KR20160009229A - 3d 프린터의 필라멘트와 필라멘트 사출기 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FDM 방식 3D 프린터의 필라멘트 사출기 및 용융 사출된 필라멘트를 효율적으로 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.
기존의 FDM 방식 3D 프린터의 필라멘트 사출기 및 용융 사출된 필라멘트 냉각 방법은 장비 내부의 공기를 전동팬으로 불어서 하는 방법이었으나, 이 방법은 FDM 방식 3D 프린터의 내부 구조가 고온으로 유지되어야 하는 문제로 인하여 해당 장비 내부의 고온의 공기를 불어서 냉각을 할 수 밖에 없는 한계 때문에 냉각 효율이 떨어지고 결과적으로 필라멘트의 공급 불량 및 인쇄물의 품질 저하 현상을 수반하였다.
따라서 본 발명은 장비에, 장비 외부의 찬 공기를 가져다 공급할 수 있는 부위에 전동팬을 설치한 후, 덕트, 호스를 거쳐서 사출시스템과 같은 헤드 위에 장착되어 있는 중공 구조의 공기 공급 모듈을 통과하여 사출시스템과 용융 사출된 필라멘트에 차가운 장비 외부의 공기를 공급하여, 냉각 효율을 높여서 상기 문제점을 해결하는 대책을 마련하였다.
따라서 본 발명을 이용한 FDM 방식 3D 프린터는 사출 시스템의 과열에 따른 필라멘트 막힘 현상과 적절한 냉각이 이루어지지 않아 발생하는 인쇄물의 품질 저하를 개선할 수 있다.

Description

3D 프린터의 필라멘트와 필라멘트 사출기 냉각 장치{A cooling mechanism for a filament extruder system and extruded filament of a 3D printer}

본 발명은 용융 적층 식 3D 프린터의 필라멘트 및 사출기를 냉각하는 장치에 관한 것으로써, 보다 구체적으로 설명하면 장치 외부의 차가운 공기를 호스와 중공 구조물을 통하여 필라멘트 및 필라멘트 사출기에 공급함으로써, 장비 내부의 가열된 공기를 단순 팬을 이용해 공급하여 냉각 효과가 불충분한 기존 장치의 단점을 보완하는 용융 적층 모델링식 3D 프린터의 필라멘트 및 사출기 냉각 장치에 관한 것이다.

기존 산업계에서 부품을 가공하는 방법은 특정 소재를 절삭 가공 기계를 이용하여 깍아나가는 것이 주된 방법이고 선반, 밀링, 머시닝센터로 대표되는 가공 기계들이 사용되고 있다.

이러한 제작 방법에 반하여 소재를 첨가하는 방법으로 물건을 제작하는 방법도 역시 존재하며 주물 제품이 대표적이다.

그러나 주물 제품은 주형을 필요로하며 주형 제작은 많은 비용을 필요로하기때문에 동일한 형상의 대량 생산에 주로 사용되고 있다.

사회가 발전되어 나감에 따라서 다양한 제품의 소량 생산에 적합한 방식이 필요하게 되었고 3D 프린팅이라는 기법이 자리를 잡아가고 있는 추세다.

3D 프린팅은 소재를 적층하면서 물건을 만들어나가는 방법이므로 중공 구조, 기존 가공 기계로는 가공이 불가능한 복잡한 구조물 등도 문제 없이 제작이 가능하다.

또한 개별 생산이므로 대량 생산을 하지 않아도 원하는 수량만큼 생산이 가능하다.

이러한 3D 프린팅은 여러가지 기법으로 구현할 수 있다.

대표적으로 사용되는 방식은 용융 적층식 모델링(이하 FDM 방식), 그리고 레이저 신터링, 광경화 등 방식이 있으나 이 외에도 많은 3D 프린팅 방식이 있고 또 개발되고 있다.

이 중 FDM 방식은 직경 1.75~3mm 의 열가소성 수지로 만들어진 필라멘트를 해당 수지의 용융온도로 가열된 노즐에 공급하여 직경 0.4~0.8mm의 구멍을통하여 사출시킨 다음, 노즐을 수평방향으로 지정된 궤적을 따라 움직이며 붙여 넣고, 한 층을 다 쌓고나면 정해진 양만큼 노즐을 수직방향으로 올리거나 작업 테이블을 내린 후, 다음 층을 쌓는 방식으로 삼차원 물체를 제작하는 방법이다.

이 FDM 방식은 도 1 에서와 같이 필라멘트(101)를 공급해주는 사출기어(102), 사출기어를 구동해 주는 모터(103), 사출기어에 필라멘트를 밀착시켜주는 롤러(104), 롤러를 사출기어 쪽으로 밀어주는 스프링(105), 사출기어에 의하여 공급된 필라멘트를 노즐로 연결해주는 필라멘트 튜브(106), 필라멘트 노즐(110), 가열 용 히터(108), 히터에서 나온 열을 필라멘트 노즐에 전달해주는 히팅블럭(107) 및 이 구조물들이 장착되어 있는 프레임(109)으로 구성되어 있다.

이 전체 사출 시스템이 설치된 프레임(109)은 다시 인쇄 베드에 대하여 수평방향(x,y 방향)으로 움직일 수 있도록 구성된 헤드(220)에 장착되어 있다.

이 구조에서 필라멘트는 사출기어(102)에 의하여 필라멘트 노즐(110)로 공급이 되며 필라멘트가 녹을 정도로 온도가 유지되고 있는 노즐에서 용융되어 해당 노즐의 토출구를 통하여 액상 형태로 사출되게 된다.

이 때 히터에서 발생되는 열은 히팅블럭(107)을 포함한 필라멘트 노즐(110) 구간에서만 머물러야 하며 위로 올라오지 말아야한다.

열이 필라멘트 튜브(106)을 타고 올라올 경우, 사출기어(102)에 의해 강한 압력으로 공급되고 있는 필라멘트의 해당 부분이 이 열에 의해 부드러워져서 더 이상 밀지를 못하고 휘어지면서 결국 노즐 막힘 현상으로 나타난다.

이러한 문제때문에 필라멘트 튜브(106)는 열이 윗부분으로 전달되기 힘든 소재 및 구조를 가지고 있고 또한 이 필라멘트 튜브(106)는 알루미늄 프레임(109)에 연결되어 열을 방출하도록 되어 있으며, 이 방열 동작을 돕기위하여 사출시스템 전체에 방열판을 설치하고, 전동팬으로 바람을 불어 식히도록 되어 있는 시스템이 대부분이다.

또한 필라멘트 노즐(110)을 통하여 용융 사출되어 나온 수지는 이미 적층되어 있는 면에 닿자마자 곧바로 식어야 제품의 디테일이 살아나므로, 필라멘트 노즐(110) 끝 부분의 용융 수지가 나오는 곳에도 역시 전동팬과 덕트 구조를 갖추어 바람을 불어주어 냉각하는 시스템을 갖추고 있는 3D 프린터가 대부분이다.

위와 같이 FDM 방식 3D 프린터는 한개 혹은 다수개의 전동팬을 이용하여 사출기 및 노즐을 냉각해주고 있다.

그러나 여기서 문제가 발생한다.

FDM 방식의 3D 프린터에 사용되는 필라멘트는 여러 종류가 있으며 그 중에 ABS 등 몇가지 소재는 열 수축 현상이 심하여 사출되어 적층된 후 갑자기 식게되면 이미 사출된 본체 부분이 같이 뒤틀리는 현상을 발생시킨다.

이런 현상을 방지하기 위하여 장비 내부의 온도를 50~60도 정도의 고온으로 유지하여, 사출되어 만들어지고 있는 제품의 열수축을 최소화 하여야 한다.

즉, 장비 내부의 온도는 고온으로 일정하게 유지되어야 한다.

여기서 상기한 두 조건은 서로 상충되는 조건이 된다.

사출기와 노즐 쪽으로 불어주는 바람은 냉각을 위한 것이므로 차가운 바람이 좋지만, 실질적으로는 장비 내부의 사출기와 노즐에 장착된 전동팬에서 불어주는 바람은 장비 내부의 50~60도 정도되는 고온의 바람이다.

열전달의 원리에 의하여 이렇게 온도가 높은 바람이 냉각을 할 수 있는 능력은 낮은 온도의 바람으로 냉각하는 경우보다 안 좋을 수 밖에 없다.

아래 대류에 의한 열전달의 기본 공식에서

q = h(Ti - Ts)

q:열유속, h:대류열전달계수, Ti:외기온도, Ts:표면온도

풍속이 동일한 조건에서는 h 값이 동일하므로 냉각을 원하는 물체의 표면온도 Ts보다 외기 온도 Ti 가 낮을 수록 방열량(q)이 늘어나게 된다.

예를 들어 사출기 표면온도(Ts)가 80도이고 외기 온(Ti)도가 60도일 때 방열량보다(q=h*(-20)) 같은 80도의 표면온도에서 외기온도가 20도일 때 방열량은(q=h*(-60)) 3배로 증가하게 된다.

따라서 사출기와 필라멘트에 공급되는 바람의 온도는 낮을수록 좋으나 현재의 FDM 방식 3D 프린터의 사출기와 필라멘트 냉각은, 장비 내부에 설치된 전동팬을 이용하여 뜨겁게 가열된 장비 내부의 바람을 불어주는 방식이므로 효율이 매우 떨어지며 이를 개선할 수 있는 장치가 필요하다 하겠다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로써, 뜨거운 장비 내부의 공기 대신 장비 외부의 차가운 공기를 장비 내부로 유입시켜서 필라멘트 사출기 및 용융 사출된 필라멘트를 냉각시키는 장치를 제공한다.

본 발명의 이러한 목적은 장비 내부의 뜨거운 공기 대신, 장비 외부의 찬 공기를 끌어들일 수 있는 부위에 설치된 전동팬 두개(201,221)와 전동팬의 토출 바람을 모아주는 덕트 두개(202,222)와 여기에 연결된 공기호스 두개(203,205), 상기 공기호스의 다른 한 쪽 끝에 상기 두가지 공기를 유도하는 별개의 두 개의 중공 통로(401,402)를 갖춘 공기 유입 모듈(303,304)에 상기 공기호스(203,205)의 다른 한 쪽 끝을 연결하고 상기 공기 유입모듈(303,304)과 같은 헤드에 장착되어 있는 필라멘트 사출 기구부(406)와 필라멘트 노즐 부위(110)에 상기와 같은 구조를 통하여 외부에서 유입된 상기 두가지 찬 공기의 공기토출구를 각각 설치하여 달성된다.

여기서 전동팬(201,221)과 덕트(202,222) 사이 또는 덕트(202,222)와 공기 호스(203,205) 사이에 공기 냉각기를 추가로 설치하여 유입되는 외부 공기를 더 냉각시켜주면 최종적으로 사출기와 필라멘트 노즐 부위에 공급되는 공기의 온도를 더 낮춰 줄 수 있으므로 냉각 효율이 상승하게 된다.

도 3과 도 4는 필라멘트 사출기 구조물과 공기 공급모듈이 동일한 헤드 위에 같이 조립되어 있는 모양을 도시하고 있고, 그 중에서도 도 4는 중간 부분 단면도를 나타낸다..

특히 본 예에서 필라멘트 사출시스템은 동일한 동작을 하는 두 개의 사출시스템이 결합된 듀얼 사출시스템을 도시하고 있다.

도 3에서 301 에어 노즐에는 사출기 냉각 용 외부 공기 공급 팬(201)에 연결된 공기호스(203)가 연결되어 있고, 302 에어 노즐에는 필라멘트 노즐 냉각 용 외부 공기 공급 팬(222)에 연결된 공기호스(205)가 연결되어 있다. 이 에어노즐(301,302)에 연결된 공기호스를 통하여 공급된 외부 공기 303, 304는 각각 공기통로 401과 402를 통하여 외부 공기 303은 사출기 냉각 토출구로, 외부공기 304는 필라멘트 냉각 토출구로 공급된다.

더 자세히 말하면, 이렇게 유입된 외부 공기 중 401 공기 경로를 경유한 공기는 403 공간에 공급된다.

403 공간은 공기 경로 401에 비하여 넓은 부피를 가지는 공간으로써 이곳으로 유입된 외부 공기는 403 공간에서 확산되면서 필라멘트 사출기 시스템으로 공기를 송풍해주는 전동팬(404)의 흡입구의 전체 면적으로 고르게 들어갈 수 있게 해주는 완충 역할을 해준다.

이렇게 공급된 외부 공기는 전동팬(404)에서 송풍되어 방열판(405)을 냉각시켜주며 결국 이 방열판에 접촉되어 있는 사출시스템(406) 및 여기에 연결된 필라멘트 튜브(413)를 냉각시켜주게 된다.

이와 같이 외부 전동팬에서 공급된 찬 공기는 최종적으로 사출 시스템을 냉각시키게 된다.

이렇게 구성된 사출기 냉각 장치는 다수개의 사출 시스템을 동시에 냉각시킬 수 있다.

본 예에서 외부 공기는 공기 경로(401)를 통하여 완충 공간(403)에 도달하여 확산된 후 전동팬(404)으로 공급되게 되는데 사출기 시스템을 병렬로 하나 혹은 다수개 추가한 후에 완충공간(403)을 역시 병렬로 확장하면, 외부 공기(303)는 해당 완충 공간(403)에서 퍼져나가서 결국 다수 개의 사출 시스템에 공급되게 된다.

도3과 도4의 예에서는 이런 방식으로 두개의 사출시스템에 공급되는 예를 도시하고 있다.

이와 같이 외부 공기를 유입시켜 사출기를 냉각시키는데 있어서 사출기를 추가할 수록 공기 유입 경로(401) 및 공기 튜브(203)의 단면적을 늘려주어야 충분한 공기량을 공급해 줄 수 있지만, 고속으로 이동하는 사출기 시스템에 장착하는 것이므로 충분한 크기로 늘릴 수 없는 경우도 있을 수 있다.

이런 경우에는 외부 공기 공급량이 줄어서 오히려 냉각효율이 떨어질 수 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 전동팬(404)에 유입되는 공기를 외부 공기 뿐이 아니고 장비 내부 공기도 유입될 수 있도록 사출기 용 전동팬(404) 앞쪽의 공기 공급 모듈(303,304) 해당 부위에 장비 내부 공기 유입 구멍(407)을 마련한다.

이 내부 공기 유입구멍(407)은 외부에서 튜브로 공급되는 공기량이 부족하면 내부의 공기를 팬이 빨아들일 수 있도록 마련된 구멍이다.

외부의 공기가 장비 내부의 공기보다 차갑지만 양이 부족한 경우는 대류 열전달계수(h) 값이 낮아져서 냉각 효율이 떨어지게 되므로 외부에서 공기를 공급하는 튜브의 직경을 늘릴 수 없는 등의 문제로 충분한 외부 공기가 사출기 냉각에 공급되지 못할 경우는 이와 같은 장비 내부의 더운 공기라도 추가로 공급하여 대류열전달계수(h)의 값을 늘려주는 것이 냉각에 도움이 된다.

여기서 공기 공급 모듈(303,304)은 한 개로 제작될 수도 있고 본 예에서 처럼 두 조각으로 제작되어 결합하여 사용할 수도 있다.

여기서 설명의 편의상 303은 후면 공기 공급 모듈, 304는 전면 공기 공급 모듈로 부르기로 한다.

내부 공기 유입 구멍(305)은 실제 제작하는 장비의 환경에 따라서 후면 공기 공급 모듈(303)에 마련될 수도 있고, 본 예에서처럼 전면 공기 공급 모듈(304)에 마련될 수도 있다.

상술한 바와 같이 기존의 FDM 방식 3D 프린터는 사출기의 과열을 막는 냉각시스템과 사출된 필라멘트를 냉각시키는 시스템이 고온의 장비 내부 바람을 이용하여 작동되는 구조이므로 냉각 효율이 떨어져서 필라멘트의 엉킴 현상 및 사출된 필라멘트가 즉시 냉각되지 않아서 제대로 적층되지 않는 문제점이 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 본 발명은 장비 외부의 차가운 공기를 공기 호스와 적절한 공기 유입경로 및 완충 공간을 가지는 구조의 공기 공급 모듈을 통하여 사출기 및 노즐에서 사출된 용융 필라멘트 부분에 공급함으로써 기존의 문제점을 모두 해결할 수가 있다.

도 1 은 필라멘트 사출 시스템의 기본적인 구조도이다.
도 2 는 필라멘트 사출 시스템과 장비 및 외부 전동팬과 공기 공급 호스를 간략 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 의한 공기 공급 모듈의 외관도이다.
도 4 는 본 발명에 의한 공기 공급 모듈의 중심부 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 의한 공기 공급 모듈의 공기 확산을 위한 완충 공간 부분 단면도이다.
도 6 은 외부 유입 공기를 추가로 냉각해 주는 시스템의 개략도이다.
도 7 은 외부 공기 유입 용 전동팬과 덕트를 고정하는 방법 및 이 전체 셋트를 장비에 고정하기 위한 구조의 일 실시 예를 나타내고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 외부 공기 유입 냉각 구조를 갖춘 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 토출 필라멘트 냉각 장치를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

설명을 간단하게 하기 위하여 도면에는 듀얼 사출기가 도시되어 있으나 한 개의 사출기 부분만 예를들어 설명한다.

도 1 에서 필라멘트(101)는 보빈(210)에 감겨 있으며 그 한 쪽 부분이 사출기 모터(103)의 축에 직결된 사출기 기어(102) 이빨에 물려 있는 구조로 인하여 사출기 모터(103)가 회전하는 양만큼 노즐(107) 쪽으로 공급되며, 이 때 사출기 기어(102)와 필라멘트(101)가 서로 미끄러지지 않고 잘 물리도록 아이들러(104)가 필라멘트를 사출기 기어 쪽으로 스프링(105)의 힘을 이용하여 눌러주게 된다.

이는 필라멘트 사출기의 한 예 일 뿐이며 다양한 종류의 필라멘트 사출 시스템이 있으며 이는 본 발명과 무관하다.

위와 같은 일반적인 필라멘트 사출 시스템에서 사출기 기어(102)에 의해 필라멘트 튜브(106)을 통하여 필라멘트 노즐(110)로 필라멘트(101)가 공급되는데, 만약 히터(108)에서 발생한 열이 히팅블럭(107)으로 전달되어, 필라멘트 튜브(106)를 타고 올라와서 필라멘트(101)에 전달되면 이 부분의 필라멘트가 연화되면서 사출기어(102)가 밀어주는 힘을 견디지 못하고 휘어지게 되며 따라서 필라멘트 노즐(110)에 필라멘트가 공급되지 못하고 막히는 현상이 나타나게 된다.

이 현상을 방지하기 위하여 필라멘트 튜브(106)의 재질을 열이 잘 전달되지 않는 스테인리스 스틸 소재로 하고, 알루미늄 소재의 사출기 시스템(406)에 볼트 등으로 접촉 연결한 후, 이 사출기 시스템(406)에 연결된 방열판(405), 그리고 이 방열판에 연결된 전동팬(404)을 이용하여 열을 방출 하는 구조가 보편적이다.

이 구조에서 사출 시스템은 두개 혹은 그 이상으로 설치되어서 서로 다른 종류의 또는 다른 색상의 필라멘트를 사용하도록 하는 3D 프린터도 보편적으로 존재한다.

이러한 사출 시스템은 다시, 정해진 레일을 따라서 구속되어 움직이도록 설계되어 있는 헤드(220) 위에 장착되어서 수평의 평면(x,y 평면) 위를 프로그램에 의해 정해진 경로를 이동하며 수평의 베드 위에 용융사출된 필라멘트를 부착하고, 한 층을 완료하면 수직방향(Z 축)으로 다음 한 층만큼 헤드가 이동하여 먼저 부착된 필라멘트의 층 위에 새로운 경로로 이동하며 용융 필라멘트를 부착하는 식으로 입체물체를 제작하는 방식이 FDM 방식 3D 프린터이다.

위의 일반적인 FDM 방식 3D 프린터의 구조에서 사출 시스템은 장비 내부를 움직이는 헤드(220) 위에 장착되어 있으므로, 사출 시스템을 냉각시키기 위한 바람과 용융 사출된 필라멘트를 냉각시키기 위한 바람은 역시 헤드 위에 장착된 전동팬에 의하여 공급되며 이 전동팬에 의하여 공급된 바람은 장비 내부의 바람이다.

이 장비 내부의 바람은 적층되어 만들어지고 있는 제품의 수축 현상을 최소화하기 위하여 제품의 연화점 근처까지 가열된 뜨거운 공기로 만들어지는 것이다.

따라서 냉각 효율이 떨어지므로 사출 시스템과 사출된 용융 필라멘트를 필요한만큼 냉각을 시켜줄 수 없게되므로 필라멘트의 열 변형에 의한 노즐 막힘 현상 및 조형 정밀도 저하 등의 문제가 나타나는 것이다.

본 발명은 이를 해결하기 위하여 도 2 에서와 같이, 차가운 장비 외부의 공기를 흡입하여 공급해주는 두 개의 개별 제어되는 전동팬(201,221), 이 전동팬에서 토출되는 공기를 모아주는 덕트(202,222), 덕트에 연결된 공기 호스(203,205), 도 3, 도4 에서과 같이 이 공기 호스(203,205)에 연결된 공기 공급 모듈(303,304), 공기 공급 모듈(303.304)내부에 형성된 공기 유입 경로(401,402), 사출기 냉각 용 전동팬 전단의 공기 공급 모듈 쪽에 구비된 공기 확산 용 완충 공간(403), 필라멘트 노즐(110)로 최종 토출되는 공기 노즐(412) 안 쪽에 구비된 공기 확산 용 완충 공간(409)을 갖춘 외부 공기 유입 시스템을 구성하여, 공기 경로 401을 통하여 유입되는 외부의 찬 공기는 최종적으로 단일 사출기 시스템으로 공급되거나 확산 용 완충 공간 403을 통하여 두개 혹은 그 이상의 사출 시스템에 공급해주고, 공기 경로 402를 통하여 유입되는 외부의 찬 공기는 최종적으로 단일 필라멘트 노즐(110)에서 나오는 용융 필라멘트를 냉각시키거나 확산 용 완충 공간 409 를 통하여 두개 혹은 그 이상의 사출 시스템에 공급할 수 있도록 하여, 최종적으로 장비 외부의 찬 공기를 한개 혹은 그 이상으로 구성된 FDM 방식 3D 프린터의 필라멘트 사출 시스템 및 해당 사출 시스템의 필라멘트 노즐에서 사출되어 나온 용융 필라멘트를 충분히 냉각시킬 수 있게 된다.

이와 같은 장치를 구성하는데 있어서 상술한 바와 같이 전동팬(201,221)과 덕트(202,222) 사이 또는 덕트(202,222)와 공기 호스(203,205) 사이에 공기 냉각기(230,231)를 추가로 설치하여 유입되는 외부 공기를 추가로 냉각시켜주면 최종적으로 사출기와 필라멘트 노즐 부위에 공급되는 공기의 온도를 더 낮춰 줄 수 있으므로 냉각 효율이 상승하게 된다.

이 목적을 달성하기 위한 냉각기는 보편적으로 두가지 종류가 사용되고 있다.

첫번째는 냉매를 사용하는 방법이고 두번째는 펠티어 소자를 사용하는 방법이다.

두가지 방법 모두 현재 광범위하게 사용되는 방법으로, 냉매를 사용하는 방법은 에어콘, 냉장고, 냉동기 등에 흔히 사용되는 방법으로, 본 발명의 외부 공기를 추가로 냉각하기 위한 방법으로 적합하다 하겠다.

도 6 을 참고하여 좀 더 상술하면, 압축기에서 고압으로 압축된 냉매가 냉매 노즐을 통과하며 부피가 팽창하고 이 결과로 차가워지고, 이 차가워진 냉매를 방열핀 내부 파이프에 통과켜 방열핀(602)을 냉각시키는 구조의 냉각기(603)의 상기 방열핀(602)을 공기 통로(601)를 만들어서 그 안에 위치시킨 후에 공기를 통과시키면 차가워진 방열핀(602)를 통과한 공기통로 출구(611)의 공기는 공기통로(601)의 입구(610)보다 온도가 내려가게된다.

펠티어 소자는 전기를 가하면 한 쪽은 뜨거워지고 다른 한 쪽은 차가워지는 소자이다.

이 소자의 뜨거운 면에는 방열판 및 전동팬을 설치하여 열을 뽑아내고 차가운 면에는 방열핀을 설치하여 공기를 통과시키면 공급되는 공기를 냉각할 수 있다.

즉 도 6 에서 냉각기(603)는 냉매 방식 또는 펠티어 방식을 사용할 수 있다.

이와 같은 두가지의 방법을 이용하여 장비에 장착된 외부 공기 유입 용 전동팬(201,221)에서 공급되는 외부 공기를 더욱 차갑게 냉각시킬 수 있다.

외부 공기 유입 용 전동팬(201,221)과 덕트(202,222)를 연결시키는 방법은 여러가지가 있을 수 있으나 도 7 에서 그 중 한 예를 도시하고 있다.

도 7 에서 전동팬 201은 덕트 하우징(700)에 장착되어 있고 이 덕트 하우징(700)은 전동팬에서 나오는 공기를 모아주는 덕트 역할을 하는 공간(703)이 구비되어 있으며 전동팬 201의 토출구는 이 덕트 공간(703)에 밀착되어 있다.

따라서 전동팬 201에 의하여 송풍된 외부 공기는 해당 덕트 공간(703)에서 모아져서 토출구(701)로 나오게 되며 이 토출구에는 토출구의 외경보다 큰 내경을 가지는 공기 호스(203)가 끼워져 있으며 이 공기 호스(203)의 다른 한 쪽은 공기 공급 모듈(303)으로 연결된다.

이와 같이 다른 한 쪽의 전동팬(221)도 같은 방법으로 공기 공급 모듈(304)로 연결된다.

이렇게 전동팬과 공기 호스가 연결된 덕트 하우징(700)은 장비의 외부 공기 유입이 가능한 부위에 접착 혹은 볼트 고정으로 장착된다.

시험 장비에서는 볼트 고정으로 장비의 외부에 설치하였다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

101.첫번째 사출기 용 필라멘트 121.두번째 사출기 용 필라멘트
102.사출기 기어 103.사출기 모터
104.아이들러 105.스프링 106.필라멘트 튜브 107. 히팅블럭
108.히터 109.마운팅블럭 110.필라멘트 노즐
201.사출기 냉각 용 외부 공기 공급 팬
221.필라멘트 노즐 냉각 용 외부 공기 공급 팬
202.사출기 공기 공급 용 덕트 222.필라멘트 노즐 공기 공급 용 덕트
203.사출기 공기 공급 용 공기 호스 205.노즐 공기 공급 용 공기 호스
204.필라멘트 사출 시스템 전체 셋트(사출 시스템, 노즐, 방열판, 전동팬)
210.첫번째 사출기 용 필라멘트 스풀(Spool)
211.두번째 사출기 용 필라멘트 스풀(Spool)
230.사출기 공기 용 냉각기
231.필라멘트 노즐 공기 용 냉각기
301.사출기 용 공기 공급 연결구
302.필라멘트 노즐 용 공기 공급 연결구
303.후면 공기 공급 모듈 304.전면 공기 공급 모듈
305.내부 공기 공급 용 구멍
401.사출기 냉각 용 공기 통로 402.필라멘트 냉각 용 공기 통로
403.외부 공기의 사출기 공급 전 완충 공간
404.사출기 냉각 용 전동팬 405.방열판 406.사출시스템
409.외부 공기의 필라멘트 쪽으로 공급 전 완충 공간
412.필라멘트 냉각 용 공기 토출구
601.냉각 용 공기통로구조물 602.냉각기의 방열핀 603.냉각기
610.냉각 용 공기통로의 입구 611.냉각 용 공기통로의 출구
701.사출기 냉각 용 공기 토출구
702.사출 필라멘트 냉각 용 공기 토출구
703.사출 냉각 용 전동팬에서 토출된 공기를 모아주는 덕트 공간

Claims (6)

1. 용융 적층 모델링(FDM) 방식의 3D 프린터 장비에서, 장비 외부 공기를 흡입할 수 있는 곳에 두 개의 개별 제어 동작되는 전동팬(201,221)을 설치한 후, 각각의 전동팬(201,221)에 덕트(202,222)를 각각 설치 해서 전동팬(201,221)에서 나오는 두가지의 공기를 별도로 모으고, 해당 모은 공기를 각각 공기 호스(203,205)를 통과시켜서, 공기 이송 용 중공 구조를 가지고 있으며 필라멘트 사출 시스템과 동일한 헤드(220)에 장착된 공기 공급 모듈(303,304)의 공기 공급 연결구(301,302)에 각각 연결한 후, 두 개의 별도로 구성된 중공 공기 통로 구조를 가지고 있는 상기 공기 공급 모듈(303,304)의 공기 출구에서 토출되는 외부 공기 중 전동팬(201), 덕트(202), 공기 호스(203)을 통하여 온 외부공기를 공기통로 401을 통하여 필라멘트 사출기(204) 냉각 용 전동팬(404) 전단으로 송풍하고, 전동팬(221), 덕트(222), 공기호스(205)를 통하여 온 외부 공기를 공기통로 402를 통하여 필라멘트 노즐(110)에서 용융 사출되어 나온 필라멘트 냉각 용으로 송풍하는 구조를 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트의 냉각 용 장치
   
2. 제 1 항에 있어서 공기 공급 모듈(303,304)에 마련된 두가지의 외부 공기(401,402) 통로가 각 통로 당 한 개 혹은 그 이상의 갯수로 구성된 것을 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트 냉각 용 장치
   
3. 제 1 항에 있어서 공기 공급 모듈(303,304)의 사출기 냉각 용 공기 통로(401)에 완충 공간(403)을 설치하여 장비 외부 공기가 사출기 냉각 용 전동팬(404)에 공급되기 전에 넓은 면적으로 분산되는 효과 와 또 , 두 개 혹은 그 이상의 사출기를 장착한 시스템에 있어서 한 개의 외부 공기 유입 경로(401)에서 두 개 혹은 그 이상의 사출기에 장비 외부 공기를 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트 냉각 용 장치
   
4. 제 1 항에 있이서 공기 공급 모듈(303,304)의 필라멘트 냉각 용 공기 통로(402)에 완충 공간(409)을 설치하여 장비 외부 공기가 필라멘트 냉각 용 외부 공기 토출구(412)로 나가기 전에 넓은 면적으로 분산되고, 두 개 혹은 그 이상의 사출기를 장착한 시스템에 있어서 한 개의 외부 공기 유입 경로(402)에서 두 개 혹은 그 이상의 용융 사출된 필라멘트에 외부 공기를 를 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트 냉각 용 장치
   
5. 제 1 항에 있어서 사출기 냉각 용 전동팬(404) 앞의 공기 공급 모듈(303,304) 해당 부위에, 장비 내부 공기 유입 용 구멍(305)을 마련하여 외부 공기 유입량이 적을 때에도 적절한 냉각 효율을 내도록 구성된 것을 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트 냉각 용 장치
6. 제 1 항에 있어서 외부 공기 공급 용 전동팬(201,221)과 덕트(202,222) 사이 또는 덕트(202,222)와 공기 호스(203,205) 사이에 공기통로구조물(601)을 별도로 마련하여 공기 흐름의 수평 방향으로 방열핀(602)를 배치하고, 해당 방열핀(602)를 냉매 사용 냉각기 또는 펠티어 소자 사용 냉각기(603)로 냉각시킨 후 외부 공기 공급 용 전동팬(201,221)에서 송풍되어 오는 공기를 추가로 냉각시킨 후 사출기 및 필라멘트 노즐 쪽으로 공급하여서, 필라멘트 사출기 및 용융 필라멘트의 냉각 효과를 높이는 것을 특징으로 하는 FDM 방식 3D 프린터의 사출기 및 필라멘트 냉각 용 장치
   
   

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