KR20180004383A - Apparatus for preparing filament for 3D printer - Google Patents

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KR20180004383A
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Abstract

Disclosed is a filament manufacturing apparatus which is capable of simply and inexpensively manufacturing a synthetic resin filament used as a raw material for forming a three-dimensional shaped object and has a wound coil shape by using a three-dimensional printer. The filament manufacturing apparatus comprises: an extruder (12) which melts and extrudes synthetic resin chips (2) to freely fall a molten synthetic resin (4) by gravity; and a filament guide (30) including an inclined surface (32) which is supported by coming in close contact with a front end of the molten synthetic resin (4) that is freely fallen, wherein the front end of the molten synthetic resin (4) is rotationally moved along an inclined surface (34) with a predetermined height, the molten synthetic resin (4) coming in close contact with the inclined surface (32) is solidified to form a filament (6), and the solidified filament (6) is spirally moved in a downward direction along the inclined surface (32) to produce a spirally coil shaped filament (6).

Description

3D 프린터용 필라멘트 제조장치{Apparatus for preparing filament for 3D printer}[0001] Apparatus for preparing filaments for 3D printers [0002]

본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 프린터를 이용하여 3차원 형상의 물체를 성형하는 원료로 사용되며, 권취된 코일 형태를 가지는 합성수지 필라멘트를 간단하고 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 필라멘트 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a filament manufacturing apparatus for a 3D printer, and more particularly, to a filament manufacturing apparatus for a 3D printer, which is used as a raw material for molding a three-dimensional object using a 3D printer, And more particularly, to a filament manufacturing apparatus capable of producing a filament.

3차원 프린터는 3차원 형상의 물체를 성형하는 장치로서, 입체 재료에 레이저 광선을 주사하여 원하는 형태로 물체를 성형하는 광주사 방식 3차원 프린터, 입체 재료를 절삭하여 물체를 성형하는 절삭 방식 3차원 프린터, 선(thread) 형태의 합성수지 필라멘트를 용융시켜 원하는 형태로 적층하는 용융 방식(Fused Deposition Modeling(FDM) 또는 Fused Filament Fabrication(FFF)) 3차원 프린터 등이 알려져 있다. A three-dimensional printer is an apparatus for forming a three-dimensional object. The apparatus includes a light scanning three-dimensional printer for forming an object in a desired shape by scanning a three-dimensional material with a laser beam, a three- (FDM) or fused filament fabrication (FFF) three-dimensional printer which melts resin and thread synthetic resin filaments and stacks them in a desired form is known.

이와 같은 3차원 프린터 중에서, 용융 방식(FDM) 3차원 프린터는 설비비 및 물체의 성형 비용이 상대적으로 저렴하므로, 제품을 상업적으로 대량 생산하는 기업 뿐만 아니라, 취미, 연구 또는 개인용으로 소량의 제품을 제조하는 학교, 가정, 연구실 등으로도 널리 보급되고 있다. 용융 방식 3차원 프린터에 있어서, 물체의 성형 원료로 사용되는 필라멘트는 합성수지로 이루어지고, 예를 들면, 폴리유산(poly lactic acid, PLA) 수지 등의 열가소성 수지로 이루어진다. 상기 필라멘트는 원료 공급 및 용융의 편의성을 위하여 수 내지 수십 미터(meter) 길이의 선(thread)의 형태를 가지며, 또한 운반, 보관 및 사용에 용이하도록, 나선 또는 코일형으로 권취된 형태로 제공된다. Among such three-dimensional printers, the melting-type (FDM) three-dimensional printer is relatively inexpensive because the equipment cost and the molding cost of the object are relatively low. Therefore, not only companies that mass-produce products commercially, but also small- Schools, homes, and laboratories. In a melting type three-dimensional printer, a filament used as a molding material for an object is made of a synthetic resin and is made of a thermoplastic resin such as poly lactic acid (PLA) resin. The filament is in the form of a thread having a length of several meters to several tens of meters for convenience of supply and melting of the raw material and is provided in the form of a spiral wound or coiled type for facilitating transportation, storage and use .

이러한 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지 칩(chip)을 용융시킨 후, 스트랜드(strand) 형태로 압출하여 제조된다. 도 1 및 2는 통상적인 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 필라멘트 제조장치는, 합성수지 칩(2, polymer chip)을 공급하는 공급기(10, hopper); 공급된 합성수지 칩(2)을 용융시켜(melting) 소정 굵기를 가지는 로드(rod) 형태의 용융 합성수지(4)로 압출하는 압출기(12); 압출된 합성수지(4)를 공기 중에서 소정 거리 이송시킴으로서, 합성수지(4)를 냉각시켜 필라멘트(6)로 성형하는 공냉식 냉각기(16); 및 냉각된 필라멘트(6)를 스풀(spool, 20)에 권취(take-up)하기 위한 권취기(18)를 포함한다. 여기서, 상기 압출기(12)의 전단에는 스크류(12a)를 구동하여 용융된 합성수지(4)를 압출하는 모터(11)가 장착되고, 후단에는 로드(rod) 형태로 합성수지(4)를 성형하여 압출하는 다이 및 노즐(die & nozzle, 13)이 장착되어 있다. 상기 공냉식 냉각기(16)로는 금속제 컨베이어 벨트(conveying belt, 16a)가 사용될 수 있고, 상기 권취기(18)는 필라멘트(6)를 인출하는 정속 롤러(roller, 18a) 및 필라멘트(6)의 이동 경로를 제공하는 가이딩 롤러(guiding roller, 18b) 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 필라멘트 제조장치는, 도 1에 도시된 공냉식 냉각기(16) 대신 수냉식 냉각기(26)를 사용하는 것으로서, 압출기(12)에서 압출된 합성수지(4)가 가이딩 롤러(22a)에 의하여 수조(water bath, 24)로 이송되어, 수조(24) 내의 물과 접촉하여 냉각되고, 배출 롤러(22b)에 의해 안내되어 수조(24)로부터 배출된다. 이와 같은 필라멘트 제조장치에 있어서, 합성수지(4)가 용융 온도(Tm) 이상의 온도로 용융되어 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)로부터 토출되고, 냉각기(16, 26)에서 유리전이온도(Tg) 이하의 온도로 냉각되어 고화된 필라멘트(6)가 형성된다. 냉각된 필라멘트(6)는 정속 롤러(18a)에 의해 일정한 속도로 인취(pulling)되므로 합성수지(4) 및 필라멘트(6)에 일정한 장력이 인가되고, 인가되는 장력의 크기를 조절하여, 필라멘트(6)의 굵기를 조절할 수 있다. The filament for the 3D printer is manufactured by melting a synthetic resin chip and extruding it in a strand form. Figs. 1 and 2 are views showing a configuration of a typical filament manufacturing apparatus for a 3D printer. The filament manufacturing apparatus shown in FIG. 1 includes a hopper 10 for supplying a polymer chip 2; An extruder 12 for melting the supplied synthetic resin chips 2 and extruding the supplied synthetic resin chips 2 into a rod-shaped molten synthetic resin 4 having a predetermined thickness; An air-cooled cooler (16) for cooling the synthetic resin (4) to form the filaments (6) by feeding the extruded synthetic resin (4) at a predetermined distance from the air; And a take-up device 18 for take-up of the cooled filaments 6 to a spool 20. A motor 11 for driving the screw 12a and extruding the molten synthetic resin 4 is mounted on the front end of the extruder 12 and a synthetic resin 4 is molded in the form of a rod at the rear end, And a die & nozzle 13 are mounted. A metal conveyor belt 16a may be used as the air cooling type cooler 16 and the winder 18 is provided with a roller 18a for drawing the filament 6 and a traveling path 18a for moving the filament 6 And a guiding roller 18b for providing a driving force. 2, a water-cooled cooler 26 is used instead of the air cooling type cooler 16 shown in FIG. 1, and the synthetic resin 4 extruded from the extruder 12 is guided by guiding rollers 22a And is guided by the discharge roller 22b and discharged from the water tank 24. The water in the water tank 24 is discharged from the water tank 24 by the discharge roller 22b. In the filament manufacturing apparatus as described above, the synthetic resin 4 is melted at a temperature not lower than the melting temperature Tm and discharged from the die and the nozzle 13 of the extruder 12, and the glass transition temperature Tg ) To form a solidified filament 6. The cooled filament 6 is pulled at a constant speed by the constant speed roller 18a so that a constant tensile force is applied to the synthetic resin 4 and the filament 6 and the size of the applied tension is controlled, ) Can be adjusted.

그러나, 상술한 통상의 필라멘트 제조장치는, 필라멘트(6)의 대량 생산에는 적합하지만, 수냉식 또는 공랭식 냉각기(16, 26) 및 권취기(18)의 설비 비용이 고가일 뿐만 아니라, 냉각기(16, 26) 및 권취기(8)의 설치에 넓고 긴 설치 공간이 필요한 단점이 있다. 또한, 통상의 필라멘트 제조장치에 있어서는, 필라멘트(6)의 압출 및 냉각 과정에서, 필라멘트(6)에 일정한 장력이 인가되어야 하므로, 장치의 조작에 숙련된 기술이 필요하다. 따라서, 통상의 필라멘트 제조장치는, 가정, 연구소 등에서, 비숙련자가 소량의 필라멘트를 제조하는 경우, 또는 색상, 재질 등이 다른 다수의 필라멘트를 소량 생산하는 경우에는 적합하지 않다.However, the above-described conventional filament production apparatus is suitable for mass production of the filaments 6, but not only is the cost of the water-cooled or air-cooled type coolers 16, 26 and the winding machine 18 expensive, 26 and the winder 8 are required to have a large and long installation space. Further, in a conventional filament manufacturing apparatus, since a certain tension is applied to the filament 6 during the extrusion and cooling process of the filament 6, a skilled technique is required for operation of the apparatus. Therefore, a normal filament production apparatus is not suitable when a non-expert manufactures a small amount of filaments or produces a small number of filaments having different colors, materials, etc., in a home, a laboratory, or the like.

[선행기술문헌][Prior Art Literature]

1. 등록특허 10-1350993호 "마이크로 캡슐을 이용한 난연 및 내열특성을 가지는 3D 프린터용 PLA 필라멘트 제조방법 및 이에 의해 제조된 PLA 필라멘트"1. Patent No. 10-1350993 "Method for producing PLA filament for 3D printer having flame retardant and heat resistance characteristics using microcapsules and PLA filament made thereby"

2. 등록특허 10-1533998호 "3차원 프린터용 필라멘트 제조장치"2. Patent Document 10-1533998 entitled "filament manufacturing device for three-dimensional printer"

3. 미국특허 4,250,130호 "Control of pipe tension between extruder die and take-up coiler"3. U.S. Patent 4,250,130 entitled " Control of pipe tension between extruder die and take-up coiler "

4. 미국특허 3,956,442호 "Process of continuous fabrication of elastomer or plastomer tubes from aqueous dispersions"4. U.S. Patent No. 3,956,442 entitled "Process of continuous fabrication of elastomer or plastomer tubes from aqueous dispersions &

본 발명의 목적은, 코일 형태로 권취된 형태의 필라멘트를 저비용으로 간편하게 제조할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a filament manufacturing apparatus for a 3D printer which can easily manufacture a filament wound in a coil shape at a low cost.

본 발명의 다른 목적은, 동력에 의하여 구동되거나 복잡한 구조의 냉각기 및 권취기를 사용할 필요가 없는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a filament manufacturing apparatus for a 3D printer which does not need to be driven by a power or using a cooler and a winder having a complicated structure.

본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 구동력을 사용하지 않고도, 비교적 일정한 굵기의 필라멘트를 고화 및 권취시킬 수 있는 3D 프린터용 필라멘트 제조장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a filament manufacturing apparatus for a 3D printer capable of solidifying and winding a filament having a relatively constant thickness without using a separate driving force.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하며, 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동하여 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함하는 필라멘트 제조장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an extruder comprising: an extruder (12) for melting and extruding a synthetic resin chip (2) and dropping the molten synthetic resin (4) by gravity; And a sloped surface (32) on which the tips of the molten synthetic resin (4) to fall freely abut against each other. The tip end of the molten synthetic resin (4) rotates along an inclined surface (34) The molten synthetic resin 4 abutting on the molten synthetic resin 4 is solidified to form the filaments 6 and the solidified filaments 6 descend helically along the inclined surfaces 32 to form the spirally wound filaments 6 And a filament guide (30) for guiding the filament.

본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 의하면, 코일 형태로 권취된 형태의 필라멘트를 저비용으로 간편하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 구조의 냉각기 및 권취기를 사용하지 않고도, 비교적 일정한 굵기의 필라멘트를 자연적으로 고화 및 권취시킬 수 있다.According to the apparatus for producing a filament for a 3D printer according to the present invention, it is possible to easily manufacture the filament wound in the form of a coil at a low cost, and also to produce filaments of relatively constant thickness, And can be wound and wound.

도 1 및 2는 통상적인 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 자유 낙하되는 용융 합성수지의 고화 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 있어서, 자유 낙하되는 용융 합성수지가 필라멘트 가이드에 의해 나선형으로 권취되는 과정을 단계별로 보여주는 도면.
도 6 내지 8은, 본 발명에 사용될 수 있는 다양한 필라멘트 가이드의 구조를 보여주는 도면.1 and 2 are views showing a configuration of a typical filament manufacturing apparatus for a 3D printer
3 is a view showing a configuration of a filament manufacturing apparatus for a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a solidification process of a molten synthetic resin to be freely dropped;
Fig. 5 is a view showing, in a step-by-step manner, a process of spirally winding a molten synthetic resin to be freely dropped by a filament guide in the present invention; Fig.
Figures 6-8 illustrate the structure of various filament guides that may be used in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 있어서, 동일 또는 유사한 기능을 하는 구성요소에는 동일한 도면 부호를 부여하였다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 필라멘트 제조장치는, 합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)를 나선형으로 이동시키면서 고화시켜, 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함한다. 3 is a view showing a configuration of a filament manufacturing apparatus for a 3D printer according to an embodiment of the present invention. 3, the filament manufacturing apparatus according to the present invention comprises an extruder 12 for melting and extruding a synthetic resin chip 2 and dropping the molten synthetic resin 4 by gravity; And a filament guide 30 for spirally moving and solidifying the free-falling molten synthetic resin 4 to produce filament 6 in the form of a spiral wound take-up.

상기 압출기(12)는 합성수지 칩(2)을 용융시키고, 선단(先端)에 장착된 다이 및 노즐(die & nozzle, 13)을 통해, 로드(rod) 형태의 용융 합성수지(4)를 압출하는 통상의 합성수지 압출 장치로서, 도 1 및 2에 도시된 통상의 압출기(12)와 실질적으로 동일한 기능을 한다. 다만, 본 발명에 사용되는 압출기(12)는 압출된 용융 합성수지(4)가 중력에 의해 자유 낙하될 수 있도록, 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)이 지면(地面)으로부터 소정 거리 이격되어 위치한다는 점과, 본 발명의 필라멘트 제조장치는 가정용, 개인용 등으로 사용되는 상대적으로 소량의 필라멘트를 제조하므로, 압출 용량이 작은 소형 압출기라는 점에서, 통상의 압출기와 상이하다. 이하, 필요에 따라, 상기 용융 합성수지(4)를 스트랜드(strand, 4)라 한다. The extruder 12 melts the synthetic resin chip 2 and extrudes the molten synthetic resin 4 in the form of a rod through a die and a nozzle 13 mounted at the tip end Which is substantially the same as that of the conventional extruder 12 shown in Figs. 1 and 2. However, in the extruder 12 used in the present invention, the die and the nozzle 13 of the extruder 12 are spaced apart from the ground by a predetermined distance so that the extruded molten synthetic resin 4 can be freely dropped by gravity And the filament manufacturing apparatus of the present invention produces a relatively small amount of filament to be used for household, personal use and the like, and thus is different from a conventional extruder in that it is a small extruder having a small extrusion capacity. Hereinafter, the molten synthetic resin 4 is referred to as a strand 4, if necessary.

상기 필라멘트 가이드(30)는 상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비한다. 상기 경사면(32)은, 용융 합성수지(4)의 선단, 즉, 경사면(32)과 맞닿은 용융 합성수지(4) 부분이 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 따라, 바람직하게는 지면에 평행하게 회전 이동할 수 있도록, 필라멘트 가이드(30)의 전체 둘레에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하고, 고화된(또는 고화되는) 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동함으로써, 필라멘트 가이드(30)의 둘레에 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트(6)가 생성된다. The filament guide (30) has an inclined surface (32) against which the distal end of the molten synthetic resin (4) to be freely dropped abuts. The inclined surface 32 is formed in such a manner that the distal end of the molten synthetic resin 4, that is, the portion of the molten synthetic resin 4 which abuts the inclined surface 32 is rotatable along the circumference of the filament guide 30, The filament guide 30 may be provided with a plurality of filaments. The molten synthetic resin 4 which is in contact with the inclined surface 32 is solidified to form the filaments 6. The tip of the molten synthetic resin 4 rotates along the inclined surface 34 having a constant height and is solidified The filament 6 is moved downward along the inclined surface 32 in a spiral manner so that the filament 6 is taken up spirally around the filament guide 30.

도 4는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 고화 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 압출기(12)의 다이 및 노즐(13)에서 토출된 용융 스트랜드(4)가 자유 낙하하면, 용융 스트랜드(4)는 자유 낙하 과정에서 공냉되어, 일정 길이(Lm) 만큼 자유 낙하하는 동안 냉각되며 고화된다. 스트랜드(4)가 자유 낙하하는 동안에는, 스트랜드(4)에 자중(自重)이 걸리며, 자중(自重)은 스트랜드(4)가 고화되기 전인 길이 Lm에 변형을 일으켜, 스트랜드(4)의 굵기가 가늘어 진다. 압출기(12)에서 지면까지의 높이(z)가 스트랜드(4)의 고화 길이(Lm)보다 길면, 자유 낙하 과정에서 고화된 필라멘트(6)가 얻어진다. 만일, 압출기 높이(z)가 고화 길이(Lm)보다 낮으면(도 4의 B 참조), 스트랜드(4)가 고화되기 전에 지면에 도달하고, 고화되지 않은 스트랜드(4)가 지면에 쌓여 필라멘트(6)를 생산할 수 없다. 따라서, 필라멘트(6)를 생산하기 위해서는 압출기 높이(z)가 스트랜드(4)의 고화에 필요한 길이(Lm)보다 높아야 한다. 한편, 이와 같이 고화된 스트랜드(4)가 지면에 도달하면, 스트랜드(4)의 하부(y 부분)는 상대적으로 고화된 상태(6)이고, 스트랜드(4)의 상부(x 부분)는 상대적으로 덜 고화된 상태이므로, 스트랜드(4)가 휘어지게 된다(도 4의 C 참조). 이 때, 고화되지 않은 스트랜드(4) 부분에 걸리는 장력이 순간 변화되며, 특히 압출기(12)에서 토출되는 스트랜드(4)의 굵기가 순간 변화한다. 또한 계속하여 상기 스트랜드(4)가 휘어지는 위치 및 휘어진 스트랜드(4)의 이동 방향이 일정하지 않으므로, 스트랜드(4)에 인가되는 장력이 계속 변화하며, 따라서, 스트랜드(4)의 직경(굵기)이 일정하게 유지되지 않고, 균일한 형태의 필라멘트(6)가 얻어지지 않는다. 4 is a view for explaining the solidification process of the molten synthetic resin 4 to be freely dropped. 4, when the die of the extruder 12 and the molten strand 4 discharged from the nozzle 13 fall freely, the molten strand 4 is air-cooled in the free fall process, Cooling and solidifying as much as free fall. During the free fall of the strand 4, the strand 4 is subjected to its own weight and its own weight deforms in the length Lm before the strand 4 is solidified, and the strand 4 has a small thickness Loses. If the height z from the extruder 12 to the ground is longer than the solidification length Lm of the strand 4, the filament 6 solidified in the free fall process is obtained. If the extruder height z is lower than the solidification length Lm (see Fig. 4B), the strand 4 reaches the ground before solidification, and the strand 4, which has not been solidified, 6) can not be produced. Therefore, in order to produce the filament 6, the height z of the extruder must be higher than the length Lm necessary for solidification of the strand 4. On the other hand, when such a solidified strand 4 reaches the ground, the lower portion (y portion) of the strand 4 is in a relatively solid state 6 and the upper portion (x portion) The strand 4 is warped because it is in a less solidified state (see Fig. 4C). At this time, the tensile force applied to the portion of the strand 4 that is not solidified changes instantaneously. Particularly, the thickness of the strand 4 discharged from the extruder 12 changes instantaneously. The tension applied to the strand 4 is continuously changed since the position at which the strand 4 is bent and the direction at which the strand 4 is moved are not constant so that the diameter of the strand 4 So that the filament 6 of uniform shape can not be obtained.

본 발명에 있어서는, 필라멘트 가이드(30)를 이용하여, 용융 합성수지(4), 즉, 스트랜드(4)를 일정하게 이동 및 고화시켜, 스트랜드(4)에 인가되는 자중 및 장력을 일정하게 유지함으로서, 일정한 직경을 가지며 나선형으로 권취(take-up)된 형태의 필라멘트를 생성한다. 도 5는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)에 의해 나선형으로 권취되는 과정을 단계별로 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 압출기(12, 도 3 참조)에서 토출된 스트랜드(4)는 자유 낙하하여, 필라멘트 가이드(30)의 경사면(32), 예를 들면, 도 5의 "a" 지점에 도달하고, 경사면(32)을 따라 지면(地面) 방향으로 하강하면서(sliding) 고화되어 필라멘트(6)를 형성하며, 형성된 필라멘트(6)는 지면에 놓여진다(도 5의 A). 이때, 고화된 필라멘트(6)에 의해 용융 스트랜드(4)가 경사면(32)의 측면 방향(지면에 평행한 방향, 도 5의 A에서는 반시계 방향)으로 밀리면서, 일정 높이의 경사면(34)을 따라 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 회전 이동한다. 즉, 용융 스트랜드(4)의 선단은 지면으로부터 일정한 높이에 있는 경사면(34)을 따라 회전 이동하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 나선형으로 감싸면서, 지면 방향으로 하강 이동한다(도 5의 B). 이와 같은 과정에 의해 용융 스트랜드(4)의 선단이 경사면(34)을 따라 더욱 회전하면, 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)가 필라멘트 가이드(30)의 하단부에 생성된다(도 5의 C 및 D). In the present invention, the filament guide 30 is used to constantly move and solidify the molten synthetic resin 4, that is, the strands 4, to keep the self weight and tension applied to the strands 4 constant, To produce filaments of a constant diameter and in a spiral wound take-up form. 5 is a view showing a stepwise process of winding the molten synthetic resin 4 freely falling by the filament guide 30 in a spiral manner. 5, the strand 4 discharged from the extruder 12 (see Fig. 3) falls freely and reaches the inclined surface 32 of the filament guide 30, for example, And slides down along the inclined surface 32 toward the ground to solidify to form the filaments 6 and the formed filaments 6 are placed on the ground (FIG. 5A). At this time, the melted strands 4 are pushed by the solidified filaments 6 in the lateral direction of the sloped surface 32 (counterclockwise in FIG. 5A) Thereby rotating the filament guide 30 around the filament guide 30. That is, the tip of the molten strand 4 rotates along the inclined surface 34 at a constant height from the ground, and the solidified filament 6 moves downward in the direction of the ground while spirally wrapping the inclined surface 32 5B). When the tip of the molten strand 4 further rotates along the inclined surface 34 by this process, the spiral wound filament 6 is produced at the lower end of the filament guide 30 D).

상기 필라멘트 가이드(30)에 있어서, 지면으로부터 일정한 높이에 있는 경사면(34)은 압출기(12)에서 배출되는 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)에 맞닿아 이동하는 필라멘트 가이드(30)의 둘레 부분을 의미하고, 예를 들면 지면에 평행한 원주형 부분을 의미한다. 상기 경사면(34)이 위치하는 높이 및 압출기(12)와 경사면(34) 사이의 거리(즉, 용융 합성수지(4)의 낙하 거리)는 압출된 용융 합성수지(4)가 필라멘트 가이드(30)의 경사면(34)을 따라 이동하면서 고화되며, 고화되는 필라멘트(6) 들이 서로 융착되지 않도록 설정된다. 이와 같이, 용융 스트랜드(4)의 선단이 일정한 높이에서 경사면(34)과 접촉하고, 경사면(32)의 동일한 경로를 따라 나선형으로 회전 및 하강하면서 고화되어 필라멘트(6)를 형성하므로, 용융 스트랜드(4) 및 고화되는 필라멘트(6)에 일정한 자중 및 장력이 인가된다. 따라서, 본 발명의 필라멘트 가이드(30)를 사용함에 의해, 일정한 직경을 가지며 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 얻을 수 있다. The inclined surface 34 at a predetermined height from the ground surface of the filament guide 30 is formed so that the molten synthetic resin 4 discharged from the extruder 12 is wound around the filament guide 30 moving in contact with the filament guide 30, And means, for example, a circumferential portion parallel to the ground. The height at which the inclined face 34 is positioned and the distance between the extruder 12 and the inclined face 34 (i.e., the distance at which the molten synthetic resin 4 falls) The filaments 6 are solidified while moving along the filament 34, and are set so that the filaments 6 to be solidified are not fused together. Since the tip of the molten strand 4 contacts the slope 34 at a constant height and solidifies while rotating and descending helically along the same path of the slope 32 to form the filament 6, 4 and the filament 6 to be solidified. Therefore, by using the filament guide 30 of the present invention, it is possible to obtain the filament 6 having a certain diameter and wound in a spiral shape.

한편, 압출기(12)의 높이(z)를 조정하여 압출기(12)와 경사면(34) 사이의 거리를 변경하면, 얻어지는 필라멘트(6)의 굵기를 조절할 수 있다. 즉, 압출기(12)의 높이(z)를 증가시키면, 장력이 더 걸려 필라멘트(6)가 가늘어지고, 압출기(12)의 높이(z)를 감소시키면, 필라멘트(6)가 굵어진다. On the other hand, if the height z of the extruder 12 is adjusted to change the distance between the extruder 12 and the inclined surface 34, the thickness of the obtained filament 6 can be adjusted. That is, when the height z of the extruder 12 is increased, the filaments 6 are tapered due to more tension, and when the height z of the extruder 12 is reduced, the filaments 6 become thicker.

본 발명에 사용되는 필라멘트 가이드(30)는 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 경사면(32)에 도달한 용융 합성수지(4)가 일정한 높이의 경사면(34)을 따라 필라멘트 가이드(30)의 둘레를 나선형으로 이동할 수 있는 구조를 가진다. 도 6 내지 8은, 본 발명에 사용될 수 있는 필라멘트 가이드의 변형된 구조를 보여주는 도면이다. 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용될 수 있는 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하는 원뿔(circular cone) 구조를 가질 수 있다. 상기 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)에 있어서, 경사면(32)의 경사 각도(θ)는 용융 합성수지(4)의 압출 속도 및 고화 시간, 필라멘트(6)의 권취 직경 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면 40 내지 80도, 바람직하게는 50 내지 70도이다. 상기 원뿔 구조 필라멘트 가이드(40)의 밑면 직경(d)은 예를 들면, 20 내지 100 cm, 바람직하게는 30 내지 60 cm이고, 높이(h)는 20 내지 60 cm, 바람직하게는 30 내지 50 cm 이다. 여기서, 상기 필라멘트 가이드(40)의 경사 각도, 직경, 높이 등이 너무 크거나 작으면, 용융 합성수지(4)가 충분히 고화되지 않은 상태로 나선형으로 감겨져, 필라멘트(6)가 서로 융착되거나, 용융 합성수지(4)가 너무 빨리 경화되어, 용융 합성수지(4)이 이동이 원활하지 못하게 될 우려가 있다.The filament guide 30 used in the present invention has an inclined surface 32 on which the distal end of the molten synthetic resin 4 to be freely dropped abuts and the molten synthetic resin 4 reaching the inclined surface 32 has a constant height The filament guide 30 can be moved along the inclined surface 34 of the filament guide 30 in a spiral manner. 6 to 8 are views showing a modified structure of a filament guide that can be used in the present invention. As shown in FIGS. 3 and 6, the filament guide that can be used in the present invention may have a circular cone structure that increases in area toward the bottom. In the conical structural filament guide 30, the inclination angle? Of the inclined surface 32 may vary depending on the extrusion speed and solidification time of the molten synthetic resin 4, the winding diameter of the filament 6, and the like, 40 to 80 degrees, preferably 50 to 70 degrees. The bottom surface diameter d of the conical structural filament guide 40 is, for example, 20 to 100 cm, preferably 30 to 60 cm, and the height h is 20 to 60 cm, preferably 30 to 50 cm to be. If the angle of inclination, diameter, height, or the like of the filament guide 40 is too large or too small, the molten synthetic resin 4 is spirally wound in a state where the filament 6 is not sufficiently solidified, The molten synthetic resin 4 is hardened too quickly and the molten synthetic resin 4 may not smoothly move.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하도록 테이퍼된(tapered) 원기둥 구조의 필라멘트 가이드(40)일 수 있다. 도 7에 도시된 필라멘트 가이드(40)는, 도 6에 도시된 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)의 상부 꼭지 부분 만이 제거된 형태로서, 용융 스트랜드(4)는 일정 높이의 경사면(44)을 따라 회전 이동하므로, 용융 스트랜드(4)가 접촉하지 않는 상부 꼭지 부분을 제거하여, 테이퍼된 원기둥 구조를 형성하더라도, 원뿔 구조 필라멘트 가이드(30)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 도 8에 도시된 필라멘트 가이드는, 필라멘트 가이드(50) 하부에 적층되는 필라멘트(6)를 안정하게 수용하기 위한 필라멘트 수용 날개부(56)가 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52) 하부로부터 연장되어 형성된 것을 제외하고는, 도 6에 도시된 필라멘트 가이드(30)와 동일한 구조를 가진다. 도 8에 도시된 필라멘트 가이드(50)에 있어서, 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52)와 필라멘트 수용 날개부(56)는 원형의 홈을 형성하므로, 경사부(52)에서 고화된 나선형 필라멘트(6)가 경사부(52)와 필라멘트 수용 날개부(54)에 의해 형성된 원형의 홈에 안정하게 수용될 수 있다. 상기 필라멘트 수용 날개부(56)는 필라멘트 가이드(50)의 경사부(52) 바닥면의 외주를 따라 연속적으로 형성될 수 있으나, 필요에 따라, 소정의 간격을 두고 분리되어 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 7, the filament guide according to another embodiment of the present invention may be a filament guide 40 having a cylindrical shape with a tapered shape to increase its area toward the bottom. The filament guide 40 shown in Fig. 7 is a configuration in which only the upper nip portion of the conical structural filament guide 30 shown in Fig. 6 is removed. The molten strand 4 is rotated along the inclined surface 44 It is possible to perform the same function as that of the conical structural filament guide 30 even if the tapered cylindrical structure is formed by removing the upper nose portion where the molten strands 4 do not contact. The filament guide shown in Fig. 8 is configured such that the filament receiving vane 56 for stably receiving the filament 6 stacked below the filament guide 50 extends from the lower portion of the inclined portion 52 of the filament guide 50 And has the same structure as that of the filament guide 30 shown in Fig. The inclined portion 52 of the filament guide 50 and the filament accommodating wing portion 56 of the filament guide 50 shown in Fig. 8 form a circular groove, so that the spiral filament solidified in the inclined portion 52 (6) can be stably received in a circular groove formed by the inclined portion (52) and the filament receiving vane portion (54). The filament receiving vane 56 may be continuously formed along the outer circumference of the bottom surface of the inclined portion 52 of the filament guide 50. However, the filament receiving vane 56 may be separately formed at predetermined intervals.

본 발명에 있어서, 상기 필라멘트 가이드(30, 40, 50)는 용융 합성수지(4) 및 고화된 필라멘트(6)가 부착되지 않고, 슬라이딩 이동할 수 있는 물질로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 용융 합성수지(4)의 냉각을 촉진하여 고화된 필라멘트(6)를 형성할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 필라멘트 가이드(30, 40, 50)는 종이, 나무, 플라스틱, 금속 등으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 있어서, 필라멘트(6)를 형성하는 합성수지로는 통상의 3D 프린터 필라멘트 형성용 합성수지를 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리유산(Polylactic acid, PLA) 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile butadien styrene, ABS) 수지 등의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 또한, 필라멘트(6)의 기능을 향상시키기 위한 첨가제(예를 들면, 색상을 부여하기 위한 안료, 열안정제 등)을 상기 합성수지와 혼합하여 함께 사용할 수 있다.In the present invention, the filament guides 30, 40 and 50 may be made of a material capable of sliding movement without attaching the molten synthetic resin 4 and the solidified filaments 6, and preferably the molten synthetic resin 4 ) To promote the cooling of the filaments 6 to form the solidified filaments 6. For example, the filament guides 30, 40 and 50 may be made of paper, wood, plastic, metal, or the like. In the present invention, the synthetic resin for forming the filament 6 may be a synthetic resin for forming a typical 3D printer filament without any particular limitation. For example, polylactic acid (PLA) resin, acrylonitrile butadiene styrene (Acrylonitrile butadiene styrene, ABS) resin can be used. Further, an additive (for example, a pigment for imparting hue, a heat stabilizer, etc.) for improving the function of the filament 6 may be used together with the synthetic resin.

본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조장치에 의하면, 필라멘트 가이드(30) 및 필라멘트(6)의 자중을 이용하여, 용융 합성수지(4)의 선단을 나선형으로 회전시키고, 필라멘트(6)를 권취하므로, 별도의 냉각 장치 및 장력 조절 장치가 필요하지 않아 설비 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 용융 합성수지(4)를 공기중에서 냉각시키므로, 물에 취약한 합성수지(4)를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 일정한 직경(두께)을 가지며, 나선형으로 권취된 필라멘트(6)를 간편하게 제조할 수 있다. According to the apparatus for producing a filament for 3D printer according to the present invention, since the tips of the molten synthetic resin 4 are spirally rotated and the filaments 6 are wound using the weight of the filament guides 30 and the filaments 6, A separate cooling device and a tension adjusting device are not required, so that facility cost can be reduced. In addition, since the molten synthetic resin 4 is cooled in the air, the synthetic resin 4 that is vulnerable to water can be used. Further, according to the present invention, the filament 6 having a certain diameter (thickness) and being spirally wound can be easily manufactured.

Claims (4)

합성수지 칩(2)을 용융 및 압출하여, 용융 합성수지(4)를 중력에 의해 자유 낙하시키는 압출기(12); 및
상기 자유 낙하되는 용융 합성수지(4)의 선단이 맞닿아 지지되는 경사면(32)을 구비하며, 상기 용융 합성수지(4)의 선단은 일정 높이의 경사면(34)을 따라 회전 이동하며, 상기 경사면(32)에 맞닿은 용융 합성수지(4)는 고화되어 필라멘트(6)를 형성하고, 고화된 필라멘트(6)는 경사면(32)을 따라 나선형으로 하강 이동하여 나선형으로 권취된 형태의 필라멘트(6)를 생성하는 필라멘트 가이드(30)를 포함하는 필라멘트 제조장치. An extruder (12) for melting and extruding the synthetic resin chip (2) and dropping the molten synthetic resin (4) by gravity; And
Wherein the distal end of the molten synthetic resin 4 rotates along a slope 34 having a predetermined height and the inclined surface 32 of the molten synthetic resin 4 freely falls, The molten synthetic resin 4 abutting on the molten synthetic resin 4 is solidified to form filaments 6 and the solidified filaments 6 descend helically along the inclined surfaces 32 to produce spiral wound filaments 6 And a filament guide (30). 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하도록 테이퍼된(tapered) 원기둥 구조를 가지는 것인, 필라멘트 제조장치. The filament manufacturing device according to claim 1, wherein the filament guide has a cylindrical structure tapered so as to increase in area as it goes downward. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드는 하부로 갈수록 면적이 증가하는 원뿔(circular cone) 구조를 가지는 것인, 필라멘트 제조장치. The filament manufacturing device according to claim 1, wherein the filament guide has a circular cone structure whose area increases as it goes downward. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트 가이드의 경사부(52) 하부에는 필라멘트 수용 날개부(56)가 형성되어, 상기 경사부(52) 및 필라멘트 수용 날개부(56)의 사이에 고화된 필라멘트(6)가 수용되는 것인, 필라멘트 제조장치. The filament according to claim 1, wherein a filament receiving vane portion (56) is formed under the inclined portion (52) of the filament guide to form a filament (6) between the inclined portion (52) and the filament receiving vane portion ) Is accommodated in the filament.
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