KR20160014220A - 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3d 프린터용 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터용 노즐에 관한 것으로서, 노즐의 내부에 하나 이상의 소노즐을 갖도록 형성한 3D 프린터용 노즐에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내경은 소노즐의 내경보다 크게 형성된다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내부에 제1 소노즐이 구비되고, 제1 소노즐의 내부에 제2 소노즐이 구비되며, 상기 노즐의 내경이 가장 크고, 제1 소노즐의 내경은 노즐의 내경보다 작으며, 제2 소노즐의 내경은 제1 소노즐 보다 작게 형성된다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내부에 제1 노즐이 형성되고, 제1 노즐의 내부에 제2 노즐이 형성되며, 제1 노즐과 이격되도록 제3 노즐이 형성된다.

Description

노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐{3D PRINTER NOZZLE HAVING SMALL NOZZLE IN THE NOZZLE}

본 발명은 3D 프린터용 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노즐의 내부에 하나 이상의 소노즐을 갖도록 형성한 3D 프린터용 노즐에 관한 것이다.

3D 프린팅이란 입체로 디자인된 설계도를 이용하여 플라스틱, 금속, 세라믹 등 각종 소재를 층층이 쌓아 제조하는 것을 말한다. 3D 프린팅는 소재를 출력하는 방식에 따라 구분되는데, 분말로 된 소재를 레이저로 소결하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 빛으로 소재를 굳히는 SLA(Stereolithography) 방식, 플라스틱 필라멘트를 용융하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 FDM 방식의 3D 프린터를 나타낸 것이다. FDM 방식을 이용한 3D 프린트는 Z축으로 승강하는 베이스(100)와, X-Y축으로 이동하는 이송 헤드(200)와, 이 이송 헤드에 장착되는 압출기(300)를 포함하여 구성되며, 압출기에는 필라멘트(F)가 공급된다. FDM 방식은 필라멘트를 토출시켜 베이스의 바닥에서부터 순차적으로 적층하면서 디자인된 형상을 성형한다.

도면을 참조하면, 필라멘트는 공급릴에 감겨져 있고, 이송 헤드에 장착된 한 쌍의 드라이버 휠(DW: Drive Wheel)로부터 가이드되어 압출기로 공급된다.

도 2는 종래기술에 따른 3D 프린터의 압출기를 나타낸 것이다. 3D프린트에서 가장 중요한 역할을 하는 곳이 바로 압출기(Extruder)이다. 압출기는 용융된 필라멘트가 토출되는 노즐(310), 노즐에 필라멘트를 가이드 및 공급하는 노즐바디(320), 필라멘트를 가열하는 히터블럭(330), 도시하지는 않았지만 가열부의 온도를 검출하는 온도센서 등이 결합되어 있는 일련체를 말하는데, 압출기는 크게 콜드엔드(cold end)와 핫엔드(hot end) 영역으로 구분된다. 콜드엔드 영역에는 필라멘트가 리지드한 상태이며, 핫엔드 영역에는 필라멘트가 용융된 상태이다. 두 영역간 열전달을 막기위해 절연체 등에 의해 분리되거나 또는 긴 튜브로 두 영역이 분리될 수 있다.

단일 노즐을 갖는 3D 프린터는 하나의 색상만 구현이 가능하다. 여러 색상을 갖는 제품이라면 장착된 해당 색상의 필라멘트를 분리하고, 다른 색상의 필라멘트를 다시 노즐에 연결하여야 하므로 시간소요가 상당하고, 불편하다는 문제점이 있다.

또한 교체하는 동안 이미 성형된 용융부분이 경화되므로 다른 색상이 적층되는 부위에 불연속적인 이음매가 형성되거나, 층간 접착이 불량해져 층간분리나 제품의 강도가 저하되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 복수의 필라멘트를 위한 복수의 노즐영역을 구성하는 경우가 있으나 노즐위치 및 이동에 대한 공간적 제약과 장치의 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

등록특허 제10-1346704호의 멀티칼라 제품성형이 가능한 3D 프린터는 복수개의 필라멘트를 개별적으로 공급된 후 단일의 통로로 합류되도록 구성하여, 필라멘트가 충분한 예열 상태에 있으므로 배출시 적층 이음매가 매끄러운 FDM 방식의 3D 프린터를 제공한다. 공개특허공보 제10-2014-0036285호의 3D 프린터 반액상소재용 카트리지 및 압출장치는 카트리지 상단 일부에 기체층을 충진하고 그 하단에 식품소재 이외의 비식품 반액상소재를 충진하여 압출종류 후 카트리지에 잔여물이 남지않는 3D 프린터를 제공한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 프린팅 재료의 토출이 가능한 단일 노즐을 사용하여 프린팅 중에 프린팅 재료를 교체하거나, 노즐의 추가없이 선택적으로 인쇄할 수 있는 3D 프린터용 노즐을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내경은 소노즐의 내경보다 크게 형성된다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내부에 제1 소노즐이 구비되고, 제1 소노즐의 내부에 제2 소노즐이 구비되며, 상기 노즐의 내경이 가장 크고, 제1 소노즐의 내경은 노즐의 내경보다 작으며, 제2 소노즐의 내경은 제1 소노즐 보다 작게 형성된다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며, 노즐의 내부에 제1 노즐이 형성되고, 제1 노즐의 내부에 제2 노즐이 형성되며, 제1 노즐과 이격되도록 제3 노즐이 형성된다.

또한, 상기 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치는 동일하게 형성된다.

또한, 상기 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치 사이의 이격 거리는 유동된다.

또한, 상기 노즐과 소노즐에는 필라멘트와 색 잉크가 선택적으로 공급된다.

또한, 상기 소노즐의 토출구의 수평 위치는 노즐의 토출구의 수평 위치 보다 높게 구성하여 소노즐의 토출구에서 노즐의 토출구 사이에 필라멘트나 색 잉크의 혼합이 이루어지는 혼합 영역을 갖는다.

또한, 상기 혼합영역은 혼합효과를 위해 노즐 내부구조를 변경하거나 토출구에 부가장치를 더 구비된다.

본 발명에 따르면 3D 프린터에 사용되는 단일 노즐의 내부에 하나 이상의 소노즐을 설치하여 복수 필라멘트 및 색 잉크의 토출을 선택적으로 구현할 수 있다.

또한, 노즐과 소노즐의 토출구 크기에 따라 토출되는 필라멘트 및 색 잉크의 크기를 다르게 할 수도 있으므로 3D로 인쇄된 형상체를 다양한 색상으로 표현할 수 있다.

또한, 3D 프린터의 단일 노즐로서 필라멘트 및 색 잉크의 인쇄폭이나 인쇄두께를 선택적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 FDM 방식의 3D 프린터를 나타낸 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 3D 프린터의 압출기를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 노즐을 이용하여 3D 인쇄물에 색상을 형성하는 것을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치가 다른 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 노즐을 이용하여 인쇄한 다양한 실시예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 노즐을 사용하여 3D 프린터된 형상체을 나타낸 것이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐 구조를 상세히 설명하기로 한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

또한 이하의 설명과 도면에 도시된 부호는 해당 도면의 설명부분과 관련되어 있다.

또한 본 발명에 따른 노즐은 단일 노즐로서 그 내부에 복수의 소노즐을 갖고, 재료물질이 이동하는 복수의 이동경로 및 복수의 토출구를 갖는다. 여기서 이동경로라 함은 노즐 및 노즐 바디를 포함한 압출기 전체 영역에서 필라멘트가 이동되는 영역을 말하며, 재료물질이 투입되는 투입구와 노즐 단부의 재료물질이 토출되는 토출구 사이의 전체 영역을 말한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.

제1 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐은 노즐(310)의 내부에 소노즐(310S)이 구비되며, 2개의 필라멘트 이동경로와 2개의 토출구를 갖는다.

도면을 참조하면, 노즐의 측면에는 관통홀에 형성되어 있으며, 이 관통홀에 소노즐이 인입되어 있다. 상기 소노즐은 노즐의 측면에서 수평방향으로 인입되어 노즐의 중심축에서 노즐의 토출구 방향으로 절곡된다. 하측에서 바라다 보면, 노즐의 토출구(310-D)의 내부에 소노즐의 토출구(310S-D)가 동축으로 형성되어 있다. 소노즐은 노즐 보다 작게 설계된다.

본 실시예에서는 관통홀이 노즐 또는 소노즐의 측면에 형성되는 것을 실시예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고 노즐 몸체에서 인입될 수 있다. 이와 같은 설계는 이하의 실시예에서도 동일하다.

노즐과 소노즐에 필라멘트가 공급되는 것을 살펴보면, 노즐 바디로부터 노즐로 공급되는 제1 필라멘트(F-1)은 노즐의 토출구로 토출되며, 소노즐로 공급되는 제2 필라멘트(F-2)는 소노즐의 토출구로 토출된다. 즉, 제1 필라멘트와 제2 필라멘트의 이동경로는 서로 별개로 분리된다. 여기서 제1 필라멘트와 제2 필라멘트는 서로 다른 재질 및 서로 다른 색상을 갖을 수 있다.

여기서 필라멘트가 노즐과 소노즐에 공급되는 것으로 하여 설명하고 있으나, 재료물질로서 색 잉크를 사용할 수 있다. 노즐과 소노즐에 필라멘트와 색 잉크를 함께 공급하거나, 필라멘트만 공급할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.

제2 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐은, 도 4(a)를 참조하면, 노즐의 내부에 제1 소노즐과 제2 소노즐(313S)을 갖는다. 노즐의 내부에 제1 소노즐이 구비되고 제1 소노즐의 내부에 제2 소노즐이 구비된다. 노즐이 가장 크고, 제1 소노즐은 노즐 보다 작으며, 제2 소노즐은 제1 소노즐 보다도 작다.

제1 소노즐은 노즐의 측면에 형성된 제1 관통홀을 통해 인입되어 노즐의 토출구가 형성되어 있는 하측으로 절곡된다.

제2 소노즐은 노즐의 측면에 형성된 제2 관통홀을 통해 인입된 후, 제1 소노즐의 절곡된 측면에 형성된 제3 관통홀을 통해 인입된 다음, 노즐 및 제1 소노즐의 토출구가 형성되어 있는 하측으로 절곡된다.

도 4(b)를 참조하면, 노즐의 토출구가 최외곽에 형성되어 있고, 제1 소노즐의 토출구가 노즐의 토출구 내부에 형성되며, 제2 소노즐의 토출구가 제1 소노즐의 토출구 내부에 형성된다.

상기 노즐, 제1 소노즐, 제2 소노즐은 하나의 중심축을 갖도록 동축을 형성하며, 노즐, 제1 소노즐, 제2 소노즐에는 각각 서로 다른 재료물질이 제공될 수 있다.

본 발명에서는 노즐, 제1 소노즐, 제2 소노즐을 갖도록 구성하는 것을 실시예로 하고 있으나, 상기 제2 소노즐의 내부에 더 작은 내경을 갖는 제N 소노즐을 개재하여 형성할 수 있다. 여기서 N은 3이상의 자연수이다. 노즐과 제N개의 소노즐 토출구의 수평 높이는 같거나 다를 수 있으며, 이에 대하여는 도 8의 설명부분에서 구체적으로 후술한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.

제3 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐은 노즐의 내부에 구비되는 제1 소노즐(311S)과 제2 소노즐(312S)이 구비된다. 노즐의 내부에 구비되는 소노즐들은 그 크기가 동일하거나 다를 수 있다.

도 5(a)를 참조하면, 노즐의 측면에 형성된 제1 관통홀에 제1 소노즐이 인입되고, 제2 관통홀에 제2 소노즐이 인입된다. 제3 실시예의 제1 소노즐과 제2 소노즐은 노즐의 내부에서 소정의 이격 거리를 갖는다.

도 5(b) 내지 도 5(e)는 소노즐의 토출구의 다양한 배치 상태를 나타낸다. 도 5(b) 내지 도 5(e)를 참조하면, 노즐의 토출구의 내부에 제1 소노즐과 제2 소노즐이 형성되는 것을 보여준다. 도 5(b)와 도 5(c)는 노즐의 토출구의 중심으로부터 대칭되도록 각각 2개 또는 4개의 소노즐이 형성되는 것을 나타낸 것이고, 도 5(d)와 도 5(e)는 서로 다른 크기를 갖는 소노즐을 2개 또는 3개를 형성한 것을 나타낸 것이다. 도면에서 외측의 둥근 원은 노즐의 토출구를 나타낸 것이고, 내측의 크고 작은 원은 소노즐의 토출구를 나타낸 것이다.

도면에서는 노즐의 토출구의 중심으로부터 동일한 거리에 소노즐들의 중심이 형성되는 것을 보여주고 있으나, 소노즐의 배치는 반드시 이에 한정하지 아니하고 설계상의 자유도를 갖을 수 있다.

도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐을 나타낸 것이다.

도 6(a)를 참조하면, 제4 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐은 노즐의 내부에 제1 소노즐이 형성되고, 제1 소노즐의 내부에 제2 소노즐이 형성되며, 제1 소노즐과 이격되도록 제3 소노즐이 형성된다.

상기 제2 소노즐의 크기는 제1 소노즐의 크기보다 작지만, 제3 소노즐의 크기는 제한되지 않는다.

도 6(b)는 노즐의 토출구를 나타낸 것으로, 노즐의 토출구의 내부에 제1 소노즐의 토출구와 제3 노즐의 토출구가 형성되어 있고, 제1 소노즐의 토출구의 내부에 제2 소노즐의 토출구가 형성되어 있다.

여기서, 제1 소노즐의 토출구와 제3 소노즐의 토출구를 합한 면적은 노즐의 토출구의 면적보다 작게 설계되어야 한다.

이하, 제1 내지 제4 실시예에 따른 3D 프린터의 노즐 구조를 사용하여 색상을 표현하는 것을 설명한다. 이하의 설명에서 노즐과 소노즐에는 필라멘트와 색 잉크가 선택적으로 공급될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 노즐을 이용하여 3D 인쇄물에 색상을 형성하는 것을 나타낸 것이다.

도 7(a)를 참조하면, 노즐의 내부에 소노즐이 형성되어 있고, 노즐의 이동경로에는 Red, Green, Blue(이하, R, G, B라 한다)를 갖는 색 잉크가 공급된다. 이러한 잉크의 공급은 제어 프로그램이 설치된 컨트롤러에 의하여 이루어진다. 또한, 소노즐의 이동경로에는 필라멘트가 공급된다.

이와 같은 구성에 의하면, 소노즐의 토출구에는 용융된 필라멘트가 토출되고, 노즐의 토출구(소노즐의 토출구를 제외한 영역)에는 색 잉크가 토출된다.

도 7(b)를 참조하면, 노즐의 내부에 복수의 소노즐이 형성되어 있다. 상기 노즐에는 제1 필라멘트가 공급되고, 소노즐에는 각각 R, G, B 및 제2 필라멘트가 공급된다. 제1 필라멘트와 제2 필라멘트는 사로 다른 재료 및 서로 다른 색상을 가질 수 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 단일 노즐로 3D 인쇄물에 다양한 색상을 표현할 수 있다. 색상을 갖지 않는 필라멘트에 색 잉크를 혼합할 수 있으며, 특정 색상의 필라멘트에 색 잉크를 혼합하는 것도 가능하다. 이와 같은 색상의 결정은 소프트웨어가 탑재된 컨트롤러의 제어를 통해 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 제1 내지 제4 실시예에서는 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐들의 토출구의 수평 위치가 동일하도록 형성한 것을 보여주었다. 그러나 노즐과 소노즐의 토출구의 수평 위치는 서로 상이할 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치가 다른 예를 나타낸 것이다.

도 8을 참조하면, 소노즐의 토출구의 수평 위치(H-1)는 노즐의 토출구의 수평 위치(H-0)보다 상측에 위치할 수 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 소노즐의 토출구의 수평 위치와 노즐의 토출구의 수평 위치 사이는 혼합 영역(400)이 형성되고, 이 혼합 영역에 필라멘트, 잉크 등 재료들의 혼합이 이루어질 수 있다. 도면에서는 설명의 편의를 위한 노즐의 내부에 하나의 소노즐을 형성한 것을 나타내었다.

또한 혼합효과를 극대화하기 위해 혼합영역을 갖는 노즐의 내부 구조를 변경하거나 토출구에 부가장치를 더 할 수 있다. 혼합영역을 갖는 노즐의 내벽은 나선 형상의 돌기를 가질 수 있다. 토출구가 형성되어 있는 방향으로 진행하는 필라멘트, 색 잉크 등의 재료들은 나선 형상의 돌기로 인하여 쉽게 혼합이 이루어질 수 있다.

노즐의 이동경로를 통해 이동된 제1 특성을 갖는 필라멘트와, 소노즐의 이동경로를 통해 이동한 제2 특성을 갖는 필라멘트는 혼합 영역에서 서로 혼합되어 새로운 특성과 재질을 갖는 재료물질이 토출될 수 있다.

또한, 소노즐의 이동경로를 통해서는 필라멘트가 토출되고, 노즐의 이동경로를 따라 색상을 나타내는 색 잉크가 이동하여 토출 전 서로 혼합되어 색상을 갖는 재료 물질이 토출될 수 있다. 또한 이와 반대로 노즐의 이동경로를 통해 필라멘트가 토출되고, 소노즐의 이동경로를 따라 색상을 나타내는 색 잉크가 내부에서 토출되도록 구성하여 토출되는 재료들이 혼합하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 노즐의 토출구의 수평위치와 소노즐의 토출구의 수평위치 사이의 이격거리와 노즐의 토출구의 중심축과 소노즐의 토출구의 중심축은 유동될 수 있도록 조절된다. 이와 같은 조절은 별도의 구동장치를 통해 이루어질 수 있다. 상기 혼합영역의 조절은 필라멘트와 색 잉크의 혼합도를 결정할 수 있다. 조절된 혼합도는 토출되는 재료의 특성에 영향을 준다. 예컨대, 색상의 이어지는 부분에서 특히 자연스러운 색 특성을 나타낼 수 있다.

도면에서는 노즐의 내부에 하나의 소노즐을 갖는 것을 실시예로 하고 있으나, 소노즐의 내부에 더 작은 내경을 갖는 제N 소노즐을 개재하여 형성할 수 있다. 여기서 N은 3이상의 자연수이다. 이를 다시 설명하면, 노즐의 내부에 소노즐이 형성되고, 소노즐의 내부에 더 작은 소노즐이 형성되며, 상기 더 작은 소노즐에 더욱 작은 소노즐이 순차적으로 형성될 수 있다. 또한 실시예로서 노즐의 내부에 내경이 서로 같거나 다른 N개의 소노즐이 존재할 수 있다. 그리고 소노즐 토출구의 수평 높이는 같거나 다르게 구성할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 노즐을 이용하여 인쇄한 다양한 실시예를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 복수 토출구를 갖는 단일 노즐을 사용하면 다양한 인쇄패턴 및 인쇄 특성을 나타낼 수 있다. 각각의 예시에서 토출되는 복수의 필라멘트는 동일하거나 서로 재질 및 특성이 다를 수 있으며, 토출구의 크기에 따라 인쇄폭과 인쇄두께도 서로 같거나 다를 수도 있다.

여기서 말하는 인쇄폭과 인쇄두께는 한 개의 토출구에서 인쇄된 폭과 두께를 말한다. 그러므로 토출구의 선택에 따라 전체 인쇄폭과 두께는 변경될 수 있다. 또한 복수개의 토출구를 통해 선택적으로 동시에 인쇄할 수도 있고, 한 개의 토출구를 통한 인쇄작업이 종료된 후 다른 토출구의 작업이 진행할 수도 있다.

도 9(a) 내지 도 9(d)에서 좌측 그림들은 인쇄된 형상체의 평면도이고, 우측 그림들은 인쇄된 형상체의 단면도이다.

도 9(a)는 동축 형태의 노즐을 통해 서로 다른 특성의 필라멘트를 투입하여 core-shell 형태의 단면을 갖는 예를 보여준다. 서로 다른 특성의 필라멘트를 사용함으로써 강도 등을 포함한 인쇄특성 및 품질 등을 조절할 수 있다. 또한 동일한 복수 필라멘트의 인쇄폭을 변경하여 전체 인쇄시간을 줄일 수 있다. 기존에는 단일 노즐을 사용하여 3D 인쇄영역의 외곽 부분과 내부를 채우는 영역을 같은 폭으로 인쇄할 수 있다. 도면에서 우측 단면도에서 내측과 외측은 각각 서로 다른 필라멘트를 사용한 것이다.

도 9(b)는 서로 다른 특성을 갖는 두 개의 필라멘트를 나란히 토출하여 인쇄된 예를 보여준다. 위에서 언급했듯이 필라멘트간의 인쇄폭은 선택되어진 토출구의 크기에 따라 서로 다를 수 있으며, 여기서 토출되는 필라멘트들은 동시에 인쇄되거나 별개로 인쇄될 수 있다.

도 9(a)와 도 9(b)에서 검정색과 회색은 각각 서로 다른 필라멘트를 나타낸 것이다.

한편, 도 9(c)와 도 9(d)는 필라멘트와 색 잉크를 사용한 예를 보여준다. 도 9(c)는 동축형태의 노즐을 사용하여 토출된 필라멘트 재료물질의 상부에 색상을 나타내는 잉크를 도포한 것을 나타낸 것이고, 도 9(d)는 필라멘트와 색 잉크를 나란히 토출하여 인쇄된 예를 보여준다. 도 9(c)와 도 9(d)에서 검정색은 필라멘트를 나타내고, 가는 격자무늬는 색 잉크를 나타낸다.

이와 같은 실시예들에 있어서, 서로 다른 필라멘트의 투입 및 토출은 3D 프린터의 컨트롤러 및 제어 프로그램에 의해 선택적으로 이루어진다. 노즐을 구성하는 각각의 이동경로와 토출구는 한 개 또는 각각의 발열체 및 온도센서에 의해 노즐온도 및 작업온도를 조절할 수 있다. 상기 발열체는 저항, 금속, 세라믹 등 다양한 재질과 형태가 사용될 수 있다.

또한 사용되는 필라멘트는 일반적으로 와이어 형태로 공급되며 대표적으로 ABS, PLA, PC, PVA 수지 등을 예로 들 수 있으나, 이 외에도 적합한 물성을 갖는 수지, 세라믹, 금속, 신소재 등이 사용될 수 있다.

이상에서 설명된 인쇄패턴과 특성은 발명의 한 실시예이므로 이외에도 다양한 인쇄패턴과 특성을 구현할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 노즐을 사용하여 3D 프린터된 형상체을 나타낸 것이다.

먼저, 제1 층의 경우와 같이, 내부 영역은 노즐이나 소노즐의 적절한 크기의 토출구를 선택하여 서로 다른 인쇄 폭에 따라 인쇄할 수 있다. 내부 인쇄폭을 크게 함으로써 전체 인쇄시간을 줄일 수 있다. 또한 제2 층은 제1 층에 비해 두께에서 차이가 있다. 이와 같은 인쇄두께는 노즐의 선택과 이동속도 및 토출량을 조절하여 수행될 수 있다. 일반적으로 최외곽 인쇄영역의 두께를 작게 하여 정밀도를 높임으로써 전체 형상체의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한 제 2층 및 4층 인쇄에서 보여지는 바와 같이, 인쇄되지 않은 내부영역(V)을 둠으로써 인쇄속도를 향상시킬 수 있다. 일반적으로 내부 인쇄영역의 충진율은 3D 프린터용 프로그램이나 하드웨어 컨트롤러 및 제어 프로그램에 의해 선택 후 조절되어진다. 충진율이 낮을 경우 강도 등 조형물의 특성에 영향을 줄 수 있다.

또한 제3 층의 경우와 같이, 노즐이나 소노즐의 적절한 토출구를 선택하여 다양한 인쇄두께에 따라 인쇄하여 한 층을 구성한다. 각층을 형성하는 색 잉크는 노즐 및 소노즐들의 토출구에서 선택적으로 토출되어 전체 형상체(M)의 색상을 나타낸다. 도면에서 부호 A는 최외곽 필라멘트 영역을, 부호 B는 내부 infill 필라멘트 영역을, 부호 C는 색 잉크를 나타낸 것이다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 베이스
200 : 이송 헤드
300 : 압출기
310 : 노즐
310-D : 노즐의 토출구
310S : 소노즐
311S : 제1 소노즐
312S : 제2 소노즐
313S : 제3 소노즐
310S-D : 소노즐의 토출구
320 : 노즐바디
330 : 히터블럭
400 : 혼합영역
DW : 드라이버 휠
F : 필라멘트
F-1 : 제1 필라멘트
F-2 : 제2 필라멘트
H-0 : 노즐의 토출구의 수평위치
H-1 : 소노즐의 토출구의 수평위치
A : 최외곽 필라멘트 영역
B : 내부 필라멘트 영역
C : 색 잉크 영역
M : 형상체
V : 인쇄되지 않은 내부 영역

Claims (7)

1. 3D 프린터용 노즐로서,
   상기 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며,
   상기 노즐의 내경은 소노즐의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
2. 3D 프린터용 노즐로서,
   상기 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며,
   노즐의 내부에 제1 소노즐이 구비되고, 제1 소노즐의 내부에 제2 소노즐이 구비되며,
   상기 노즐의 내경이 가장 크고, 제1 소노즐의 내경은 노즐의 내경보다 작으며, 제2 소노즐의 내경은 제1 소노즐 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
3. 3D 프린터용 노즐로서,
   상기 노즐은 그 내부에 복수의 소노즐을 갖으며,
   노즐의 내부에 제1 노즐이 형성되고, 제1 노즐의 내부에 제2 노즐이 형성되며, 제1 노즐과 이격되도록 제3 노즐이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치는 동일한 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 노즐의 토출구의 수평 위치와 소노즐의 토출구의 수평 위치 사이의 이격 거리는 유동되는 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐과 소노즐에는 필라멘트와 색 잉크가 선택적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소노즐의 토출구의 수평 위치는 노즐의 토출구의 수평 위치 보다 높게 구성하여 소노즐의 토출구에서 노즐의 토출구 사이에 필라멘트나 색 잉크의 혼합이 이루어지는 혼합 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 노즐의 내부에 소노즐을 갖는 3D 프린터용 노즐.
   
   

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