KR101977617B1 - 필라멘트 생성장치 - Google Patents

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Abstract

필라멘트 생성장치에 관한 기술이 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 필라멘트 생성장치는 플라스틱 소재를 가열 및 가압하여 필라멘트를 생성하는 가열압출기 및 상기 가열압출기에서 배출되는 상기 필라멘트를 냉각시키는 냉각기를 포함한다.
상기 가열압출기는 실린더, 히터, 스크루 및 다이를 포함한다. 상기 실린더는 주입구를 통하여 내부로 주입된 상기 플라스틱 소재가 가열 및 가압되는 용융공간을 가진다. 상기 히터는 상기 실린더에 배치되어 상기 플라스틱 소재를 가열한다. 상기 스크루는 상기 실린더의 내부에 배치되며, 상기 플라스틱 소재를 상기 실린더의 개방된 일측 방향으로 가압한다. 상기 다이는 상기 실린더의 개방된 상기 일측에 배치되며, 상기 실린더의 내부에서 용융된 상기 플라스틱 소재가 배출되는 배출구를 구비한다.

Description

필라멘트 생성장치{apparatus for producing filaments}
본 발명은 대체로 필라멘트 생성장치에 관한 것으로, 가열압출기를 통하여 필라멘트를 냉각시켜 필라멘트를 생성하는 필라멘트 생성장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 3차원 프린터의 출력물을 재활용하여 필라멘트로 제조할 수 있는 필라멘트 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 필라멘트는 연속한 매우 긴 형상의 플라스틱 실을 말하며, 이들을 집합하여 만든 실을 필라멘트사라고 하며, 필라멘트사를 이용한 직물을 필라멘트 직물이라고 한다. 이처럼 필라멘트는 섬유분야에서 활발하게 사용되고 있다.
근래에 들어 3차원 입체 형상을 가지는 물체를 출력하는 3차원 프린터에 대한 관심이 증대되고 있다. 3차원 프린터는 크게 절삭형과 적층형의 두 가지 방식으로 구분될 수 있다. 절삭형은 덩어리 형상의 재료를 깎거나 갈아내서 원하는 3차원 형상을 얻는 방식이며, 적층형은 얇은 층을 적층하여 원하는 3차원 형상을 얻는 방식이다.
절삭형 방식의 3차원 프린터는 복잡한 형상을 구현하는데 있어서 한계가 있기 때문에, 이러한 경우에는 적층형 방식의 3차원 프린터가 사용될 수 있다.
적층형 방식으로는 FDM(fused deposition modeling) 방식, DLP(digital light processing) 방식, SLA(stereo lithography apparatus) 방식, SLS(selective laser sintering) 방식 등이 있다. FDM 방식은 플라스틱 등의 소재를 한 층씩 적층하여 3차원 형상을 얻는 방식이다. DLP 방식은 프로젝터에서 제공되는 자외선(UV light)을 이용하여 광경화성 수지를 조금씩 굳혀가며 3차원 형상을 얻는 방식이다. SLA 방식은 레이저프린팅 방식이며, 레이저를 이용하여 자외선에 경화되는 자외선 레진을 통하여 3차원 형상을 얻는 방식이다. SLA 방식은 DLP 방식과 함께 액체 기반 광조형 방식으로 구분될 수 있다. SLS 방식은 분말 소결 방식으로 불리기도 하며, 레이저를 이용하여 분말을 녹여 이를 소결하는 방식으로 3차원 형상을 얻는 방식이다.
적층형 방식의 3차원 프린터 중에서 현재 가장 많이 판매되어 사용되고 있는 FDM 방식의 3차원 프린터에서는, 열가소성 수지로 된 필라멘트가 릴(reel)에 감긴 상태로 공급되면, 필라멘트를 융해시켜 분사하는 히터노즐이 자동으로 위치 제어됨으로써 3차원 형상의 출력물을 얻게 된다.
하지만, FDM 방식의 3차원 프린터에 사용되는 필라멘트는 그 자체로도 단가가 높을 뿐만 아니라, 3차원 프린터의 출력 실패율도 일반적으로 약 30% 이상으로 높기 때문에, FDM 방식의 3차원 프린터에 의해 출력되는 3차원 물체의 원가를 증가시키는 원인이 되고 있다. 또한, FDM 방식의 3차원 프린터의 출력물은 그 재료인 필라멘트와 마찬가지로 열가소성 수지, 즉 플라스틱으로 이루어져 있기 때문에, 실패한 출력물을 그대로 폐기할 경우에는 심각한 환경오염을 초래할 수 있는바, 이에 대한 대책이 강구될 필요가 있다.
3차원 프린터용 필라멘트 재생 장치와 관련된 종래의 기술로는 한국공개특허 KR 10-2015-0096078 “3D 프린터용 필라멘트 재생 장치” 등이 있다. 종래 기술은 3D 프린터를 통해 제작된 제품 또는 기 제작된 열가소성 제품 중 불필요한 제품을 수거하여 융해하고, 압출된 후 냉각되어 일정한 두께를 가지는 필라멘트로 재생시킨다는 점에서 본 발명과 공통점이 있다. 하지만 종래기술은 본 명세서에서 개시하는 가열압출기와 냉각기와 구조면에서 차이점이 있다.
본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치는 히터의 가열온도의 분포를 제어하거나 열전달 차단막을 활용함으로써 주입구에 투입된 후 굳은 상태로 존재하는 플라스틱 소재의 생성을 미연에 방지할 수 있어 필라멘트 생성의 작업 능률의 저하를 방지할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치는 유체 냉각부를 구비하는 유체 순환방식의 냉각기를 활용함으로써 가열압출기를 통하여 배출되는 필라멘트에 의하여 유체의 온도가 적절 수준 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있어 필라멘트의 지속적인 생성이 가능한 기술을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 필라멘트 생성장치에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 상기 필라멘트 생성장치는 플라스틱 소재를 가열 및 가압하여 필라멘트를 생성하는 가열압출기 및 상기 가열압출기에서 배출되는 상기 필라멘트를 냉각시키는 냉각기를 포함한다.
상기 가열압출기는 실린더, 히터, 스크루 및 다이를 포함한다. 상기 실린더는 주입구를 통하여 내부로 주입된 상기 플라스틱 소재가 가열 및 가압되는 용융공간을 가진다. 상기 히터는 상기 실린더에 배치되어 상기 플라스틱 소재를 가열한다. 상기 스크루는 상기 실린더의 내부에 배치되며, 상기 플라스틱 소재를 상기 실린더의 개방된 일측 방향으로 가압한다. 상기 다이는 상기 실린더의 개방된 상기 일측에 배치되며, 상기 실린더의 내부에서 용융된 상기 플라스틱 소재가 배출되는 배출구를 구비한다.
본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치는 히터의 가열온도의 분포를 제어하거나 열전달 차단막을 활용함으로써 주입구에 투입된 후 굳은 상태로 존재하는 플라스틱 소재의 생성을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치는 유체 냉각부를 구비하는 유체 순환방식의 냉각기를 활용함으로써 가열압출기를 통하여 배출되는 필라멘트에 의하여 유체의 온도가 적절 수준 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치는 3차원 프린터의 출력물을 재활용하여 필라멘트를 제조함으로써, 실패한 출력물을 폐기하지 않고 재생하여 사용함으로써 제조 원가를 낮출 수 있고 폐기물 처리에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치의 개념도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 가열압출기를 보여주는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 냉각기를 보여주는 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성2, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소에 "배치"라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결"이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.
도 1은 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치의 개념도이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 가열압출기를 보여주는 도면이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 각각 가열압출기의 변형예를 보여주는 도면이다. 도 3은 일 실시 예에 따른 냉각기를 보여주는 도면이다.
도면을 참조하면, 필라멘트 생성장치(100)는 가열압출기(110) 및 냉각기(120)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 필라멘트 생성장치(100)는 선택적으로(optionally) 분쇄기(130)를 더 포함할 수 있다.
가열압출기(110)는 플라스틱 소재(10)를 가열 및 가압하여 필라멘트(20)를 생성한다. 일례로, 도 2에 도시된 바와 같이, 가열압출기(110)는 압출기 모터(115)에 의해 회전하는 스크루(113)를 포함하는 연속식 압출기로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는, 가열압출기(110)는 실린더(111), 히터(112), 스크루(113) 및 다이(114)를 포함할 수 있다.
실린더(111)는 주입구를 통하여 내부로 주입된 플라스틱 소재(10)가 가열 및 가압되는 용융공간을 가진다. 실린더(111)는 이에 한정되는 것은 아니지만 설명의 편의상 수평으로 설치되는 것으로 본다. 상기 주입구는 실린더(111)의 일측, 예를 들어 상부에 형성되어 플라스틱 소재(10)가 실린더(111)의 내부로 투입되는 통로로서의 역할을 수행할 수 있다. 실린더(111)의 내부에는 플라스틱 소재(10)가 가열 및 가압될 수 있는 용융공간이 형성될 수 있다. 상기 주입구는 후술하는 분쇄기(130)의 소재배출구(130b)에 결합될 수 있다. 그 결과, 출력물(40)의 분쇄와 필라멘트(20)의 생성이 동시에 이루어질 수 있다. 상기 주입구에는 호퍼(116)가 배치될 수 있다. 플라스틱 소재(10)는 호퍼(116)를 통하여 상기 주입구로 유입된 후 실린더(111)의 내부로 안전하게 유입될 수 있다.
히터(112)는 실린더(111)에 배치되어 플라스틱 소재(10)를 가열한다.
스크루(113)는 실린더(111)의 내부에 배치되며, 플라스틱 소재(10)를 실린더(111)의 개방된 일측 방향으로 가압한다. 도면에는 스크루 회전 날개 사이의 간격이 동일한 스크루(113)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시한 바와 달리, 스크루(113)는 실린더(111)의 개방된 상기 일측 방향으로 갈수록 스크루 회전 날개 사이의 간격이 좁아드는 형상을 가질 수 있다. 이를 통하여 실린더(111)의 개방된 상기 일측 방향으로 이송되는 플라스틱 소재(10)를 보다 더 강하게 압박할 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다. 스크루(113)는 모터(115)에 의해 회전할 수 있다.
다이(114)는 실린더(111)의 개방된 상기 일측에 배치되며, 실린더(111)의 내부에서 용융된 플라스틱 소재(10)가 배출되는 배출구(114a)를 구비한다. 배출구(114a)의 직경에 따라 필라멘트(20)의 두께가 일차적으로 결정될 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치(100)는 연신기(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 연신기는 필라멘트(20)의 일단과 연결되어 필라멘트(20)를 잡아당길 수 있다. 상기 연신기가 필라멘트(20)을 당기는 힘 또는 속도에 의하여 필라멘트(20)의 두께가 조절될 수도 있다.
상기 주입구를 통하여 실린더(111) 내부로 투입되는 플라스틱 소재(10)는 스크루(113)에 의하여 이송되며, 이송되는 플라스틱 소재(10)은 히터(112)에 의하여 가열되어 용융될 수 있다. 가열 용융된 플라스틱 소재(10)는 스크루(113)에 의하여 가압되어 배출구(114a)를 통하여 배출됨으로써 필라멘트(20)로 성형될 수 있다. 도 2의 (a)의 구조의 가열압출기(110)의 경우에 히터(112)가 제공하는 열은 실린더(111)를 통하여 상기 주입구에 전달될 수 있다. 따라서 상기 주입구 또는 호퍼(116)에 투입된 플라스틱 소재(10)의 적어도 일부는 용융될 수 있다. 한편, 필라멘트 생성장치(100)는 사용자의 필요에 따라 동작을 멈출 수 있다. 이 경우, 상기 주입구 또는 호퍼(116)에 투입되어 용융된 플라스틱 소재(10)의 상기 적어도 일부는 굳게 된다. 필라멘트 생성장치(100)를 다시 가동할 경우, 히터(112)를 통하여 상기 주입구 또는 호퍼(116)에 투입된 후 굳은 상태로 존재하는 플라스틱 소재(10)의 상기 적어도 일부를 용융시키기 전에는 필라멘트 생성장치(100)를 통하여 필라멘트 생성을 진행할 수 없다. 히터(112)를 통하여 상기 주입구 또는 호퍼(116)에 투입된 후 굳은 상태로 존재하는 플라스틱 소재(10)의 상기 적어도 일부를 용해시키기에는 많은 시간이 소요되므로 상기 주입구 또는 호퍼(116)에서의 플라스틱 소재(30)의 용융 및 경화는 작업 능률을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치(100)는 이를 해결하기 위하여 아래에서 설명되는 기술을 제안한다.
일 실시 예에 있어서, 도 2의 (a)에 예로서 도시한 바와 같이, 히터(112)는 실린더(111)의 개방된 상기 일측으로부터 실린더(111)의 상기 주입구 방향-이하 기준방향이라 함-으로 연장되도록 실린더(111)에 배치될 수 있다. 이 경우, 히터(112)의 가열온도는 상기 기준방향을 따라 점차적으로 낮아지도록 설정할 수 있다. 이를 통하여 상기 주입구 또는 호퍼(116)에서의 플라스틱 소재(30)의 용융 및 경화로 인한 작업 능률의 저하를 피할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 도 2의 (b)에 예로서 도시한 바와 같이, 실린더(111)는 실린더(111)를 제1영역(111b)과 제2영역(111c)으로 분리하는 열전달 차단막(111a)을 포함할 수 있다. 열전달 차단막(111a)은 열전도도가 낮은 소재로 제작될 수 있다. 이 경우, 제1영역(111b)은 열전달 차단막(111a)과 실린더(111)의 개방된 상기 일측 사이의 영역에 대응되며, 제2영역(111c)은 실린더(111)의 상기 주입구와 열전달 차단막(111a) 사이의 영역에 대응될 수 있다. 히터(112)는 제1영역(111b)에 배치됨으로써 제2영역(111c)에 위치하는 플라스틱 소재(10)는 히터(112)에 의하여 가열되지 아니할 수 있다. 이를 통하여 상기 주입구 또는 호퍼(116)에서의 플라스틱 소재(30)의 용융 및 경화로 인한 작업 능률의 저하를 피할 수 있다. 한편, 히터(112)의 가열온도는 실린더(111)의 개방된 상기 일측으로부터 열전달 차단막(111a) 방향을 따라 점차적으로 낮아지도록 설정할 수 있다. 이를 통하여 상기 주입구 또는 호퍼(116)에서의 플라스틱 소재(30)의 용융 및 경화로 인한 작업 능률의 저하를 보다 더 효과적으로 피할 수 있다.
냉각기(120)는 가열압출기(110)에서 배출되는 필라멘트(20)를 냉각시킨다. 냉각기(120)는 수랭식 또는 공랭식으로 이루어질 수 있다. 도 3에는 냉각기(120)로서 수랭식 냉각기가 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시된 바와 달리, 냉각기(120)는 공랭식으로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 냉각기(120)는 팬(미도시) 및 상기 팬을 구동하는 팬 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이하 도 3을 참조하여 냉각기(120)의 구조 및 동작을 설명하기로 한다.
일 실시 예에 있어서, 도 3에 예로서 도시한 바와 같이, 냉각기(120)는 제1용기(121), 제2용기(122), 제1유체관(123), 제2유체관(124) 및 펌프(125)를 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 냉각기(120)는 선택적으로 유체 냉각부(126)를 더 포함할 수 있다.
제1용기(121)는 제1개구부(121a)를 가지며, 내부에 유체(30)가 수용될 수 있다. 제2용기(122)는 제1용기(121)의 상기 내부에 배치되며, 제2개구부(122a)를 가지며, 내부에 유체(30)가 수용될 수 있는 공간을 가질 수 있다. 제1유체관(123)은 일단이 제1용기(121)의 상기 내부와 연결될 수 있다. 제2유체관(124)은 일단이 제2용기(122)의 상기 내부와 연결될 수 있다. 펌프(125)는 제1유체관(123)의 타단 및 제2유체관(124)의 타단과 연결되며, 제1유체관(123) 및 제2유체관(124)을 통하여 제1용기(121)에 수용되는 유체(30)를 제2용기(122)로 공급해 줄 수 있다. 이 경우, 제2용기(122)의 상기 내부는 펌프(125)로부터 공급되는 유체(30)로 채워질 수 있다. 제2용기(122)의 상기 내부에 수용되는 유체(30)는 제2용기(122)의 제2개구부(122a)를 통하여 범람하여 제1용기(121)의 상기 내부로 배출될 수 있다. 제2용기(122)에는 가열압출기(110)에서 배출되는 필라멘트(20)가 통과할 수 있는 관통홀(122b)이 형성될 수 있다. 가열압출기(110)에서 배출되는 필라멘트(20)는 관통홀(122b)을 통하여 제2용기(122)를 통과하는 과정에서 제2용기(122)에 채워진 유체(30)와 접촉하여 냉각될 수 있다.
유체(30)로는 다양한 액체가 사용될 수 있다. 유체(30)는 예로서 물, 글리콜(glycol)계 냉각수 등이 사용될 수 있다. 유체(30)로 상기 물만을 사용할 경우, 상기 물은 필라멘트(20)의 표면을 오염시키고 약 0℃에서 빙결되면 상기 물의 체적증가에 의해 냉각기(120)를 파손할 우려가 있다. 또한, 가열압출기(110)로부터 배출되어 나온 필라멘트(20)가 약 100℃ 이상인 경우, 상기 물은 약 100℃에서 비등하면서 점성이 낮아지며 필라멘트(20)로부터 상기 물로의 열전달 성능이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 유체(30)로는 빙점이 낮고 비등점이 높으며 빙식성이 우수한 유체를 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 유체(30)로는 상기 글리콜계 냉각수를 사용할 수 있다. 상기 글리콜계 냉각수는 상기 물보다 비등점이 높으며 빙점이 낮은 모노-에틸렌 글리콜(mono-ethylene glycol), 모노-프로필렌 글리콜(mono-propylene glycol), 다이-에틸린 글리콜(Di-ethylene glycol) 등을 상기 물과 적정비율로 혼합하여 제조된다. 이를 통하여, 냉각기(120)는 가열압출기(110)로부터 배출되는 고온의 필라멘트(20)를 냉각 시에는 비등방지효과를, 겨울철에는 결빙방지효과를 함께 제공해 줄 수 있다.
다시 말하면, 제2용기(122)의 상기 내부는 펌프(125)로부터 유체(30)를 공급받아 채워질 수 있다. 가열압출기(110)로부터 배출된 필라멘트(20)는 제2용기(122)의 관통홀(122b)을 통하여 제2용기(122)를 통과하는 과정에서 제2용기(122)에 채워진 유체(30)와 접촉하여 냉각될 수 있다. 다른 예로, 필라멘트(20)는 제2용기(122)의 내부가 아닌 측면에 인접하여 이동할 수 있다. 이 경우, 필라멘트(20)는 제2용기(122)의 제2개구부(122a)를 통하여 범람하여 제1용기(121)의 상기 내부로 배출되는 유체(30)와 접촉하여 냉각될 수 있다.
제2용기(122)의 높이는 제1용기(121)가 설치된 설치면을 기준으로 제1용기(121)의 높이보다 높은 것이 바람직하다. 이를 통하여, 가열압출기(110)로부터 배출되는 필라멘트(20)는 제1용기(121)에 영향을 받지 아니하고 용이하게 제2용기(122)의 관통홀(122b)을 통과하거나 제2용기(122)의 측면에 인접하여 이동할 수 있다.
한편, 제2용기(122)의 상기 내부에 채워진 유체(30)는 제2용기(122)의 제2 개구부(122a)를 통하여 범람하여 제1용기(121)의 상기 내부로 배출될 수 있다. 펌프(125)는 제1유체관(123) 및 제2유체관(124)을 통하여 제2용기(122)의 제2개구부(122a)를 통하여 범람하여 제1용기(121)에 수용되는 유체(30)를 제2용기(122)로 공급해 줄 수 있다. 이를 통하여 제1용기(121)의 상기 내부의 유체(30)와 제2용기(122)의 상기 내부의 유체(30)는 서로 순환될 수 있다.
도면에는 제1용기(121) 및 제2용기(122)의 외벽을 관통하여 제1용기(121)의 상기 내부 및 제2용기(122)의 상기 내부와 일단이 각각 연결되는 제1유체관(123) 및 제2유체관(124)이 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 제1유체관(123) 및 제2유체관(124)은 제1유체관(123)의 일단 및 제2유체관(124)의 일단이 각각 제1용기(121)의 상기 내부 및 제2용기(122)의 상기 내부에 담기는 방식으로 제1용기(121)의 상기 내부 및 제2용기(122)의 상기 내부와 연결될 수도 있다.
냉각기(120)는 제2용기(122)의 제2개구부(122a)를 개폐할 수 있는 뚜껑(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 뚜껑은 펌프(125)를 통하여 제2용기(122)의 상기 내부로 유체(30)가 공급되는 과정에서 유체(30)가 외부로 튀는 것을 방지할 수 있다. 상기 뚜껑에는 유체이송구(미도시)가 형성되어 펌프(125)에 의하여 유체(30)가 제1용기(121)와 제2용기(122) 사이에서 용이하게 순환하도록 도와주는 기능을 제공할 수 있다.
유체 냉각부(126)는 제1용기(121)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 유체 냉각부(126)는 제1용기(121)의 상기 내부에 배치되어 제1용기(121)의 상기 내부에 수용되는 유체(30)를 직접 냉각하거나, 제1용기(121)의 외면에 접하도록 배치되어 열전달을 통하여 제1용기(121)의 상기 내부에 수용되는 유체(30)를 냉각할 수 있다. 일례로, 유체 냉각부(126)는 제1용기(121)의 바닥면과 대향하여 배치될 수 있다. 이 경우, 제1용기(121)는 열전도성이 있는 재질로 구성될 수 있으며, 유체 냉각부(126)는 열전달을 통하여 제1용기(121)의 상기 내부에 담긴 유체(30) 및 제2용기(122)의 상기 내부에 채워진 유체(30)를 동시에 냉각시킬 수 있다. 이를 통하여, 가열압출기(110)에서 배출되는 필라멘트(20)에 의하여 유체(30)의 온도가 적절 수준 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.
분쇄기(130)는 가열압출기(110)의 상기 주입구와 연결되며, 3차원 프린터의 출력물(40)을 분쇄하여 가열압출기(110)의 상기 주입구에 플라스틱 소재(10)를 공급할 수 있다. 3차원 프린터의 출력물(40)은 열가소성 수지로 이루어질 수 있고, 3차원 프린터의 출력물(40)로부터 제조되는 플라스틱 소재(10) 및 필라멘트(20)도 3차원 프린터의 출력물(40)과 마찬가지로 열가소성 수지로 이루어질 수 있다.
분쇄기(130)에는 투입구(130a) 및 소재배출구(130b)가 구비될 수 있다. 분쇄기(130)는 가열압출기(110)의 주입구와 결합하고, 3차원 프린터의 출력물(40)을 분쇄하여 가열압출기(110)의 상기 주입구에 플라스틱 소재(10)를 공급할 수 있다.
투입구(130a)는 분쇄기(130)의 일측, 예를 들어 상부에 형성될 수 있고, 소재배출구(130b)는 분쇄기(130)의 타측, 예를 들어 하부에 형성될 수 있다. 3차원 프린터의 출력물(40)은 투입구(130a)를 통해 분쇄기(130)의 내부로 투입된 후에 다양한 공지의 분쇄장치(미도시)를 통해 분쇄될 수 있고, 그 결과로 제조되는 플라스틱 소재(10)는 소재배출구(130b)를 통해 분쇄기(130)의 외부로 배출될 수 있다.
정리하자면, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치(100)는 가열압출기(110) 및 냉각기(120)를 통하여 필라멘트(20)를 생성할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 필라멘트 생성장치(100)는 3차원 프린터의 출력물(40)을 재활용하여 필라멘트(20)를 제조함으로써, 실패한 출력물(40)을 폐기하지 않고 재생하여 사용함으로써 제조 원가를 낮출 수 있고 폐기물 처리에 따른 환경오염을 방지할 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
10 : 플라스틱 소재
20 : 필라멘트
30 : 유체
40 : 출력물
100 : 필라멘트 생성장치
110 : 가열압출기
111 : 실린더
111a : 열전달 차단막
111b : 제1영역
111c : 제2영역
112 : 히터
113 : 스크루
114 : 다이
114a : 배출구
115 : 압출기 모터
116 : 호퍼
120 : 냉각기
121 : 제1용기
121a : 제1개구부
122 : 제2용기
122a : 제2개구부
122b : 관통홀
123 : 제1유체관
124 : 제2유체관
125 : 펌프
126 : 유체 냉각부
130 : 분쇄기
130a : 투입구
130b : 소재배출구

Claims (6)

  1. 플라스틱 소재를 가열 및 가압하여 필라멘트를 생성하는 가열압출기; 및
    상기 가열압출기에서 배출되는 상기 필라멘트를 냉각시키는 냉각기를 포함하되,
    상기 가열압출기는
    주입구를 통하여 내부로 주입된 상기 플라스틱 소재가 가열 및 가압되는 용융공간을 가지는 실린더;
    상기 실린더에 배치되어 상기 플라스틱 소재를 가열하는 히터;
    상기 실린더의 내부에 배치되며, 상기 플라스틱 소재를 상기 실린더의 개방된 일측 방향으로 가압하는 스크루; 및
    상기 실린더의 개방된 상기 일측에 배치되며, 상기 실린더의 내부에서 용융된 상기 플라스틱 소재가 배출되는 배출구를 구비하는 다이를 포함하되,
    상기 히터는 상기 실린더의 개방된 상기 일측으로부터 상기 실린더의 상기 주입구 방향-이하 기준방향이라 함-으로 연장되도록 상기 실린더에 배치되되,
    상기 히터의 가열온도는 상기 기준방향을 따라 점차적으로 낮아지며,
    상기 실린더는 상기 실린더를 제1영역과 제2영역으로 분리하는 열전달 차단막을 포함하며,
    상기 제1영역은 상기 열전달 차단막과 상기 실린더의 개방된 상기 일측 사이의 영역에 대응되며,
    상기 제2영역은 상기 주입구와 상기 열전달 차단막 사이의 영역에 대응되며,
    상기 히터는 상기 제1영역에 배치됨으로써 상기 제2영역에 위치하는 플라스틱 소재는 상기 히터에 의하여 가열되지 아니하고,
    상기 스크루는 상기 실린더의 개방된 상기 일측 방향으로 갈수록 스크루 회전 날개 사이의 간격이 좁아드는 형상을 가지는 필라멘트 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각기는
    제1개구부를 가지며, 내부에 유체가 수용될 수 있는 제1용기;
    상기 제1용기의 상기 내부에 배치되며, 제2개구부를 가지며, 내부에 상기 유체가 수용될 수 있는 공간을 가지는 제2용기;
    일단이 상기 제1용기의 상기 내부와 연결되는 제1유체관;
    일단이 상기 제2용기의 상기 내부와 연결되는 제2유체관; 및
    상기 제1유체관의 타단 및 상기 제2유체관의 타단과 연결되며, 상기 제1유체관 및 상기 제2유체관을 통하여 상기 제1용기에 수용되는 상기 유체를 상기 제2용기로 공급해 줄 수 있는 펌프를 포함하되,
    상기 제2용기의 상기 내부는 상기 펌프로부터 공급되는 상기 유체로 채워지며,
    상기 제2용기의 상기 내부에 수용되는 상기 유체는 상기 제2용기의 상기 제2개구부를 통하여 범람하여 상기 제1용기의 상기 내부로 배출될 수 있으며,
    상기 제2용기에는 상기 가열압출기에서 배출되는 상기 필라멘트가 통과할 수 있는 관통홀이 형성되며,
    상기 가열압출기에서 배출되는 상기 필라멘트는 상기 관통홀을 통하여 상기 제2용기를 통과하는 과정에서 상기 제2용기에 채워진 상기 유체와 접촉하여 냉각되는 필라멘트 생성장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열압출기의 상기 주입구와 연결되며, 3차원 프린터의 출력물을 분쇄하여 상기 가열압출기의 상기 주입구에 상기 플라스틱 소재를 공급하는 분쇄기를 더 포함하는 필라멘트 생성장치.
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