KR20190031959A - 3d 프린터의 익스트루더 - Google Patents

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KR20190031959A
KR20190031959A KR1020170120297A KR20170120297A KR20190031959A KR 20190031959 A KR20190031959 A KR 20190031959A KR 1020170120297 A KR1020170120297 A KR 1020170120297A KR 20170120297 A KR20170120297 A KR 20170120297A KR 20190031959 A KR20190031959 A KR 20190031959A
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extruder
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김원효
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(주)케이랩스
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Abstract

FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터에 마련되어 출력 재료를 용융 토출하는 익스트루더에 있어서, 출력 재료를 투입하기 위한 재료 투입부와 출력 재료를 배출하기 위한 재료 배출부가 형성되며 내부에 상기 재료 투입부에서 재료 배출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 이송로가 형성되는 이송부 하우징, 출력 재료를 상기 재료 투입부에서 상기 재료 배출부로 이동시키기 위하여 상기 재료 투입부에서 상기 재료 이송로를 통과하여 상기 재료 배출부로 연장되도록 마련되는 제1스크루, 상기 재료 이송로를 통과하는 출력 재료를 용융하기 위한 제1히터, 및 상기 제1스크루를 회전 구동하기 위한 제1구동모터로 이루어지는 재료 이송부 ; 상기 재료 이송부의 재료 배출부에서 배출되는 용융된 출력 재료를 수용하기 위한 재료 수용부와 용융된 출력 재료를 토출하기 위한 재료 토출부가 형성되며 내부에 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 유동로가 형성되는 출력부 하우징, 상기 출력부 하우징의 재료 토출부에 마련되는 노즐, 용융된 출력 재료를 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 이동시켜 상기 노즐을 통하여 출력하기 위하여 상기 재료 수용부에서 상기 재료 유동로를 통과하여 상기 재료 토출부로 연장되도록 마련되는 제2스크루, 상기 재료 유동로를 통과하는 용융된 출력 재료를 목표한 출력 온도로 가열하기 위한 제2히터, 및 상기 제2스크루를 회전 구동하기 위한 제2구동모터로 이루어지는 재료 출력부 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

3D 프린터의 익스트루더{EXTRUDER FOR 3D PRINTER}
본 발명은 3D 프린터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열가소성 재료를 용융 적층하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D 프린터에 사용되는 3D 프린터의 익스트루더(Extruder)에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 입체 형상을 가진 시제품을 제작히기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목합 제작 방식과 CNC 밀링에 의한 제작 방법 등이 널리 알려져 있다.
그러나 목합 제작 방식은 수작업에 의하므로 정교한 수치제어가 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 밀링에 의한 제작 방법은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구 간섭으로 인하여 가공이 불가능한 형태도 있다.
따라서 최근에는 제품의 디자이너 및 설계자가 CAD나 CAM을 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하고, 생성한 데이터를 이용하여 3차원 입체 형상의 시제품을 제작하는 이른바 3차원 프린팅 방법이 등장하게 되었으며, 이러한 3D 프린터를 산업, 생활, 의학 등 다양한 분야에서 활용하고 있다.
3D 프린터는 출력 재료의 연속적인 레이어를 2차원 프린터와 같이 출력하여 이를 적층함으로써 대상물을 만드는 제조장치이다. 3D 프린터는 디지털화된 도면 정보를 바탕으로 빠르게 대상물을 제작할 수 있어서 프로토타입 샘플 제작 등에 주로 사용된다.
3D 프린터의 제품 성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 방식(SLA), 성형재료를 절삭하여 성형하는 방식, 열가소성 재료를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식) 등이 있다.
이들 중 열가소성 재료를 용융하여 적층하는 FDM 방식의 3D 프린터는 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴하여 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다.
열가소성 재료를 용융 토출하여 입체적인 구조물을 출력하는 작업은 3D 프린터의 익스트루더(Extruder)에서 이루어진다. 종래의 익스트루더는 출력 재료로서 필라멘트(filament)를 널리 이용한다. 필라멘트는 작은 알갱이 형태의 원재료인 펠렛(pellet)을 용융하여 실 형태로 가공한 것이다.
필라멘트는 실과 같은 형태이므로, 필라멘트를 이용하면 재료의 균일한 공급 및 토출, 그리고 리트랙션(retraction : 익스트루더의 스크루를 역회전시켜 재료를 노즐로부터 회수하는 것)이 가능하다.
그러나 펠렛을 필라멘트로 가공하는 과정에서 재료의 성분이 변화되고 강도가 저하되는 등의 문제가 발생한다. 아울러 필라멘트는 무한한 길이로 제작될 수 없으므로, 재료의 연속적인 공급이 불가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 펠렛을 직접 이용하는 3D 프린터의 익스트루더가 제안되고 있다.
선형의 필라멘트와는 달리 펠렛은 작은 알갱이 형태이므로, 펠렛을 균인하게 용융하고 토출하기 위해서는 히터가 장착되는 실린더를 매우 길게 설계해야 한다. 그러나 실린더를 길계 설계하면 리트랙션시 출력 재료의 회수가 원활하게 이루어지지 않는다.
이는 실린더 내부에 고체 상태의 펠렛과 용융된 액체 상태의 출력 재료가 혼합되어 있으며, 실린더의 길이가 매우 길어 출력 재료의 진퇴가 원활하게 이루어지지 않고 실린더 내부의 압력이 높아지기 때문이다.
이와 같은 문제점으로 인하여, 출력 재료의 토출을 중단한 상태로 익스트루더를 이동시켜야 하는 구간에서 용융된 재료가 노즐로부터 흘러내려 출력물이 매끄럽지 않고 그물쳐진 형태로 출력되는 우징(oozing)현상이 발생된다.
선형의 필라멘트를 이용하는 익스트루더에서는 리트랙션이 원활하게 이루어지므로 스크루 회전 속도 및 시간 등을 세밀하게 설정하여 우징 현상을 최소화할 수 있으나, 펠렛을 이용하는 익스트루더에서는 실린더의 길이를 일정 이하로 줄일 수 없고 실린더 내부의 압력을 완전히 제어할 수 없으므로 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 없다.
대한민국 등록특허 제10-1665531호 "3D프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3D프린터"(2016.10.06. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 펠렛(pellet)을 출력 재료로 이용하는 익스트루더(extruder)의 문제점을 해결하여 우징(oozing) 현상을 효과적으로 억제할 수 있는 3D 프린터의 익스트루더를 제시하고자 한다.
더욱 구체적으로는, 출력 재료를 두 단계에 걸쳐서 용융 및 토출하도록 하여 출력 재료가 균일하게 용융될 수 있도록 하고, 리트랙션(retraction)시 익스트루더 내부에 높은 압력이 걸리지 않고 출력 재료가 완전히 회수될 수 있도록 하여 출력물의 품질을 향상시키고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터에 마련되어 출력 재료를 용융 토출하는 익스트루더에 있어서, 출력 재료를 투입하기 위한 재료 투입부와 출력 재료를 배출하기 위한 재료 배출부가 형성되며 내부에 상기 재료 투입부에서 재료 배출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 이송로가 형성되는 이송부 하우징, 출력 재료를 상기 재료 투입부에서 상기 재료 배출부로 이동시키기 위하여 상기 재료 투입부에서 상기 재료 이송로를 통과하여 상기 재료 배출부로 연장되도록 마련되는 제1스크루, 상기 재료 이송로를 통과하는 출력 재료를 용융하기 위한 제1히터, 및 상기 제1스크루를 회전 구동하기 위한 제1구동모터로 이루어지는 재료 이송부 ; 상기 재료 이송부의 재료 배출부에서 배출되는 용융된 출력 재료를 수용하기 위한 재료 수용부와 용융된 출력 재료를 토출하기 위한 재료 토출부가 형성되며 내부에 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 유동로가 형성되는 출력부 하우징, 상기 출력부 하우징의 재료 토출부에 마련되는 노즐, 용융된 출력 재료를 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 이동시켜 상기 노즐을 통하여 출력하기 위하여 상기 재료 수용부에서 상기 재료 유동로를 통과하여 상기 재료 토출부로 연장되도록 마련되는 제2스크루, 상기 재료 유동로를 통과하는 용융된 출력 재료를 목표한 출력 온도로 가열하기 위한 제2히터, 및 상기 제2스크루를 회전 구동하기 위한 제2구동모터로 이루어지는 재료 출력부 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 재료 이송부는 상기 재료 투입부가 상기 재료 배출부보다 상방에 위치하도록 경사진 형태로 상기 재료 출력부에 연결되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 재료 이송부에 펠렛 형태의 출력 재료를 자동으로 공급하기 위하여, 출력 재료를 저장하는 펠렛 탱크, 상기 재료 투입부에 연결되는 펠렛 배출부, 상기 펠렛 탱크와 상기 펠렛 배출부를 연결하는 펠렛 공급관, 상기 펠렛 탱크로부터 출력 재료를 흡입하여 상기 펠렛 배출부를 통하여 출력 재료를 배출하기 위한 진공 흡입기를 포함하여 이루어지는 재료 공급장치가 더 마련되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 의한 3D 프린터의 익스트루더는, 출력 재료의 용융 및 토출이 두 단계에 거쳐서 이루어지며 재료 출력부에는 용융된 상태의 출력 재료만 유동되는 상태이므로, 리트랙션(retraction)시 익스트루더의 내부에 높은 압력이 걸리지 않으며 출력 재료를 노즐로부터 신속하고 정확하게 회수할 수 있다.
따라서 FDM 방식의 3D 프린터의 문제점인 우징(oozing) 현상을 효과적으로 억제하여 종래보다 정밀하고 향상된 품질의 출력물을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 3D 프린터의 익스트루더가 장착된 3D 프린터의 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시례에 의한 3D 프린터의 익스트루더의 사시도,
도 3은 도 2의 3D 프린터의 익스트루더의 단면도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시례에 의한 3D 프린터의 익스트루더(이하 익스트루더)는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터에 마련되어 출력 재료를 용융 토출하는 장치이다.
본 명세서에서 익스트루더라는 용어는 출력 재료를 용융 토출하는 FDM방식의 3D프린터의 프린터 헤드와 동일한 의미이며, 필라멘트 형태의 출력 재료를 프린터 헤드에 공급하기 위한 장치를 의미하는 좁은 의미에서의 익스트루더를 지칭하는 용어가 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 3D 프린터의 익스트루더가 장착된 3D 프린터의 개념도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 의한 3D 프린터의 익스트루더의 사시도이며, 도 3은 도 2의 3D 프린터의 익스트루더의 단면도이다.
본 발명의 일 실시례에 의한 익스트루더(10)는 재료 이송부(100)와 재료 출력부(200)를 포함하여 이루어지며, 본 실시례의 익스트루더(10)를 장착한 3D 프린터는 출력 재료를 익스트루더(10)에 자동으로 공급하기 위한 재료 공급기(20)를 포함하여 이루어진다.
본 실시례의 3D 프린터는 두 단계에 걸쳐서 출력 재료를 용융 토출하도록 이루어진다. 즉, 본 실시례의 익스트루더(10)는 재료 이송부(100)와 재료 출력부(200), 두 개의 스테이지로 이루어지는 것이다.
익스트루더(10)의 첫 번째 스테이지는 재료 이송부(100)로서, 재료 공급기(20)로부터 공급받은 출력 재료를 균일하게 용융하여 용융된 정량의 출력 재료를 재료 출력부(200)에 이송하는 역할을 한다.
재료 이송부(100)는 이송부 하우징(110), 제1스크루(120), 제1히터(130), 및 제1구동모터(140)로 이루어진다.
이송부 하우징(110)은 출력 재료를 투입하기 위한 재료 투입부(111)와 출력 재료를 배출하기 위한 재료 배출부(112), 그리고 재료 투입부(111)와 재료 배출부(112)를 연결하는 실린더 형태의 재료 이송로(113)를 포함하여 이루어진다.
이송부 하우징(110)은 재료 투입부(111)에 투입된 출력 재료를 재료 배출부(112)로 원활하게 이송할 수 있도록 재료 투입부(111)가 재료 배출부(112)보다 상방에 위치하는 기울어진 형태로 마련된다.
재료 투입부(111)는 출력 재료가 투입될 수 있도록 충분한 내부 공간을 갖도록 마련되며, 출력 재료를 손쉽게 투입할 수 있도록 하기 위한 호퍼(114)가 더 마련된다. 호퍼(114)를 통해 펠렛 형태의 출력 재료를 투입할 수 있으며, 실시례에 따라서 분말이나 과립 형태의 출력 재료를 투입할 수도 있다.
재료 이송로(113)는 상술한 바와 같이 실린더 형태이며, 출력 재료가 용융되는 구간이다. 재료 이송로(113)는 출력 재료가 재료 이송로(113)를 통과하며 균일하게 용융될 수 있도록 충분히 길게 설계된다.
재료 이송로(113)를 충분히 길게 설계하여 출력 재료가 재료 이송로(113)에서 완전히 용융되도록 하면, 후술할 재료 출력부(200)의 재료 유동로(213)를 매우 짧게 설계할 수 있다. 즉, 후술할 재료 출력부(200)의 제2스크루(230) 역회전시 재료 유동로(213) 내부의 압력을 낮추어 리트랙션(retraction)이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
재료 이송로(113)에는 재료 투입부(111)에 투입된 출력 재료를 재료 배출부(112)로 이동시키기 위한 제1스크루(120)가 마련된다. 더욱 상세하게 제1스크루(120)는 재료 투입부(111)에서 재료 이송로(113)를 통과하여 재료 배출부(112)로 연장되도록 마련된다. 제1스크루(120)는 회전에 의해서 출력 재료를 이동시킨다.
재료 이송로(113)의 외측에는 재료 이송로(113)를 통과하는 출력 재료를 용융하기 위한 제1히터(130)가 마련된다. 제1히터(130)는 재료 이송로(113)의 외측을 감싸는 형태로 마련되어 재료 이송로(113)를 통과하는 펠렛 형태의 출력 재료를 용융한다.
제1스크루(120)를 회전시키기 위한 제1구동모터(140)가 마련된다. 제1구동모터(140)는 회전 속도 및 회전 각도를 제어할 수 있는 스테핑 모터로서, 정밀한 제어에 의하여 정량의 용융된 출력 재료를 재료 배출부(112)로 배출할 수 있도록 한다.
도면에서 확인되는 바와 같이 제1구동모터(140)는 이송부 하우징(110)의 재료 투입부(111) 후미에 마련되며, 링크부재(141)를 통하여 제1스크루(120)와 연결된다. 제1구동모터(140)와 제1스크루(120)가 연결되는 부위에는 제1히터(130)의 열이 제1구동모터(140)에 전달되지 않도록 냉각팬(142)이 더 마련된다.
제1구동모터(140)의 위치 및 제1스크루(120)와의 연결 형태는 실시례에 따라서 변경될 수 있다.
익스트루더(10)의 두 번째 스테이지는 재료 출력부(200)이다. 재료 출력부(200)는 재료 이송부(100)로부터 이송된 용융된 출력 재료를 목표한 출력 온도로 가열하여 토출함으로써 3D 출력물을 출력하는 장치이다.
재료 출력부(200)는 출력부 하우징(210), 노즐(220), 제2스크루(230), 제2히터(240), 및 제2구동모터(250)로 이루어진다.
출력부 하우징(210)은 재료 이송부(100)의 재료 배출부(112)에서 배출되는 출력 재료를 수용하기 위한 재료 수용부(211)와 출력 재료를 토출하기 위한 재료 토출부(212), 그리고 재료 수용부(211)에서 재료 토출부(212)로 연결되는 실린더 형태의 재료 유동로(213)로 이루어진다.
재료 수용부(211)는 재료 이송부(100)의 재료 배출부(112)로부터 배출되는 출력 재료를 수용하기 위한 것으로서, 용융된 출력 재료를 수용할 수 있도록 충분한 공간을 갖도록 마련된다.
아울러, 용융된 출력 재료가 재료 유동로(213)로 바로 투입되지 않고 재료 수용부(211)로 유입된 이후 재료 유동로(213)에 투입되도록 함으로써 출력 재료의 배출 압력이 재료 출력부(200)에 직접 전달되지 않도록 한다.
재료 유동로(213)는 상술한 바와 같이 실린더 형태이다. 재료 유동로(213)는 이미 용융된 상태로 투입된 출력 재료가 설정된 출력 온도로 재가열되는 구간이다.
재료 유동로(213)를 통과하는 출력 재료는 이미 재료 이송부(100)에서 균일하게 용융된 상태이므로, 재료 출력부(200)의 재료 유동로(213)는 재료 이송부(100)의 재료 이송로(113)에 비해 매우 짧게 설계될 수 있다.
재료 토출부(212)에는 용융된 출력 재료를 일정한 양으로 토출할 수 있도록 하는 노즐(220)이 마련된다.
재료 유동로(213)에는 재료 수용부(211)에 수용된 출력 재료를 재료 토출부(212)로 이동시켜 노즐(220)을 통하여 출력하기 위한 제2스크루(230)가 마련된다. 더욱 구체적으로 제2스크루(230)는 재료 수용부(211)에서 재료 유동로(213)를 통과하여 재료 토출부(212)로 연장되도록 마련된다.
제2스크루(230)는 정방향으로 회전하며 용융된 출력 재료를 재료 토출부(212) 및 노즐(220)을 거쳐 출력되도록 하거나, 역방향으로 회전되어 리트랙션(retraction) 되도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이 재료 유동로(213)는 매우 짧게 설계되며, 재료 유동로(213)에는 완전히 용융된 출력 재료만 유동된다. 따라서 리트랙션을 위한 제2스크루(230)의 역회전시, 재료 유동로(213) 내부의 압력이 크게 증가하지 않으며 출력 재료가 노즐(220)로부터 원활하게 회수된다.
재료 유동로(213)의 외측에는 재료 유동로(213)를 통과하는 용융된 출력 재료를 가열하기 위한 제2히터(240)가 마련된다. 제2히터(240)는 재료 유동로(213)의 외측을 감싸는 형태로 마련되며, 제1히터(130)에 의해서 이미 용융된 출력 재료를 목표한 출력 온도로 다시 가열하는 역할을 한다.
제2스크루(230)를 회전시키기 위한 제2구동모터(250)가 마련된다. 제2구동모터(250)도 제1구동모터(140)와 마찬가지로 회전 속도 및 회전 각도를 제어할 수 있는 스테핑 모터이다.
제2구동모터(250)는 제2스크루(230)를 정회전시켜 용융된 출력 재료가 일정한 양으로 토출될 수 있도록 하거나, 제2스크루(230)를 역회전시켜 리트랙션이 이루어지도록 한다.
도면에서 확인되는 바와 같이 제2구동모터(250)는 출력부 하우징(210)의 재료 수용부(211) 후미에 마련되며, 링크부재(251)를 통하여 제2스크루(230)와 연결된다. 제2구동모터(250)와 제2스크루(230)가 연결되는 부위에는 제2히터(240)의 열이 제2구동모터(250)에 전달되지 않도록 냉각팬(252)이 더 마련된다.
제2구동모터(250)의 위치 및 제2스크루(230)와의 연결 형태는 실시례에 따라서 변경될 수 있다.
이어서 재료 이송부(100)에 펠렛 형태의 출력 재료를 자동으로 공급하기 위한 재료 공급장치(20)에 대하여 설명한다.
재료 공급장치(20)는 펠렛 형태의 출력 재료를 저장하는 펠렛 탱크(21)와, 재료 튜입부(111)의 호퍼(114)에 연결되는 펠렛 배출부(23), 펠렛 탱크(21)와 펠렛 배출부(23)를 연결하는 펠렛 공급관(24),그리고 펠렛 탱크(21)로부터 출력 재료를 흡입하여 펠렛 배출부(23)를 통하여 출력 재료를 배출하기 위한 진공 흡입기(22)를 포함하여 이루어진다.
본 실시례의 펠렛 공급관(24)은 익스트루더(10)의 움직임을 따라서 유연하게 휘어질 수 있도록 연질의 소재로 제작된다. 물론, 익스트루더가 고정되는 타입의 3D 프린터의 경우 펠렛 공급관은 경질의 소재로 제작될 수도 있다.
재료 공급장치(20)의 진공 흡입기(22)를 구동하여 펠렛 탱크(21)에 저장된 펠렛 형태의 출력 재료를 흡입하여 펠렛 배출부(23)를 통하여 배출함으로써, 재료 이송부(100)에 펠렛 형태의 출력 재료를 공급할 수 있다.
재료 공급장치(20)는 재료 이송부(100)에 투입된 출력 재료가 모두 소진되기 전에 일정량의 출력 재료를 지속적으로 공급함으로써, 출력 재료를 수동으로 공급하지 않고도 연속적으로 출력이 이루어질 수 있도록 한다.
즉, 재료 공급장치(20)가 장착된 본 실시례의 익스트루더(10)를 이용하면 자동화된 연속 3D 프린팅 시스템을 구현할 수 있다.
재료 공급장치(20)는 일정량의 출력 재료를 지속적으로 익스트루더(10)에 공급하므로, 익스트루더(10)에 대용량의 호퍼를 마련하여 대량의 출력 재료를 적재하는 것보다 익스트루더(10)의 무게를 줄일 수 있다. 익스트루더(10)를 경량화하면 익스트루더(10)의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통하여 출력 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 의한 익스트루더(10)는 두 단계에 걸쳐서 출력 재료를 용융하고 토출한다. 이는 하나의 단계로 이루어지는 종래의 익스트루더(10)에 비해서 용융된 출력 재료의 토출을 정밀하게 제어할 수 있다.
출력 재료는 재료 이송부(100)의 재료 이송로(113)에서 완전히 용융된다. 재료 출력부(200)의 재료 유동로(213)에는 이미 용융된 출력 재료만 유동되게 된다. 그리고 재료 유동로(213)를 통과하는 용융된 출력재료는 목표한 출력 온도로 가열되기만 하면 되므로 재료 유동로(213)는 매우 짧게 설계된다.
재료 유동로(213)가 매우 짧고, 재료 유동로(213)의 내부에는 균일하게 융융된 상태의 출력 재료만 유동되고 있으므로, 리트랙션을 위하여 제2스크루(230)를 역회전시켜도 재료 유동로(213) 내부의 압력이 크게 증가되지 않는다.
아울러, 재료 이송부(100)의 재료 배출부(112)는 재료 출력부(200)의 재료 유동로(213)에 직접 연결되는 것이 아니라 재료 수용부(211)를 거쳐서 연결되므로, 재료 이송부(100)를 통하여 투입된 출력 재료의 압력이 재료 출력부(200)의 재료 유동로(213)에 직접 전달되지 않는다.
따라서 본 실시례의 익스트루더(10)는 종래의 펠렛을 출력 재료로 이용하는 익스트루더보다 리트랙션을 통한 출력 재료의 회수가 더욱 쉽고 원활하게 이루어지며, 우징(oozing) 현상이 효과적으로 억제된다.
아울러 출력 재료를 용융하기 위한 제1,2히터(130,240)의 열이 출력 재료를 따라서 제1,2구동모터(140,250)로 직접 전달되지 않으며, 재료의 용융 및 가열이 제1,2히터(130,240)에 의하여 두 단계로 이루어지므로 출력 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 출력물의 부위별 온도차에 따른 형태 변형을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시례에서는 출력 재료로서 펠렛을 이용하는 것을 설명하고 있으나 이는 일례일 뿐이다. 즉, 실시례에 따라서 분말 또는 과립 형태의 출력 재료를 이용하도록 변형될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 익스트루더 20 : 재료 공급기
30 : 프린터 베드
100 : 재료 이송부 110 : 이송부 하우징
111 : 재료 투입부 112 : 재료 배출부
113 : 재료 이송로 120 : 제1스크루
130 : 제1히터 140 : 제1구동모터
200 : 재료 출력부 210 : 출력부 하우징
211 : 재료 수용부 212 : 재료 토출부
213 : 재료 유동로 220 : 노즐
230 : 제2스크루 240 : 제2히터
250 : 제2구동모터

Claims (3)

  1. FDM(Fused Deposition Modeling)방식의 3D 프린터에 마련되어 출력 재료를 용융 토출하는 익스트루더에 있어서,
    출력 재료를 투입하기 위한 재료 투입부와 출력 재료를 배출하기 위한 재료 배출부가 형성되며 내부에 상기 재료 투입부에서 재료 배출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 이송로가 형성되는 이송부 하우징, 출력 재료를 상기 재료 투입부에서 상기 재료 배출부로 이동시키기 위하여 상기 재료 투입부에서 상기 재료 이송로를 통과하여 상기 재료 배출부로 연장되도록 마련되는 제1스크루, 상기 재료 이송로를 통과하는 출력 재료를 용융하기 위한 제1히터, 및 상기 제1스크루를 회전 구동하기 위한 제1구동모터로 이루어지는 재료 이송부 ;
    상기 재료 이송부의 재료 배출부에서 배출되는 용융된 출력 재료를 수용하기 위한 재료 수용부와 용융된 출력 재료를 토출하기 위한 재료 토출부가 형성되며 내부에 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 연결되는 실린더 형태의 재료 유동로가 형성되는 출력부 하우징, 상기 출력부 하우징의 재료 토출부에 마련되는 노즐, 용융된 출력 재료를 상기 재료 수용부에서 상기 재료 토출부로 이동시켜 상기 노즐을 통하여 출력하기 위하여 상기 재료 수용부에서 상기 재료 유동로를 통과하여 상기 재료 토출부로 연장되도록 마련되는 제2스크루, 상기 재료 유동로를 통과하는 용융된 출력 재료를 목표한 출력 온도로 가열하기 위한 제2히터, 및 상기 제2스크루를 회전 구동하기 위한 제2구동모터로 이루어지는 재료 출력부 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 익스트루더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료 이송부는 상기 재료 투입부가 상기 재료 배출부보다 상방에 위치하도록 경사진 형태로 상기 재료 출력부에 연결되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 익스트루더.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 재료 이송부에 펠렛 형태의 출력 재료를 자동으로 공급하기 위하여,
    출력 재료를 저장하는 펠렛 탱크, 상기 재료 투입부에 연결되는 펠렛 배출부, 상기 펠렛 탱크와 상기 펠렛 배출부를 연결하는 펠렛 공급관, 상기 펠렛 탱크로부터 출력 재료를 흡입하여 상기 펠렛 배출부를 통하여 출력 재료를 배출하기 위한 진공 흡입기를 포함하여 이루어지는 재료 공급장치가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 익스트루더.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102120205B1 (ko) 2019-11-19 2020-06-09 주식회사 컨셉션 방열부품 성형용 진공주입식 3d 프린터
WO2021170740A1 (de) * 2020-02-28 2021-09-02 Hans Weber Maschinenfabrik Gmbh Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten herstellung wenigstens eines dreidimensionalen objekts
WO2022007570A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Triastek, Inc. High-precision additive manufacturing device and high-throughput additive manufacturing system
US11292193B2 (en) 2019-08-20 2022-04-05 Triastek, Inc. High-throughput and high-precision pharmaceutical additive manufacturing system
US11364674B2 (en) 2017-05-16 2022-06-21 Triastek, Inc. 3D printing device and method
US11458684B2 (en) 2020-07-30 2022-10-04 Triastek, Inc. High-throughput and high-precision pharmaceutical additive manufacturing system
US11612569B2 (en) 2018-01-09 2023-03-28 Triastek, Inc. Precision pharmaceutical 3D printing device
KR102518409B1 (ko) * 2021-12-10 2023-04-06 주식회사 이트렌코텍 Hnoc 방식의 3D 프린터 장치 및 이의 동작 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101665531B1 (ko) 2015-12-18 2016-10-24 홍국선 3d프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3d프린터

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101665531B1 (ko) 2015-12-18 2016-10-24 홍국선 3d프린터용 익스트루더 및 이를 포함하는 3d프린터

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11364674B2 (en) 2017-05-16 2022-06-21 Triastek, Inc. 3D printing device and method
US11612569B2 (en) 2018-01-09 2023-03-28 Triastek, Inc. Precision pharmaceutical 3D printing device
US11292193B2 (en) 2019-08-20 2022-04-05 Triastek, Inc. High-throughput and high-precision pharmaceutical additive manufacturing system
US11383439B1 (en) 2019-08-20 2022-07-12 Triastek, Inc. High-throughput and high-precision pharmaceutical additive manufacturing system
KR102120205B1 (ko) 2019-11-19 2020-06-09 주식회사 컨셉션 방열부품 성형용 진공주입식 3d 프린터
WO2021170740A1 (de) * 2020-02-28 2021-09-02 Hans Weber Maschinenfabrik Gmbh Extrusionseinrichtung zur extrusionsbasierten herstellung wenigstens eines dreidimensionalen objekts
WO2022007570A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Triastek, Inc. High-precision additive manufacturing device and high-throughput additive manufacturing system
US11458684B2 (en) 2020-07-30 2022-10-04 Triastek, Inc. High-throughput and high-precision pharmaceutical additive manufacturing system
KR102518409B1 (ko) * 2021-12-10 2023-04-06 주식회사 이트렌코텍 Hnoc 방식의 3D 프린터 장치 및 이의 동작 방법

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