KR20180126186A - 3d-printer having structure for preventing deformation of nozzle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a 3D printer which has a deformation prevention nozzle structure for preventing the thermal expansion of a discharge port occurring when a nozzle is heated. The 3D printer includes: a nozzle extruding a raw material in the form of filaments; a heating module for heating the nozzle; and a pressing unit which generates a pressing force to extrude the heated filaments through the nozzle. The filaments are configured to include a polylactic acid, N,N′-ethylenebis(stearamide), antioxidants, and pigments. The nozzle is formed with two or more different metal materials. According to the present invention, the nozzle port maintains the same size regardless of the temperature changes of the nozzle, thereby executing a printing operation under conditions precisely matching the set extruding conditions.

Description

변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터 { 3D-PRINTER HAVING STRUCTURE FOR PREVENTING DEFORMATION OF NOZZLE }BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a 3D printer having a deformation preventing nozzle structure,

본 발명은 3D 프린터용 노즐 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐의 가열시 발생되는 토출구의 열팽창을 방지할 수 있는 변형방지 노즐구조를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a nozzle structure for a 3D printer, and more particularly, to a 3D printer having a deformation preventing nozzle structure capable of preventing thermal expansion of a discharge port generated when a nozzle is heated.

3D 프린터는 특수 소재를 순차적으로 분사하여 미세한 두께로 층층이 쌓아 올리면서 입체적인 형상물을 제작하는 장비로, 최근 다양한 분야에서 사용이 확산되고 있다. The 3D printer is a device that produces a three-dimensional object by sequentially spraying a special material and accumulating a layer with a fine thickness. Recently, the 3D printer has been widely used in various fields.

이와 같은 3D 프린터의 확산과 함께 다양한 방식의 3D 프린터가 개발되어 이용되고 있으며, 이를 크게 출력방식에 따라 구분하면, FDM(적층방식), SLS(분말소결), SLA 그리고 DLP(액체수지)로 구분된다.Various 3D printers have been developed and used with the proliferation of such 3D printers, and they are classified into FDM (lamination method), SLS (powder sintering), SLA and DLP (liquid resin) do.

먼저, FDM 방식은, 국내에서 가장 널리 적용되는 방식으로, 적층방식을 통해 쌓아올리는 방식으로, 3D프린터는 소재를 실처럼 가늘게 용융-압출하여 한 줄씩 형상을 순차적으로 적층하여 제품을 출력한다.First, the FDM method is the most widely applied method in the country and is stacked by a stacking method. In the 3D printer, the material is melted-extruded like a thread to sequentially stack the shapes one by one and output the products.

상기 FDM 방식의 3D 프린터에 적용되는 소재(필라멘트)는 대표적으로 PLA (PolyLactic Acid) 소재와 ABS (Acrylonitile Poly-Butadiens Styrene) 소재가 있다.Typically, the material (filament) applied to the 3D printer of the FDM type is a PLA (polyactic acid) material and an ABS (acrylonitrile poly-butadiene styrene) material.

상기 PLA 소재는 FDM 방식의 3D프린터에 가장 많이 사용되는 소재로, 친환경 수지로 녹아도 냄새가 나지 않고 유해요소가 거의 없다는 장점이 있다.The PLA material is the most commonly used material for FDM type 3D printers, and has an advantage that it does not smell even if it is melted as an eco-friendly resin and has few harmful elements.

한편, 상기 PLA 소재를 이용한 프린팅 제품은 후 가공이 어려워, 출력시 기밀성 및 표면 출력 상태가 양호할 것을 요한다.On the other hand, the printing product using the PLA material is difficult to be post-processed, and it is required that the airtightness and the surface output state are good at the time of output.

그리고 상기 ABS 소재는 기본적으로 Acrylonitile, Poly-Butadiene 및 Styrene로 이루어진 합성수지로, 후 가공이 용이하나 소재를 출력시 냄새가 나며, 상기 PLA 소재에 비하여 균열 및 수축현상이 크게 발생되는 단점이 있다.The ABS material is basically a synthetic resin made of acrylonitile, poly-butadiene, and styrene. However, the ABS material has an unsatisfactory cracking and shrinkage phenomenon as compared with the PLA material.

한편, 본 발명의 대상이 되는 FDM 방식의 3D에 제공되는 필라멘트는 재료 특성에 따라 녹는점이 상이할 뿐만 아니라, 프린팅 후 신속하게 고화되도록 하여, 변형 없이 치수 및 형태의 안정성을 확보하면서 프린팅 속도를 향상시킬 수 있도록 하기 위하여, 다양한 필라멘트 조성물과 각 필라멘트에 대한 압출 조건(온도, 밀도 및 속도)에 대한 최적화 연구가 활발히 진행되고 있다.On the other hand, the filament provided in the FDM type 3D which is an object of the present invention not only has a melting point according to the material characteristics but also rapidly solidifies after printing, thereby improving the printing speed while ensuring dimensional stability and form stability without deformation (Temperature, density and speed) for various filament compositions and individual filaments in order to make it possible to make the filaments more flexible.

대한민국 공개특허 제10-2015-0098142호, 대한민국 공개특허 제10-2015-0042660호 및 대한민국 등록 특허 제10-1350993호에는 PLA 소재의 필라멘트 조성물에 대한 다양한 기술내용이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-2015-0098142, Korean Patent Laid-open No. 10-2015-0042660, and Korean Patent No. 10-1350993 disclose various technical contents of the filament composition of PLA material.

한편, 이와 같은 FDM 3D 프린터는 필라멘트 종류에 따라 압출 조건을 설정하여, 출력을 진행하는데, 온도조건이 달라짐에 따라 압출 속도가 미세하게 변화되는 문제점이 있었다. In the FDM 3D printer, the extrusion conditions are set according to the type of the filament, and the output is progressed. However, there is a problem that the extrusion speed changes finely as the temperature condition changes.

이를 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 의한 3D 프린터는 금속재로 형성되어 단부에 노즐공(3)이 형성되는 노즐(3)과, 상기 노즐(3) 외주연에 밀착되어 상기 노즐(3)을 가열하는 가열유닛(5)을 포함하여 구성된다.1, a conventional 3D printer includes a nozzle 3 formed of a metal material and having a nozzle hole 3 formed at an end thereof, and a nozzle 3 formed at an outer periphery of the nozzle 3, And a heating unit (5) for heating the nozzle (3).

이에 따라 상기 가열유닛(5)에 의해 상기 노즐(1)이 가열되어, 상기 노즐(1) 내부에 공급된 모재(7)를 용융하여, 설정된 토출압으로 상기 모재(7)를 토출하여 제품을 프린팅한다.The nozzle 1 is heated by the heating unit 5 to melt the base material 7 supplied to the inside of the nozzle 1 to discharge the base material 7 to the set discharge pressure, Print.

이때, 상기 가열모드(5)에 의해 상기 노즐(1)이 가열되면, 금속재의 노즐(1)이 열 팽창하면서 상기 노출공(3)의 크기가 확장된다.At this time, when the nozzle 1 is heated by the heating mode 5, the size of the exposure hole 3 is expanded while the nozzle 1 of the metal material thermally expands.

이에 따라, 3D 프린터에서 동일한 토출압으로 모재(7)를 토출하여도, 상기 노즐공(3)의 크기가 온도에 따라 달라지면서 모재(7)의 토출량이 달라져, 정확히 설정된 압출조건으로 모재(7)를 토출할 수 없는 문제점이 있었다.Accordingly, even when the base material 7 is discharged by the same discharge pressure in the 3D printer, the discharge amount of the base material 7 is changed as the size of the nozzle hole 3 varies with temperature, ) Can not be discharged.

(001) 대한민국 공개특허 제10-2015-0098142호(001) Korean Patent Publication No. 10-2015-0098142 (002) 대한민국 공개특허 제10-2015-0042660호(002) Korean Patent Publication No. 10-2015-0042660 (003) 대한민국 등록 특허 제10-1350993호(003) Korean Patent No. 10-1350993

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 노즐의 온도 변화에도 노즐공의 크기가 일정하게 유지되도록 하여, 설정된 압출 조건에 정확히 일치하는 조건으로 프린팅이 수행될 수 있도록 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide an ink jet printer which can maintain the size of a nozzle hole constant even with a temperature change of a nozzle, And to provide a 3D printer having an anti-nozzle structure.

즉, 본 발명은 필라멘트의 조성물에 따라 서로 다른 온도설정을 통해 프린팅을 수행하여도, 노즐공의 크기가 일정하게 유지되도록 하여, 설정된 토출압에 대하여 용융 모재의 토출량이 일정하게 유지되도록 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터를 제공하고자 하는 것이다. That is, according to the present invention, even if printing is performed through different temperature settings depending on the composition of the filaments, the size of the nozzle holes can be kept constant so that the deformation preventing And to provide a 3D printer having a nozzle structure.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 필라멘트 형태의 원재료를 압출하는 노즐과; 상기 노즐을 가열하는 가열모듈; 그리고 가열된 필라멘트를 상기 노즐을 통해 압출하도록 가압력을 발생시키는 가압부를 포함하여 구성되고: 상기 필라멘트는, 폴리락트산(Polylactic acid), 에틸렌 비스 스테아마이드(N,N Ethylene bis(stearamide)), 산화방지제(Antioxidant) 및 안료(Pigment)를 포함하여 구성되며: 상기 노즐은, 서로 다른 두 가지 금속재가 결합되어 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: a nozzle for extruding a filamentary raw material; A heating module for heating the nozzle; And a pressing part for generating a pressing force to extrude the heated filament through the nozzle. The filament is made of polylactic acid, ethylenebisstearamide (N, N stearamide), antioxidant An antioxidant, and a pigment. The nozzle is formed by combining two different metal materials.

이때, 상기 노즐은, 상기 노즐의 외측을 구성하는 외측노즐부와; 상기 외측노즐부의 내측에 결합되어 상기 노즐의 하단부 내측을 구성하는 내측노즐부를 포함하여 구성될 수도 있다.At this time, the nozzle includes an outer nozzle part constituting the outer side of the nozzle; And an inner nozzle unit coupled to an inner side of the outer nozzle unit and forming an inner side of a lower end of the nozzle.

그리고 상기 외측노즐부 내측과 상기 내측노즐부의 외측에는 나사산이 형성되어, 상기 내측노즐부가 상기 외측노즐부 내에 나사 결합될 수도 있다.In addition, a thread may be formed inside the outer nozzle part and the outer nozzle part, and the inner nozzle part may be screwed into the outer nozzle part.

또한, 상기 외측노즐부와 내측노즐부는 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속 부재로 구성될 수도 있다.Further, the outer nozzle portion and the inner nozzle portion may be formed of metal members having different thermal expansion coefficients.

그리고 상기 외측노즐부는 상기 외측노즐부보다 열팽창계수가 낮은 금속으로 구성될 수도 있다.The outer nozzle part may be made of a metal having a lower thermal expansion coefficient than the outer nozzle part.

또한, 상기 외측노즐부는, 철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성되고; 상기 내측노즐부는, 비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성될 수도 있다.The outer nozzle portion may be made of iron, chromium, molybdenum, nickel, or an alloy thereof; The inner nozzle portion may be made of aluminum having a relatively large thermal expansion coefficient.

그리고 상기 내측노즐부 단부에는, 상기 내측노즐부의 회전을 위한 복수 개의 삽입홈이 형성될 수도 있다.A plurality of insertion grooves for rotating the inner nozzle portion may be formed at the inner nozzle portion end.

또한, 본 발명은 상기 삽입홈에 대응하는 형태의 돌출부가 형성되어, 상기 돌출부가 상기 삽입홈에 삽입되어 상기 내측노즐부를 회전시키기 위한 회전유닛을 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the present invention may further comprise a rotation unit formed with protrusions corresponding to the insertion grooves, the protrusions being inserted into the insertion grooves to rotate the inner nozzle unit.

한편, 상기 노즐은, 단부에 원통형의 결합홈이 형성되는 노즐부와; 상기 결합홈에 삽입되는 실린더형의 보정편을 포함하여 구성될 수도 있다.Meanwhile, the nozzle includes a nozzle part having a cylindrical coupling groove at an end thereof; And a cylindrical correction piece inserted into the coupling groove.

이때, 상기 보정편은, 원통형의 수직부와; 상기 수직부 단부로부터 내측으로 연장되어 형성되고, 중앙부에 노즐공이 형성된 확장부를 포함하여 구성될 수도 있다.At this time, the correction piece includes a cylindrical vertical portion; And an extension portion formed to extend inward from the vertical end portion and having a nozzle hole formed at a central portion thereof.

그리고 상기 노즐부와 보정편은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속 부재로 구성될 수도 있다.The nozzle part and the correction part may be formed of metal members having different thermal expansion coefficients.

또한, 상기 노즐부는 상기 보정편 보다 열팽창계수가 낮은 금속으로 구성될 수도 있다.Further, the nozzle unit may be made of a metal having a thermal expansion coefficient lower than that of the correction piece.

그리고 상기 노즐부는, 철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성되고; 상기 보정편은, 비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성될 수도 있다.And the nozzle portion is made of iron, chromium, molybdenum, nickel or an alloy thereof; The correction piece may be made of aluminum having a relatively large thermal expansion coefficient.

또한, 상기 보정편은, 상기 노즐부를 상기 가열모듈을 통해 임계온도까지 가열한 후, 상기 결합홈에 상기 보정편을 삽입하고; 상기 노즐부를 냉각시켜 상기 결합홈을 압축시킴에 의해 상기 보정편을 상기 결합홈에 고정시켜 상기 노즐부에 결합될 수도 있다.Further, the correction piece may be formed by heating the nozzle part to a critical temperature through the heating module, and then inserting the correction piece into the coupling groove; The nozzle may be cooled and the coupling groove may be compressed to fix the correction member to the coupling groove to be coupled to the nozzle unit.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.In the 3D printer having the deformation preventing nozzle structure according to the present invention as described above, the following effects can be expected.

즉, 본 발명에서는 노즐의 온도 변화에도 노즐공의 크기가 일정하게 유지되므로, 설정된 압출 조건에 정확히 일치하는 조건으로 프린팅이 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.That is, according to the present invention, since the size of the nozzle hole is kept constant even when the temperature of the nozzle changes, printing can be performed under conditions that exactly match the set extrusion conditions.

구체적으로, 본 발명에서는 필라멘트의 조성물에 따라 서로 다른 온도설정을 통해 프린팅을 수행하여도, 노즐공의 크기가 일정하게 유지되므로, 설정된 토출압에 대하여 용융 모재의 토출량이 일정하게 유지되는 효과가 있다.Specifically, in the present invention, even when printing is performed through different temperature settings depending on the composition of the filament, the size of the nozzle hole is kept constant, and thus the discharge amount of the molten base material is kept constant with respect to the set discharge pressure .

이에 따라, 본 발명에서는 필라멘트의 조성물에 따라 다양하게 노즐 온도를 변화시켜도, 최적의 압출조건을 정확히 구현할 수 있으므로, 출력 제품의 치밀성, 내외부에 간극 및 갈라짐의 발생이 억제되고, 모서리나 테두리 영역에서 형태의 왜곡이나 손상이 줄어드는 효과가 있다.Accordingly, even when the nozzle temperature is varied according to the composition of the filament, the optimum extrusion conditions can be precisely realized. Therefore, the compactness of the output product, the occurrence of gaps and cracks in the inner and outer parts are suppressed, It has the effect of reducing distortion and damage of the form.

도 1은 종래 기술에 의한 FDM 방식의 3D 프린터 노즐의 일 예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예를 구성하는 내측노즐부의 구성을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예를 구성하는 보정편의 구성을 도시한 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예가 서로 다른 온도에서 열변형이 발생된 예를 도시한 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional 3D printer nozzle of an FDM type.
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of a 3D printer nozzle according to a specific embodiment of the present invention. FIG.
3 is an exemplary view showing the configuration of an inner nozzle unit constituting a first embodiment of a 3D printer nozzle according to the present invention;
4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a 3D printer nozzle according to a specific embodiment of the present invention.
Fig. 5 is an exemplary view showing a configuration of a correction member constituting a second embodiment of a 3D printer nozzle according to the present invention; Fig.
6 is an exemplary view showing an example in which the second embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention generates thermal deformation at different temperatures.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터를 살펴보기로 한다.Hereinafter, a 3D printer having a deformation preventing nozzle structure according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 의한 3D 프린터 노즐 구조를 설명하기에 앞서, FDM 방식의 3D 프린터 구조와 필라멘트 조성물에 따른 압출 조건을 먼저 설명하고, 본 발명에 의한 3D 프린터의 변형방지 노즐구조를 설명하기로 한다.Before explaining the structure of the 3D printer nozzle according to the present invention, the extrusion conditions according to the 3D printer structure and the filament composition according to the FDM method will be described first, and the deformation preventing nozzle structure of the 3D printer according to the present invention will be described.

먼저, 통상의 FDM 방식의 3D 프린터(델타봇 타입)는 바닥판이 고정된 상태로 상기 바닥판 상에 인쇄 헤드가 X, Y 및 Z축으로 움직이면서 필라멘트를 토출하여, 한 층씩 쌓아가며 소정의 형상을 구축하는 방식으로 3차원 인쇄를 수행한다.First, in a typical FDM type 3D printer (Delta Bot type), the print head is moved on the bottom plate in the X, Y, and Z axes while the bottom plate is fixed, and the filament is discharged while being stacked one by one. And three-dimensional printing is performed in a manner of constructing.

이때, 상기 필라멘트는 상단으로부터 풀려서 인쇄 헤드로 공급되는데, 인쇄 헤드로 공급된 필라멘트는 핫 멜트 접착제 건(gun)과 유사한 방식으로 용융되어 바닥판 상에 인쇄층을 형성하고 이러한 인쇄층을 연속적으로 적층시켜 출력물을 형성하게 된다.At this time, the filament is unwound from the top and supplied to the print head. The filament fed to the print head is melted in a manner similar to a hot melt adhesive gun to form a print layer on the bottom plate, Thereby forming an output.

한편, 본 발명에 의한 필라멘트는 폴리락트산(polylactic acid, PLA) 계열의 조성물로, 폴리락트산(Polylactic acid), 에틸렌 비스 스테아마이드(N,N Ethylene bis(stearamide)), 산화방지제(Antioxidant) 및 안료(Pigment)를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the filament according to the present invention is a composition of polylactic acid (PLA) -based composition, which contains polylactic acid, N, N ethylene bis (stearamide), antioxidant and pigment (Pigment).

이때, 바람직하게는 상기 필라멘트 조성물의 조성비는 출력물의 특성 및 조건에 따라 다양하게 변화될 수 있는데, 본 발명에서는 폴리락트산(Polylactic acid) 90 내지 94 중량%, 에틸렌 비스 스테아마이드(N,N Ethylene bis(stearamide)) 2 내지 5 중량%, 산화방지제(Antioxidant) 2 내지 5 중량% 및 안료(Pigment) 2 내지 5 중량%를 포함하여 구성되는 필라멘트 조성물을 예로 들어 설명한다.Preferably, the composition ratio of the filament composition may be varied according to the characteristics and conditions of the output product. In the present invention, it is preferable that 90 to 94% by weight of polylactic acid, N, N ethylene bis 2 to 5% by weight of stearamide, 2 to 5% by weight of an antioxidant and 2 to 5% by weight of a pigment.

이와 같이 구성된 필라멘트 조성물은 약 1.24g/cm^3 (23℃ 기준)의 밀도(Density) 를 갖고, 약 160℃의 녹는점을 갖으며, 230℃ 이상의 Decomposition temperature를 갖는다. The filament composition thus formed has a density of about 1.24 g / cm < 3 > (based on 23 DEG C), has a melting point of about 160 DEG C, and has a decomposition temperature of 230 DEG C or more.

또한 약 70℃ 정도의 열변형 온도를 나타내고, 약 6 mm/min 의 인장속도를 나타내며, 약 145%의 최대 신장률을 나타낸다.It also exhibits a heat deflection temperature of about 70 ° C, exhibits a tensile rate of about 6 mm / min, and exhibits a maximum elongation of about 145%.

이에 따라 본 발명에 의한 필라멘트 조성물은 200℃ 정도의 저온 가열에 의해도 압출성능 및 고화성능이 확보되어, 출력물의 치밀도가 확보될 수 있게 된다.Accordingly, the filament composition according to the present invention secures the extrusion performance and solidification performance even by heating at a low temperature of about 200 캜, and the compactness of the output can be ensured.

한편, 상기 필라멘트 조성물은 그 조성비에 따라 최적의 출력조건(압출 조건)이 변동된다.On the other hand, the optimum output condition (extrusion condition) varies depending on the composition ratio of the filament composition.

아래 참고도 1은 특정 필라멘트 조성물에 대하여 압출조건을 변경하여 출력물을 출력한 결과를 표로 정리하여 나타내었다.FIG. 1 is a table showing output results of various filament compositions by changing the extrusion conditions.

(참고도 1)(Reference figure 1)

Figure pat00001
Figure pat00001

위 표에서는 출력물의 상태를 단순하게 3단계(◎, ○, ×)로 나누어 설명하였으나, 출력물 표면을 미세하게 검사하면, 필라멘트 조성물에 따라 최상의 압출조건을 찾을 수 있다.In the above table, the state of the output is simply divided into three stages (⊚, ◯, ×). However, if the surface of the output is finely inspected, the best extrusion condition can be found according to the filament composition.

한편, 이와 같은 최상의 압출조건은, 상기 필라멘트 제조/제공자가 특정하여 제공하는데, 3D 프린터에서 해당 압출조건을 설정하고 프린팅을 수행하여도, 노즐의 설정온도에 따라 노즐공이 크기가 변화되고, 동일한 압출 속도임에도 불구하고, 압출되는 용융 모재의 양이 상이하여, 최상의 압출조건과 정확히 일치되는 압출조건으로 프린팅을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.The best extrusion condition is provided by the filament maker / provider. However, even if the extrusion conditions are set and the printing is performed in the 3D printer, the size of the nozzle hole is changed according to the set temperature of the nozzle, The amount of the molten base material to be extruded differs in spite of the speed, and printing can not be performed under the extrusion condition that exactly matches the best extrusion conditions.

이하에서는 이와 같이, 노즐의 가열에도 노즐공의 변화가 없도록 하는 3D 프린터 노즐 구조를 상세히 설명하기에 앞서, FDM 방식의 3D 프린터 구조와 필라멘트 조성물에 따른 압출 조건을 먼저 설명하고, 본 발명에 의한 3D 프린터의 변형방지 노즐구조를 설명하기로 한다.Before describing in detail the structure of the 3D printer nozzle which does not change the nozzle hole even with the heating of the nozzle, the extrusion conditions according to the FDM type 3D printer structure and the filament composition will be described first, and the 3D The deformation preventing nozzle structure of the printer will be described.

도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예를 구성하는 내측노즐부의 구성을 도시한 예시도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a 3D printer nozzle according to a specific embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a structure of an inner nozzle unit constituting a first embodiment of a 3D printer nozzle according to the present invention Fig.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예는 노즐의 외측을 구성하는 외측노즐부(210)와 상기 외측노즐부(210)의 내측에 결합되어 상기 노즐의 하단부 내측을 구성하는 내측노즐부(220)를 포함하여 구성된다.2, the first embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention includes an outer nozzle unit 210 constituting the outer side of the nozzle and a lower nozzle unit 210 coupled to the inner side of the outer nozzle unit 210, And an inner nozzle unit 220 constituting the inner side.

이때, 상기 외측노즐부(210) 내측에는 나사산이 형성되고, 상기 내측노즐부(220)의 외측에는 나사산(224)이 형성되어, 상기 내측노즐부(220)가 상기 외측노즐부(210) 내에 나사결합된다.At this time, a thread is formed inside the outer nozzle part 210 and a screw thread 224 is formed on the outer side of the inner nozzle part 220 so that the inner nozzle part 220 is formed inside the outer nozzle part 210 Threaded.

즉, 상기 외측노츨부(210)와 상기 내측노출부(220)가 결합하여 노즐을 구성하는데, 중심부에는 용융된 모재의 토출을 위한 이동로가 형성된다.That is, the outer exposed portion 210 and the inner exposed portion 220 are combined to form a nozzle, and a traveling path for discharging the molten base material is formed in the center portion.

여기서, 상기 외측노즐부(210) 및 내측노즐부(220) 모두 금속재로 구성되나, 각각 서로 다른 열팽창계수를 갖는 부재로 구성된다.Here, both the outer nozzle part 210 and the inner nozzle part 220 are made of a metal material, but they are made of members having different thermal expansion coefficients.

구체적으로, 상기 외측노즐부(210)는 열팽창계수가 낮은 금속으로 구성되고, 상기 내측노즐부(220)는 열팽창계수가 상기 외측노즐부(210) 보다 높은 금속으로 구성된다.Specifically, the outer nozzle part 210 is made of a metal having a low thermal expansion coefficient, and the inner nozzle part 220 is made of a metal having a thermal expansion coefficient higher than that of the outer nozzle part 210.

바람직하게는 상기 외측노즐부(210)는 철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있고, 상기 내측노즐부(220)는 비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성될 수 있다.Preferably, the outer nozzle part 210 may be made of iron, chrome, molybdenum, nickel, or an alloy thereof, and the inner nozzle part 220 may be made of aluminum having a relatively large thermal expansion coefficient.

한편, 상기 내측노즐부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외측면에 나사산(224)이 형성되어 상기 외측노즐부(210) 내측에 결합되어, 노즐의 단부에 노즐공(230)을 형성한다. 3, a screw thread 224 is formed on the outer side surface of the inner nozzle unit 220 and is coupled to the inner side of the outer nozzle unit 210 to form a nozzle hole 230 at the end of the nozzle .

그리고 상기 내측노즐부(220) 단부에는 상기 내측노즐부(220)의 회전을 위한 복수개의 삽입홈(222)이 형성될 수 있다.A plurality of insertion grooves 222 for rotating the inner nozzle unit 220 may be formed at an end of the inner nozzle unit 220.

상기 삽입홈(222)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내측노즐부(220)를 회전시키기 위한 회전유닛(226)의 단부가 삽입될 수 있도록 하기 위한 것이다.The insertion groove 222 is for inserting the end of the rotation unit 226 for rotating the inner nozzle unit 220, as shown in FIG.

본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제1실시예에 의한 노즐공의 열팽창 원리를 살피면, 상기 가열모듈(100)에 의해 외측노즐부(210) 및 내측모듈부(220)가 가열됨에 따라 상기 외측노즐부(210)는 확장된다. 이에 반하여 동일한 온도증가에 따라 상기 내측노즐부(220)는 상기 외측노즐부 보다 더 많이 확장하려고 하나, 상기 외측노즐부(210)에 의해 외측으로의 확장이 구속되므로, 내부 응력이 발생하여, 상기 내측노즐부(220)는 내측으로 확장되어 노즐공(230)의 직경이 감소하게 된다.As the outer nozzle part 210 and the inner module part 220 are heated by the heating module 100 according to the thermal expansion principle of the nozzle hole according to the first embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention, The portion 210 is expanded. On the other hand, the inner nozzle unit 220 tries to expand more than the outer nozzle unit according to the same temperature increase, but the expansion toward the outer side is constrained by the outer nozzle unit 210, The inner nozzle part 220 expands inward and the diameter of the nozzle hole 230 is reduced.

이에 따라 상기 외측노즐부(210)의 확장된 크기와 상기 내측노즐부(220)의 축소된 노즐공(230)의 크기가 상쇄되어, 온도의 상승에 의해서도 PLA 부재가 배출되는 노즐공(230)의 직경은 일정하게 유지되거나 변화 정도를 감소시킬 수 있다.Accordingly, the enlarged size of the outer nozzle unit 210 and the size of the reduced nozzle hole 230 of the inner nozzle unit 220 are canceled, and the nozzle hole 230, through which the PLA member is discharged even when the temperature rises, Can be kept constant or the degree of change can be reduced.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 내측노즐부(220)는 상기 외측노즐부(210) 보다 열팽창률이 높은 금속으로 구성되는데, 바람직하게는 상기 외측노즐부(210)는 철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 열팽창률이 크지 않은 일반적인 금속으로 형성되고, 상기 내측노즐부(220)는 열팽창률이 큰 알루미늄 등의 금속 및 합금으로 구성된다.As described above, the inner nozzle unit 220 is made of a metal having a thermal expansion coefficient higher than that of the outer nozzle unit 210. Preferably, the outer nozzle unit 210 is made of iron, chromium, molybdenum, nickel Or an alloy thereof, and the inner nozzle portion 220 is made of a metal and an alloy such as aluminum having a large thermal expansion coefficient.

이하에서는 본 발명에 의한 3D프린터 노즐의 제2실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a second embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예를 구성하는 보정편의 구성을 도시한 예시도이며, 도 6은 본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예가 서로 다른 온도에서 열변형이 발생된 예를 도시한 예시도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a 3D printer nozzle according to a specific embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing an example of a configuration of a correction member constituting a second embodiment of a 3D printer nozzle according to the present invention And FIG. 6 is an exemplary view showing an example in which the second embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention generates thermal deformation at different temperatures.

본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속으로 형성되는 노즐부(240) 단부에 원통형의 결합홈(242)이 형성되고, 상기 결합홈(242)에 실린더형의 보정편(250)이 삽입되어 구성된다. 4, a cylindrical coupling groove 242 is formed at the end of the nozzle unit 240 formed of metal, and the coupling groove 242 is formed in the end of the coupling hole 242, And a cylindrical correction member 250 is inserted into the cylindrical correction member 250.

이때, 상기 보정편(250)은 도 5에 도시된 바와 같이, 원통형의 수직부(252)와, 상기 수직부(252) 단부로부터 내측으로 연장되어 형성되고, 중앙부에 노즐공(230)이 형성된 확장부(254)를 포함하여 구성된다.5, the correction piece 250 includes a cylindrical vertical portion 252 and a nozzle hole 230 formed at a central portion thereof to extend inward from the end of the vertical portion 252 And an expansion unit 254.

상기 확장부(254)는 상기 노즐부(240) 가열시에 온도 상승에 따라 노즐공(230)의 크기가 줄어드는 부분으로, 이를 위해 상기 보정편(250)은 상기 노즐부(240)보다 열팽창율이 큰 금속으로 형성된다.The expansion portion 254 is a portion where the size of the nozzle hole 230 is reduced as the temperature rises at the time of heating the nozzle portion 240. To this end, the correction portion 250 has a coefficient of thermal expansion Is formed of a large metal.

전술한 바와 같이, 상기 노즐부(240)는 철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있고, 상기 보정편(250)은 비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성될 수 있다.As described above, the nozzle unit 240 may be made of iron, chromium, molybdenum, nickel, or an alloy thereof, and the correction member 250 may be made of aluminum having a relatively high thermal expansion coefficient.

본 발명에 의한 3D 프린터 노즐의 제2실시예에 의한 노즐공의 열팽창 원리를 살피면, 상기 가열모듈(100)에 의해 노즐부(240)가 가열됨에 따라 상기 노즐부(240)는 확장된다.In view of the thermal expansion principle of the nozzle hole according to the second embodiment of the 3D printer nozzle according to the present invention, the nozzle unit 240 is expanded as the nozzle unit 240 is heated by the heating module 100.

이에 반하여 동일한 온도증가에 따라 상기 보정편(250)의 확장부(254)는 상기 노즐부(240) 보다 더 많이 확장되려고 하나, 상기 노즐부(240)에 의해 외측으로의 확장이 구속되므로 내측으로 응력이 발생하여, 상기 확장부(254)가 내측으로 확장되어 노즐공(230)의 직경이 감소하게 된다.On the other hand, the expansion part 254 of the correction piece 250 is intended to be expanded more than the nozzle part 240 according to the same temperature increase, but the extension toward the outside is constrained by the nozzle part 240, Stress is generated, and the diameter of the nozzle hole 230 is reduced by expanding the extension 254 inward.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 노즐부(240)의 가열전에 노즐공(230)의 직경을 Φ라 하고, 노즐부(240) 내측의 길이를 D1이라 하며, 확장부(254)의 길이를 R1이라 가정한다. 이때, 노즐부(240)의 내측 길이는 확장부(254)의 길이와 같다(D1=R1).6, the diameter of the nozzle hole 230 is defined as? Before the nozzle 240 is heated, the length of the inside of the nozzle 240 is denoted by D1, and the length of the extension 254 Is assumed to be R1. At this time, the inner length of the nozzle unit 240 is equal to the length of the extension 254 (D1 = R1).

이후, 상기 가열유닛(100)에 의해 상기 노즐부(240) 및 보정편(250)이 가열되면, 노즐부(240) 내경의 길이는 노즐부(240)의 열팽창에 의해 확장된다.The length of the inner diameter of the nozzle unit 240 is expanded by the thermal expansion of the nozzle unit 240 when the nozzle unit 240 and the correction member 250 are heated by the heating unit 100.

이때, 상기 노즐부(240)의 내측 길이는 노즐부(240)의 열팽창에 의해 Δ1 만큼 연장되어 D1+Δ1이 된다.At this time, the inner length of the nozzle unit 240 is extended by? 1 due to the thermal expansion of the nozzle unit 240 to become D1 +? 1.

그리고 상기 확장부(254)의 길이는 상기 확장부(254)의 열팽창에 의해 Δ2 만큼 연장되어 R1+Δ2가 된다.The length of the extension 254 is extended by? 2 by the thermal expansion of the extension 254 to become R1 +? 2.

이때, 상기 확장부(254)의 열팽창률이 더 크므로 Δ1<Δ2이므로, 도시된 바와 같이, D1+Δ1<R1+Δ2이 된다.At this time, since the coefficient of thermal expansion of the expansion portion 254 is larger,? 1 <? 2, D1 +? 1 <

이에 따라, 상기 노즐부(240)가 가열에 따라 확장된 직경이 상기 확장부(254)의 확장 길이에 의해 상쇄되어, 결과적으로 온도의 상승에 의해 PLA 부재가 배출되는 노즐공의 직경(Φ)은 일정하게 유지되거나 변화 정도를 감소시킬 수 있다.Accordingly, the diameter of the nozzle unit 240 expanded by the heating is canceled by the extended length of the expanding unit 254, and consequently the diameter (PHI) of the nozzle hole through which the PLA member is discharged due to the temperature rise, Can be kept constant or the degree of change can be reduced.

한편, 상기 노즐부(240)와 상기 보정편(250)의 결합 방법을 살피면, 상기 보정편(250)이 상기 결합홈(242)에 단순 압입되어 결합될 수도 있으나, 상기 노즐부(240)를 상기 가열모듈(100)을 통해 임계온도까지 가열한 후, 상기 결합홈(242)에 상기 보정편(250)을 삽입하고, 상기 노즐부(240)의 냉각에 의해 상기 결합홈(242)이 압축되면서 상기 보정편(250)이 고정되도록 할 수도 있다.The correction part 250 may be simply press-fitted into the coupling groove 242 to couple the nozzle part 240 with the correction part 250. However, The heating module 100 is heated to a critical temperature and then the correction piece 250 is inserted into the coupling groove 242 and the coupling groove 242 is compressed The correction member 250 may be fixed.

이에 따라, 또 다른 금속재료로 구성된 보정편을 교체하는 것이 용이해지는 효과가 있다.Thereby, there is an effect that it is easy to replace the correction member composed of another metal material.

한편, 상기 임계온도는 상기 가열모듈(100)의 최대 가열온도를 의미하는 것으로, 본 발명과 같이, FDM 방식의 3D 프린터의 경우, 상기 임계온도는 약 400℃ 일 수 있다.Meanwhile, the critical temperature means a maximum heating temperature of the heating module 100. In the case of an FDM type 3D printer, the critical temperature may be about 400 ° C, as in the present invention.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

본 발명은 노즐의 가열시 발생되는 토출구의 열팽창을 방지할 수 있는 변형방지 노즐구조를 구비한 3D 프린터에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 노즐의 온도 변화에도 노즐공의 크기가 일정하게 유지되므로, 설정된 압출 조건에 정확히 일치하는 조건으로 프린팅이 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to a 3D printer having a deformation preventing nozzle structure capable of preventing thermal expansion of a discharge port caused when a nozzle is heated. According to the present invention, since the size of the nozzle hole is kept constant even when the temperature of the nozzle changes, There is an effect that the printing can be performed under conditions that exactly match the set extrusion conditions.

100 : 가열모듈 210 : 외측노즐부
220 : 내측노즐부 222 : 삽입홈
224 : 나사산 226 : 회전유닛
230 : 노즐공 240 : 노즐부
242 : 결합홈 250 : 보정편
252 : 수직부 254 : 확장부100: heating module 210: outer nozzle part
220: inner nozzle part 222: insertion groove
224: threads 226: rotating unit
230: nozzle hole 240: nozzle part
242: coupling groove 250:
252: vertical part 254:

Claims (11)

필라멘트 형태의 원재료를 압출하는 노즐과;
상기 노즐을 가열하는 가열모듈; 그리고
가열된 필라멘트를 상기 노즐을 통해 압출하도록 가압력을 발생시키는 가압부를 포함하여 구성되고:
상기 필라멘트는,
폴리락트산(Polylactic acid), 에틸렌 비스 스테아마이드(N,N Ethylene bis(stearamide)), 산화방지제(Antioxidant) 및 안료(Pigment)를 포함하여 구성되며:
상기 노즐은,
서로 다른 두 가지 금속재가 결합되어 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
A nozzle for extruding a raw material in the form of a filament;
A heating module for heating the nozzle; And
And a pressing portion for generating a pressing force to extrude the heated filament through the nozzle,
The filament
It consists of polylactic acid, N, N ethylene bis (stearamide), antioxidants and pigments:
The nozzle
Wherein the deformable nozzle structure is formed by combining two different metal materials.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐은,
상기 노즐의 외측을 구성하는 외측노즐부와;
상기 외측노즐부의 내측에 결합되어 상기 노즐의 하단부 내측을 구성하는 내측노즐부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
The method according to claim 1,
The nozzle
An outer nozzle part forming an outer side of the nozzle;
And an inner nozzle unit coupled to an inner side of the outer nozzle unit to configure an inner side of a lower end of the nozzle.
제 2 항에 있어서,
상기 외측노즐부 내측과 상기 내측노즐부의 외측에는 나사산이 형성되어, 상기 내측노즐부가 상기 외측노즐부 내에 나사 결합됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
3. The method of claim 2,
Wherein a screw thread is formed on an inner side of the inner nozzle part and an outer side of the inner nozzle part, and the inner nozzle part is screwed into the outer nozzle part.
제 3 항에 있어서,
상기 외측노즐부와 내측노즐부는 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속 부재로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
The method of claim 3,
Wherein the outer nozzle part and the inner nozzle part are made of metal members having different thermal expansion coefficients.
제 4 항에 있어서,
상기 외측노즐부는 상기 외측노즐부보다 열팽창계수가 낮은 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
5. The method of claim 4,
Wherein the outer nozzle part is made of a metal having a lower thermal expansion coefficient than the outer nozzle part.
제 5 항에 있어서,
상기 외측노즐부는,
철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성되고;
상기 내측노즐부는,
비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
6. The method of claim 5,
Wherein the outer nozzle portion comprises:
Iron, chromium, molybdenum, nickel or alloys thereof;
The inner nozzle portion
Wherein the aluminum plate is made of aluminum having a relatively large thermal expansion coefficient.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐은,
단부에 원통형의 결합홈이 형성되는 노즐부와;
상기 결합홈에 삽입되는 실린더형의 보정편을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
The method according to claim 1,
The nozzle
A nozzle part having a cylindrical coupling groove at an end thereof;
And a cylindrical correction piece inserted into the coupling groove. The 3D printer according to claim 1,
제 7 항에 있어서,
상기 보정편은,
원통형의 수직부와,
상기 수직부 단부로부터 내측으로 연장되어 형성되고, 중앙부에 노즐공이 형성된 확장부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
8. The method of claim 7,
The correction unit includes:
A cylindrical vertical portion,
And an extension portion extending inwardly from the vertical end portion and having a nozzle hole formed at a center portion thereof.
제 8 항에 있어서,
상기 노즐부와 보정편은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 금속 부재로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
9. The method of claim 8,
Wherein the nozzle unit and the correction unit are made of metal members having different thermal expansion coefficients.
제 9 항에 있어서,
상기 노즐부는 상기 보정편 보다 열팽창계수가 낮은 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
10. The method of claim 9,
Wherein the nozzle unit is made of a metal having a thermal expansion coefficient lower than that of the correction piece.
제 10 항에 있어서,
상기 노즐부는,
철, 크롬, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금으로 구성되고;
상기 보정편은,
비교적 열팽창계수가 큰 알루미늄으로 구성됨을 특징으로 하는 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3D 프린터.
11. The method of claim 10,
In the nozzle unit,
Iron, chromium, molybdenum, nickel or alloys thereof;
The correction unit includes:
Wherein the aluminum plate is made of aluminum having a relatively large thermal expansion coefficient.
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