KR102343046B1 - 3ｄ 프린터용 필라멘트 감지 장치 - Google Patents

3ｄ 프린터용 필라멘트 감지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 형태의 필라멘트를 공급하는 필라멘트 공급부 및 상기 필라멘트 공급부로부터 공급된 필라멘트를 노즐 측으로 이송하는 필라멘트 이송부를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 필라멘트 이송부의 내부에 형성된 필라멘트 이송 경로의 일측에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트를 가이드하는 베어링; 필라멘트 이송 경로를 중심으로 상기 베어링의 반대편에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재; 및 상기 이동 부재의 후방 측에 설치되고, 상기 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재에 의해 가압되어 필라멘트의 유무를 감지하는 센서 스위치를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치에 관한 것으로서, 노즐 측으로 이송되는 필라멘트의 유무를 정확하게 감지하여 작동 안정성과 동작성을 향상시킬 수 있다.

Description

3Ｄ 프린터용 필라멘트 감지 장치{Apparatus for detecting filament of 3D printer}
본 발명은 노즐 측으로 이송되는 필라멘트를 감지하여 필라멘트의 끊김이나 소진 여부를 확인할 수 있게 하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치에 관한 것이다.
3D 프린터는 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조 장치로서, 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플 제작 등에 주로 사용된다.
3D 프린터의 제품 성형방식은 광경화성 레진에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 광경화성 레진 조형 방식(SLA; Stereo Lithography Apparatus), 빛에 반응하는 아크릴이나 에폭시 계열의 광경화성 수지(Photocurable resin)가 들어있는 수조(Vat)에 레이저(Laser) 빔을 주사해 원하는 모델을 조형하는 선택적 레이저 용융 방식(SLM; Selective laser melting) 및 열가소성 필라멘트를 용융하여 적층하는 압출 적층 방식(FDM; Fused Deposition Modeling) 등이 있다.
이러한 방식 중에서 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식의 3D 프린터가 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴하기 때문에, 필라멘트를 이용하는 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0121034호는 동력모터에 연결되어 동력을 전달하는 플렉시블 샤프트, 플렉시블 샤프트에 연결되어 회전 가능하게 구성된 피더 롤러, 피더 롤러의 회전에 의해 필라멘트가 공급되며 공급된 필라멘트를 용융하여 분무하도록 구성된 핫 엔드 노즐을 포함하여 필라멘트를 균일하고 안정적이며 빠른 속도로 핫 엔드 노즐에 공급할 수 있는 3차원 프린터 장치를 개시한다.
여기서, 위 선행문헌에 개시된 3차원 프린터 장치 및 종래의 3차원 프린터들은 카트리지에서 핫 엔드 노즐(익스투르더) 측으로 공급되는 필라멘트가 끊어지거나 카트리지의 필라멘트가 소진된 경우에도 익스투르더의 구동 부품들이 계속 구동된다. 따라서, 3차원 출력물이 불완전하게 출력되는 출력 불량이 발생하게 되고, 이러한 출력 불량은 3차원 출력물의 출력 작업을 처음부터 다시 수행해야 하는 문제를 초래한다.
이러한 문제를 해소하기 위해서 3D 프린터에는 필라멘트의 공급 기능과 더불어 필라멘트를 감지하는 기능이 필요하다. 공급되는 필라멘트의 유무를 감지하는 대표적인 방법이 도 1 내지 2에 도시되어 있다.
도 1과 2를 참조하면, 스풀(spool)과 같은 필라멘트 공급 장치로부터 공급되는 필라멘트를 노즐 측으로 이송시키는 필라멘트 이송부(10)는 이송되는 필라멘트(1)의 유무를 감지하는 플래그(flag; 11) 및 센서(12)를 구비한다. 필라멘트 이송부(10)의 이송 경로를 따라 필라멘트가 이송될 때, 이 필라멘트(1)는 플래그(11)와 접촉하게 되고, 이에 따라 플래그(11)가 작동(회동 또는 이동)하게 된다. 그러면, 플래그(11)의 반대편 측에 있는 다른 플래그 또는 플래그(11)의 반대편 말단 부분이 센서(12)의 감지 영역으로부터 이탈하거나 벗어나서 센서(12)가 필라멘트의 유무를 감지하게 된다.
그러나, 이러한 필라멘트 감지 방법은 플래그의 동작 불량 또는 필라멘트가 플래그를 통과할 때 필라멘트와 플래그의 흔들림으로 인해 센서의 감지가 불완전한 경우가 종종 발생하곤 한다. 특히, 필라멘트의 재질 특성에 따라 필라멘트가 플래그를 미는 힘의 차이가 발생하기 때문에, 센서가 필라멘트를 정확하게 감지하지 못하는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 노즐 측으로 이송되는 필라멘트의 유무를 정확하게 감지하여 작동 안정성과 동작성을 향상시킬 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 와이어 형태의 필라멘트를 공급하는 필라멘트 공급부 및 상기 필라멘트 공급부로부터 공급된 필라멘트를 노즐 측으로 이송하는 필라멘트 이송부를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 필라멘트 이송부의 내부에 형성된 필라멘트 이송 경로의 일측에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트를 가이드하는 베어링; 필라멘트 이송 경로를 중심으로 상기 베어링의 반대편에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재; 및 상기 이동 부재의 후방 측에 설치되고, 상기 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재에 의해 가압되어 필라멘트의 유무를 감지하는 센서 스위치를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치이다.
바람직하게는, 상기 베어링은 상기 필라멘트가 수용되어 가이드되도록 외주면에 'U'자 형상의 단면을 갖는 가이드 홈을 구비한 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 이동 부재는 구 형상으로 이루어지고, 탄소강 또는 스테인리스강 소재인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 필라멘트 이송부는 상기 센서 스위치가 삽입되어 설치되는 제1 설치 홈 및 상기 이동 부재가 삽입되어 설치되는 제2 설치 홈을 구비하고, 상기 제2 설치 홈은 상기 제1 설치 홈 및 상기 필라멘트 이송 경로 사이에서 상기 제1 설치 홈 및 상기 필라멘트 이송 경로와 연통되고, 상기 제1 설치 홈을 향하는 상기 제2 설치 홈의 개구부는 상기 이동 부재의 직경보다 더 크게 형성되고, 상기 이송 경로를 향하는 상기 제2 설치 홈의 개구부는 상기 이동 부재의 직경보다 더 작게 형성되며 상기 이동 부재를 감싸도록 원형의 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 와이어 형태의 필라멘트를 공급하는 필라멘트 공급부 및 상기 필라멘트 공급부로부터 공급된 필라멘트를 노즐 측으로 이송하는 필라멘트 이송부를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 상기 필라멘트 이송부의 내부에 형성된 필라멘트 이송 경로의 일측에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트를 가이드하는 베어링; 및 필라멘트 이송 경로를 중심으로 상기 베어링의 반대편에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트와 접촉하여 가압되는 레버에 의해 필라멘트의 유무를 감지하는 마이크로 스위치를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치이다.
본 발명에 따르면, 필라멘트 이송 경로 상에서 이송되는 필라멘트에 의해 이동 부재가 밀려나면서 센서 스위치가 작동됨으로써 필라멘트의 유무를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 3D 프린터의 작동 안정성과 동작성을 향상시켜 3D 프린터의 출력물 품질 및 소비자의 조작 편의성을 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 필라멘트 감지 장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 종래기술에 따른 필라멘트 감지 장치를 개략적으로 도시한 절개 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치를 도시한 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치의 요부 사시도,
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치를 도시한 정면도,
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치의 요부 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치는 와이어 형태의 필라멘트를 공급하는 필라멘트 공급부(미도시) 및 필라멘트 공급부로부터 공급된 필라멘트를 노즐(미도시) 측으로 이송하는 필라멘트 이송부(100)를 포함하는 3D 프린터에 있어서, 필라멘트 이송부(100) 내에서 이송되는 필라멘트의 유무를 감지하는 장치이다.
먼저, 본 발명에 개시된 3D 프린터는 필라멘트 공급부로부터 필라멘트 이송부(100)를 거쳐 이송된 열가소성 플라스틱 소재의 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식)으로 3차원 인쇄물을 출력하는 장치이다.
구체적으로, 필라멘트 공급부는 와이어 형태의 열가소성 플라스틱 소재로 제조된 필라멘트를 권취하고, 권취된 필라멘트를 필라멘트 이송부(100) 측으로 공급하는 역할을 한다. 필라멘트 이송부(100)는 구동 기어(111) 및 구동 롤러(112) 등을 구비한 구동 수단 및 이송 경로(120)를 포함하고, 이들을 이용하여 필라멘트 공급부로부터 노즐 측으로 필라멘트를 이송하는 역할을 한다. 그리고, 노즐은 필라멘트 이송부(100)로부터 이송된 필라멘트를 용융시켜 배출하는 역할을 한다.
여기서, 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치는 이송되는 필라멘트(50)를 가이드하는 베어링(130), 이송되는 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재(140) 및 이동 부재(140)의 이동에 의해 필라멘트의 유무를 감지하는 센서 스위치(150)를 포함한다.
베어링(130)은 필라멘트 이송부(100)의 내부에 예를 들면, 수직방향으로 형성된 필라멘트 이송 경로(120)의 일측에 설치된다. 이 베어링(130)은 필라멘트 이송 경로(120)를 따라 이송되는 필라멘트(50)를 가이드하는 역할을 한다.
이동 부재(140)는 필라멘트 이송 경로(120)를 중심으로 베어링(130)의 반대편에 설치된다. 또한, 이동 부재(140)는 필라멘트 이송 경로(120)를 따라 이송되는 필라멘트(50)와 접촉하여 후방으로, 즉 필라멘트 이송 경로(120)와 멀어지는 방향으로 밀려나도록 구성된다.
센서 스위치(150)는 이동 부재(140)의 후방 측에 설치된다. 이에 따라, 이동 부재(140)는 센서 스위치(150)와 필라멘트 이송 경로(120) 사이에 배치된다. 또한, 센서 스위치(150)는 이송되는 필라멘트(50)와 접촉하여 후방 측으로 밀려나는 이동 부재(140)에 의해 가압됨으로써 센서 핀이 눌려서 필라멘트(50)의 유무를 감지하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치는 필라멘트 이송 경로(120) 상에서 이송되는 필라멘트(50)에 의해 이동 부재(140)가 밀려나면서 센서 스위치(150)가 작동됨으로써 필라멘트의 유무를 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 3D 프린터의 작동 안정성과 동작성을 향상시켜 3D 프린터의 출력물 품질 및 소비자의 조작 편의성을 개선할 수 있다.
바람직하게는, 필라멘트(50)를 가이드하는 베어링(130)은 이송되는 필라멘트가 수용되도록 외주면에 'U'자 형상의 단면을 갖는 가이드 홈(131)을 구비한다. 이에 따라, 필라멘트 이송 경로(120) 상에서 이송되는 필라멘트(50)와 이동 부재(140)가 접촉하더라도 필라멘트는 안정적으로 가이드 홈(131)에 안착된 상태로 노즐 측으로 이송이 가능하다.
한편, 이동 부재(140)는 전체적으로 구 형상을 갖는다. 또한, 이동 부재(140)는 탄소강 또는 스테인리스강과 같은 강체로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 날카롭거나 단단한 소재 특성을 갖는 필라멘트가 필라멘트 이송 경로(120)를 통과하는 경우에도, 이동 부재(140)가 손상 또는 마모될 염려가 없다. 따라서, 이송되는 필라멘트와 접촉하는 이동 부재(140)의 안정적인 이동이 가능하여 센서 스위치(150)의 정확한 감지 작동이 보장될 수 있다.
바람직하게는, 필라멘트 이송부(100)는 센서 스위치(150)가 삽입되어 설치되는 제1 설치 홈(101) 및 이동 부재(140)가 삽입되어 설치되는 제2 설치 홈(102)을 구비한다. 여기서, 제2 설치 홈(102)은 제1 설치 홈(101)과 필라멘트 이송 경로(120) 사이에서 제1 설치 홈(101) 및 필라멘트 이송 경로(120)와 연통된다. 또한, 제1 설치 홈(101)을 향하는 제2 설치 홈(102)의 개구부는 이동 부재(140)의 직경보다 더 크게 형성되고, 필라멘트 이송 경로(120)를 향하는 제2 설치 홈(102)의 개구부는 이동 부재(140)의 직경보다 더 작게 형성되며 이동 부재(140)를 감싸도록 원형의 단면을 갖는다.
이러한 이동 부재(140)의 제2 설치 홈(102)의 구조에 의해, 구 형상의 이동 부재(140)는 필라멘트 이송 경로(120) 측으로의 이동이 제한되고, 센서 스위치(150) 측으로의 원활한 이동이 가능하다.
도 6 내지 7을 참조하면, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치가 개시된다. 이 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치는 전술한 도 3 내지 5에 개시된 실시예의 이동 부재(140) 및 센서 스위치(150)를 대신하여 마이크로 스위치(160)를 채용할 수 있다.
구체적으로, 이 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치는 이송되는 필라멘트(50)를 가이드하는 베어링(130) 및 이송되는 필라멘트(50)와 접촉하여 필라멘트의 유무를 감지하는 마이크로 스위치(160)를 포함한다.
베어링(130)은 필라멘트 이송부(120)의 내부에 예를 들면, 수직방향으로 형성된 필라멘트 이송 경로(120)의 일측에 설치된다. 이 베어링(130)은 필라멘트 이송 경로(120)를 따라 이송되는 필라멘트(50)를 가이드하는 역할을 한다.
마이크로 스위치(160)는 필라멘트 이송 경로(120)를 중심으로 베어링(130)의 반대편에 배치된다. 또한, 마이크로 스위치(160)는 이송되는 필라멘트(50)와 접촉하여 눌리는 레버(161)를 구비한다. 이 레버(161)가 필라멘트(50)와 접촉하여 가압되면, 마이크로 스위치(160)는 필라멘트(50)의 유무를 감지하게 된다.
이러한 마이크로 스위치(160)의 레버(161)를 이용한 감지 장치는 작동 메카니즘이 비교적 간단하여 구성 요소들 간에 발생할 수 있는 공차 및 오류 등을 최소화함으로써 출력물의 품질을 향상시키고 소비자의 조작 편의성을 더욱 개선할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
50: 필라멘트 100: 필라멘트 이송부
101: 제1 설치 홈 102: 제2 설치 홈
111: 구동 기어 112: 구동 롤러
120: 필라멘트 이송 경로 130: 베어링
131: 가이드 홈 140: 이동 부재
150: 센서 스위치 160: 마이크로 스위치
161: 레버

Claims (5)

  1. 와이어 형태의 필라멘트를 공급하는 필라멘트 공급부 및 상기 필라멘트 공급부로부터 공급된 필라멘트를 노즐 측으로 이송하는 필라멘트 이송부를 포함하는 3D 프린터에 있어서,
    상기 필라멘트 이송부의 내부에 형성된 필라멘트 이송 경로의 일측에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트를 가이드하는 베어링;
    필라멘트 이송 경로를 중심으로 상기 베어링의 반대편에 설치되고, 상기 필라멘트 이송 경로를 따라 이송되는 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재; 및
    상기 이동 부재의 후방 측에 설치되고, 상기 필라멘트와 접촉하여 밀려나는 이동 부재에 의해 가압되어 필라멘트의 유무를 감지하는 센서 스위치를 포함하고,
    상기 필라멘트 이송부는 상기 센서 스위치가 삽입되어 설치되는 제1 설치 홈 및 상기 이동 부재가 삽입되어 설치되는 제2 설치 홈을 구비하고,
    상기 제2 설치 홈은 상기 제1 설치 홈 및 상기 필라멘트 이송 경로 사이에서 상기 제1 설치 홈 및 상기 필라멘트 이송 경로와 연통되고, 상기 제1 설치 홈을 향하는 상기 제2 설치 홈의 개구부는 상기 이동 부재의 직경보다 더 크게 형성되고, 상기 이송 경로를 향하는 상기 제2 설치 홈의 개구부는 상기 이동 부재의 직경보다 더 작게 형성되며 상기 이동 부재를 감싸도록 원형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 상기 필라멘트가 수용되어 가이드되도록 외주면에 'U'자 형상의 단면을 갖는 가이드 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 부재는 구 형상으로 이루어지고, 탄소강 또는 스테인리스강 소재인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 감지 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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