KR102334442B1 - Filament stretching device - Google Patents

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KR102334442B1
KR102334442B1 KR1020200129622A KR20200129622A KR102334442B1 KR 102334442 B1 KR102334442 B1 KR 102334442B1 KR 1020200129622 A KR1020200129622 A KR 1020200129622A KR 20200129622 A KR20200129622 A KR 20200129622A KR 102334442 B1 KR102334442 B1 KR 102334442B1
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KR
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filament
base member
stretching
roller
present
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KR1020200129622A
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Korean (ko)
Inventor
강현욱
손정현
전승규
정원우
한종혁
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a filament elongating device. According to one embodiment of the present invention, it is possible to optimize a manufacturing process through a search for a condition under which an automated process of filament manufacturing is possible and to minimize a filament manufacturing device. The filament elongating device according to one embodiment of the present invention can comprise: an elongating machine comprising a cooling roller cooling a base member and an elongating roller manufacturing a filament by elongating the cooled base member; and a control unit controlling the elongation of the base member by controlling the rotational speed of at least one of the cooling roller and the elongating roller.

Description

필라멘트 연신 장치{Filament stretching device}Filament stretching device

본 발명은 필라멘트 연신 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정변수 조절을 통한 필라멘트 연신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a filament stretching apparatus, and more particularly, to a filament stretching apparatus by controlling process parameters.

3차원의 물체를 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린터의 제품성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 방식, 성형재료를 절삭하여 성형하는The use of 3D printers capable of forming three-dimensional objects is increasing. The product molding method of this 3D printer is a method of forming a light-scanned part into an object by injecting a laser beam into a photocurable material, and a method of cutting and molding a molding material.

방식, 열가소성 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식) 등이 있다.There is a method of melting and laminating a thermoplastic filament (FDM method).

이러한 방식 중에서 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식의 3D 프린터가 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴한데, 이러한 이유로 인해 필라멘트를 이용하는 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다.Among these methods, 3D printers that melt and laminate filaments have a lower production cost compared to other types of 3D printers. For this reason, 3D printers using filaments are becoming popular for home and industrial use.

3D 프린터에 사용되는 소재로는 ABS(Acrylonitrile butadiene styrene), PC(polycarbonate) 등이 사용되고 있다. 그런데, 이와 같은 소재는 최근에 각광 받고 있는 바이오 산업 분야에 적용하기에는 적절치 않은 문제가 있으며, 특히, 인공치아, 인공골격 등을 3D 프린팅을 이용하여 제조하기에는 얻고자 하는 물성을 만족시키지 못할 뿐만 아니라, 생체 적합성이 떨어지는 문제가 있다.As materials used in 3D printers, ABS (Acrylonitrile butadiene styrene), PC (polycarbonate), etc. are used. However, such a material has a problem that is not suitable for application to the bio-industrial field, which has recently been spotlighted, and in particular, it does not satisfy the physical properties to be obtained in manufacturing artificial teeth, artificial skeleton, etc. using 3D printing, There is a problem of poor biocompatibility.

[특허문헌 1] 한국공개특허 제10-2019-0088124호[Patent Document 1] Korean Patent Publication No. 10-2019-0088124

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 필라멘트 연신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a filament stretching device.

또한, 본 발명은, 냉각롤러와 연신롤러의 회전 속도 및 거리를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어하기 위한 필라멘트 연신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a filament stretching device for controlling the stretching of the base member by adjusting the rotational speed and distance of the cooling roller and the stretching roller.

또한, 본 발명은 압출기의 온도 및 압출 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어하기 위한 필라멘트 연신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a filament stretching device for controlling the stretching of the base member by controlling the temperature and the extrusion speed of the extruder.

또한, 본 발명은, 냉각롤러와 연신롤러 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어하기 위한 필라멘트 연신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a filament stretching device for controlling the stretching of the base member by adjusting the distance between the cooling roller and the stretching roller.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood from the description below.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 제조 장치는, 베이스 부재를 냉각하는 냉각롤러 및 상기 냉각된 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조하는 연신롤러를 포함하는 연신기; 및 상기 냉각롤러와 연신롤러 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 상기 베이스 부재의 연신을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, a filament manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, a stretching machine comprising a cooling roller for cooling the base member and a stretching roller for manufacturing a filament by stretching the cooled base member; and a control unit controlling the elongation of the base member by adjusting the rotational speed of at least one of the cooling roller and the elongating roller.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 냉각롤러와 연신롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. In an embodiment, the controller may control the stretching of the base member by adjusting a distance between the cooling roller and the stretching roller.

실시예에서, 상기 냉각롤러의 속도는 상기 연신롤러의 속도보다 느릴 수 있다. In an embodiment, the speed of the cooling roller may be slower than the speed of the stretching roller.

실시예에서, 상기 필라멘트 제조 장치는, 상기 베이스 부재를 압출하여 상기 연신기로 전달하는 압출기; 를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압출기와 상기 냉각롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 냉각을 제어할 수 있다. In an embodiment, the filament manufacturing apparatus includes an extruder for extruding the base member and transferring the extruder to the stretching machine; Further comprising, the control unit may control the cooling of the base member by adjusting the distance between the extruder and the cooling roller.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 냉각롤러와 연신롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 냉각을 제어할 수 있다. In an embodiment, the controller may control the cooling of the base member by adjusting a distance between the cooling roller and the stretching roller.

실시예에서, 상기 압출기는, 상기 베이스 부재를 이동시키는 구동부, 상기 이동된 베이스 부재를 가열하는 용융부 및 상기 가열된 베이스 부재를 압출시키는 노즐부를 포함할 수 있다. In an embodiment, the extruder may include a driving part for moving the base member, a melting part for heating the moved base member, and a nozzle part for extruding the heated base member.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 구동부의 압출 속도를 조절하여 상기 베이스 부재의 압출을 제어할 수 있다. In an embodiment, the control unit may control the extrusion of the base member by adjusting the extrusion speed of the driving unit.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 용융부의 가열 온도를 조절하여 상기 베이스 부재의 압출을 제어할 수 있다. In an embodiment, the controller may control the extrusion of the base member by adjusting the heating temperature of the molten part.

실시예에서, 상기 필라멘트 제조 장치는, 상기 연신기의 멸균 상태를 유지하기 위한 챔버;를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the filament manufacturing apparatus may further include a chamber for maintaining a sterile state of the stretching machine.

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details for achieving the above objects will become clear with reference to the embodiments to be described in detail below in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be configured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains ( Hereinafter, "a person skilled in the art") is provided to fully inform the scope of the invention.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 필라멘트 제작의 자동화 공정이 가능한 조건을 탐색을 통해 공정 과정을 최적화하고 필라멘트 제조 장치를 소형화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to optimize the process process and downsize the filament manufacturing apparatus by searching for conditions under which the automated process of filament manufacturing is possible.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and potential effects expected by the technical features of the present invention will be clearly understood from the following description.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 연신 공정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 유연성 검증을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 제작 공정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트의 물성강화 확인을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트의 다른 물성강화 확인을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 성능 비교를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트를 이용한 구조체를 도시한 도면이다. 1A and 1B are views showing an extruder according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a stretching machine according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a cooling and stretching process according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view showing the filament flexibility verification according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a filament manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a view showing the confirmation of the physical properties reinforcement of the filament according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a view showing the confirmation of the other physical properties reinforcement of the filament according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a comparison of filament performance according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a structure using a filament according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Various features of the invention disclosed in the claims may be better understood upon consideration of the drawings and detailed description. The apparatus, methods, preparations, and various embodiments disclosed herein are provided for purposes of illustration. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically practice the various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are for the purpose of easy-to-understand descriptions of various features of the disclosed invention, and are not intended to limit the scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 연신 장치를 설명한다. 일 실시예에서, 필라멘트 연신 장치는 압출기와 연신기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Hereinafter, a filament stretching apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. In one embodiment, the filament stretching apparatus may include at least one of an extruder and a stretching machine.

일 실시예에서, 필라멘트 연신 장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부는 압출기와 연신기 중 적어도 하나에 포함되거나, 별도의 구성으로 필라멘트 연신 장치에 포함될 수 있다. In one embodiment, the filament stretching device may further include a control unit. In one embodiment, the control unit may be included in at least one of the extruder and the stretching machine, or may be included in the filament stretching device as a separate configuration.

일 실시예에서, 제어부는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 연신기(200)의 동작을 제어할 수 있다. In an embodiment, the control unit may include at least one processor or microprocessor, or may be a part of the processor. Also, the controller may be referred to as a communication processor (CP). The controller may control the operation of the stretching machine 200 according to various embodiments of the present invention.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출기(100)를 도시한 도면이다.1A and 1B are views showing an extruder 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 1b를 참고하면, 압출기(100)는 구동부(110), 용융부(120) 및 노즐부(130)를 포함할 수 있다. 1A and 1B , the extruder 100 may include a driving unit 110 , a melting unit 120 , and a nozzle unit 130 .

구동부(110)는 베이스 부재가 압출되도록 베이스 부재를 이동시킬 수 있다. 용융부(120)는 구동부(110)에 의해 이동된 베이스 부재를 가열할 수 있다. 노즐부(130)는 용융부(120)에 의해 가열된 베이스 부재를 압출시킬 수 있다. The driving unit 110 may move the base member so that the base member is extruded. The melting part 120 may heat the base member moved by the driving part 110 . The nozzle unit 130 may extrude the base member heated by the melting unit 120 .

이 경우, 일 실시예에서, 제어부는 구동부(110)의 압출 속도를 조절하여 베이스 부재의 압출을 제어할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 용융부(120)의 가열 온도를 조절하여 베이스 부재의 압출을 제어할 수 있다. In this case, in an embodiment, the controller may control the extrusion of the base member by adjusting the extrusion speed of the driving unit 110 . Also, in one embodiment, the extrusion of the base member may be controlled by adjusting the heating temperature of the molten portion 120 .

즉, 본 발명에 따르면, 압출기(100)의 공정변수를 조절하여, 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조할 수 있다. 예를 들어, 필라멘트는 PLGA 필라멘트를 포함할 수 있다. That is, according to the present invention, by adjusting the process parameters of the extruder 100, it is possible to manufacture a filament by stretching the base member. For example, the filament may include a PLGA filament.

이후, 압출기(100)는 노즐부(130)를 통해 압출된 베이스 부재를 연신기(200)로 전달할 수 있다. Thereafter, the extruder 100 may deliver the extruded base member through the nozzle unit 130 to the stretching machine 200 .

도 1a 및 1b를 참고하면, 압출기(100)는 구동부(110), 용융부(120) 및 노즐부(130)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 압출기(100)는 도 1a 및 1b에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 1a 및 1b에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.1A and 1B , the extruder 100 may include a driving unit 110 , a melting unit 120 , and a nozzle unit 130 . In various embodiments of the present invention, the extruder 100 has more configurations than the configurations described in FIGS. 1A and 1B, or is implemented as having fewer configurations than those described in FIGS. 1A and 1B are not essential. can be

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신기(200)를 도시한 도면이다.2 is a view showing a stretching machine 200 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 연신기(200)는 냉각롤러(210), 연신롤러(220) 및 모터(230)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the stretching machine 200 may include a cooling roller 210 , a stretching roller 220 , and a motor 230 .

냉각롤러(210)는 베이스 부재를 냉각할 수 있다. 연신롤러(220)는 냉각된 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조할 수 있다. 모터(230)는 냉각롤러(210)와 연신롤러(220)의 회전 및 이동을 조절하기 위해 사용될 수 있다. The cooling roller 210 may cool the base member. The stretching roller 220 may produce a filament by stretching the cooled base member. The motor 230 may be used to control the rotation and movement of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

일 실시예에서, 제어부는 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. 이 경우, 냉각롤러(210)의 속도는 연신롤러(220)의 속도보다 느릴 수 있다. In one embodiment, the controller may control the elongation of the base member by adjusting the rotational speed of at least one of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 . In this case, the speed of the cooling roller 210 may be slower than the speed of the stretching roller 220 .

일 실시예에서, 제어부는 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신속도 및 연신률 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. In one embodiment, the controller may control at least one of the stretching speed and the stretching rate of the base member by adjusting the rotation speed of at least one of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

일 실시예에서, 용융부(120)의 가열 온도에 따라 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. 즉, 용융부(120)의 가열 온도에 따라 베이스 부재의 경도가 1차적으로 조절되고, 이에 따라 압출된 베이스 부재를 가열 온도에 대응하여 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어함으로써 보다 정확한 연신제어가 가능할 수 있다. In one embodiment, the elongation of the base member may be controlled by adjusting the rotational speed of at least one of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 according to the heating temperature of the molten portion 120 . That is, the hardness of the base member is primarily adjusted according to the heating temperature of the molten portion 120 , and thus the extruded base member is heated in response to the heating temperature of at least one of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 . By controlling the elongation of the base member by adjusting the rotational speed, more accurate elongation control may be possible.

일 실시예에서, 제어부는 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. In one embodiment, the controller may control the stretching of the base member by adjusting the distance between the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

일 실시예에서, 제어부는 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 냉각을 제어할 수 있다. In an embodiment, the controller may control the cooling of the base member by adjusting the distance between the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

도 2를 참고하면, 연신기(200)는 냉각롤러(210), 연신롤러(220) 및 모터(230)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예들에서 연신기(200)는 도 2에 설명된 구성들이 필수적인 것은 아니어서, 도 2에 설명된 구성들보다 많은 구성들을 가지거나, 또는 그보다 적은 구성들을 가지는 것으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the stretching machine 200 may include a cooling roller 210 , a stretching roller 220 , and a motor 230 . In various embodiments of the present invention, the stretching machine 200 is not essential to the configurations described in FIG. 2, so it may be implemented to have more configurations than the configurations described in FIG. 2, or to have fewer configurations. .

일 실시예에서, 본 발명에 따른 필라멘트 연신 장치는 압출기(100)와 연신기(200) 중 적어도 하나의 멸균 상태를 유지하기 위하여, 압출기(100)와 연신기(200) 중 적어도 하나의 외부에 형성된 챔버를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the filament stretching device according to the present invention in order to maintain a sterile state of at least one of the extruder 100 and the stretching machine 200, at least one of the extruder 100 and the stretching machine 200 to the outside. It may further include a formed chamber.

즉, 필라멘트 연신 장치는 PLGA 라는 생체적합성 또는 의료용(medical grade) 재료를 필라멘트화하는 장치이고, 연구실 단위에서 사용가능 하도록 소형화 되어있는 특징이 있다.That is, the filament stretching device is a device for filamentizing a biocompatible or medical grade material called PLGA, and has a feature of being miniaturized so that it can be used in a laboratory unit.

그래서 필라멘트 연신 장치는 바깥 환경과 분리시켜 외부 물질로부터 보호하여 멸균상태 유지가 가능한 챔버 구조를 더 포함할 수 있다. So, the filament stretching device may further include a chamber structure capable of maintaining a sterile state by separating it from the external environment and protecting it from external substances.

또한, 이러한 챔버 구조 내의 부피가 아주 적기 때문에 주변 온도 조절이 용이하여 사출되는 필라멘트의 냉각 처리에 이용이 용이할 수 있다.In addition, since the volume in the chamber structure is very small, the ambient temperature can be easily controlled, so that it can be easily used for cooling treatment of the injected filament.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 필라멘트 연신 장치는 3D 바이오 프린터와 체결하여 조직공학 분야에서 활용될 수 있다. In one embodiment, the filament stretching device according to the present invention may be utilized in the field of tissue engineering in conjunction with a 3D bioprinter.

본 발명에 따른 필라멘트 연신 장치는 의료용인 PLGA 재료를 적은 양으로 제작이 가능하고, 짧은 열처리로 필라멘트 형태로 만들어 FDM 헤드가 장착된 3D바이오 프린터에 활용될 수 있다. The filament stretching apparatus according to the present invention can produce a small amount of PLGA material for medical use, and can be used in a 3D bioprinter equipped with an FDM head by making a filament in a short heat treatment process.

필라멘트 연신 장치는 굉장히 소형화가 되어있는 상태이기 때문에, 바이오 프린터 주위에 체결하여 주위의 챔버 시스템으로 외부환경과 보호가 가능한 시스템이 형성될 수 있다.Since the filament stretching device is in a very miniaturized state, it can be fastened around the bioprinter to form a system capable of protecting the external environment with the surrounding chamber system.

이를 통해 필라멘트 제작과 프린팅 공정을 챔버 내부에서 처리가 가능하여 프린팅 재료인 PLGA 필라멘트와 프린터 결과물의 멸균 상태 유지가 가능할 수 있다.Through this, the filament production and printing process can be processed inside the chamber, so that it is possible to maintain the sterile state of the PLGA filament, which is the printing material, and the printer result.

따라서, 본 시스템에 생체 재료를 이용하는 재생 의학과 조직공학 연구용 3D 바이오 프린터에 활용성을 가질 수 있다. Therefore, the present system can have applicability to 3D bioprinters for regenerative medicine and tissue engineering research using biomaterials.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 필라멘트 연신 장치는 원재료인 펠렛 형태의 PLGA를 적은 양으로 공정에 이용할 수 있다. In one embodiment, the filament stretching apparatus according to the present invention may use a small amount of PLGA in the form of pellets as a raw material in the process.

대부분의 이러한 바이오 플라스틱은 아주 고가의 재료이기 때문에, 이러한 다양한 생체재료의 필라멘트 공정에 유리함을 가질 수 있다. Since most of these bioplastics are very expensive materials, they may have advantages in filament processing of these various biomaterials.

또한, 조직 공학에서 조직 재생을 위해 사용되는 바이오 플라스틱에는 각각 다른 장점을 가지고 있어 여러 원재료를 섞은 혼합물 형태로도 이용될 수 있다.In addition, bioplastics used for tissue regeneration in tissue engineering have different advantages, so they can be used in the form of a mixture of several raw materials.

예를 들어, 뼈 재생(bone regeneration)에서 자주 사용되는 재료인 TCP, 세라믹(ceramic), 수산화인회석(Hydroxyapatite) 등은 다양한 혼합 비율과 함께 혼합물(composite) 형태로 연구에 이용될 수 있다. For example, TCP, ceramic, hydroxyapatite, etc., which are materials frequently used in bone regeneration, can be used for research in the form of a composite with various mixing ratios.

본 발명에 따른 필라멘트 연신 장치에 따르면, 이러한 혼합물 형태의 바이오 플라스틱의 FDM용 3D 바이오프린팅 적용에 활용성을 가질 수 있다.According to the filament stretching apparatus according to the present invention, it can have utility in the application of 3D bioprinting for FDM of the bioplastic in the form of a mixture.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 및 연신 공정을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a cooling and stretching process according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 제1 냉각공정(310)에서, 압출기(100)와 냉각롤러(210) 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 냉각을 제어할 수 있다. Referring to FIG. 3 , in the first cooling process 310 , the cooling of the base member may be controlled by adjusting the distance between the extruder 100 and the cooling roller 210 .

제2 냉각공정 및 연신공정(320)에서, 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 냉각을 제어할 수 있다. In the second cooling process and the stretching process 320 , the cooling of the base member may be controlled by adjusting the distance between the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

또한, 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. In addition, the stretching of the base member may be controlled by adjusting the rotation speed of at least one of the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

일 실시예에서, 냉각롤러(210)와 연신롤러(220) 사이의 거리를 조절하여 베이스 부재의 연신을 제어할 수 있다. In an embodiment, the stretching of the base member may be controlled by adjusting the distance between the cooling roller 210 and the stretching roller 220 .

필라멘트 제조공정(330)에서, 연신롤러(220)의 속도를 냉각롤러(210)의 속도보다 빠르게 조절하여, 베이스 부재로부터 필라멘트를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 연신기(200)의 공정변수를 조절하여, 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조하고, 필라멘트 제작의 자동화 공정이 가능한 조건을 탐색을 통해 공정 과정을 최적화하고 필라멘트 제조 장치를 소형화할 수 있다. In the filament manufacturing process 330 , by adjusting the speed of the stretching roller 220 faster than the speed of the cooling roller 210 , a filament may be manufactured from the base member. That is, according to the present invention, by adjusting the process parameters of the stretching machine 200, the base member is stretched to produce a filament, and the process process is optimized by exploring the conditions under which the automated process of filament production is possible, and the filament manufacturing apparatus is installed. can be downsized.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 유연성 검증을 도시한 도면이다.Figure 4 is a view showing the filament flexibility verification according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 필라멘트 제조 장치에서 인출된 PLGA 필라멘트의 길이는 약 3m이며 두께가 1.5-2mm로 측정될 수 있다. 도 4에서 도시된 것과 같이 PLGA 필라멘트는 인장이나 굽힘을 가해도 모양의 변형이 없는 유연성을 지님을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the length of the PLGA filament drawn out from the filament manufacturing apparatus according to the present invention is about 3 m, and the thickness may be measured to be 1.5-2 mm. As shown in FIG. 4 , it can be confirmed that the PLGA filament has flexibility without deformation of shape even when tensile or bending is applied.

따라서, 본 발명에 따른 필라멘트 제조 장치를 통해 PLGA 필라멘트 제작을 최적화 하였으며 밀리미터 스케일의 유연한 필라멘트 제작이 가능함을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that PLGA filament production is optimized through the filament production apparatus according to the present invention, and flexible filament production of millimeter scale is possible.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 제작 공정을 도시한 도면이다.5 is a view showing a filament manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 필렛 투입과정(510)에서, 베이스 제조장치의 펠렛투입부는 성형금형의 개방된 상부를 통해 다수의 펠렛을 캐비티로 투입한다. 이때, 성형금형 내로 투입되는 펠렛의 양은 제조하고자 하는 베이스 부재 또는 3D 프린터용 필라멘트의 크기에 따라 결정하는 것이 바람직하며, 결정된 펠렛의 양에 맞게 펠렛투입부는 캐비티로 펠렛을 투입시킬 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the fillet input process 510 , the pellet input unit of the base manufacturing apparatus inserts a plurality of pellets into the cavity through the open upper part of the molding die. At this time, it is preferable to determine the amount of pellets to be injected into the molding mold according to the size of the base member or the filament for 3D printer to be manufactured, and the pellet input unit may input the pellets into the cavity according to the determined amount of pellets.

취출 과정(520)에서, 성형금형의 상부를 통해 베이스 부재를 취출할 수 있다. 이때, 별도의 취출장치를 통해 성형금형으로부터 베이스 부재를 취출할 수 있다. 즉, 베이스 부재를 취출할 수 있는 다양한 수단을 이용하여 베이스 부재를 취출할 수 있다.In the taking-out process 520, the base member may be taken out through the upper part of the molding die. At this time, the base member may be taken out from the molding die through a separate take-out device. That is, the base member can be taken out using various means from which the base member can be taken out.

연신 과정(530)에서, 본 발명에 따른 필라멘트 제조 장치를 통해 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조할 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재의 외경이 1.75mm 이하가 되도록 연신하여 PLGA 필라멘트를 가공할 수 있다.In the stretching process 530, a filament may be manufactured by stretching the base member through the filament manufacturing apparatus according to the present invention. For example, the PLGA filament may be processed by stretching so that the outer diameter of the base member is 1.75 mm or less.

일 실시예에서, 베이스 부재의 양단부를 파지한 파지부재들을 상호 이격시켜 베이스 부재의 양단부에 각각 상호 멀어지는 방향으로 인장력을 다수회 인가할 수 있다.In one embodiment, the holding members holding both ends of the base member may be spaced apart from each other to apply a tensile force to both ends of the base member in a direction away from each other a plurality of times.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트의 물성강화 확인을 도시한 도면이다.Figure 6 is a view showing the confirmation of the physical properties reinforcement of the filament according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 제작한 PLGA 필라멘트는 1.75mm 굵기로 균일하였고, 단면은 원형을 이루었음을 확인할 수 있다. 또한, 연신 방향으로 미세한 결이 발견됨에 따라, 고분자 사슬의 배향이 유추 가능함을 확인할 수 있다. 다만, 본 발명에 따라 제조된 필라멘트의 물성은 이에 제한되지 않고 다양하게 구현될 수 있다. Referring to FIG. 6 , it can be seen that the produced PLGA filament was uniform in thickness of 1.75 mm and had a circular cross section. In addition, as fine grains are found in the stretching direction, it can be confirmed that the orientation of the polymer chains can be inferred. However, the physical properties of the filaments manufactured according to the present invention are not limited thereto and may be implemented in various ways.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트의 다른 물성강화 확인를 도시한 도면이다. 7 is a view showing another confirmation of the physical properties reinforcement of the filament according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 제작된 필라멘트는 연신율의 변화에 따라 기계적 물성이 달라질 수 있다. 특히, 연신이 연신율이 3이후에서 급격히 증가함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , mechanical properties of the manufactured filament may vary according to a change in elongation. In particular, it can be seen that the elongation sharply increases after the elongation rate is 3.

이러한 수치는 연신되지 않은 필라멘트와 약 15배의 차이를 가질 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 제작된 필라멘트의 기계적 물성은 필라멘트에 활용되기 적합함을 확인할 수 있다. 제작된 필라멘트는 연신뿐만 아니라, 3축 굽힘 시험에서 또한 연신율 3 이상에서 물성의 강화를 확인할 수 있다. These values may have a difference of about 15 times compared to undrawn filaments. Therefore, it can be confirmed that the mechanical properties of the filament produced according to the present invention are suitable for use in the filament. The manufactured filament can confirm the strengthening of physical properties not only in elongation but also in triaxial bending test and at an elongation of 3 or more.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 성능 비교를 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트를 이용한 구조체를 도시한 도면이다. Figure 8 is a view showing a filament performance comparison according to an embodiment of the present invention. 9 is a view showing a structure using a filament according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따라 제작된 PLGA 필라멘트를 FDM 3D 프린터에 적용하여 프린팅 후 성능을 평가할 수 있다. PLGA 필라멘트로 제작된 구조체는 기존의 PLA와 같이 규칙적인 선폭과 모양을 가지며 적층됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the PLGA filament manufactured according to the present invention may be applied to an FDM 3D printer to evaluate the performance after printing. It can be seen that the structure made of PLGA filament has regular line width and shape like conventional PLA and is stacked.

또한, 기존의 PLA와의 비교 그래프와 같이 본 발명에 따른 PLGA 필라멘트는 FDM 프린팅 속도에 따라 기존의 PLA와 유사한 선폭과 높이 결과 양상을 보임을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따라 제작된 PLGA 필라멘트를 이용한 프린팅 결과물의 우수한 성능을 확인할 수 있다. In addition, as shown in the comparison graph with conventional PLA, it can be confirmed that the PLGA filament according to the present invention shows similar line width and height results to that of conventional PLA according to the FDM printing speed. As described above, excellent performance of the printing result using the PLGA filament manufactured according to the present invention can be confirmed.

도 9를 참고하면, PLGA 필라멘트도 기존 PLA 필라멘트로 제작된 3D 구조체와 같이 FDM 시스템을 적용하여 복잡한 3D 구조체를 제작이 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be confirmed that a complex 3D structure can be manufactured by applying the FDM system to the PLGA filament as in the 3D structure made of the existing PLA filament.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be understood to be included in the scope of the present invention.

100: 압출기
110: 구동부
120: 용융부
130: 노즐부
200: 연신기
210: 냉각롤러
220: 연신롤러
230: 모터
310: 제1 냉각공정
320: 제2 냉각공정 및 연신공정
330: 필라멘트 제조공정
510: 필렛 투입과정
520: 취출 과정
530: 연신 과정100: extruder
110: driving unit
120: melting part
130: nozzle unit
200: stretching machine
210: cooling roller
220: stretching roller
230: motor
310: first cooling process
320: second cooling process and stretching process
330: filament manufacturing process
510: Fillet input process
520: ejection process
530: stretching process

Claims (9)

베이스 부재를 이동시키는 구동부, 상기 이동된 베이스 부재를 가열하는 용융부 및 상기 가열된 베이스 부재를 압출시키는 노즐부를 포함하고, 상기 베이스 부재를 압출하여 연신기로 전달하는 압출기;
상기 압출기로부터 전달 받은 베이스 부재를 냉각하는 냉각롤러 및 상기 냉각된 베이스 부재를 연신하여 필라멘트를 제조하는 연신롤러를 포함하는 연신기; 및
상기 용융부의 가열 온도를 조절하여 상기 베이스 부재의 압출을 제어하고, 상기 용융부의 가열 온도에 따라 상기 냉각롤러와 연신롤러 중 적어도 하나의 회전 속도를 조절하여 상기 베이스 부재의 연신을 제어하는 제어부;
를 포함하는,
필라멘트 연신 장치.
an extruder comprising a driving part for moving the base member, a melting part for heating the moved base member, and a nozzle part for extruding the heated base member, and extruding the base member to a stretching machine;
a stretching machine including a cooling roller for cooling the base member transferred from the extruder and a stretching roller for manufacturing a filament by stretching the cooled base member; and
a control unit controlling the extrusion of the base member by adjusting the heating temperature of the molten part, and controlling the stretching of the base member by adjusting the rotation speed of at least one of the cooling roller and the stretching roller according to the heating temperature of the molten part;
containing,
Filament drawing device.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각롤러와 연신롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 연신을 제어하는,
필라멘트 연신 장치.
According to claim 1,
The control unit is
Controlling the stretching of the base member by adjusting the distance between the cooling roller and the stretching roller,
Filament drawing device.
 제1항에 있어서,
상기 냉각롤러의 속도는 상기 연신롤러의 속도보다 느린,
필라멘트 연신 장치.
According to claim 1,
The speed of the cooling roller is slower than the speed of the stretching roller,
Filament drawing device.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 압출기와 상기 냉각롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 냉각을 제어하는,
필라멘트 연신 장치.
According to claim 1,
The control unit controls the cooling of the base member by adjusting the distance between the extruder and the cooling roller,
Filament drawing device.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각롤러와 연신롤러 사이의 거리를 조절하여 상기 베이스 부재의 냉각을 제어하는,
필라멘트 연신 장치.
According to claim 1,
The control unit is
Controlling the cooling of the base member by adjusting the distance between the cooling roller and the stretching roller,
Filament drawing device.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 구동부의 압출 속도를 조절하여 상기 베이스 부재의 압출을 제어하는,
필라멘트 연신 장치.
According to claim 1,
The control unit is
Controlling the extrusion of the base member by controlling the extrusion speed of the driving unit,
Filament drawing device.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연신기의 멸균 상태를 유지하기 위한 챔버;
를 더 포함하는,
필라멘트 연신 장치.

According to claim 1,
a chamber for maintaining a sterile state of the stretching machine;
further comprising,
Filament drawing device.
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