KR102239173B1

KR102239173B1 - 노즐체 교체 가능한 3d 펜

Info

Publication number: KR102239173B1
Application number: KR1020210011762A
Authority: KR
Inventors: 심재영
Original assignee: 심재영
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2021-04-09

Abstract

본 발명은 플라스틱 필라멘트(20)를 선단으로 모터 동력으로 공급하는 이송관(30)을 가지는 본체하우징(10);
본체하우징(10) 선단에서 이송관(30)과 결합하는 차열결합관(40)과, 차열결합관(40)에 결합되고 발열체(52)를 설치한 발열관(51)과, 발열관(51)에서 필라멘트(20)를 가열시켜 배출하는 노즐팁(53)과, 본체하우징(10)과 고정결합 및 분리용 슬리브(54)를 가지는 노즐체(50); 및
상기 슬리브(54)에 끼움결합되도록 본체하우징(10) 선단에서 돌출되고, 차열결합관(40)과 분리 및 끼움 결합하는 차열관공(61)을 가지는 돌출부(60); 를 포함하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜 이다.

Description

노즐체 교체 가능한 3D 펜{3D pen}

본 발명은 노즐체 교체 가능한 3D 펜에 관한 것이다.

모든 종류의 3D 품목을 생산하기 위해 이용될 수 있는 3차원 프린터가 공지되어 있다. 특정 프린터는 순차적인 플라스틱 레이어의 디포지션에 의해 작동되고, 다른 프린터들은 전구 재료 레이어의 순차적인 응집 또는 고형화에 의해 기능한다. 이러한 프린터는 크기가 크고 고가이며, 예를 들어 컴퓨터 이용 설계(CAD) 프로그램에 의해 생성된 것과 같은 컴퓨터 파일로서 설계가 제공되기를 요구한다.

프로지(Froedge)의 US 3,665,158은 종래의 휴대용 압출 장치를 개시한다. 챔버가 과립형(granulated) 고체 플라스틱 재료로 충전되고 그 후에 캡으로 밀봉된다. 챔버의 내용물들은 플라스틱을 용융시키고 챔버 내부에 압력을 생성하기 위해 가열된다. 통로는 챔버로부터, 제1 위치에서 유동을 차단하고 제2 위치에서 유동을 허용하는 회전 가능한 노즐까지 도달한다. 트리거가 노즐에 부착되고, 트리거를 당기면 노즐이 제2 위치로 이동되어 용융된 플라스틱이 챔버 내부의 압력에 의해 노즐로부터 배출되게 한다. 트리거를 놓으면 노즐이 제1 위치로 복귀하는 것을 허용하여 플라스틱의 유동을 정지시킨다. 일정한 압출률로 노즐에 재료를 기계적으로 공급하기위한 장치 또는 임의의 기구를 차단하지 않고서는 원료를 보충할 대책이 없다. 게다가, 프로지의 시스템은 압출된 재료의 냉각 수단을 제공하지 않는다.

핫멜트를 이용한 글루건 형태가 미국특허5853774호로 개시되었으나, 예열 시간이 많이 소요되고 용융량이 제한적이어서 3D 모델링을 구현하는데에는 불편함이 있다.

또한 플라스특 필라멘트를 보빈 형태로 감은 카트리지에서 인출하여 모터의 회전방향을 콘트롤러 작동에 의하여 정방향 또는 역방향으로 회전하도록 제어하여 필라멘트를 공급하거나 분리시키도록 하는 기술이 미국특허6776602호에, 팬을 이용하여 카트리지 내부를 냉각하는 기술이 미국특허6162378호에 언급된바 있다.

또한 휴대용 3차원 드로잉장치가 국내실용신안 공개20-2015-0003106호로 개시되었고, 이는 3D 드로잉 장치이며, 공급 재료를 수용하도록 구성되는 하우징;

적어도 부분적으로 하우징 내부에 배치되고 방출 노즐을 갖는 노즐 조립체;

하우징 내부에 배치되는 모터;

하우징 내부에 배치되고 모터와 공급 재료 사이에 결합되고 3차원 물체를 형성하기 위해 모터의 회전이 공급 재료를 방출 노즐의 외부로 압출하도록 구성되는 기어트레인을 포함하는 3D 드로잉 장치이며, 이는 미국특허등록7384255호의 압출헤드, 액화기 및 모터회전기어 구성을 기본으로, 미국특허5853774호의 손잡이로 파지하는 기본 개념을 조합한 것이며, 노즐을 교체하여 정교한 3D 프린팅 및 표면처리를 할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 노즐체의 후단에 슬리브를, 본체하우징의 선단에는 돌출부를 두어 노즐체를 교체 사용 가능토록 하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노즐체에 차열결합관을 부가하여 차열결합관에 제어보드를 두고, 차열결합관은 본체하우징 선단의 돌출부중앙에 형성한 차열관공에 끼워지게하여 플라스틱 필라멘트가 본체하우징에서는 노즐체의 열이 차단되어 안정적으로 사용자 그립 손가락을 보호하고, 돌추부 선단에는 제어보드의 접점에 조작부의 단자가 접촉토록 하여 노즐체의 분리 및 결합에도 조작부의 조작 상태를 제어보드에서 인식 가능토록 하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노즐체에 차열결합관을 부가하여 차열결합관에 제어보드를 두고, 차열결합관은 본체하우징 선단의 돌출부중앙에 형성한 차열관공에 끼워지게하여 플라스틱 필라멘트가 본체하우징에서는 노즐체의 열이 차단되고, 노즐체의 노즐하우징에는 발열체의 열이 기냉되도록 하는 통공을 두어 과열을 막고, 노즐팁과 노즐하우징 사이의 노즐팁공을 통한 외기 유입으로 노즐팁의 냉각을 유도하여 용융된 필라멘트의 점도를 높여 빠른 시간에 굳을 수 있도록 하여 별도의 팬이 없어도 성형성을 향상시킨 노즐체 교체 가능한 3D 펜을 제공하려는 것이다.

이를 위한 본원발명은 플라스틱 필라멘트를 선단으로 모터 동력으로 공급하는 이송관을 가지는 본체하우징;

본체하우징 선단에서 이송관과 결합하는 차열결합관과, 차열결합관에 결합되고 발열체를 설치한 발열관과, 발열관에서 필라멘트를 가열시켜 배출하는 노즐팁과, 본체하우징과 고정결합 및 분리용 슬리브를 가지는 노즐체; 및

상기 슬리브에 끼움결합되도록 본체하우징 선단에서 돌출되고, 차열결합관과 분리 및 끼움 결합하는 차열관공을 가지는 돌출부; 를 포함하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜을 제공한다.

이상과 같이 본원발명은 노즐체의 후단에 슬리브를, 본체하우징의 선단에는 돌출부를 두어 노즐체를 교체 사용 가능토록 하므로, 하나의 본체하우징으로 섬세하고 다양한 표면을 구현 가능하다.

본 발명은 노즐체에 차열결합관을 부가하여 차열결합관에 제어보드를 두고, 차열결합관은 본체하우징 선단의 돌출부중앙에 형성한 차열관공에 끼워지게하여 플라스틱 필라멘트가 본체하우징에서는 노즐체의 열이 차단되어 안정적으로 사용자 그립 손가락을 보호하고, 돌추부 선단에는 제어보드의 접점에 조작부의 단자가 접촉토록 하여 노즐체의 분리 및 결합에도 조작부의 조작 상태를 제어보드에서 인식 가능토록 한다.

본 발명은 노즐체에 차열결합관을 부가하여 차열결합관에 제어보드를 두고, 차열결합관은 본체하우징 선단의 돌출부중앙에 형성한 차열관공에 끼워지게하여 플라스틱 필라멘트가 본체하우징에서는 노즐체의 열이 차단되고, 노즐체의 노즐하우징에는 발열체의 열이 기냉되도록 하는 통공을 두어 과열을 막고, 노즐팁과 노즐하우징 사이의 노즐팁공을 통한 외기 유입으로 노즐팁의 냉각을 유도하여 용융된 필라멘트의 점도를 높여 빠른 시간에 굳을 수 있도록 하여 별도의 팬이 없어도 성형성을 향상시킨다.

도 1은 본 발명의 본체하우징을 생략한 사시도,
도 2는 본 발명의 수직단면도,
도 3은 본 발명의 본체하우징과 노즐체 결합 부분을 보인 확대도,
도 4는 도 3의 노즐체 결합전 분리된 도면,
도 5는 본 발명의 노즐체를 1차 결합한 상태의 확대도,
도 6은 본 발명의 돌출부 에서 로킹분리구를 결합 및 분리한 도면,
도 7은 본 발명의 차열결합관과 이송관의 분리 및 결합상태를 보인 도면,
도 8은 도 2의 A-A 선 확대 단면도,
도 9는 본 발명의 노즐체의 교체 가능한 다른 예를 보인 도면이다.

이하 본원발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본원발명은 플라스틱 필라멘트(20)를 선단으로 모터 동력으로 공급하는 이송관(30)을 가지는 본체하우징(10);

본체하우징(10) 선단에서 이송관(30)과 결합하는 차열결합관(40)과, 차열결합관(40)에 결합되고 발열체(52)를 설치한 발열관(51)과, 발열관(51)에서 필라멘트(20)를 가열시켜 팁공(53-0)으로 배출하는 노즐팁(53)과, 본체하우징(10)과 고정결합 및 분리용 슬리브(54)를 가지는 노즐체(50); 및

상기 슬리브(54)에 끼움결합되도록 본체하우징(10) 선단에서 돌출되고, 차열결합관(40)과 분리 및 끼움 결합하는 차열관공(61)을 가지는 돌출부(60); 를 포함하여 구성한다.

상기 노즐체(50)는 또한 도 2 및 도 3에 보인바와 같이 차열결합관(40)의 계단관(42)에서 결합하도록 내경을 크게함으로써 발열체(52)의 열전달력을 낮게하여 필라멘트(20)를 예열시키는 예열관(51-1), 발열관(51)과 팁공(53-0) 경계에서 발열관(51)의 직경을 접차 작게하여 베르누이 정리처럼 용융 필라멘트의 배출 압력을 증가시키는 압출관(51-2), 노즐팁(53) 후단에서 노즐하우징(57)과의 동축 이격홈을 이루는 노즐팁공(59)을 제공하도록 발열관(51) 선단 외경부에 돌출한 팁돌륜(51-3)을 포함한다. 물론 발열체(52)는 발열을 위한 전기코일선으로 이루어지고, 필요시 절연필름을 사용할 수 있음은 알수 있을 것이다.

본 발명의 노즐체(50)는 도 9 (a)와 같은 본 발명의 기본 노즐체, (b)와 같은 노즐침(53-1)을 가지는 노즐체, (c)와 같은 노즐봉(53-2) 선단에 부가하여 흙손 역할을 수행하는 경사판(53-3)을 가지는 노즐체를 들 수 있고, 이들은 노즐체(50)에 통공(58)을 이룬 기본 구성을 기초로 이루어지고, 사용에 필요한 온도 만 다르게 제어하면 된다.

상기, 노즐체(50)에 설치된 차열결합관(40)은 발열관(51)과 결합하도록 직경이 커지는 계단관(42)과, 이송관(30)과 결합하도록 계단관(42)에서 연장된 차열관(44)으로 이루어지며,

차열관(44)은 슬리브(54)와 결합하는 돌출부(60)에 형성한 차열관공(61)과 끼움 결합하고, 제어보드(45)가 수직으로 결합한다.

상기 본체하우징(10)에는 도 1 및 도 2 와 같이 후단에서부터 전원연결구(12), 모터(11), 감속기어부(13), 디스플레이(14), 온도조절버튼(15), 배출버튼(17), 이송버튼(16)을 배열하는 것이 좋다. 편리상 온도조절버튼(15), 배출버튼(17), 이송버튼(16)은 조작부(18)로 칭하며, 조작부(18)의 조작지시선 및 전원연결구(12)를 통한 전원선은 도 8에 보인 조작부단자(65)로 이격되어 도 3 과 같이 제어보드(45)의 접점과 전기적으로 연결되며, 이를 위한 접촉 압력을 유지하기 위하여 각 조작부단자(65)이면에는 스프링으로 탄발력을 제공하도록 구성하는 것이 좋다.

상기, 돌출부(60)는 도 5, 도 6 및 도 8과 같이 슬리브(54) 내벽에 돌출한 푸시돌기(55)에 연동하여 슬리브(54)를 돌출부(60)에 삽입하면 푸시돌기(55)가 로킹분리구(62)의 경사진 경사돌기(62-1)를 눌러 밀고 지나가 로킹하고, 슬리브(54)의 누름공(56)을 통해 뾰족한 핀 등으로 누르면 경사돌기(62-1)와 푸시돌기(55)의 로킹이 해지되도록 수행하는 로킹분리구(62); 및

상기 차열결합관(40)의 차열관(44)과 이송관(30) 단부를 고정하고 필라멘트 이송을 가능토록 링돌기(63)를 내경에 가지는 조인트(64)를 포함하여 구성한다.

상기 로킹분리구(62)는 도 6 (a) 및 (b)와 같이 디귿자형태를 이루고, 양측 후단 외벽에 경사돌기(62-1)를 이루고, 양측 하단에는 안내레일(62-2)을 이루고, 안내레일(62-2)은 돌출부(60)에 형성한 레일홈(68)을 따라 이동하며, 로킹분리구(62)의 전면에는 누름공(56)에 대응하는 위치에 누름홈(62-3)을 형성한다.

상기, 이송관(30)은 본체하우징(10)에서 플라스틱 필라멘트(20)를 주입하는 주입관(31)과, 주입관(31)과 결합하며 이송롤러홈(32)을 가지는 공급관(33)과, 공급관(33)에서 차열관(44)으로 필라멘트(20)를 전달하는 전달관(34)을 포함하여 구성한다.

상기, 발열체(52)와 발열관(51) 선단은 노즐하우징(57)에 수용되고, 노즐하우징(57) 후단에는 슬리브(54)가 형성되고, 노즐하우징(57) 에는 발열관(51)의 과열을 기냉시키는 통공(58)을 수 개 분산 형성한다.

상기, 발열관(51) 선단의 노즐팁(53)과 노즐하우징(57) 선단부에는 동축으로 노즐팁공(59)을 이루도록 구성한다.

본 발명을 사용할 때는 도 1 및 도 2에 보인바와 같이, 전원연결구(12)를 통한 직류전원을 도시하지 않은 어댑터를 통하여 공급하고, 온도조절버튼(15)의 사용자가 원하는 온도를 설정하고, 발열체(52)의 온도를 디스플레이(14)를 보고 에열시간이 지난 것을 확인하고, 주입관(31)으로는 필라멘트(20)를 주입하고 이송버튼(16)을 누르면 주입관(31), 공급관(33)에서 이송롤러홈(32)을 통한 감속기어부(13)의 회전력을 받는 기어 및 아이들 롤러를 통한 이송력으로 전달관(34)을 지나 차열결합관(40)을 통과하여 에열관(51-1)에서 필라멘트(20)가 예열되고, 발열관(51) 내경을 지나면서 그 외경에서 공급하는 발열체(52)의 가열에 의한 발열로 용융되고, 직겨이 작아지는 압출관(51-2)에서 일차 압력이 증가하고, 이어 노즐팁(53)의 팁공(53-0)을 지나면서는 압력은 강해지나 노즐팁공(59)으로 인한 외기의 유입으로 기냉되어 용융된 필라멘트의 점도가 강해지고, 이는 3D펜을 사용한 3D 물의 성형시 바로 굳게되도록 작용하여 성형성을 좋게한다. 사용이 완료되면 필라멘트(20)의 공급을 중단하고 들어간 필라멘트는 배출버튼(17)을 누르면, 모터(11)의 회전이 반대방향으로 회전하면서 들어간 필라멘트(20)를 주입관(31) 외부로 배출한다. 이는 발열관(51)에서 용융된 상태이기에 뒤로 잡아당기면 절단되어 배출이 가능하게 된다.

사용중에는 노즐체(50)와 본체하우징(10)이 슬리브(54)와 돌출부(60)의 결합으로 열전달이 가능하지만, 본원발명에서는 노즐하우징(57)은 통공(58)을 통하여 1 차 기냉하고, 노즐팁공(59)을 통하여 2차 기냉하므로 슬리브(54)를 통한 열전달이 없게되고, 노즐체(50)의 발열관(51)은 열전달이 차단되는 차열결합관(40)을 부가하여, 이송관(10)을 이루는 전달관(34)으로는 필라멘트(20)를 가열시키는 열 전달이 차단되므로 공급과 배출을 가능토록 한다.

또한 자열결합관(40)은 발열관(51)과의 결합을 가능토록 하고 필라멘트(20)의 이송은 용이하도록 직경이 커지는 계단관(42)에서 상호 결합하고, 필라멘트가 통하는 부분은 차열관(44) 형태를 이루어 필라멘트의 공급을 가능토록 함과 동시에 그 외경에 수직으로 끼워지는 형태로 제어보드(45)를 결합하여 과열되지 않고 제어보드(45) 기능을유지하게 된다.

본 발명은 노즐체(50)를 도 9과 같이 교체 및 분리 결합 가능토록 하였는데, 이를 위한 결합기능은 도 3 및 도 4 와 같이 노즐체(50)는 외경 후단부에 연장한 슬리부(54)에서 본체하우징(10) 선단으로 노출된 돌출부(60)와 결합하고, 노즐체(50) 후단부 중앙에는 제어보드(45) 중앙으로 차열결합관(40)이 노출되도록 하고, 본체하우징(10) 선단 중앙에는 돌출부(60)를 두고, 돌출부(60) 중앙에는 차열관공(61)을 두어 차열결합관(40)이 끼움 결합되도록 하고, 차열관공(61) 주변에는 조작부단자(65)가 수 개 탄발 돌출되도록 하여 결합시 제어보드(45)의 접점과 전기적으로 연결되도록 기능한다.

또한 돌출부(60)에는 양측에 돌출한 경사돌기(62-1)를 가지는 로킹분리구(62)가, 대응 슬리브(54)에는 푸시돌기(55)를 형성하였기로, 슬리브(54)가 돌출부(60)를 감싸도록 밀어넣으면, 푸시돌기(55)가 경사진 경사돌기(62-1)를 도 8의 상부로 밀고, 이는 로킹분리구(62)가 스프링(67)의 탄발력으로 전방으로 위치하다가 후방으로 밀려가고, 푸시돌기(55)가 경사돌기(62-1)를 지나면, 로킹분리구(62)가 도 8 기준으로 하단으로 윈위치 하므로 푸시돌기(55)와 경사돌기(62-1)가 로킹 상태를 유지하게 된다. 이를 위하여 로킹분리구(63)의 양측하단에는 도 6 (b)와 같이 안내레일(62-2)을, 대응 되는 돌출부(60)에는 레일홈(68)을 이루고, 로킹분리구(62)와 돌출부(60)는 스프링(67)을 탄발력을 슬리브(54)의 누름홈(62-3) 방향으로 항상 제공받아 로킹과 로킹해제를 수행하게 된다.

또한 돌출부(60)에는 도 7 (a)와 같이 분리되었다가, 도 7 (b)와 같이 노즐체(50)가 일체로된 차열결합관(40)과 결합하게 된다. 이는 전달관(34)과 차열결합관(40)을 노즐체(50) 조립시 조립성이 유지되고 필라멘트(20)의 이송을 항상 가능토록 내경 중앙에 링돌기(63)를 가지는 조인트(64)를 내삽시켜 결합이 용이하고 내구성을 제공하며, 필라멘트(20) 이송도 가능하도록 기능한다. 이는 링돌기(63)의 내경이 전달관(34)과 차열결합관(40)의 차열관(44) 내경과 일치하고, 링돌기(63)의 돌출 높이는 전달관(34)과 차열관(44)의 두께와 동일하게 구성하였기에 일정한 기능을 수행하게 된다.

이와같이 도 9 (a)와 같은 본 발명으로 3D 성형을 필라멘트(20)를 이용하여 수행하고, 필요시 도 9 (b)와 같이 노즐침(53-1)을 사용하여 깊은 곳의 수정이나 구멍 막음시 사용하고, 도 9 (c)와 같이 노즐봉(53-2) 선단에 경사판(53-3)을 사용하여 소위 흙 손 처럼 표면을 매끄럽게 하는데 사용한다.

10;본체 하우징 11;모터 12;전원연결구 13;감속기어부 14;디스플레이 15;온도조절버튼 16;이송버튼 17;배출버튼 18;조작부 20;필라멘트 30;이송관 31;주입관 32;이송롤러홈 33;공급관 34;전달관 40;차열결합관 42;계단관 44;차열관 45;제어보드 50;노즐체 51;발열관 51-1;예열관 51-2;압출관 52;발열체 53;노즐팁 53-0;팁공 53-1;노즐침 53-2;노즐봉 53-2;노즐봉 54;슬리브 55;푸시돌기 56;누름공 57;노즐하우징 58;통공 59;노즐팁공 60;돌출부 61;차열관공 62;노즐분리구 62-1;경사돌기 62-2;안내레일 63;링돌기 64;조인트 65;조작부단자 66;안내봉 67;스프링

Claims

플라스틱 필라멘트(20)를 선단으로 모터 동력으로 공급하는 이송관(30)을 가지는 본체하우징(10);
본체하우징(10) 선단에서 이송관(30)과 결합하는 차열결합관(40)과, 차열결합관(40)에 결합되고 발열체(52)를 설치한 발열관(51)과, 발열관(51)에서 필라멘트(20)를 가열시켜 배출하는 노즐팁(53)과, 본체하우징(10)과 고정결합 및 분리용 슬리브(54)를 가지는 노즐체(50); 및
상기 슬리브(54)에 끼움결합되도록 본체하우징(10) 선단에서 돌출되고, 차열결합관(40)과 분리 및 끼움 결합하는 차열관공(61)을 가지는 돌출부(60) 를 포함하고;
상기 노즐체(50)에 설치된 차열결합관(40)은 발열관(51)과 결합하도록 직경이 커지는 계단관(42)과, 이송관(30)과 결합하도록 계단관(42)에서 연장된 차열관(44)으로 이루어지며,
차열관(44)은 슬리브(54)와 결합하는 돌출부(60)에 형성한 차열관공(61)과 끼움 결합하고, 제어보드(45)가 수직으로 결합된 것을 특징으로 하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜.
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제 1항에 있어서, 돌출부(60)는 슬리브(54) 내벽에 돌출한 푸시돌기(55)에 연동하여 슬리브(54)를 돌출부(60)에 삽입하면 로킹하고, 슬리브(54)의 누름공(56)을 통한 누름으로 로킹 해지 기능을 수행하는 로킹분리구(62); 및
상기 차열결합관(40)의 차열관(44)과 이송관(30) 단부를 고정하고 필라멘트 이송을 가능토록 링돌기(63)를 내경에 가지는 조인트(64)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜.
제 3 항에 있어서, 이송관(30)은 본체하우징(10)에서 플라스틱 필라멘트(20)를 주입하는 주입관(31)과, 주입관(31)과 결합하며 이송롤러홈(32)을 가지는 공급관(33)과, 공급관(33)에서 차열관(44)으로 필라멘트(20)를 전달하는 전달관(34)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 노즐체 교체 가능한 3D 펜.
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