KR102148637B1 - 펠릿 3d 프린터의 펠릿 주입 방법 및 펠릿 이송 시스템 - Google Patents

펠릿 3d 프린터의 펠릿 주입 방법 및 펠릿 이송 시스템 Download PDF

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김남현
문신호
이경아
이무연
장혁일
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청년선도기업협동조합
김남현
문신호
이경아
이무연
장혁일
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Abstract

본 발명은 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114); 상기 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114)의 상부에 위치하는 상부 플레이트(152) 및 하부에 위치하는 하부 플레이트(151); 상기 제1 기둥과 제4 기둥(111, 114) 사이와 제2 기둥과 제3 기둥(112, 113) 사이에서 상하 이동이 가능한 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b); 상기 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b) 상부에 설치되어 Y축 방향 이동이 가능한 X축 액추에이터(130); 상기 X축 액추에이터(130)에 설치되어 펠릿(5)을 분사하는 분사기(100); 상기 상부 플레이트(152)에 설치된 제어부(110)와 펠릿 공급부(120); 및 상기 펠릿 공급부(120)의 펠릿을 분사기(100)으로 공급하는 펠릿 호스(121)를 포함하는 펠릿 이송 시스템에 관한 것이다.

Description

펠릿 3D 프린터의 펠릿 주입 방법 및 펠릿 이송 시스템 {Pellet Injection Method Of Pellet 3D printer And Pellet Transfer System}
본 발명은 펠릿을 주원료료 하는 프린터에서 펠릿을 주원료를 하는 3D 프린터에 관한 것으로, 펠릿을 3D 프린터에 주입하는 방법 및 펠릿을 이송하는 시스템에 관한 것이다.
3차원 프린터는 특정의 형상을 갖는 제품에 대하여 전통적 제조 방법인 절삭 가공의 비효율성과 3차원 복잡 형상 제조 문제를 극복하기 위해 제안된 적층 제조 기법을 실시하기 위한 장비이다. 이와 같은 3차원 적층 제조 기술은 분말, 액체, 고체 형태의 특정 물질을 입체 형상 제조를 위한 모델링, 프린팅, 후처리 등의 요소 기술들을 포함하고 있다.
3차원 프린터의 제품 조형 방식은 크게 대상 물체를 2차원의 평면형태로 한 층씩 쌓아 올려 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 적층형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다.
적층형은 플라스틱 액체 또는 플라스틱 실을 종이보다 얇은 층(레이어)으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 만들어내는 방식으로서, 레이어가 얇을수록 정밀한 형상을 얻을 수 있고, 채색을 동시에 진행할 수 있는 장점이 있다.
적층형의 일종으로, 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 3차원이송기구에 장착된 히터 노즐에서 용융시켜서 배출하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 조형방법이 있으나, 정밀한 조형이 필요하지 않는 경우 조형 시간이 오래 걸리고 고가의 필라멘트가 대량으로 사용되는 문제가 있다.
공개 특허 제10-2020-0023709호 (2020.03.06)
본 발명은 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 조형 소스로 사용하지 않고 원재료 형태인 고형 펠릿을 조형 소스로 사용하여 3차원 입체물을 제작하는 3차원 프린터를 제공하고자 한다.
또한 본 발명에서는 상기 고형 펠릿을 용융하고 분쇄하여 분사하는 분사기(100)를 제공하도록 하고자 한다.
상기 분사기(100)에는 발열 수단을 내장한 회전 분쇄기(20)를 제공하여 상기 고형 펠릿을 용융하여 분사하고자 한다.
또한 본 발명의 상기 분사기(100)에는 발열 수단을 포함하는 에어 블로우어를 제공하여 펠릿이 용융 상태에서 용이하게 분사될 수 있도록 하고자 한다.
또한, 본 발명에서 회전 분쇄기(20)에는 다수의 원형 블레이드를 제공하여 펠릿이 고르게 분쇄되도록 하고자 한다.
본 발명은 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114); 상기 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114)의 상부에 위치하는 상부 플레이트(152) 및 하부에 위치하는 하부 플레이트(151); 상기 제1 기둥과 제4 기둥(111, 114) 사이와 제2 기둥과 제3 기둥(112, 113) 사이에서 상하 이동이 가능한 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b); 상기 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b) 상부에 설치되어 Y축 방향 이동이 가능한 X축 액추에이터(130); 상기 X축 액추에이터(130)에 설치되어 펠릿(5)을 X축으로 이동 가능하며 분사하는 분사기(100); 상기 상부 플레이트(152)에 설치된 제어부(110)와 펠릿 공급부(120); 및 상기 펠릿 공급부(120)의 펠릿을 분사기(100)로 공급하는 펠릿 호스(121)를 포함하는 펠릿 이송 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 분사기(100)은 내부에 제1 내지 제3 챔버(30a, 30b, 30c) 및 제3 챔버(30c) 하부에 설치된 분사부(30d)를 포함하는 몸체(30)를 포함하고, 상기 제1 챔버(30a) 내부에는 회전 로터(10) 및 상기 회전 로터(10)에 의해 회전하는 회전 분쇄기(20)를 포함하고, 상기 회전 분쇄기(20)는 상기 회전 로터(10)와 연결되어 회전하는 상부 회전 플레이트(20a) 및 상기 상부 회전 플레이트(20a)와 중앙 회전축(40)에 의해 연결되며 하부에 위치하는 하부 회전 플레이트(20b)를 포함하고, 상기 상부 회전 플레이트(20a)는 바닥면에 설치된 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)를 포함하고, 상기 하부 회전 플레이트(20b)는 다수의 관통홀(26), 상부면에 설치된 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b) 및 바닥면에 설치된 펠릿 가이드부(25)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 펠릿 호스(121)로 부터 공급되는 펠릿(5)는 제1 내지 제3 상부 및 하부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a; 21b, 22b, 23b)에 의해 분쇄되고, 상기 관통홀(26)을 통과한 펠릿(5)은 상기 펠릿 가이드부(25)에 의해 제2 챔버(30b)로 이동할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 상부 회전 플레이트(20a)에는 분쇄되는 펠릿(5)에 열을 공급하기 위한 발열부(27a)를 포함하고, 상기 중앙 회전축(40)은 하부 플레이트(20b)를 통과하여 제2 및 제3 챔버(30b, 30c)로 연장되며, 상기 제2 내지 제3 챔버(30b, 30c)에는 상기 중앙 회전축(40)에 부착되는 회전 블레이드(43)를 포함하고, 제3 챔버(30b)는 내부벽에 설치되는 에어 블로우부(50)를 포함하고, 상기 에어 블로우부(50)에는 펠릿을 중앙 회전축(40) 방향으로 이동시키도록 에어를 방출하는 다수의 노즐(51) 및 상기 에어 블로우부(50)의 내부에서 에어에 열을 공급하기 위한 발열 수단(53)을 포함하고, 제1 챔버(30a)는 제2 챔버(30b)에 비하여 크고, 제3 챔버(30c)는 제1 챔버(30a)에 비하여 크고, 상기 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지며, 상기 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)는 중심으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
또한, 본 발명은 펠릿 공급부(120)의 펠릿(5)를 X, Y, 및 Z축으로 이동되는 분사기(100)로 공급하는 단계(S1); 상기 분사기(100)에 공급된 펠릿(5)을 분사기(100)의 제1 챔버(30a)에서 용융하면서 분쇄하는 단계(S2); 상기 제1 챔버(30a)에서 용융 및 분쇄된 펠릿을 분사기(100)의 제2 챔버(30b)에서 혼합하는 단계(S3); 및 상기 혼합된 펠릿(5)은 제3 챔버(30c)를 통해 분사부(30d)에서 분사하는 단계(S4);를 포함하는 펠릿 3D 프린터의 펠릿 주입 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명 3D 프린터의 사시도이다.
도 2는 본 발명 3D 프린터에 사용되는 분사기(100)의 단면도이다.
도 3은 도 2의 분사기(100)의 제1 챔버(30a)의 확대도이다.
도 4는 도 2의 제2 원형 플레이트(20b)의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 3D 프린터의 사시도로서, 본 발명에는 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114)의 상부에 위치하는 상부 플레이트(152)와 하부 플레이트(151)를 포함한다.
제1 기둥과 제4 기둥(111, 114) 사이와 제2 기둥과 제3 기둥(112, 113) 사이에는 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b)가 설치되고, 상기 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b) 상부에서 X축 액추에이터(130)가 Y축 방향으로 이동한다.
상기 X축 액추에이터(130)에 의해 분사기(100)가 X축으로 이동하면서 하부 플레이트(150)에 조형물(140)을 제작한다.
상기 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b)는 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114)에서 상하 이동 (Z축 방향 이동)이 가능하다.
상기 상부 플레이트(152)에는 제어부(110)와 펠릿 공급부(120)가 설치되어 있으며 도 2에서 볼 수 있는 것과 같이 펠릿(5)은 펠릿 호스(121)를 통해 분사기(100)의 제1 챔버(30a)로 공급된다.
분사기(100)은 몸체(30)를 포함하고, 상기 몸체(30)에는 상부에서 부터 제1 내지 제3 챔버(30a, 30b, 30c)가 형성되고 상기 제3 챔버(30c)의 하부에 형성된 분사부(30d)에 의해 용융된 펠릿이 배출되며 하부 플레이트(151)의 상부에 3D 조형물(140)을 제작할 수 있다.
제1 챔버(30a)에는 회전 로터(10)와 상기 회전 로터(10)에 의해 회전하는 회전 분쇄기(20)가 설치된다.
상기 회전 분쇄기(20)는 중앙 회전축(40)에 의해 상부 회전 플레이트(20a)와 하부 회전 플레이트(20b)가 연결되며 회전한다.
상부 회전 플레이트(20a)의 바닥면에는 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)가 설치되고, 하부 회전 플레이트(20b)의 상부면에는 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드 (21b, 22b, 23b)가 설치되어 있으며, 펠릿 호스(121)로 부터 공급되는 펠릿(5)는 제1 내지 제3 상부 및 하부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a; 21b, 22b, 23b)에 의해 분쇄되면서 하부 회전 플레이트(20b)의 관통홀(26)을 통해 제2 챔버(30b)로 보내진다.
상기 상부 회전 플레이트(20a)의 내부에는 발열부(27a)가 내장되어 있어서 분쇄되는펠릿(5)에 열을 공급할 수 있다.
상기 하부 회전 플레이트(20b)의 하부에는 가이드부(25)가 설치되어 관통홀(26)을 통과한 펠릿(5)이 제2 챔버(30b)로 이동될 수 있도록 한다.
상기 중앙 회전축(40)은 하부 플레이트(20b)를 통과하여 제2 및 제3 챔버(30b, 30c)로 연장되며 제2 내지 제3 챔버(30b, 30c)에는 상기 중앙 회전축(40)에 부착되는 회전 블레이드(43)가 설치되고, 상기 중앙 회전축(40)의 회전에 의하여 제2 및 제3 챔버(30b, 30c)에 존재하는 펠릿은 하부로 이동하여 분사부(30d)를 통해 분사될 수 있다.
또한, 상기 회전 블레이드(43)의 회전에 의하여 펠릿의 분쇄도 가능하다.
제3 챔버(30b)의 내부벽에는 에어 블로우부(50)가 설치되어 있으며 에어 블로우부(50)에는 다수의 노즐(51)이 설치되어 펠릿을 중앙 회전축(40) 방향으로 이동시키도록 에어를 방출한다.
상기 에어 블로우부(50)의 내부에 발열 수단(53)을 제공하여 상기 에어가 가열된 상태로 공급하여 펠릿의 용융 상태를 유지할 수 있게 한다.
상기 제1 챔버(30a)에 비하여 제2 챔버(30b)는 작게 만들어 제1 챔버(30a)에서 분쇄된 펠릿이 고르게 섞이도록 하며, 제3 챔버(30c)는 펠릿의 분사가 용이하도록 에어 블로우(50)가 설치되도록 하기 위해서 제1 및 제2 챔버(30a, 30b)에 비하여 크게 만든다.
도 4는 회전 분쇄기(20)의 하부 회전 플레이트(20b)의 상부에 대한 평면도로서, 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b), 관통홀(26) 및 중앙 회전축(40)을 도시한다.
상기 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지는 형상이 되어 펠릿(5)이 제1 챔버(30a)에서 제2 챔버(30b)로 이동시 원활한 이동을 할 수 있도록 하였다.
즉, 중앙으로 갈수록 하부 원형 회전 블레이드의 크기를 작게하여 외부보다 많은 공간이 있도록 하여 펠릿(5)의 유동이 원활하게 하도록 한 것이다.
마찬가지로, 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지는 형상기 되어 중앙으로 갈수록 큰 공간이 형성되어 펠릿(5)이 제1 챔버(30a)에서 제2 챔버(30b)로 이동시 원활한 이동을 할 수 있도록 하였다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 회전 로터 20: 회전 분쇄기
30: 분쇄기 몸체 30a, 30b, 30c: 제1 내지 제3 챔버
40: 회전축 43: 회전 블레이드
50: 에어 블로어 100: 분사기
111, 112, 113, 114: 제1 내지 제4 기둥
120: 펠릿 공급부 121: 펠릿 공급 호스
120a, 120b: Y축 액추에이터 130: X축 액추에이터
152: 상부 플레이트 151: 하부 플레이트
1000: 3D 프린터

Claims (3)

  1. 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114);
    상기 제1 내지 제4 기둥(111, 112, 113, 114)의 상부에 위치하는 상부 플레이트(152) 및 하부에 위치하는 하부 플레이트(151);
    상기 제1 기둥과 제4 기둥(111, 114) 사이와 제2 기둥과 제3 기둥(112, 113) 사이에서 상하 이동이 가능한 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b);
    상기 한쌍의 Y축 액추에이터(120a, 120b) 상부에 설치되어 Y축 방향 이동이 가능한 X축 액추에이터(130);
    상기 X축 액추에이터(130)에 설치되어 펠릿(5)을 분사하는 분사기(100);
    상기 상부 플레이트(152)에 설치된 제어부(110)와 펠릿 공급부(120); 및
    상기 펠릿 공급부(120)의 펠릿을 분사기(100)으로 공급하는 펠릿 호스(121)를 포함하고,
    상기 분사기(100)은 내부에 제1 내지 제3 챔버(30a, 30b, 30c) 및 제3 챔버(30c) 하부에 설치된 분사부(30d)를 포함하는 몸체(30)를 포함하고,
    상기 제1 챔버(30a) 내부에는 회전 로터(10) 및 상기 회전 로터(10)에 의해 회전하는 회전 분쇄기(20)를 포함하고,
    상기 회전 분쇄기(20)는 상기 회전 로터(10)와 연결되어 회전하는 상부 회전 플레이트(20a) 및 상기 상부 회전 플레이트(20a)와 중앙 회전축(40)에 의해 연결되며 하부에 위치하는 하부 회전 플레이트(20b)를 포함하고,
    상기 상부 회전 플레이트(20a)는 바닥면에 설치된 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)를 포함하고,
    상기 하부 회전 플레이트(20b)는 다수의 관통홀(26), 상부면에 설치된 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드 (21b, 22b, 23b) 및 바닥면에 설치된 펠릿 가이드부(25)를 포함하고,
    상기 펠릿 호스(121)로 부터 공급되는 펠릿(5)는 제1 내지 제3 상부 및 하부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a; 21b, 22b, 23b)에 의해 분쇄된 후 상기 관통홀(26)을 통과하고,
    상기 관통홀(26)을 통과한 펠릿(5)은 상기 펠릿 가이드부(25)에 의해 제2 챔버(30b)로 이동하고
    상기 상부 회전 플레이트(20a)에는 분쇄되는 펠릿(5)에 열을 공급하기 위한 발열부(27a)를 포함하고,
    상기 중앙 회전축(40)은 하부 플레이트(20b)를 통과하여 제2 및 제3 챔버(30b, 30c)로 연장되며,
    상기 제2 내지 제3 챔버(30b, 30c)에는 상기 중앙 회전축(40)에 부착되는 회전 블레이드(43)를 포함하고,
    제3 챔버(30b)는 내부벽에 설치되는 에어 블로우부(50)를 포함하고,
    상기 에어 블로우부(50)에는 펠릿을 중앙 회전축(40) 방향으로 이동시키도록 에어를 방출하는 다수의 노즐(51) 및 상기 에어 블로우부(50)의 내부에서 에어에 열을 공급하기 위한 발열 수단(53)을 포함하고,
    제1 챔버(30a)는 제2 챔버(30b)에 비하여 크고, 제3 챔버(30c)는 제1 챔버(30a)에 비하여 크고,
    상기 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지며,
    상기 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 펠릿 이송 시스템.
  2. 삭제
  3. 펠릿 공급부(120)의 펠릿(5)를 X, Y, 및 Z축으로 이동되는 분사기(100)로 공급하는 단계(S1);
    상기 분사기(100)에 공급된 펠릿(5)을 분사기(100)의 제1 챔버(30a)에서 용융하면서 분쇄하는 단계(S2);
    상기 제1 챔버(30a)에서 용융 및 분쇄된 펠릿을 분사기(100)의 제2 챔버(30b)에서 혼합하는 단계(S3); 및
    상기 혼합된 펠릿(5)은 제3 챔버(30c)를 통해 분사부(30d)에서 분사하는 단계(S4);를 포함하고,
    상기 분사기(100)은 내부에 제1 내지 제3 챔버(30a, 30b, 30c) 및 제3 챔버(30c) 하부에 설치된 분사부(30d)를 포함하는 몸체(30)를 포함하고,
    상기 제1 챔버(30a) 내부에는 회전 로터(10) 및 상기 회전 로터(10)에 의해 회전하는 회전 분쇄기(20)를 포함하고,
    상기 회전 분쇄기(20)는 상기 회전 로터(10)와 연결되어 회전하는 상부 회전 플레이트(20a) 및 상기 상부 회전 플레이트(20a)와 중앙 회전축(40)에 의해 연결되며 하부에 위치하는 하부 회전 플레이트(20b)를 포함하고,
    상기 상부 회전 플레이트(20a)는 바닥면에 설치된 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)를 포함하고,
    상기 하부 회전 플레이트(20b)는 다수의 관통홀(26), 상부면에 설치된 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드 (21b, 22b, 23b) 및 바닥면에 설치된 펠릿 가이드부(25)를 포함하고,
    펠릿 호스(121)로 부터 공급되는 펠릿(5)는 제1 내지 제3 상부 및 하부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a; 21b, 22b, 23b)에 의해 분쇄되고,
    상기 관통홀(26)을 통과한 펠릿(5)은 상기 펠릿 가이드부(25)에 의해 제2 챔버(30b)로 이동하고,
    상기 상부 회전 플레이트(20a)에는 분쇄되는 펠릿(5)에 열을 공급하기 위한 발열부(27a)를 포함하고,
    상기 중앙 회전축(40)은 하부 플레이트(20b)를 통과하여 제2 및 제3 챔버(30b, 30c)로 연장되며,
    상기 제2 내지 제3 챔버(30b, 30c)에는 상기 중앙 회전축(40)에 부착되는 회전 블레이드(43)를 포함하고,
    제3 챔버(30b)는 내부벽에 설치되는 에어 블로우부(50)를 포함하고,
    상기 에어 블로우부(50)에는 펠릿을 중앙 회전축(40) 방향으로 이동시키도록 에어를 방출하는 다수의 노즐(51) 및 상기 에어 블로우부(50)의 내부에서 에어에 열을 공급하기 위한 발열 수단(53)을 포함하고,
    제1 챔버(30a)는 제2 챔버(30b)에 비하여 크고, 제3 챔버(30c)는 제1 챔버(30a)에 비하여 크고,
    상기 제1 내지 제3 하부 원형 회전 블레이드(21b, 22b, 23b)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지며,
    상기 제1 내지 제3 상부 원형 회전 블레이드(21a, 22a, 23a)는 중심으로 갈수록 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 펠릿 3D 프린터의 펠릿 주입 방법.

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