KR20180129629A - 편심 토출구를 포함하는 3d 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3d 프린터 - Google Patents

편심 토출구를 포함하는 3d 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3d 프린터 Download PDF

Info

Publication number
KR20180129629A
KR20180129629A KR1020180048019A KR20180048019A KR20180129629A KR 20180129629 A KR20180129629 A KR 20180129629A KR 1020180048019 A KR1020180048019 A KR 1020180048019A KR 20180048019 A KR20180048019 A KR 20180048019A KR 20180129629 A KR20180129629 A KR 20180129629A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nozzle
printer
output
unit
discharge port
Prior art date
Application number
KR1020180048019A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102142700B1 (ko
Inventor
문명운
조원진
권오창
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to US15/987,171 priority Critical patent/US20180339451A1/en
Priority to EP18174309.7A priority patent/EP3409445B1/en
Publication of KR20180129629A publication Critical patent/KR20180129629A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102142700B1 publication Critical patent/KR102142700B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

소정의 3D 프린팅 소재가 분사되는 3D 프린터용 노즐로서, 상기 노즐의 저면(bottom surface) 상에 배치되어, 상기 3D 프린팅 소재가 분사되는 토출구를 포함하고, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 편심(decentaration)되어 위치하도록 배치되는, 3D 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 노즐부를 포함하는 3D 프린터를 제공한다.

Description

편심 토출구를 포함하는 3D 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3D 프린터 {Nozzle for 3D Printer Comprising Eccentric Outlet and 3D printer Comprising the Nozzle}
본 발명은 편심 토출구를 포함하는 3D 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린팅은 적층 가공(Additive manufacturing), 예를 들어 스캐닝이나 모델링을 통한 3차원의 디지털 자료를 기반으로, 소재를 차례로 적층하는 공정을 통하여 원하는 형상을 만드는 적층 가공을 의미한다. 3D 프린팅 공정은 기존 다른 가공 공정에 비해 제작에 소요되는 에너지를 약 50% 이상 절감할 수 있고, 소재를 약 90% 이상 절감할 수 있다고 알려져 있다.
3D 프린팅은 적층 방식에 따라, 크게 9가지의 유형으로 나뉘어지는데, 그 중에서 물질분사(Material Extrusion: ME) 방식이 하드웨어 구성이 가장 간단하여, 전문가가 아니더라도 형상을 직접 만들어 사용할 수 있기 때문에, 가정용으로 보급화되어 있다. 상기 ME방식을 사용한 3D 프린터 중에서도, FFF(fused filament fabrication), FDM(fused deposition modeling)으로 지칭되는 열가소성 수지를 이용한 3D 프린터가 가장 많이 보급화되어 있으며, 상기 3D 프린터들은 주로 필라멘트 형태의 플라스틱 소재를 사용한다. 상기 3D 프린터는 1.75 밀리미터의 직경과 3 밀리미터의 치수를 가지는 필라멘트 형태의 플라스틱 소재를 녹인 후, 노즐을 통해 토출한다.
상기 ME 방식을 사용한 3D 프린팅 공정을 포함하여, 일반적으로 3D 프린팅 공정은 소재를 차례로 적층하는 방식으로 출력물을 제작하는데, 이때 한 층을 이루는 직선의 출력 라인들이 지속적으로 프린팅되어, 전체적인 출력물을 이루게 된다. 그러나, 이러한 직선의 출력 라인은 소재 물성의 한계로 인해, 변형률을 높이거나, 표면적을 늘리기 어렵다. 변형률을 높이기 위한 별도의 프린팅 구조를 설계할 수도 있으나, 이는 별도의 설계 공정이 필요할 뿐만 아니라, 프린팅 공정에서 직선 형태의 선들의 연속으로 이루어진 결합 구조체는 복잡한 형태를 구현함에 있어서, 한계를 갖고 있다.
따라서, 출력물의 표면적을 늘리고, 변형률을 높일 수 있는 새로운 3D 프린팅 방식에 대한 필요성이 높은 실정이다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 노즐의 저면의 중심으로부터 편심된 위치에 토출구를 배치함으로써, 구불구불한(meandering) 구조의 출력물을 출력할 수 있는 3D 프린터용 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 3D 프린터용 노즐을 채용함으로써, 특별한 개조 없이도 저비용으로 출력물의 변형률을 증가시키고, 표면적을 향상시킬 수 있는 3D 프린터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 3D 프린터용 노즐은 소정의 3D 프린팅 소재가 분사되는 3D 프린터용 노즐로서,
상기 노즐의 저면(bottom surface) 상에 배치되어, 상기 3D 프린팅 소재가 분사되는 토출구를 포함하고,
상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 편심(decentaration)되어 위치하도록 배치된다.
일 구현예에 있어서, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 반경 1 ㎛ 내지 100 cm 영역 내에 위치하도록 배치될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 토출구는 상기 3D 프린터용 노즐의 직경을 기준으로 10 내지 30% 범위의 직경을 가질 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 토출구는 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 노즐의 저면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 3D 프린팅 소재는 열가소성 고분자, 금속, 복합소재, 생체친화성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 폴리락트산(polylactic acid, PLA), ABS 수지, 나일론(nylon), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 노즐 내부에 상기 3D 프린팅 소재가 통과하는 유로를 더 포함하고,
상기 유로는 상기 노즐의 저면 상에 배치된 토출구와 연결될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 유로의 형태는 원통형, 회전축의 수직단면이 다각형인 통형 또는 다면체형일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하는 방향으로 토출구와 연결될 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하지 않는 방향으로 토출구와 연결될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 유로는 하나 이상의 절곡부를 포함하거나, 또는 절곡부를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 3D 프린터는,
전술한 바와 같은 3D 프린터용 노즐을 포함하는 하나 이상의 노즐부;
상기 노즐부를 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및
상기 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함한다.
일 구현예에 있어서, 상기 소정의 출력물이 조성되기 위해 요구되는 프린팅 속도(printing speed, Vp)에 대한 상기 노즐로부터 상기 3D 프린팅 소재가 토출되는 속도(feeding speed, Vt)의 비(Vt/Vp)는 0.1 내지 10일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 출력부는 종이, 목재, 금속, 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어진 기재(substrate)를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 출력부를 상하 방향으로 변위시키는 구동부를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 3D 프린터는 퓨즈드 필라멘트 기법(fused filament fabrication) 또는 퓨즈드 증착 모델링(fused deposition modeling)을 적용한 방식일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 적어도 하나 이상의 컬링부(curling area)를 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 직선 패턴(straight pattern), 웨이브 패턴(wavy pattern), 교호 패턴(alternating pattern), 코일링 패턴(coiling pattern), 오버래핑 패턴(overlapping pattern), 및 편조 패턴(braided pattern) 중 하나 이상의 패턴을 포함할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 상기 3D 프린팅 소재가 2층 이상 적층되어 조성된 복층 구조일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 복층 구조는
i) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층만이 적층된 구조이거나, 또는
ii) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층 및 컬링부를 포함하지 않는 층이 무작위의 순서로 적층된 구조일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 4D 프린터는,
3D 프린터용 노즐을 각각 포함하는 제1 노즐부 및 제2 노즐부;
상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부를 각각 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및
상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 각각의 제1 노즐부 및 제2 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 각각 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함하고,
상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 전술한 3D 프린터용 노즐을 포함한다.
일 구현예에 있어서, i) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 중심 토출구를 포함하거나,
ii) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부가 모두 편심 토출구를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐을 사용할 경우, 노즐의 교체 만으로도 기존의 3D 프린터와 비교하여, 3D 프린터에 의한 출력물의 변형률(strain)이 현저하게 증가할 수 있다. 또한, 기존의 3D 프린터와 비교하여, 동일한 수준의 제작 속도를 유지하면서도, 보다 복잡하고 창의적인 구조의 출력물을 제작하는 것이 가능하여, 표면적이 매우 큰 3차원의 곡면 제작이 가능하다.
도 1은 종래의 중심 토출구 노즐과 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 비교한 모식도이다.
도 2는 다른 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 도시한 모식도이다.
도 3은 종래의 중심 토출구 노즐에 의해 형성된 직선형의 출력물로부터 벗어나서, 상대 속도 Vt/Vp에 따라 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 형성된 구불구불한(meandering) 출력물들의 이미지이다.
도 4는 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 형성된 출력물들이 공정 변수 조절을 통해 포함할 수 있는 다양한 패턴들의 이미지이다.
도 5는 종래의 중심 토출구 노즐에 의해 형성된 출력물과 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 형성된 출력물에 대한 인장 강도 테스트를 통한 변형 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 여러가지 패턴 조합을 이용하여 구현한 복층 구조의 출력물의 단면을 나타낸 이미지이다.
도 7은 단층 구조의 출력물과 도 6의 복층 구조의 출력물의 변형률을 측정한 그래프이다.
도 8은 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 구현된 복층 구조의 출력물들에 대하여 변형을 가하여 변형 거동이 일어난 후의 결과를 나타낸 이미지이다.
도 9는 종래의 중심 토출구 노즐에 의해 구현된 3차원 출력물 및 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 구현된 3차원 출력물의 이미지이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 일 구현예에 따른 3D 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3D 프린터에 대해 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 3D 프린팅 소재가 분사되는 3D 프린터용 노즐로서, 상기 노즐의 저면(bottom surface) 상에 배치되어, 상기 3D 프린팅 소재가 분사되는 토출구를 포함하고, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 편심(decentaration)되어 위치하도록 배치되는, 3D 프린터용 노즐이 제공된다.
본 명세서에서 '편심되어 위치한'은 특정한 영역의 중심에서 벗어나도록 위치하는 것을 의미하며, 중심에서 벗어나는 정도는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서에서 '편심 토출구'는 노즐의 저면의 중심으로부터 편심되어 위치하도록 배치된 토출구를 의미하며, '편심 토출구 노즐'은 상기 편심 토출구를 포함하는 노즐을 의미한다.
도 1은 종래의 중심 토출구 노즐과 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 비교한 모식도이다. 구체적으로, 도 1(a)는 종래의 중심 토출구 노즐 및 이에 의해 토출되는 3D 프린팅 소재의 적층 형태를 나타낸 것이고, 도 1(b)는 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐 및 이에 의해 토출되는 3D 프린팅 소재의 적층 형태를 나타낸 것이다. 종래의 중심 토출구 노즐(10)은 토출구(11)가 노즐의 저면(12)의 중심에 위치하는 반면, 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐(20)은 토출구(21)가 노즐의 저면(22)의 중심으로부터 편심되어 위치한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 중심 토출구 노즐(10)을 사용한 경우, 3D 프린팅 소재의 적층 형태는 직선형에 가까운 반면, 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐(20)을 사용한 경우, 구불구불한 형태로 3D 프린팅 소재를 적층할 수 있어, 출력물의 변형률을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐은 편심 토출구를 포함함으로써, 노즐 내부에서 용융된 3D 프린팅 소재의 불균일한 유동, 즉, 토출구에서 가까운 부분에서의 유동이 먼 부분보다 빠르게 되는 현상을 야기하여, 상기 3D 프린팅 소재의 토출 속도 차이로 인한 압출 결함이 나타나게 된다. 구체적으로, 상기 불균일한 유동은 편심 압출 곡률 및 불균일한 국부 변형을 일으키게 되어, 상기 3D 프린팅 소재가 편심 노즐을 통해 구불구불한 형태로 토출되도록 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 반경 1 ㎛ 내지 100 cm 영역 내에 위치하도록 배치될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 반경 1 ㎛ 내지 1000 ㎛ 영역 내에 위치하도록 배치될 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 상기 토출구를 포함한 3D 프린터가 크기가 큰 구조물을 제작하기 위해 사용될 경우, 상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 반경 1 cm 내지 100 cm 영역 내에 위치하도록 배치될 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 토출구가 상기 노면의 저면의 중심으로부터 반경 1 ㎛ 미만의 영역에 위치할 경우, 일반적으로 토출구가 편심된 정도가 낮아, 소망하는 수준의 변형률을 달성하기 어렵다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 토출구는 상기 3D 프린터용 노즐의 직경을 기준으로 10 내지 30% 범위의 직경을 가질 수 있다. 상기 범위를 벗어나, 상기 토출구의 직경이 상기 3D 프린터용 노즐의 직경을 기준으로 10% 미만일 경우, 토출구의 막힘(Clogging) 현상이 잦고, 동일한 크기의 출력물을 출력할 때, 출력 시간이 지나치게 길어지는 문제점이 있으며, 반면에 상기 토출구의 직경이 상기 3D 프린터용 노즐의 직경을 기준으로 30%를 초과할 경우, 구불구불한 구조체를 제어하기가 용이하지 않으며, 출력물이 직선형 구조로 나오기 쉽다는 문제점이 있다.
예를 들어, 상기 토출구는 100 내지 400 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 다만, 상기 토출구의 직경은 반드시 상기 범위에 한정되는 것은 아니며, 프린터의 구조가 커질 경우, 그에 따라 토출구 직경의 바람직한 상한 범위도 증가할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 토출구는 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다. 또한, 상기 토출구가 배치되는 상기 노즐의 저면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다. 상기 토출구 및 노즐의 저면의 형상은 서로 독립적으로 선택될 수 있으며, 서로 동일한 형상이거나 상이한 형상일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 3D 프린팅 소재는 열가소성 고분자, 금속, 복합소재, 생체친화성 소재 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 열가소성 고분자는 폴리락트산(polylactic acid, PLA), ABS 수지, 나일론(nylon), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 3D 프린팅 소재로 폴리락트산을 적용할 경우, 폴리락트산은 친환경 수지이고 유해요소를 포함하지 않고 있어, 최근 기술 개발의 친환경성 경향에 적합하고, 다른 소재들에 비하여 수축의 발생이 적고, 기포의 발생이 없어 제작이 용이할 수 있으나, 폴리락트산에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 3D 프린팅 소재는 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 알루미늄, 백금, 은, 금 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 3D 프린팅 소재는 복합소재를 포함할 수 있고, 예를 들어 유기발광소재, TiO2와 플라스틱의 복합소재 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 구현예에 따르면, 상기 3D 프린팅 소재는 필라멘트 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 도시한 모식도이다. 이하에서 전술한 도 1(a), (b) 및 도 2를 함께 참조하여, 노즐 내부에 포함된 유로에 대해 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명의 3D 프린터용 노즐(20, 30)은, 상기 노즐(20, 30) 내부에 상기 3D 프린팅 소재가 통과하는 유로(23, 33)를 더 포함하고, 상기 유로(23, 33)는 상기 노즐의 저면(22, 32) 상에 배치된 토출구(21, 31)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 유로의 형태는 원통형, 회전축의 수직단면이 다각형인 통형 또는 다면체형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하는 방향으로 토출구와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 1(b)를 참조하면, 노즐(20) 내부에 포함되는 유로(23)가 노즐의 저면(22)을 직교하는 방향(Y방향)으로 토출구(21)와 연결되어 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하지 않는 방향으로 토출구와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2를 참조하면, 노즐(30) 내부에 포함되는 유로(33)가 노즐의 저면(32)을 직교하지 않는 방향으로 토출구(31)와 연결되어 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 유로는 하나 이상의 절곡부를 포함하거나, 또는 절곡부를 포함하지 않을 수 있다. 상기 유로가 하나 이상의 절곡부를 포함할 경우, 절곡부의 위치, 절곡 정도, 절곡부의 개수 등의 변수들을 조절하여, 출력물의 변형률을 원하는 수준으로 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 3D 프린터용 노즐을 포함하는 하나 이상의 노즐부; 상기 노즐부를 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및 상기 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함하는 3D 프린터가 제공된다.
예를 들어, 상기 3D 프린터는 하나의 노즐부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 3D 프린터는 둘 이상의 노즐부를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 소정의 출력물이 조성되기 위해 요구되는 프린팅 속도(printing speed, Vp)에 대한 상기 노즐로부터 상기 3D 프린팅 소재가 토출되는 속도(feeding speed, Vt)의 비(Vt/Vp)는 0.1 내지 10일 수 있다. 예를 들어, 상기 Vt/Vp는 1.0 내지 2.0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래의 중심 토출구 노즐의 경우, 특별한 추가 장치를 포함하는 경우가 아니라면, 직선형의 출력물 만을 형성할 수 있다. 반면에, 본 발명에서와 같이 편심 토출구 노즐을 포함하는 3D 프린터의 경우, Vt/Vp를 조절함으로써 출력물의 형태를 원하는 대로 형성할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 적어도 하나 이상의 컬링부(curling area)를 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 직선 패턴(straight pattern), 웨이브 패턴(wavy pattern), 교호 패턴(alternating pattern), 코일링 패턴(coiling pattern), 오버래핑 패턴(overlapping pattern), 및 편조 패턴(braided pattern) 중 하나 이상의 패턴을 포함할 수 있다.
도 3은 종래의 중심 토출구 노즐에 의해 형성된 직선형의 출력물로부터 벗어나서, 상대 속도 Vt/Vp에 따라 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 형성된 구불구불한(meandering) 출력물들의 이미지이고, 도 4는 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐에 의해 형성된 출력물들이 공정 변수 조절을 통해 포함할 수 있는 다양한 패턴들의 이미지이다. 도 3을 참조하면, Vt/Vp가 증가함에 따라, 출력물의 형태가 저주파수 파동(low frequency wave) 형태에서 고주파수 파동(high frequency wave) 형태로 변화함을 확인할 수 있다.
구체적으로, Vt/Vp를 조절함에 따라, 예를 들어 하기와 같이 다양한 형상의 구불구불한 패턴을 나타낼 수 있으며, 각 패턴들의 형상은 도 4에 도시된다:
a) Vt/Vp=1.0인 경우, 웨이브 패턴(wavy pattern)을 나타낼 수 있고;
b) 1.0<Vt/Vp≤1.4인 경우, 교호 패턴(alternating pattern) 또는 코일링 패턴(coiling pattern)을 나타낼 수 있고;
c) 1.4<Vt/Vp≤1.6인 경우, 교호 패턴(alternating pattern), 코일링 패턴(coiling pattern), 또는 오버래핑 패턴(overlapping pattern)을 나타낼 수 있고;
d) 1.6<Vt/Vp≤2.0인 경우, 코일링 패턴(coiling pattern), 오버래핑 패턴(overlapping pattern), 또는 편조 패턴(braided pattern)을 나타낼 수 있으며,
단, 이는 예시적인 것이며, 상기 Vt/Vp 범위에 따라 각 패턴들의 형상이 상기와 같이 한정되는 것은 아니다.
Vt/Vp, 즉 상대 속도를 높게 설정하면, 프린팅 속도 대비 토출되는 3D 프린팅 소재의 양이 많아져서, 상기 3D 프린팅 소재가 표면, 예를 들어 출력물이 조성되는 출력부에 닿을 때 좌굴 불안정 상태(buckling instability)가 되며, 이에 따라 길이 방향으로의 압축 응력(longitudinal compressive stress)으로 인해 컬(curl) 모양을 갖는 컬링부가 형성된다. Vp가 감소할수록 Vt와의 차이는 증가하고, 3D 프린팅 소재는 동일 프린팅 이동거리 내에서 더 많이 누적되어, 구불거리는 정도가 더욱 증가하고, 주파수도 증가하여 웨이브 패턴에서 오버래핑 패턴으로 형태가 변한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 상기 3D 프린팅 소재가 2층 이상 적층되어 조성된 복층 구조일 수 있다.
예를 들어, 상기 복층 구조는 i) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층만이 적층된 구조이거나, 또는 ii) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층 및 컬링부를 포함하지 않는 층이 무작위의 순서로 적층된 구조일 수 있다.
여기서, 컬링부를 포함하는 층은 예를 들어, 웨이브 패턴, 교호 패턴, 코일링 패턴, 오버래핑 패턴, 또는 편조 패턴 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 컬링부를 포함하지 않는 층은 직선 패턴 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 복층 구조는 전술한 직선 패턴, 웨이브 패턴, 교호 패턴, 코일링 패턴, 오버래핑 패턴, 또는 편조 패턴 등을 포함한 여러가지 패턴들의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기와 같이, 편심 토출구 노즐을 통해 복층 구조의 출력물을 출력할 경우, 종래의 중심 토출구 노즐을 사용한 경우와 비교하여, 출력물의 변형률을 현저히 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 출력부는 종이, 목재, 금속, 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어진 기재(substrate)를 포함할 수 있다.
상기 3D 프린터는 상기 출력부를 상하 방향으로 변위시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동부는 상하 방향 길이가 가변되어, 상기 출력부의 위치가 상하 방향으로 가변되도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 3D 프린터는 퓨즈드 필라멘트 기법(fused filament fabrication) 또는 퓨즈드 증착 모델링(fused deposition modeling)을 적용한 방식일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 3D 프린터용 노즐을 각각 포함하는 제1 노즐부 및 제2 노즐부; 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부를 각각 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 각각의 제1 노즐부 및 제2 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 각각 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함하고, 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 전술한 3D 프린터용 노즐을 포함하는, 4D 프린터가 제공된다.
즉, 전술한 바와 같이 편심 토출구를 포함하는 노즐을 포함하는 노즐부를 포함하면서, 추가로 노즐부를 포함할 경우, 두 개의 노즐부에서 각각 토출되는 3D 프린팅 소재가 소정의 적층 순서에 따라, 원하는 출력물을 조성하여, 이른바 4D 프린터를 구현할 수 있다.
일 구현예에 있어서, i) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 중심 토출구를 포함하거나, ii) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부가 모두 편심 토출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 노즐부는 중심 토출구를 포함하고, 제2 노즐부는 편심 토출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 노즐부는 편심 토출구를 포함하고, 제2 노즐부는 중심 토출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부는 편심 토출구를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부는 상기 출력부에 평행한 평면 상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부는 상기 출력부에 평행하지 않은 평면 상에 위치할 수 있다.
한편, 전술한 3D 프린터용 노즐 등을 제외한, 3D 프린터 또는 4D 프린터의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 실험을 통해 본 발명의 효과를 상세하게 설명한다.
실험예 1
각각 종래의 중심 토출구 노즐과 본 발명의 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 이용하여 출력물을 형성한 것을 제외하고는, 동일한 조건 하에서 출력물을 형성하여 인장 시편들을 제작한 후, 각각의 인장 시편에 대하여 인장 강도 테스트를 수행하였다. 상기 인장 강도 테스트를 통한 변형 결과를 나타낸 그래프를 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 중심 토출구 노즐을 이용하여 제작된 인장 시편과 비교하여, 편심 토출구 노즐을 이용하여 제작된 인장 시편의 경우, 제작 공정 변수 중 Vp를 고정하고, Vt를 변화시킴으로써, 상대 속도를 제어하여 다양한 형상의 패턴을 만들 수 있다. 특히, 직선 패턴과 비교하여, 코일링 패턴은 약 10 배 이상의 변형을 나타낼 수 있다.
실험예 2
종래의 중심 토출구 노즐을 이용하여, 2 개의 층을 직선 형태 만으로 적층한 복층 구조(이하, S-S 구조(이하에서, S는 Straight(직선)을 의미함), 중심 토출구 노즐을 이용하여 첫번째 층을 적층하고, 편심 토출구 노즐을 이용하여 두번째 층을 적층한 구조(이하, S-C 구조(이하에서, C는 Curly(곡선)을 의미함), 및 편심 토출구 만을 이용하여 2 개의 층을 적층한 구조(이하, C-C 구조)의 출력물들을 출력하였다. 상기 각각 S-S 구조, S-C 구조, 및 C-C 구조의 출력물들의 단면을 나타낸 이미지를 도 6에 도시하였다. 구체적으로, 도 6(a)는 S-S 구조를 도시하고, 도 6(b)는 S-C 구조를 도시하며, 도 6(c)는 C-C 구조를 도시한다.
상기 출력물들에 더하여, 중심 토출구 노즐에서 구현된 단층 구조(이하, S 구조)의 출력물 및 편심 토출구 노즐에서 구현된 단층 구조(이하, C 구조)의 출력물들에 대해, 인장 테스트를 수행하였다. 상기 인장 테스트 결과, 각각의 출력물들의 변형률을 측정한 그래프를 도 7에 도시하였다.
도 7을 참조하면, 중심 토출구 노즐에서 구현된 출력물 중, S 구조는 1.87%, S-S 구조는 2.42%의 변형률을 나타내었다. 반면, 편심 토출구 노즐에서 구현된 출력물 중 C 구조는 3.92%, C-C 구조는 3.94%의 변형률을 나타내었다. 즉, 편심 토출구 노즐에서 구현된 출력물의 경우, 단층 및 복층 구조 모두, 중심 토출구 노즐에서 구현된 출력물들과 비교하여, 높은 변형률을 나타냄을 확인할 수 있다.
특히, S-C 구조의 경우, 변형률이 1.58%로 오히려 S 구조나 S-S 구조보다도 낮음을 확인할 수 있다.
실험예 3
적층 후 출력물들이 열에 반응할 수 있도록, 3D 프린팅 소재로 열가소성 소재인 폴리락트산(PLA)를 사용하여, 출력물들을 제조하였다. 열가소성 소재의 특성을 이용하여 PLA의 유리 전이 온도 이상에서 형상을 2배의 길이로 늘린 다음 변형된 형상을 유리 전이 온도 이하에서 고정시킨다. 이후 다시 유리 전이 온도 이상 노출시키면 변형된 형상이 원래의 형상으로 되돌아가려 하는데 이 때 소재나 구조적 특성에 따라 다른 변형을 유도할 수 있다. 도 8은 이러한 특성을 이용함에 있어 편심 토출구 노즐로 제작된 구불구불한 패턴의 효과를 보여주는 결과이다. 도 8(a) 및 도 8(b)은 편심 토출구 노즐에 의해 구현된 복층 구조의 출력물들에 대하여 변형을 가하여 변형 거동이 일어난 후의 결과를 나타낸 이미지이다. 도 8(a)에 따르면 첫 번째 층과 두 번째 층의 패턴이 모두 같은 S-S 조합의 경우 열이 100도에서 25도로 바뀌었을 때 상대적 변형 거동이 같기 때문에 거의 변화가 일어나지 않은 반면, 도 8(b)에서처럼 S-C 조합의 경우 직선과 구불구불한 선의 변형률의 차이로 인해 C의 변형이 훨씬 많이 일어나서 형상이 S층 방향으로 돌돌 말리는 결과를 가져오게 된다.
실험예 4
각각 종래의 중심 토출구 노즐과 본 발명의 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 이용하여 출력물을 형성한 것을 제외하고는, 동일한 조건 하에서 출력물을 형성하여 3차원 구조체를 구현하였으며, 각각의 3차원 구조체의 이미지를 도 9에 도시하였다. 구체적으로, 도 9(a)는 중심 토출구 노즐을 이용하여 출력한 3차원 구조체를 도시하고, 도 9(b)는 편심 토출구 노즐을 이용하여 출력한 3차원 구조체를 도시하였다.
도 9(a)를 참조하면, 종래의 중심 토출구 노즐을 이용하여 출력한 3차원 구조체는, 출력 시 프린팅 소재가 층간에 입력된 간격을 갖고 적층되기 때문에, 3차원 구조체는 상대적으로 균일한 표면 형상을 갖게 되어, 표면적이 크지 않다.
반면 도 9(b)를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 편심 토출구 노즐을 이용하여 출력한 3차원 구조체는, 표면이 구불구불한 형상을 갖게 되어, 종래의 경우와 비교하여 보다 넓은 표면적을 가질 수 있다.
이상과 같은 3D 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3D 프린터의 경우, 토출구를 노즐의 중심에서 벗어난 편심으로 포함함으로써, 출력물의 적층 시 직선이 아닌 여러 형상의 곡선 형상의 선이 나타나도록 출력물의 표면적을 높이고, 변형률을 높일 수 있어서, 3차원 프린팅 소재의 변형 한계를 넘어서는 초물성 구조의 출력물을 구현하는 것이 가능하다. 특히, 기존의 물질 분사 3D 프린팅 시스템에서, 노즐 구조 만을 교체하는 것만으로도 하드웨어를 구성할 수 있고, 노즐 토출구의 위치 및 상대 속도 등과 같은 적층 조건을 조절함으로써, 출력물의 표면적 및 변형 한계를 증가시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 소정의 3D 프린팅 소재가 분사되는 3D 프린터용 노즐로서,
    상기 노즐의 저면(bottom surface) 상에 배치되어, 상기 3D 프린팅 소재가 분사되는 토출구를 포함하고,
    상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 편심(decentaration)되어 위치하도록 배치되는, 3D 프린터용 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 노즐의 저면의 중심으로부터 반경 1 ㎛ 내지 100 cm 영역 내에 위치하도록 배치되는, 3D 프린터용 노즐.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 3D 프린터용 노즐의 직경을 기준으로 10 내지 30% 범위의 직경을 갖는, 3D 프린터용 노즐.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 원형, 타원형 또는 다각형인, 3D 프린터용 노즐.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐의 저면은 원형, 타원형 또는 다각형인, 3D 프린터용 노즐.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 내부에 상기 3D 프린팅 소재가 통과하는 유로를 더 포함하고,
    상기 유로는 상기 노즐의 저면 상에 배치된 토출구와 연결된, 3D 프린터용 노즐.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유로의 형태는 원통형, 회전축의 수직단면이 다각형인 통형 또는 다면체형인 것인, 3D 프린터용 노즐.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하는 방향으로 토출구와 연결된, 3D 프린터용 노즐.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유로는 상기 노즐의 저면을 직교하지 않는 방향으로 토출구와 연결된, 3D 프린터용 노즐.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 유로는 하나 이상의 절곡부를 포함하거나, 또는 절곡부를 포함하지 않는, 3D 프린터용 노즐.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 3D 프린터용 노즐을 포함하는 하나 이상의 노즐부;
    상기 노즐부를 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및
    상기 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함하는 3D 프린터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소정의 출력물이 조성되기 위해 요구되는 프린팅 속도(printing speed, Vp)에 대한 상기 노즐로부터 상기 3D 프린팅 소재가 토출되는 속도(feeding speed, Vt)의 비(Vt/Vp)는 0.1 내지 10인, 3D 프린터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 적어도 하나 이상의 컬링부(curling area)를 포함하는, 3D 프린터.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 직선 패턴(straight pattern), 웨이브 패턴(wavy pattern), 교호 패턴(alternating pattern), 코일링 패턴(coiling pattern), 오버래핑 패턴(overlapping pattern), 및 편조 패턴(braided pattern) 중 하나 이상의 패턴을 포함하는, 3D 프린터.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 출력부에 조성되는 소정의 출력물은 상기 3D 프린팅 소재가 2층 이상 적층되어 조성된 복층 구조인, 3D 프린터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복층 구조는
    i) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층만이 적층된 구조이거나, 또는
    ii) 하나 이상의 컬링부를 포함하는 층 및 컬링부를 포함하지 않는 층이 무작위의 순서로 적층된 구조인, 3D 프린터.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 출력부를 상하 방향으로 변위시키는 구동부를 포함하는, 3D 프린터.
  18. 제11항에 있어서,
    퓨즈드 필라멘트 기법(fused filament fabrication) 또는 퓨즈드 증착 모델링(fused deposition modeling)을 적용한 방식인 3D 프린터.
  19. 3D 프린터용 노즐을 각각 포함하는 제1 노즐부 및 제2 노즐부;
    상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부를 각각 사방으로 이동시키는 노즐 이동부; 및
    상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 아래에 배치되며, 상면에 상기 각각의 제1 노즐부 및 제2 노즐부의 3D 프린터용 노즐로부터 토출되는 3D 프린팅 소재가 각각 적층되어 소정의 출력물이 조성되는 출력부;를 포함하고,
    상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 3D 프린터용 노즐을 포함하는 4D 프린터.
  20. 제19항에 있어서,
    i) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부 중 하나 이상은 중심 토출구를 포함하거나,
    ii) 상기 제1 노즐부 및 제2 노즐부가 모두 편심 토출구를 포함하는 4D 프린터.
KR1020180048019A 2017-05-25 2018-04-25 편심 토출구를 포함하는 3d 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3d 프린터 KR102142700B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/987,171 US20180339451A1 (en) 2017-05-25 2018-05-23 Nozzle for three-dimensional (3d) printer including eccentric discharge port and 3d printer including nozzle
EP18174309.7A EP3409445B1 (en) 2017-05-25 2018-05-25 Three-dimensional printer comprising a nozzle with eccentric dicharge port

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170064888 2017-05-25
KR20170064888 2017-05-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180129629A true KR20180129629A (ko) 2018-12-05
KR102142700B1 KR102142700B1 (ko) 2020-08-07

Family

ID=64743830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180048019A KR102142700B1 (ko) 2017-05-25 2018-04-25 편심 토출구를 포함하는 3d 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3d 프린터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102142700B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113059190A (zh) * 2021-03-12 2021-07-02 哈尔滨工业大学 一种液态金属微尺度4d打印机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05208390A (ja) * 1992-01-29 1993-08-20 Sony Corp 吸着ノズル
KR20130038989A (ko) * 2011-10-11 2013-04-19 주식회사 포스코 편심링 및 이를 이용한 머드건 노즐팁
KR20160142617A (ko) * 2015-06-03 2016-12-13 가톨릭관동대학교산학협력단 금속 필라멘트 공급장치 및 그를 포함하는 3d 프린터

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05208390A (ja) * 1992-01-29 1993-08-20 Sony Corp 吸着ノズル
KR20130038989A (ko) * 2011-10-11 2013-04-19 주식회사 포스코 편심링 및 이를 이용한 머드건 노즐팁
KR20160142617A (ko) * 2015-06-03 2016-12-13 가톨릭관동대학교산학협력단 금속 필라멘트 공급장치 및 그를 포함하는 3d 프린터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113059190A (zh) * 2021-03-12 2021-07-02 哈尔滨工业大学 一种液态金属微尺度4d打印机

Also Published As

Publication number Publication date
KR102142700B1 (ko) 2020-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3409445B1 (en) Three-dimensional printer comprising a nozzle with eccentric dicharge port
US10538182B2 (en) Deformable armrest having a patterned array of channels
KR101836057B1 (ko) 3차원 제지 벨트
US10065376B2 (en) Three-dimensional object fabrication device, three-dimensional object fabrication method, and three-dimensional object
EP2842715B1 (en) Co-extrusion of periodically modulated structures
US8388331B2 (en) Liquid flow converging device and method of manufacturing multi-layer film
KR101826024B1 (ko) 물질분사 방식 3d 프린터의 노즐
CN101005936B (zh) 用于制造软管形薄膜的薄膜喷头
JP2007176154A (ja) 積層フィルム
KR20180129629A (ko) 편심 토출구를 포함하는 3d 프린터용 노즐 및 이를 포함하는 3d 프린터
KR20170023862A (ko) 라벨이 부착된 블로 성형 용기 및 블로 성형용 금형
JP2016083875A (ja) 積層シートおよびその製造方法
JP4882331B2 (ja) 積層シートの製造装置および製造方法
KR101406857B1 (ko) 적층 시트의 제조 장치 및 제조 방법
JP4496066B2 (ja) 多層シートの製造方法、多層フィルムの製造方法および多層シートの製造装置
JP2009034897A (ja) 繊維積層体、並びに繊維積層体を用いた服飾用芯地、合紙、及び梱包用資材
KR102139726B1 (ko) 접착제 도포 기능을 갖는 3d 프린터 및 그 구동 방법
JP6187211B2 (ja) 積層フィルム
KR20230152211A (ko) 복합 구조체 제조장치 및 방법
TWM523581U (zh) 三維噴印裝置
CN106671410A (zh) 三维喷印装置
EP4249225A1 (en) Optical structure and method for producing an optical structure
US11584071B2 (en) Printer head for 3D printing
JP2023168004A (ja) 積層フィルムの製造方法
JP2004160876A (ja) 熱可塑性エラストマーシートの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant