KR102106209B1

KR102106209B1 - 3d 프린터용 압출기

Info

Publication number: KR102106209B1
Application number: KR1020180080632A
Authority: KR
Inventors: 박영일; 김동의
Original assignee: 박영일; 김동의
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-04-29
Also published as: KR20200010682A

Abstract

본 발명에 따른 3D 프린터용 압출기는 필라멘트(filament)가 이동할 수 있는 중공이 관통 형성된 가이드관; 상기 가이드관의 중공과 연통되는 중공이 관통 형성되어 있으며, 상기 관통 형성된 중공을 통해 유입된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭; 일측면에 상기 히팅블럭의 중공에 연통되는 중공이 형성되어 있으며, 타측면에 상기 히팅블럭에 의해 용융된 필라멘트를 토출하기 위한 토출공이 형성된 노즐; 및 상기 가이드관, 히팅블럭 및 노즐 각각에 서로 연통되게 형성된 중공의 내주면에 상기 용융된 필라멘트가 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 상기 서로 연통되게 형성된 중공의 내부에 삽입되어 상기 중공의 내주면을 커버하는 테프론 튜브를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 상기 히팅블럭은 상기 테프론 튜브와의 접촉면을 넓히기 위하여, 상기 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기를 포함할 수 있다.

Description

3D 프린터용 압출기 {Extruder for 3D printer}

본 발명은 3D 프린터용 압출기에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 용융된 필라멘트의 누출 및 노즐의 열화 막힘 현상을 방지할 수 있는 3D 프린터용 압출기에 관한 것이다.

3D 프린터는 3차원 도면을 기초로 3차원 물체를 만들어 내는 기계이다. 이와 같은 3D 프린터의 작동 원리는 크게 절삭형과 적층형으로 구분된다.

절삭형(Subtractive Manufacturing, SM)은 커다란 원재료 덩어리를 절삭하여 물체를 만들어내는 방식이다. 절삭형 3D 프린터는 품질이 높은 결과물을 만들 수 있으나, 절삭 공구(end mill)가 들어갈 공간이 필요하기 때문에 굴곡이 많은 물체를 만들기 어렵다는 한계가 있다. 이와 같은, 절삭형 프린터는 4축 또는 5축 가공기라고도 불리며, CNC(Computer Numerical Control)의 범주로 분류하기도 한다.

적층형(Additive Manufacturing, AM)은 매질을 층층이 쌓아 올려(printing layer by layer) 물체를 만들어내는 방식이다. 이와 같은, 적층형은 구체적인 작동 방식 또는 재료에 따라, BJ(Binder Jetting) 방식의 3DP, DED(Directed Energy Deposition), ME(Material Extrusion) 방식의 FDM, MJ(Material Jetting) 방식의 Polyjet, PBF(Powder Bed Fusion) 방식의 SLS, SL(Sheet Lamination) 방식의 LOM, VP(Vat Photopolymerization) 방식의 DLP 및 SLA로 분류될 수 있다.

보다 구체적으로, BJ 방식의 3DP(3 Dimension Printing)는 분말 재료 위에 약상 접착제를 분사하여 굳히는 방식이다. DED 방식은 열 에너지(예를 들어, 레이저)를 집중시켜 물질을 용접-적층하는 방식이다. ME 방식의 FDM(Fused Deposition Modeling)은 용융된 열 가소성 수지를 노즐을 통해 분사하여 적층하는 방식이다. 이와 같은, FDM 방식은 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식이라고도 불리운다. MJ 방식의 Polyjet은 액상 광경화성 수지를 노즐을 통해 분사한 후 광에너지를 이용하여 경화시켜 적층하는 방식이다. PBF 방식의 SLS(Selective Laser Sintering)은 분말 재료를 깐 다음 레이저로 선택된 부분만 녹여 굳히는 과정을 반복하여 만드는 방식이다. SL 방식의 LOM(Laminated Object Manufacturing)은 종이와 같은 얇은 재료를 레이저 또는 칼 등으로 조각하고, 조각된 것을 층층이 접착하여 적층하는 방식이다. 그리고, VP 방식의 DLP(Digital Light Processing)은 액상 광경화성 수지가 담긴 통에 빛을 투사하여 레진(resin)을 굳혀 적층하는 방식이고, SLA(Stereo Lithography Apparatus)는 액상 광경화성 수지가 담긴 통에 레이저를 투사하여 레진을 굳혀 적층하는 방식이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 용융된 필라멘트의 누출 및 노즐의 열화 막힘 현상을 방지할 수 있는 FDM 방식의 3D 프린터용 압출기를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 3D 프린터용 압출기는 상기 가이드관의 하부 및 상기 히팅블럭의 상부에 결합되어, 상기 히팅블럭에 존재하는 열을 외부로 방출시키는 히트싱크를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 히팅블럭은 상기 서로 연통되게 형성된 중공의 길이 방향과 직각이 되는 방향으로 회동 가능하도록, 상기 히트싱크의 하부에 결합할 수 있다. 또한, 상기 히팅블럭은 상기 테프론 튜브 내에서 경화되는 필라멘트가 상기 테프론 튜브의 내주면에 점착되는 것을 방지하기 위하여, 상기 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기를 포함할 수 있다.

상기 히트싱크는 상기 가이드관 및 히팅블럭 각각에 관통 형성된 중공과 연통되는 중공이 관통 형성되어 있을 수 있다. 상기 히트싱크는 상기 관통 형성된 중공에 삽입된 상기 테프론 튜브가 상기 히팅블럭의 회동에 따라 연동 회전하지 않도록, 상기 테프론 튜브의 외주면을 지지하는 고정 고무링을 포함할 수 있다. 또는, 상기 관통 형성된 중공에 삽입된 상기 테프론 튜브가 상기 히팅블럭의 회동에 따라 연동 회전되지 않도록, 상기 히트싱크에 관통 형성된 중공의 직경은 상기 히팅블럭에 관통 형성된 중공의 직경보다 작을 수 있다.

상기 3D 프린터용 압출기는 상기 가이드관에 관통 형성된 중공에 상기 필라멘트를 삽입시키기 위한 압출 기어를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 압출 기어는 상기 가이드관의 상부와 직접 결합될 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 압출기의 가이드관에서 노즐까지의 필라멘트 이동 경로가 테프론 튜브에 의해 커버되어, 용융된 필라멘트가 압출기의 구성요소 사이로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압출기의 노즐 내면이 테프론 튜브에 의해 커버되어, 압출 작업 완료 후 용융된 필라멘트가 경화되어 발생하는 열화 막힘 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 테프론 튜브를 통해 열을 전달하는 히팅블럭의 내면에 돌기가 형성되어, 압출 작업 과정에서 히터에 의해 발생된 열을 돌기의 넓은 면적을 통해 효율적으로 전달할 수 있다. 또한, 내면에 돌기가 형성된 히팅블럭은 360도 회전 가능하게 구성되어, 돌출된 돌기에 의해 압출 작업 완료 후 경화되는 필라멘트가 테프론 튜브 내주면에 점착되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 압출기 내부로 필라멘트를 주입시키는 압출 기어가 가이드관에 직접 연결되어, 압출 작업 과정에서 필라멘트가 가이드관으로 삽입되지 못하고 중간에 단선되거나, 또는 압출 작업 완료 후 압출 기어의 리트랙션(retraction) 동작에 의해 필라멘트가 단선될 가능성을 크게 낮출 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 압출기의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래의 압출기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기의 외관을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기의 분해 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭의 회전을 나타낸 설명도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 히트싱크의 테프론 튜브를 고정하기 위한 구조를 나타낸 설명도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 개념 및 실시 예들을 설명하기에 앞서, 종래의 압출기가 가지는 문제점을 간략히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 압출기(10)의 외관을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 2는 종래의 압출기(10)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 종래의 압출기(extruder, 10)는 ME(Material Extrusion) 방식 중 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식(또는 FFF(Fused Filament Fabrication))에 따라 물체를 생성하는 3D 프린터의 압출기에 해당된다. 즉, 종래의 압출기(10)는 용융된 필라멘트(즉, 열 가소성 수지)를 노즐을 통해 분사 및 적층하여 물체를 생성하는 3D 프린터를 구성하는 구성요소 중 하나이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 압출기(10)는 필라멘트(filament)를 압출기(10) 내부로 안내하는 가이드관(guide, 11)과, 가이드관(11)을 통해 유입된 필라멘트를 히터(heater, 15)에 의해 발생된 열을 이용하여 용융시키는 히팅블럭(heating block, 13), 히팅블럭(13)에 의해 용융된 필라멘트를 토출하는 노즐(nozzle, 14), 히팅블럭(13)에 존재하는 열이 가이드관(11)으로 전달되지 않도록 열을 발산시키는 히트싱크(heat sink, 12)를 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은, 종래의 압출기(10)는 장시간 압출 작업을 수행하는 경우, 필라멘트를 용융시킬 수 있는 열이 히트싱크(12)를 넘어 가이드관(11)에 까지 미치게 되고, 그에 따라 과도하게 용융된 필라멘트가 압출기(10)의 구성요소(11, 12 및 13) 사이의 틈으로 누출되는 경우가 많았다. 다르게 말하면, 필라멘트가 히팅블럭(13)의 내부에서 용융되어 노즐(14)을 통해 외부로 토출되는 것이 정상일 것이나, 종래의 압출기(10)는 장시간 압출 작업을 수행하면 필라멘트가 히트싱크(12) 또는 가이드관(11)의 내부에서도 용융되고, 용융된 필라멘트가 히트싱크(12)와 히팅블럭(13) 사이의 결합 틈 또는 가이드관(11)과 히트싱크(12) 사이의 결합 틈을 통해 외부로 누출되는 문제가 있었다.

또한, 종래의 압출기(10)는 장시간 압출 작업에 의해 과도하게 용융된 필라멘트가 압출 작업이 모두 완료된 이후 히트싱크(12) 또는 가이드관(11) 내부에서 경화되고, 경화된 필라멘트가 추후 수행되는 압출 작업에서 필라멘트가 히팅블럭(13)으로 전달될 수 없도록 히트싱크(12) 또는 가이드관(11)의 내부를 막아버리는 문제(즉, 열화 막힘 현상)가 있었다.

나아가, 종래의 압출기(10)는 필라멘트를 가이드관(11)의 내부로 주입시키는 압출 기어(extruding gear, 미도시)가 압출기(10)로부터 이격된 외부에 존재하였다. 따라서, 종래의 압출기(10)는 압출 작업 과정에서 이격된 외부에 존재하는 압출 기어에 의해 밀어진 필라멘트가 가이드관(11)으로 삽입되지 못하고 중간에 단선되거나, 또는 압출 작업 완료 후 압출 기어의 리트랙션(retraction) 동작에 의해 필라멘트가 당겨져 압출 기어와 압출기(10) 사이에서 단선되는 경우가 빈번하게 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 압출기(10)가 가지는 문제점을 해결할 수 있는 개량된 압출기를 제안하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 외관을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 구조를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 분해 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 종래의 압출기(10)와 동일하게, ME 방식 중 FDM 방식에 따라 물체를 생성하는 3D 프린터의 압출기에 해당된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 물체 생성에 이용되는 필라멘트는 폴리유산(PolyLactic Acid, PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS), 고밀도 폴리에틸렌(High-Density PolyEthylene, HDPE), 나일론(Nylon) 및 레이우드(Laywood) 중 어느 하나가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130), 노즐(140), 히터(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 특징적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 테프론 튜브(170) 및 압출 기어(160)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은, 압출기(100)의 구성 요소들은 기능적으로 구분되는 요소들을 나타낸 것에 불과하므로, 어느 하나 이상의 구성 요소가 실제 물리적 환경에서는 서로 통합되어 구성될 수 있다.

각각의 구성 요소에 대하여 설명하면, 가이드관(110)은 압출기어(160)에 의해 공급되는 필라멘트가 히팅블럭(130)으로 정확히 주입되기 위한 경로를 형성할 수 있다. 구체적으로, 가이드관(110)은 압출기어(160)로부터 공급된 필라멘트가 히팅블럭(130) 쪽으로 이동할 수 있도록, 내부에 중공(hollowness)이 관통되게 형성되어 있다. 이와 같이, 가이드관(110)의 내부에 관통 형성된 중공은 2.5mm 내지 5mm의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 필라멘트의 종류 또는 굵기에 따라 달라질 수 있다.

히트싱크(120)는 열이 가이드관(110) 및 압출 기어(160)에 전달되지 않도록 히팅블럭(130)에 존재하는 열을 방출시키는 방열체이다. 구체적으로, 히트싱크(120)의 상부는 가이드관(110)의 하부 결합될 수 있고, 히트싱크(120)의 하부는 히팅블럭(130)의 상부와 결합될 수 있다. 히트싱크(120)는 가이드관(110)을 통해 공급된 필라멘트가 히팅블럭(130)으로 이동할 수 있도록 내부에 중공이 관통되게 형성되어 있다. 히트싱크(120)의 내부에 관통 형성된 중공은 가이드관(110)의 중공과 연통될 수 있다. 그리고, 히트싱크(120)는 히팅블럭(130)에 존재하는 열을 전달받아, 외면에 형성된 방사 구조를 통해 외부로 방출시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트싱크(120)는 히팅블럭(130)에 존재하는 열을 보다 효과적으로 전달받기 위한 히트 파이프(heat pipe, 미도시)를 포함하여 구성될 수 있으며, 전달받은 열을 외부로 더 빠르게 방출시키기 위한 쿨링 팬(cooling fan, 미도시)을 포함하여 구성될 수도 있다.

히팅블럭(130)은 가이드관(110)을 통해 유입된 필라멘트를 히터(150)에 의해 발생된 열을 이용하여 용융시킬 수 있다. 구체적으로, 히팅블럭(130)의 상부는 히트싱크(120)의 하부와 결합되고, 히팅블럭(130)의 하부는 노즐(140)의 상부와 결합될 수 있다. 히팅블럭(130)은 가이드관(110)을 통해 공급된 필라멘트가 이동할 수 있도록 내부에 중공이 관통되게 형성되어 있다. 히팅블럭(130)의 내부에 관통 형성된 중공은 히트싱크(120)의 중공과 연통될 수 있다. 그리고, 히팅블럭(110)은 내부에 형성된 중공을 통해 가이드관(110)으로부터 유입된 필라멘트를 히터(150)에 의해 발생된 열을 이용하여 용융시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭(130)은 내부에 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기(131)가 형성될 수 있다. 또한, 히팅블럭(130)은 히트싱크(120)와 결합된 상태에서 360도 회동 가능하도록 히트싱크(120)의 원통 회전관(121)에 결합될 수 있다. 이와 같은, 히팅블럭(130)의 특징에 대해서는 추후 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

노즐(140)은 히팅블럭(130)에 의해 용융된 필라멘트를 토출할 수 있다. 구체적으로, 노즐(140)의 상부는 히팅블럭(130)의 하부와 결합될 수 있다. 노즐(140)의 상부는 히팅블럭(130)에 의해 용융된 필라멘트가 흘러 들어올 수 있는 중공이 형성될 수 있다. 노즐(140)의 상부에 형성된 중공은 히팅블럭(130)의 중공과 연통될 수 있다. 노즐(140)의 하부는 히팅블럭(130)으로부터 흘러 들어온 용융된 필라멘트를 토출하기 위한 토출공(141)이 형성될 수 있다. 노즐(140)은 히팅블럭(130)에 의해 용융된 필라멘트를 토출공(141)을 통해 토출할 수 있다. 노즐(140)의 토출공(141)은 0.25mm 내지 0.4mm의 직경을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 필라멘트를 용융시키는 온도 및 용융된 필라멘트의 점성에 따라 달라질 수 있다.

압출 기어(160)는 가이드관(110)에 관통 형성된 중공에 필라멘트를 삽입할 수 있다. 종래의 압출기(10)는 압출 기어(160)가 압출기(10)로부터 이격된 외부에 존재하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 압출 기어(160)를 압출기(100)의 일 구성요소로서 포함할 수 있다. 구체적으로, 압출 기어(160)는 가이드관(110)의 상부와 직접 결합될 수 있다. 이를 위하여, 압출 기어(160)의 하부 및 가이드관(110)의 상부에는 서로 결합하기 위한 나사선이 형성되어 있을 수 있다.

압출 기어(160)는 스텝 모터(미도시)의 회전축과 연결된 기어 드라이브(161)를 회전시켜 필라멘트를 가이드관(110) 쪽으로 밀어줄 수 있다. 압출 기어(160)는 필라멘트가 기어 드라이브(161)로부터 미끄러지지 않고, 기어 드라이브(161)에 보다 밀착되어 밀려들어갈 수 있도록, 탄성 복원력을 가진 가이드 베어링(162)을 기어 드라이브(161)와 연동 회전시킬 수 있다.

압출기(100)는 기어 드라이브(161)와 가이드 베어링(162)의 회전 방향을 제어하여, 기어 드라이브(161)와 가이드 베어링(162) 사이에 물린 필라멘트를 익스트루딩(extruding)하거나 또는 리트랙션(retraction)할 수 있다.

테프론 튜브(170)는 가이드관(110)에서 노즐(140)까지 필라멘트의 이동 경로를 필라멘트로부터 커버할 수 있다. 구체적으로, 테프론 튜브(170)는 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공의 내주면에 용융된 필라멘트가 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공의 내부에 삽입되어, 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공의 내주면을 필라멘트로부터 커버할 수 있다. 이와 같은, 테프론 튜브(170)는 폴리테트라플루오르에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene, PTFE)으로 구성된 튜브 형태가 될 수 있다.

가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130), 노즐(140) 및 압출 기어(160)는 압출기(100)의 유지, 보수를 위해 서로 분리되거나 또는 결합될 수 있다. 이를 위하여, 가이드관(110)의 상하부, 히트싱크(120)의 상하부, 히팅블럭(130)의 상하부, 노즐(140)의 상부 및 압출 기어(160)의 하부에는 다른 구성요소와 결합 또는 분리될 수 있는 나사선이 형성되어 있을 수 있다.

또한, 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공에 삽입된 테프론 튜브(170)는 가이드관(110) 상부와 결합된 압출 기어(160)에 의해 차단되어 가이드관(110) 상부로부터 이탈되지 않는다. 즉, 압출 기어(160)는 중공에 삽입된 테프론 튜브(170)가 이탈되지 않도록 마개 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 중공에 삽입된 테프론 튜브(170)는 노즐(140) 하부의 토출공(141)에 의해 차단되어 노즐(140) 하부로부터 이탈되지 않는다. 따라서, 압출기(100)의 사용자는 가이드관(110)의 상부로부터 압출 기어(160)를 분리한 이후, 가이드관(110)의 상부에 형성된 중공으로부터 테프론 튜브(170)를 인출하거나 또는 새로운 테프론 튜브(170)를 삽입할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 압출 기어(160)가 가이드관(110)의 상부에 직접 결합되어 압출기(100)의 직접적인 일 구성요소로서 포함됨으로써, 압출 작업 과정에서 필라멘트가 가이드관(110)으로 삽입되지 못하고 중간에 단선되거나, 또는 압출 작업 완료 후 압출 기어(110)의 리트랙션 동작에 의해 필라멘트가 당겨져 단선되는 가능성을 크게 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 가이드관(110)에서 노즐(140)까지의 필라멘트 이동 경로가 테프론 튜브(170)에 의해 커버됨으로써, 장시간 압출 작업을 수행하더라도 과도하게 용융된 필라멘트가 구성요소(110, 120 및 130) 사이의 틈으로 누출되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 내부에 삽입된 테프론 튜브(170)을 통해 뜨겁게 용융된 필라멘트로부터 가이드관(110) 및 히트싱크(120)의 내주면을 보호함으로써, 장시간 압출 작업을 수행하더라도 가이드관(110) 및 히트싱크(120)의 내부에서 필라멘트가 과도하게 용융되지 않으며, 결과적으로 열화 막힘 현상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 히팅블럭(130)이 가지는 특징에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭(130)의 단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭(130)의 회전을 나타낸 설명도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 히팅블럭(130)은 내부에 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기(131)가 형성되어 있을 수 있다. 특히, 중공의 내주면에 형성된 복수 개의 돌기(131)는 불규칙하게 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공 내부에 테프론 튜브(170)가 삽입될 수 있다. 중공 내부에 삽입된 테프론 튜브(170)를 구성하는 폴리테트라플루오르에틸렌은 내열성 성질을 가지고 있으므로, 가이드관(110) 및 히트싱크(120)의 내주면을 용융된 필라멘트의 열로부터 보호할 수 있으나, 반대로 히팅블럭(130)이 필라멘트에 전달하는 열의 일부를 차단할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭(130)은 테프론 튜브(170)와의 접촉면을 최대한 넓히기 위하여, 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기(131)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 압출 작업 과정에서 히팅블럭(130)은 중공의 내주면에 형성된 복수 개의 돌기(131)를 통하여 테프론 튜브(170)의 너머에 있는 필라멘트에 많은 열을 전달할 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 히팅블럭(130) 상부에는 나사선(132)이 형성되어 있다. 그리고, 히트싱크(120)의 하부에는 360도 회전 가능한 회전관(121)이 결합되어 있다. 히팅블럭(130) 상부의 나사선(132)과 히트싱크(120) 하부의 회전관(121)은 서로 결합될 수 있다.

히트싱크(120)의 회전관(121)은 히팅블럭(130) 상부의 나사선(132)과 결합하기 위한 나사선에 형성된 원통형 부재와, 원통형 부재의 끝단에 형성된 단턱을 포함하여 구성될 수 있다. 회전관(121)은 끝단에 형성된 단턱에 의해 히트싱크(120)로부터 이탈되지 아니하고, 히트싱크(120) 내부에 관통 형성된 중공의 길이 방향과 직각이 되는 방향으로 360도 회동 가능하다. 즉, 회전관(121)은 필라멘트의 이동 방향과 직각이 되는 방향(압출기(100)에 의해 적층되는 면과 수평이 되는 방향)으로 회전 가능하다. 따라서, 회전관(121)과 결합된 히팅블럭(130)은 내부에 관통 형성된 중공의 길이 방향과 직각이 되는 방향으로 360도 회동이 가능하게 히트싱크(120)와 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)는 가이드관(110), 히트싱크(120), 히팅블럭(130) 및 노즐(140) 각각에 서로 연통되게 형성된 중공 내부에 테프론 튜브(170)가 삽입될 수 있다. 압출 작업이 완료된 이후, 중공 내부에 삽입된 테프론 튜브(170)의 내주면에는 용융되었던 필라멘트가 경화되어 점착될 수 있다. 그리고, 테프론 튜브(170)의 내주면에 점착된 필라멘트는 열화 막힘 현상을 일으키거나 또는 테프론 튜브(170)의 내구성을 약화시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히팅블럭(130)은 테프론 튜브(170) 내에서 경화되는 필라멘트가 테프론 튜브(170)의 내주면에 점착되는 것을 방지하기 위하여, 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기(131)가 형성된 상태에서 관통 형성된 중공의 길이 방향과 직각이 되는 방향으로 회동이 가능하게 구성될 수 있다.

압출 작업이 완료된 이후, 압출기(100)의 사용자는 히팅블럭(130)에 잔열이 남은 상태에서 히팅블럭(130)을 회전시킴으로써, 테프론 경화되어 튜브(170)의 내주면에 점착되려 하는 필라멘트를 테프론 튜브(170)의 내주면으로부터 이탈시켜 열화 막힘 현상을 방지하고 테프론 튜브(170)의 내구성을 유지할 수 있다.

즉, 히팅블럭(130) 내부에 관통 형성된 중공의 내주면에 형성된 복수 개의 돌기(131)는 테프론 튜브(170)의 주위를 회전하며 테프론 튜브(170)를 마사지하여, 경화되는 필라멘트가 테프론 튜브(170)의 내주면에 점착되는 것을 방지할 수 있다. 히팅블럭(130)의 중공 내주면에 형성된 복수 개의 돌기(131)가 불규칙하게 배열된 경우, 복수 개의 돌기(131)의 테프론 튜브(170)에 대한 마사지 효과가 증대될 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 히팅블럭(130) 중공의 내주면에는 돌기(131)가 아닌 나사선이 전체적으로 형성되어 있을 수 있다. 히팅블럭(130) 중공의 내주면에 형성된 나사선은 테프론 튜브(170)와의 접촉면을 넓혀, 테프론 튜브(170) 너머에 있는 필라멘트에 보다 많은 열을 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 히트싱크(120) 중공의 내주면에도 나사선이 전체적으로 형성되어 있을 수 있다. 히트싱크(120) 중공의 내주면에 형성된 나사선은 테프론 튜브(170)와의 접촉면을 넓혀, 테프론 튜브(170) 내의 열을 효과적으로 방출시키는 역할을 수행할 수 있다.

한편, 히팅블럭(130)의 복수 개의 돌기(131)가 마사지하듯 테프론 튜브(170)의 주위를 회전하며, 테프론 튜브(170)의 내주면으로부터 필라멘트를 이탈시키기 위해서는, 테프론 튜브(170)는 히팅블럭(130)의 회동에 따라 연동 회전되지 않고 고정되어 있어야 한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 히트싱크(120)가 가지는 특징에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 히트싱크(120)의 테프론 튜브를 고정하기 위한 구조를 나타낸 설명도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)의 히트싱크(120)는 관통 형성된 중공의 내주면에 고정 고무링(122)을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이, 고정 고무링(122)을 포함하는 히트싱크(120)는 내부에 삽입된 테프론 튜브(170)가 히팅블럭(130)의 회동에 따라 연동 회전하지 않도록 테프론 튜브(170)의 외주면을 지지 고정할 수 있다.

또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압출기(100)의 히트싱크(120)는 내부에 관통 형성된 중공의 직경(L1)이 히팅블럭(130)에 관통 형성된 중공의 직경(L2) 보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.

이와 같이, 중공의 직경(L1)이 상대적으로 작게 형성된 히트싱크(120)는 내부에 삽입된 테프론 튜브(170)가 히팅블럭(130)의 회동에 따라 연동 회전하지 않도록 테프론 튜브(170)의 외주면을 지지 고정할 수 있다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으나, 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 선정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 압출기
110: 가이드관 120: 히트싱크
130: 히팅블럭 140: 노즐
150: 히터 160: 압출 기어
170: 테프론 튜브

Claims

필라멘트(filament)가 이동할 수 있는 중공이 관통 형성된 가이드관;
상기 가이드관의 중공과 연통되는 중공이 관통 형성되어 있으며, 상기 관통 형성된 중공을 통해 유입된 필라멘트를 용융시키는 히팅블럭;
상기 가이드관의 하부 및 상기 히팅블럭의 상부에 결합되어, 상기 히팅블럭에 존재하는 열을 외부로 방출시키는 히트싱크;
일측면에 상기 히팅블럭의 중공에 연통되는 중공이 형성되어 있으며, 타측면에 상기 히팅블럭에 의해 용융된 필라멘트를 토출하기 위한 토출공이 형성된 노즐; 및
상기 가이드관, 히팅블럭 및 노즐 각각에 서로 연통되게 형성된 중공의 내주면에 상기 용융된 필라멘트가 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 상기 서로 연통되게 형성된 중공의 내부에 삽입되어 상기 중공의 내주면을 커버하는 테프론 튜브를 포함하되,
상기 히팅블럭은
상기 서로 연통되게 형성된 중공의 길이 방향과 직각이 되는 방향으로 회동 가능하도록, 상기 히트싱크의 하부에 결합되고,
상기 테프론 튜브 내에서 경화되는 필라멘트가 상기 테프론 튜브의 내주면에 점착되는 것을 방지하기 위하여, 상기 관통 형성된 중공의 내주면에 복수 개의 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터용 압출기.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1 항에 있어서, 상기 히트싱크는
상기 가이드관 및 히팅블럭 각각에 관통 형성된 중공과 연통되는 중공이 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터용 압출기.
제6 항에 있어서, 상기 히트싱크는
상기 관통 형성된 중공에 삽입된 상기 테프론 튜브가 상기 히팅블럭의 회동에 따라 연동 회전하지 않도록, 상기 테프론 튜브의 외주면을 지지하는 고정 고무링을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터용 압출기.
제6 항에 있어서,
상기 관통 형성된 중공에 삽입된 상기 테프론 튜브가 상기 히팅블럭의 회동에 따라 연동 회전되지 않도록, 상기 히트싱크에 관통 형성된 중공의 직경은 상기 히팅블럭에 관통 형성된 중공의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 3D 프린터용 압출기.
제1 항에 있어서,
상기 가이드관에 관통 형성된 중공에 상기 필라멘트를 삽입시키기 위한 압출 기어를 더 포함하는, 3D 프린터용 압출기.
제9 항에 있어서, 상기 압출 기어는
상기 가이드관의 상부와 직접 결합되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터용 압출기.