and melted and discharged by the filament injected from the heat sink;
A heater block for heating the filament in the nozzle, and a nozzle temperature sensor for measuring the temperature of the nozzle;
A cooling fan for rapidly solidifying the molten filament discharged from the nozzle;
A fan temperature sensor for measuring a temperature of air discharged from the cooling fan;
A cooling water pipe provided on an air inlet side of the cooling fan;
A thermostat for keeping the temperature of the cooling water constant; And
And a controller for controlling the power of the heater and the thermostat using the measured temperature from the temperature sensors,
Wherein the nozzle is formed in a conical shape surrounding the discharge part and has an air gap between the nozzle and the conical shape so as to prevent the gas emitted from the cooling fan from being directly transferred to the nozzle. . 제1항에 있어서,
상기 차단 캡은, 상기 노즐의 토출부에 나사결합으로 결합하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the blocking cap is coupled to the discharging portion of the nozzle by screwing. 제1항에 있어서,
상기 히터블럭은, 상기 노즐이 삽입된 경우 노즐이 튀어나오는 쪽의 노즐 삽입 구멍 주위에 노즐을 둘러싸는 모양의 돌기를 하나 이상 구비한 것을 특징으로 하는 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the heater block includes at least one protrusion that surrounds the nozzle around a nozzle insertion hole on a side where the nozzle protrudes when the nozzle is inserted. 제1항에 있어서,
상기 필라멘트 공급장치는, 필라멘트가 지나는 경로상에 필라멘트상의 수분을 증발시키는 필라멘트 히터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.The method according to claim 1,
Wherein the filament supply device further comprises a filament heater that evaporates the filament-like moisture on a path through which the filament passes. 히트싱크와 연결되어 상기 히트싱크에 투입된 필라멘트가 용융되어 토출되는 3D 프린터용 노즐에 있어서,
상기 노즐은, 토출부 주변을 감싸는 고깔 모양으로 형성되고, 고깔 모양과 노즐 사이에 공기층을 형성하여 냉각팬으로부터 방출된 기체가 노즐로 직접 전달되는 것을 방해하는 차단 캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐.A nozzle for a 3D printer, which is connected to a heat sink and melts and discharges a filament input to the heat sink,
Wherein the nozzle is formed in a conical shape that surrounds the periphery of the discharge portion and has a shutoff cap which forms an air layer between the conical shape and the nozzle so as to prevent the gas emitted from the cooling fan from being directly transferred to the nozzle. Nozzles for printers. 제5항에 있어서,
상기 차단 캡은, 상기 노즐의 토출부에 나사결합으로 결합하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐.6. The method of claim 5,
And the blocking cap is coupled to the discharge portion of the nozzle by screwing. 노즐이 삽입되는 관통된 노즐 삽입 구멍과, 노즐 내의 필라멘트를 용융시키는 히터와, 노즐의 온도를 측정하는 노즐 온도센서를 구비하는 3D 프린터용 히터블럭에 있어서,
상기 히터블럭은, 상기 노즐이 삽입된 경우 노즐이 튀어나오는 쪽의 노즐 삽입 구멍 주위에 노즐을 둘러싸는 모양의 돌기를 하나 이상 구비한 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 히터블럭.And a nozzle temperature sensor for measuring the temperature of the nozzle. The heater block for a 3D printer according to claim 1,
Wherein the heater block includes at least one protrusion for surrounding the nozzle around the nozzle insertion hole on the side where the nozzle protrudes when the nozzle is inserted.
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