KR102014051B1 - 사물 더미용 3d 프린터 - Google Patents

사물 더미용 3d 프린터 Download PDF

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지창욱
유춘근
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오성시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 면상발열체인 가열수단을 이용하여 내통체와 헤드에 열을 가열하여 합성수지재의 용기를 예열하여 용기 내에 담겨진 사물 원료의 경화를 예방하고 금속소재인 노즐측에 열 전도가 신속하게 전달되어 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어지도록 하고, 가열수단이 구비된 결합통체를 내통체에 착탈 가능하게 결합시켜 고장 발생시 결합통체만을 교체하여 유지 보수관리가 간편해짐과 아울러, 사물 원료에 전달되는 열과 노즐에 전달되는 열을 차등지게 공급함으로써 노즐 단부의 사물 원료 경화로 인한 막힘 현상을 예방하면서 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어지도록 그 구조가 개선된 사물 3D 프린터에 관한 것이다.
본 발명은 가이드와 조형판이 포함된 프레임과; 상기 가이드를 따라 X축, Y축 방향으로 동작하는 헤드를 구비하며 상기 헤드 내에 설치되고 가압부로부터 전달되는 압력에 의해 내부에 저장된 사물 원료를 분출하는 노즐을 구비하여 상기 조형판 위에 3D 입체물을 형성하는 분출부;를 포함하되, 상기 분출부는 상기 가압부에 연결되고 상기 가압부의 압력에 의해 하측으로 움직이는 피스톤이 내부에 설치되며 내부에 사물 원료가 저장되는 용기와; 상기 용기의 하단에 결합되며 상기 피스톤의 하강동작시 발생되는 압력으로 사물 원료가 가압 분출되는 노즐; 상기 헤드의 상측에 마련되고 용기의 외측을 감싸도록 구비되는 내통체와; 상기 내통체의 외측을 감싸는 외통체와; 상기 내통체와 헤드의 외측에 마련되고 외부 전원이 인가됨에 따라 가열되어 용기 내부의 사물 원료와 노즐을 가열하기 위한 가열수단;을 구비한다.

Description

사물 더미용 3D 프린터{3D PRINTER FOR DUMMY}
본 발명은 사물 더미용 3D 프린터에 관한 것으로써, 특히 사물 원료가 저장된 용기보다 사물 원료가 분출되는 노즐을 큰 온도로 가열하여 노즐 단부에서의 사물 원료 경화로 인한 막힘 현상을 예방하면서 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어지도록 하고, 가열수단이 구비된 결합통체를 내통체에 착탈 가능하게 결합시켜 유지 보수관리가 간편해지도록 한 사물 더미용 3D 프린터에 관한 것이다.
일반적으로, 인쇄하여 제품을 입체적으로 만드는 3D프린터는 방식에 따라 액체 기반의 방식인 SLA(Stereolithography)와, 파우더 기반 방식인 SLS(Selective Laser Sintering) 그리고 고체 기반 방식인 FDM(Fused Deposition Modeling)이 있다.
이 중에서 FDM(Fused Deposition Modeling)는 오늘날 가장 널리 보급된 3D프린팅 방식 중 한가지이다.
FDM은 컴퓨터 프로그램으로 만든 3차원 도면을 바탕으로 컴퓨터 제어 신호를 생성하여 이 데이터를 3D 프린터로 전송하여 3D 프린터 헤드를 움직이게 한다. 그리고 3D프린터 헤드의 노즐에선 용융된 물질이 제어 신호에 맞추어 분사되며, 분사된 용융물은 평면 구조물에 적층된다.
이후 냉각의 과정을 거쳐 3차원 입체물이 만들어지며, 이러한 입체 구조물은 적층에 의한 평면 구조물에 평행한 무늬가 나타나는 것이 특징이다.
그런데 기존의 3D프린터는 노즐이 자주 막히는 문제점이 있다. 노즐 주변은 모재인 필라멘트를 녹이기 위해 매우 고온으로 유지되는데, 노즐 주변의 온도가 노즐 상부로 전달되면 필라멘트가 공급되는 공급로가 함께 가열된다. 이에 따라 공급로의 필라멘트가 녹아 흘러넘치고, 냉각된 후에는 고체화되어 노즐을 막는 것이다.
또한, 공급로 주변으로 노즐의 열기가 전달되면, 전달된 열은 공급로에 진입하는 필라멘트를 흐물흐물하게 만든다.
필라멘트는 노즐에 이르기까지는 어느 정도 그 형태를 유지해야 원활한 공급이 이루어질 수 있는데, 흐물흐물해진 필라멘트는 원활한 공급을 어렵게 하는 문제점도 있다.
이를 해결하기 위해서 모재인 필라멘트가 공급되는 공급로와 노즐 사이에 히트싱크나 냉각팬 등을 설치할 수도 있지만, 히트싱크는 열을 내리는데 한계가 있고, 냉각팬은 별도의 전원을 필요로 하며 구조가 복잡한 단점이 있다. 이에 더하여 히트싱크나 냉각팬은 3D프린터 노즐 조립체의 전체 부피를 증가시키기 때문에 3D프린터의 소형화를 어렵게 하는 단점도 있다.
또한, 히트싱크나 냉각팬과 같은 냉각구조를 사용하면 노즐부의 온도를 낮추기 때문에 열효율이 떨어질 수밖에 없으며, 노즐에서 냉각구조에 이르는 긴 용융구간으로 인해 높은 압력이 발생되어 녹은 재료를 밀어내는데 더 큰 힘을 필요로 하게 된다. 그리고 높은 압력은 용융된 모재를 밀어내는 과정에서 노즐을 막는 또 다른 원인으로 작용할 수 있다.
기존 3D프린터는 다양한 기술 분야에 적용되고 있으나, 여기서는 사물 분야에 채용되는 3D프린터에 대해서 논하기로 한다.
기존 3D 프린터와 관련된 선행기술로는 한국 등록특허공보 제 10-1810455호 "사물 3D프린터"(등록일자 : 2017.12.13)에 개시된 바와 같이, 용기에 카트리지가 착탈 가능하게 구성되기 때문에 사물 원료가 저장된 카트리지의 설치와 분리를 용이하게 할 수 있고, 사물 원료가 저장된 카트리지를 별도로 제작하는 경우에는 필요한 사물 원료가 저장된 카트리지만을 별도로 구매하여 사용함으로써 원하는 다양한 음식을 쉽게 만들 수 있고, 그 활용성을 넓힐 수 있는 이점이 있지만, 노즐의 상부와 하부의 온도가 동일하게 되므로 노즐의 막힘현상이 발생하거나, 모재인 필라멘트의 형질 변화를 예방할 수 없는 단점이 있다.
또한, 가열수단으로 용기 카트리지를 가열할 경우, 용기 카트리지 내의 부위별(중심부와 외측부)로 사물 원료 온도가 상이하게 되며, 전체적으로 균일한 온도를 유지하기 위해 상대적으로 더 큰 온도로 가열해야 하므로, 가열수단과 근접된 외측부에 해당하는 사물 원료가 너무 흐물흐물해지거나 과열로 사물 원료의 형질이 변화되어 노즐측으로 유동이 원활하게 이루어질 수 없는 단점이 있다.
한국특허등록 제 10-1810455호 "사물 3D프린터"(등록일자 : 2017.12.13)
본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 면상발열체인 가열수단을 이용하여 내통체와 헤드에 열을 가열하여 합성수지재의 용기를 예열하여 용기 내에 담겨진 사물 원료의 경화를 예방하고 금속소재인 노즐측에 열 전도가 신속하게 전달되어 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어지도록 그 구조가 개선된 사물 더미용 3D 프린터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가열수단이 구비된 결합통체를 내통체에 착탈 가능하게 결합시켜 고장 발생시 결합통체만을 교체하여 유지 보수관리가 간편해짐과 아울러, 사물 원료에 전달되는 열보다 노즐에 더 큰 온도의 열을 전달하도록 함으로써 노즐 단부의 사물 원료 경화로 인한 막힘 현상을 예방하면서 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어지도록 그 구조가 개선된 사물 더미용 3D 프린터를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가이드와 조형판이 포함된 프레임과; 상기 가이드를 따라 X축, Y축 방향으로 동작하는 헤드를 구비하며 상기 헤드 내에 설치되고 가압부로부터 전달되는 압력에 의해 내부에 저장된 사물 원료를 분출하는 노즐을 구비하여 상기 조형판 위에 3D 입체물을 형성하는 분출부;를 포함하되, 상기 분출부는 상기 가압부에 연결되고 상기 가압부의 압력에 의해 하측으로 움직이는 피스톤이 내부에 설치되며 내부에 사물 원료가 저장되는 용기와; 상기 용기의 하단에 결합되며 상기 피스톤의 하강동작시 발생되는 압력으로 사물 원료가 가압 분출되는 노즐; 상기 헤드의 상측에 마련되고 용기의 외측을 감싸도록 구비되는 내통체와; 상기 내통체의 외측을 감싸는 외통체와; 상기 내통체와 헤드의 외측에 마련되고 외부 전원이 인가됨에 따라 가열되어 용기 내부의 사물 원료와 노즐을 가열하기 위한 가열수단;을 구비하고,
상기 가열수단은 상기 내통체와 헤드의 외주면을 감싸도록 결합되고 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 면상발열체이며,
상기 가열수단은 상기 내통체의 외주면 하단으로부터 상측으로 오목하게 형성되고, 상단부에 수평방향으로 연장되는 연장홈이 형성되며, 상기 연장홈의 단부에 볼베어링이 록킹 결합되도록 오목한 형태의 오목홈이 형성된 결합홈부와; 상기 내통체과 외통체의 사이에 결합되어 상기 내통체의 외측을 감싸도록 결합되도록 중공을 가지며 상기 중공의 내주면에 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 제1열선히터가 구비되고 상기 중공의 내주면에 스프링의 지지력으로 내측으로 출몰 가능하게 마련되어 상기 결합홈부의 오목홈에 결합되는 볼베어링을 갖는 결합통체와; 상기 헤드의 외주면에 오목하게 나선 형태로 형성되고 양측 끝단부에 제2열선히터의 단부가 끼워지는 끼움홈이 각각 형성되는 나선홈부; 및 상기 끼움홈 내에 각각 일단부와 타단부가 절곡되어 끼워지며, 상기 나선홈부를 따라 나선방향으로 상기 헤드의 외주면을 감싸도록 결합되고, 상기 노즐측에 구비된 온도센서로부터 검출된 온도를 근거로 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되며, 상기 헤드측에 상기 제1열선히터의 온도보다 더 큰 온도의 열을 전달하는 제2열선히터;를 구비하여서, 상기 용기의 내부에 담겨진 사물 원료의 경화를 방지하도록 상기 제1열선히터가 예열하고 상기 노즐측을 통해 사물 원료를 용이하게 분출시킬 수 있도록 제2열선히터로 가열하도록 된 것이다.
삭제
본 발명의 제1실시 예는 내통체(320)의 내부에 사물 원료가 담겨진 용기(330)를 내장시키고, 상기 내통체(320)의 외주면과 헤드(350)의 외주면에 면상발열체로 감아서 결합시킴으로써, 합성수지재의 용기(330)를 예열하여 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료의 경화를 예방하고 금속소재인 노즐(340)측에 열 전도가 신속하게 전달되어 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어질 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명의 제2실시 예는 결합통체(430)와 내통체(320)의 분해 및 조립이 용이하여 제1열선히터(440)의 고장 발생시 결합통체(430)를 내통체(320)로부터 용이하게 분리시켜 분출부(300) 전체를 교체하지 않고 결합통체(430)만을 교체할 수 있으므로 유지 보수 관리상 편리한 이점을 가지며, 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명 제2실시 예는 제1열선히터(440)의 발열온도가 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료를 단순히 예열하는 정도의 온도로 가열함으로써, 상기 용기(330) 내의 부위별(중심부와 외측부)로 사물 원료 온도가 상이하더라도 노즐(340)측으로 유동이 원활하게 이루어질 수 있으며, 상대적으로 제1열선히터(440)보다 발열온도가 더 큰 제2열선히터(445)가 헤드(35)를 통해 노즐(340)을 통과하면서 분출되는 과정에서 용이하게 사물 원료가 분출될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시 예는 제2열선히터(445)의 발열온도가 상기 제1열선히터(440)의 발열온도보다 더 큰 온도로 가열되도록 되어 있으므로, 사물 원료 분출이 완료된 노즐(340) 내부에 사물 원료가 경화되어 있더라도 재가동시 신속하게 노즐(340)을 가열시켜 노즐(340) 내의 경화된 사물 원료를 액상의 겔상태로 신속하게 용융시켜 하측으로 분출시킬 수 있는 이점을 갖는다.
즉, 본 발명의 제2실시 예는 제1열선히터(440)가 마련된 결합통체(430)를 간편하게 내통체(320)의 외측에 간편하게 결합시킬 수 있으며, 제2열선히터(445)가 상기 헤드(350)의 외주면에 나선형으로 오목하게 형성된 나선홈부(450) 내에 밀착되도록 결합됨에 따라 내통체(320)의 두께보다 오목한 나선홈부(450)가 형성된 헤드(350)의 두께가 상대적으로 얇으므로, 상기 헤드(350)를 통해 노즐(340)측으로 전달되는 열이 상대적으로 내통체(320)와 용기(330)를 통해 사물 원료측에 전달되는 열보다 신속하게 전달됨과 아울러, 상기 제1열선히터(440)의 열 전달온도보다 상기 제2열선히터(445)의 열 전달온도가 더 크기 때문에 사물 원료 분출이 완료된 노즐(340) 내부에 사물 원료가 경화되어 있더라도 노즐(340)측에 열 전달이 신속하게 이루어지게 되어 노즐(340)을 통한 사물 원료의 분출이 용이한 이점을 갖는다.
본 발명의 제3실시 예는 내통체(320)와 결합통체(430)의 결합구조를 나사 결합방식으로 개선함으로써, 상기 내통체(320)에 결합통체(430)가 더 간편하고 견고하게 결합될 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 제3실시 예는 제1열선히터(440)가 결합통체(430)의 외주면에 배치되어 있고, 상기 제2열선히터(445)가 헤드(350)의 외주면에 형성된 나선홈부(450)에 배치되어 있으므로, 제1열선히터(440)로부터 발열된 열이 결합통체(430)와 내통체(320)를 통해 용기(330)측에 전달되어 용기(330) 내의 사물 원료에 전달되는 열보다 상기 제2열선히터(445)로부터 헤드(350)를 통해 노즐(340)측으로 전달되는 열이 더 신속하게 전달되고 더 높은 온도의 열이 전달되므로 헤드(350) 부위와 내통체(320)측에 전달되는 열을 차등지게 전달하여 노즐(340)측에 사물 원료 분출이 원활하게 이루어지는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 사물 더미용 3D 프린터의 제1실시 예의 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 본 발명 가압부와 분출부를 나타낸 분해 사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명 면상발열체가 내통체와 헤드 부위에 결합되기 전,후 상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명 제2실시 예의 구성을 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 결합상태 단면도.
도 8은 본 발명 제3실시 예의 구성을 나타낸 단면도.
본 발명은 사물 더미용 3D 프린터의 분출부측에 사물 원료를 가열하는 가열수단의 구조를 개선하여 사물 원료의 유동이 원활하면서 노즐을 통한 사물 원료의 분출작업이 원활하게 이루어지도록 한다.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 사물 3D 프린터에 대해 보다 상세하게 기술하기로 한다.
본 발명에 따른 사물 더미용 3D 프린터는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 가이드(150)와 조형판(130)이 포함된 프레임(100)과; 상기 가이드(150)를 따라 X축, Y축 방향으로 동작하는 헤드(350)를 구비하며 상기 헤드(350) 내에 설치되고 가압부(200)로부터 전달되는 압력에 의해 저장탱크(미도시)로부터 공급되어 내부에 저장된 사물 원료를 분출하는 노즐(340)을 구비하여 상기 조형판(130) 위에 3D 입체물을 형성하는 분출부(300);를 포함하되, 상기 분출부(300)는 상기 가압부(200)에 연결되고 상기 가압부(200)의 압력에 의해 하측으로 움직이는 피스톤(미도시)이 내부에 설치되며 내부에 사물 원료가 저장되는 용기(330)와; 상기 용기(330)의 하단에 결합되며 상기 피스톤의 하강동작시 발생되는 압력으로 사물 원료가 가압 분출되는 노즐(340); 상기 헤드(350)의 상측에 마련되고 용기(330)의 외측을 감싸도록 구비되는 내통체(320)와; 상기 내통체(320)의 외측을 감싸는 외통체(310)와; 상기 내통체(320)와 헤드(350)의 외측에 마련되고 외부 전원이 인가됨에 따라 가열되어 용기(330) 내부의 사물 원료와 노즐(340)을 가열하기 위한 가열수단(400);을 구비한 것이다.
상기 저장탱크(미도시)에도 별도의 가열부재가 구비되어 있으며, 이로 인해 유동이 가능한 상태로 사물 원료가 가열되어 용기(330) 내부로 더미(dummy)용 사물 원료를 주입하게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 프레임(100)은 하부 바닥에 상기 분출부(300)의 노즐(340)을 통해 분출된 사물 원료가 적층되면서 형태가 만들어지는 조형판(130)이 마련되고, 상기 조형판(130)의 좌,우 양측의 수직방향으로 프레임 몸체(110,120)가 구비되며, 상기 좌,우 양측의 프레임 몸체(110,120)를 가이드(150)가 연결된 구조를 갖는다.
상기 조형판(130)의 하측에는 받침판(140)이 구비되며, 상기 조형판(130)은 상기 받침판(140)의 상측에서 레일을 따라 z축 방향으로 슬라이딩 이동되도록 안착된다.
상기 가이드(150)는 상기 프레임 몸체(110,120) 내에 마련된 승강수단(미도시)에 의해 상,하로 승강동작되는 구조로 되어 있으며, 상기 승강수단은 모터의 회전 구동력으로 가이드(150)를 승강동작시키거나 별도의 액츄에이터를 이용하여 가이드(150)를 x축 방향으로 승강동작시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드(150)는 횡방향 이동모터의 구동력이 벨트(160)를 통해 이동블록(170)에 전달되어 상기 이동블록(170)이 y축 방향으로 이동이 가능한 구조를 갖는다.
상기 이동블록(170)은 가압부(200)의 가압블록에 연동되도록 일체로 연결된 구조를 갖는다.
도 3을 참조하면, 상기 가압블록의 하측에는 분출부(300)가 배치된다.
상기 분출부(300)의 용기(330)는 합성수지 소재로서, 사물 원료가 주입되는 상부가 개구되도록 주입공(335)이 형성된 원통형 관 형태로 구성되고, 하부에 노즐(340)이 끼워지는 구조를 갖는다.
상기 분출부(300)의 배럴은 상기 용기(330)가 내부에 수용되도록 수용공(325)이 형성된 관 형태의 내통체(320)와, 상기 내통체(320)의 외측을 감싸는 외통체(310)로 구성된다.
상기 내통체(320)의 하부에는 헤드(350)가 연장되도록 일체로 형성되고, 상기 헤드(350)의 내부에는 상기 용기(330)의 하부에 결합된 금속소재인 노즐(340)의 일부가 수용된 구조를 갖는다.
상기 외통체(310)는 상부에 형성된 구멍을 통해 내통체(320) 및 용기(330)가 삽입되고 하측에 형성된 구멍을 통해 헤드(350)의 하단과 노즐(340)의 단부가 상기 외통체(310)의 외측으로 노출된 구조를 갖는다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 가열수단(400)은 상기 내통체(320)와 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 필름히터를 구비할 수 있으며, 상기 필름히터는 면상발열체(410)를 채용할 수 있다.
상기 면상발열체(410)는 상기 내통체(320)와 외통체(310)의 사이에 배치되며, 상기 내통체(320)와 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고, 외부 전원이 인가됨에 따라 저항으로 인해 자체 발열되어 상기 내통체(320)와 헤드(350)측에 열을 전달하는 기능을 수행하게 된다.
이로 인해 상기 면상발열체(410)로부터 발생된 열은 내통체(320)와 헤드(350)를 통해 용기(330)와 노즐(340)측에 전달되어 노즐(340)을 통해 분출되는 용기(330) 내의 사물 원료를 액상의 상태로 유지시키는 기능을 수행하게 된다.
이때, 상기 면상발열체(410)는 내통체(320)와 헤드(350)의 외주면 둘레에 상,하로 이격되게 결합되거나, 나선 형태로 감겨지도록 결합시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시 예는 x,y축 방향으로 분출부(300)가 이동되고, 상기 분출부(300)가 일정 위치에서 위치함에 따라 가압부(200)의 피스톤이 분출부(300)의 용기(330) 내에서 승강동작됨에 따라 가압부(200)의 가압력으로 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료가 노즐(340)을 통해 조형판(130)의 상측에 적층되도록 분출시키게 된다.
상기 조형판(130)의 상측에 분출되는 사물 원료는 3차원 설정 모델의 형상대로 분출되어 적층됨에 따라 입체물을 형성하게 된다.
이때, 상기 면상발열체(410)가 내통체(320)와 헤드(350)의 외주면에 감겨져 있으므로, 외부 전원이 인가됨에 따라 발생되는 저항으로 인해 자체 발열되어 상기 분출부(300)의 내통체(320)와 헤드(350)를 가열하게 된다.
상기 가열된 내통체(320)와 헤드(350)는 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료측에 열을 전도시켜 전달하게 되며, 이로 인해 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료는 노즐(340)을 통해 조형판(130)의 상측으로 분출되는 과정에서 원활한 분출이 이루어지도록 액상의 겔(gel)상태를 유지하게 된다.
따라서, 본 발명의 제1실시 예는 내통체(320)의 내부에 사물 원료가 담겨진 용기(330)를 내장시키고, 상기 내통체(320)의 외주면과 헤드(350)의 외주면에 면상발열체로 감아서 결합시킴으로써, 합성수지재의 용기(330)를 예열하여 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료의 경화를 예방하고 금속소재인 노즐(340)측에 열 전도가 신속하게 전달되어 사물 원료의 분출이 원활하게 이루어질 수 있는 이점을 갖는다.
이하의 다른 실시 예에서는 앞서 설명한 선 실시 예의 구성요소 중 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 기재하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명 제2실시 예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제2실시 예는 앞서 설명한 제1실시 예의 구성요소 중 가열수단(400)이 변형된 것으로서, 상기 가열수단(400)은 상기 내통체(320)의 외주면 하단으로부터 상측으로 오목하게 형성되고, 상단부에 수평방향으로 연장되는 연장홈(422)이 형성되며, 상기 연장홈(422)의 단부에 볼베어링(460)이 록킹 결합되도록 오목한 형태의 오목홈(425)이 형성된 결합홈부(420)와; 상기 내통체(320)과 외통체(310)의 사이에 결합되어 상기 내통체(320)의 외측을 감싸도록 결합되도록 중공을 가지며 상기 중공의 내주면에 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 제1열선히터(440)가 구비되고 상기 중공의 내주면에 스프링(465)의 지지력으로 내측으로 출몰 가능하게 마련되어 상기 결합홈부(420)의 오목홈(425)에 결합되는 볼베어링(460)을 갖는 결합통체(430)와; 상기 헤드(350)의 외주면에 오목하게 나선 형태로 형성되고 양측 끝단부에 제2열선히터(445)의 단부가 끼워지는 끼움홈(452)이 각각 형성되는 나선홈부(450); 및 상기 끼움홈(452) 내에 각각 일단부와 타단부가 절곡되어 끼워지며, 상기 나선홈부(450)를 따라 나선방향으로 상기 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고, 상기 노즐(340)측에 구비된 온도센서로부터 검출된 온도를 근거로 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되며, 상기 헤드(350)측에 상기 제1열선히터(440)의 온도보다 더 큰 온도의 열을 전달하는 제2열선히터(445);를 구비한 것이다.
상기 결합통체(430)는 상기 내통체(320)와의 결합시 상기 내통체(320)와 외통체(310) 사이에 배치된다.
또한, 상기 결합통체(430)는 볼베어링(460)이 내주면에 마련되어 있으므로, 상기 내통체(320)와의 결합시 상기 볼베어링(460)이 상기 내통체(320)의 하측에서 내통체(320)의 외주면에 형성된 결합홈부(420)를 따라 수직방향의 상측으로 슬라이딩되어 상단까지 진입된 후에 상기 결합통체(430)를 시계바늘의 진행방향으로 회전시키면, 볼베어링(460)이 연장홈(422) 내로 진입된 후에 상기 연장홈(422)의 말단에 형성된 오목홈(425) 내로 수용되도록 록킹 결합되는 구조를 갖는다.
그리고 상기 결합통체(430)는 중공의 내주면에 상기 제1열선히터(440)가 내측으로 돌출되도록 마련되고, 상기 내통체(320)와의 결합시 상기 제1열선히터(440)가 상기 내통체(320)의 외주면에 접촉되는 구조를 갖게 되므로, 상기 결합통체(430)와 내통체(320)의 분해 및 조립이 용이한 이점을 갖는다.
상기 제1,2열선히터(440,445)는 필름히터를 채용할 수 있다.
또한, 상기 제2열선히터(445)는 일단과 타단에 상기 끼움홈(452) 내로 삽입되도록 절곡된 형태의 절곡부(445a)가 각각 형성된 구조를 갖는다.
상기 헤드(350)의 외주면에는 상기 제2열선히터(445)가 감겨지도록 나선 방향으로 오목하게 형성된 나선홈부(450)가 형성되어 있으며, 상기 나선홈부(450)의 상,하측 양단에는 상기 절곡부(445a)가 끼워지도록 내측으로 끼움홈(452)이 형성된 구조를 갖는다.
이에 따라, 상기 제2열선히터(445)는 일단측의 절곡부(445a)를 상측의 끼움홈(452) 내로 삽입시킨 후에 상기 헤드(350)의 외주면에 나선형으로 형성된 나선홈부(450)를 따라 감아서 타단측의 절곡부(445a)를 하측의 끼움홈(452) 내로 삽입시킴으로써 별도의 결합부재없이 간편하고 용이하게 헤드(350)측에 결합시킬 수 있다.
한편, 상기 결합통체(430)와 내통체(320)의 분해작업은 앞서 설명한 조립순서의 역순으로 간편하게 분해할 수 있으므로, 본 발명의 제2실시 예는 결합통체(430)와 내통체(320)의 분해 및 조립이 용이하여 제1열선히터(440)의 고장 발생시 결합통체(430)를 내통체(320)로부터 용이하게 분리시켜 분출부(300) 전체를 교체하지 않고 결합통체(430)만을 교체할 수 있으므로 유지 보수 관리상 편리한 이점을 가지며, 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 제2실시 예는 제2열선히터(445)의 발열온도가 상기 제1열선히터(440)의 발열온도보다 더 큰 온도로 가열되도록 되어 있으므로, 하나의 사물 원료 분출 사이클이 완료되어 사물 원료 분출이 완료된 노즐(340) 내부에 사물 원료가 경화되어 있더라도 재가동시 신속하게 노즐(340)을 가열시켜 경화된 사물 원료를 액상의 겔상태로 신속하게 용융시켜 하측으로 분출시킬 수 있는 이점을 갖는다.
그리고, 본 발명 제2실시 예는 제1열선히터(440)의 발열온도가 용기(330) 내에 담겨진 사물 원료를 단순히 예열하는 정도의 온도로 가열함으로써, 상기 용기(330) 내의 부위별(중심부와 외측부)로 사물 원료 온도가 상이하더라도 노즐(340)측으로 유동이 원활하게 이루어질 수 있으며, 상대적으로 제1열선히터(440)보다 발열온도가 더 큰 제2열선히터(445)가 헤드(35)를 통해 노즐(340)을 통과하면서 분출되는 과정에서 용이하게 사물 원료가 분출될 수 있다.
즉, 본 발명의 제2실시 예는 제1열선히터(440)가 마련된 결합통체(430)를 간편하게 내통체(320)의 외측에 간편하게 결합시킬 수 있으며, 제2열선히터(445)가 상기 헤드(350)의 외주면에 나선형으로 오목하게 형성된 나선홈부(450) 내에 밀착되도록 결합됨에 따라 상기 내통체(320)를 통해 상기 용기(330)측에 전달되는 열보다 상대적으로 헤드(350)를 통해 노즐(340)측에 더 신속하게 열을 전달시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내통체(320)의 두께보다 오목한 나선홈부(450)가 형성된 헤드(350)의 두께가 상대적으로 얇으므로, 상기 헤드(350)를 통해 노즐(340)측으로 전달되는 열이 상대적으로 내통체(320)와 용기(330)를 통해 사물 원료측에 전달되는 열보다 신속하게 전달됨과 아울러, 상기 제1열선히터(440)의 열 전달온도보다 상기 제2열선히터(445)의 열 전달온도가 더 크기 때문에 사물 원료 분출이 완료된 노즐(340) 내부에 사물 원료가 경화되어 있더라도 노즐(340)측에 열 전달이 신속하게 이루어지게 되어 노즐(340)을 통한 사물 원료의 분출이 용이한 이점을 갖는다.
도 8은 본 발명 제3실시 예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제3실시 예는 앞서 설명한 제1실시 예의 구성요소 중 가열수단(400)이 변형된 것으로서, 상기 가열수단(400)은 상기 내통체(320)의 외주면 상측에 형성된 수나사산(470)과; 상기 내통체(320)의 외측을 감싸도록 결합되도록 중공을 가지며 상기 중공의 내주면에 상기 수나사산(470)과 체결되도록 암나사산(480)이 형성되고, 외주면에 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 제1열선히터(440)가 구비된 결합통체(430)와; 상기 헤드(350)의 외주면에 오목하게 나선 형태로 형성되고 양측 끝단부에 제2열선히터(445)의 단부가 끼워지는 끼움홈(452)이 각각 형성되는 나선홈부(450); 및 상기 끼움홈(452) 내에 각각 일단부와 타단부가 절곡되어 끼워지며, 상기 나선홈부(450)를 따라 나선방향으로 상기 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고, 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되어 상기 헤드(350)측에 열을 전달하는 제2열선히터(445);를 구비한 것이다.
더 바람직하게는 상기 내통체(320)는 외주면에 수나사산(470)이 중간높이보다 더 상측의 외주면에만 형성되고, 나머지 외주면 부위에는 상기 결합통체(430)와의 결합이 용이하도록 수나사산(470)이 형성되지 않는 구조를 갖는다.
제1열선히터(440)는 상기 결합통체(430)의 외주면에 오목하게 형성된 외주홈(432)에 일부 수용되도록 결합될 수 있다.
본 발명의 제3실시 예는 앞서 설명한 제2실시 예의 구성요소 중 내통체(320)와 결합통체(430)의 결합구조를 나사 결합방식으로 개선함으로써, 상기 내통체(320)에 결합통체(430)가 더 간편하고 견고하게 결합될 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 제3실시 예는 제1열선히터(440)가 결합통체(430)의 외주면에 배치되어 있고, 상기 제2열선히터(445)가 헤드(350)의 외주면에 형성된 나선홈부(450)에 배치되어 있으므로, 제1열선히터(440)로부터 발열된 열이 결합통체(430)와 내통체(320)를 통해 용기(330)측에 전달되어 용기(330) 내의 사물 원료에 전달되는 열보다 상기 제2열선히터(445)로부터 헤드(350)를 통해 노즐(340)측으로 전달되는 열이 더 신속하게 전달되고 더 높은 온도의 열이 전달되므로 헤드(350) 부위와 내통체(320)측에 전달되는 열을 차등지게 전달하여 노즐(340)측에 사물 원료 분출이 원활하게 이루어지는 이점을 갖는다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 앞서 설명된 실시 예에 국한되어 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 이상에서와 같이 설명한 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 프레임 110,120 : 프레임 몸체
130 : 조형판 140 : 받침판
150 : 가이드 160 : 벨트
170 : 이동블록 200 : 가압부
300 : 분출부 310 : 외통체
320 : 내통체 325 : 수용공
330 : 용기 335 : 주입공
340 : 노즐 350 : 헤드
400 : 가열수단 410 : 면상발열체
420 : 결합홈부 422 : 연장홈
425 : 오목홈 430 : 결합통체
432 : 외주홈 440 : 제1열선히터
445 : 제2열선히터 445a : 절곡부
450 : 나선홈부 452 : 끼움홈
460 : 볼베어링 465 : 스프링
470 : 수나사산 480 : 암나사산

Claims (4)

  1. 가이드(150)와 조형판(130)이 포함된 프레임(100)과; 상기 가이드(150)를 따라 X축, Y축 방향으로 동작하는 헤드(350)와, 상기 헤드(350) 내에 설치되고 가압부(200)로부터 전달되는 압력에 의해 저장탱크로부터 공급되어 내부에 저장된 사물 원료를 분출하는 금속소재인 노즐(340)을 구비하여 상기 조형판(130) 위에 3D 입체물을 형성하는 분출부(300);를 구비하는 3D 프린터에 있어서,
    상기 분출부(300)는 상기 가압부(200)에 연결되고 상기 가압부(200)의 압력에 의해 하측으로 움직이는 피스톤이 내부에 설치되며 내부에 사물 원료가 저장되는 합성수지재의 용기(330)와;
    상기 용기(330)의 하단에 결합되며 상기 피스톤의 하강동작시 발생되는 압력으로 사물 원료가 가압 분출되는 노즐(340)과;
    상기 헤드(350)의 상측에 마련되고 용기(330)의 외측을 감싸도록 구비되는 내통체(320)와;
    상기 내통체(320)의 외측을 감싸는 외통체(310)와;
    상기 내통체(320)와 헤드(350)의 외측에 마련되고 외부 전원이 인가됨에 따라 가열되어 용기(330) 내부의 사물 원료와 노즐(340)을 가열하기 위한 가열수단(400);을 구비하며,
    상기 가열수단(400)은 상기 내통체(320)와 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고 외부 전원이 인가됨에 따라 자체 발열되는 면상발열체(410)이며,
    상기 가열수단(400)은 상기 용기(330)보다 상기 노즐(340)을 상대적으로 높은 온도로 가열시키고, 상기 면상발열체(410)의 착탈을 가능하게 하기 위한 것으로써,
    상기 내통체(320)의 외주면 하단으로부터 상측으로 오목하게 형성되고, 상단부에 수평방향으로 연장되는 연장홈(422)이 형성되며, 상기 연장홈(422)의 단부에 볼베어링(460)이 록킹 결합되도록 오목한 형태의 오목홈(425)이 형성된 결합홈부(420)와;
    상기 내통체(320)과 외통체(310)의 사이에 결합되어 상기 내통체(320)의 외측을 감싸도록 결합되도록 중공으로 형성되고, 상기 중공의 내주면에 외부 전원이 인가됨에 따라 발열되는 제1열선히터(440)가 구비되고, 상기 중공의 내주면에 스프링(465)의 지지력으로 내측으로 출몰 가능하게 마련되어 상기 결합홈부(420)의 오목홈(425)에 결합되는 볼베어링(460)을 갖는 결합통체(430)와;
    상기 헤드(350)의 외주면에 오목하게 나선 형태로 형성되고 양측 끝단부에 제2열선히터(445)의 단부가 끼워지는 끼움홈(452)이 각각 형성되는 나선홈부(450); 및
    상기 끼움홈(452) 내에 각각 일단부와 타단부가 절곡되어 끼워지며, 상기 나선홈부(450)를 따라 나선방향으로 상기 헤드(350)의 외주면을 감싸도록 결합되고, 상기 노즐(340)측에 구비된 온도센서로부터 검출된 온도를 근거로 외부 전원이 인가됨에 따라 발열되며, 상기 헤드(350)측에 상기 제1열선히터(440)의 온도보다 상대적으로 큰 온도의 열을 전달하는 제2열선히터(445);를 구비하여서,
    상기 제1열선히터(440)의 예열로 상기 용기(330) 내의 사물 원료의 경화를 방지하고, 상기 제1열선히터(440)보다 상대적으로 높은 온도로 가열시키는 상기 제2열선히터(445)의 작동으로 상기 노즐(340)을 통해 사물 원료가 용이하게 분출될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 사물 더미용 3D 프린터.
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