KR20190075210A - 도색기능을 가지는 3d 프린터용 노즐헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린터에 장착되어 필라멘트를 용융시키는 노즐헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하면 헤드의 내부에 필라멘트를 공급받는 중공, 도료 공급노즐에서 공급받은 도료들을 혼합시키는 도료 혼합공간 및 필라멘트를 용융시키는 용융공간이 각각 형성되고, 헤드의 하부에 구비된 토출노즐을 통하여 상기 용융공간에서 도료가 혼합된 상태로 용융된 필라멘트를 토출시킬 수 있는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드에 관한 것이다.

Description

도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드{Nozzle head for 3D printer with painting function}
본 발명은 3D 프린터에 장착되어 필라멘트를 용융시키는 노즐헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하면 헤드의 내부에 필라멘트를 공급받는 중공, 도료 공급노즐에서 공급받은 도료들을 혼합시키는 도료 혼합공간 및 필라멘트를 용융시키는 용융공간이 각각 형성되고, 헤드의 하부에 구비된 토출노즐을 통하여 상기 용융공간에서 도료가 혼합된 상태로 용융된 필라멘트를 토출시킬 수 있는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드에 관한 분야이다.
3D 프린터 또는 AD(Addictive Manufacturing) 기기는 디지털 디자인 데이터를 이용, 소재를 적층하는 방식으로 3차원 물체를 인쇄하듯 만들어내는 기기로서, 타 산업과의 융합을 통한 파급효과가 큰 차세대 제조 핵심기술이다.
이러한 3D 프린팅 분야는 디지털 설계도만 있으면 제품 생산이 가능하므로 제조공정의 획기적인 간소화를 가져와 R&D 혁신, 창업활성화, 틈새 시장 등장 등이 기대되는 적용 분야이다.
3D 프린터 또는 AD(Addictive Manufacturing)에의 기술 및 공정은 적층형 레진소재 압출 및 광경화 방식(SLA; SteroLithography Apparatus), 적층형 파우더소재 압출 및 레이져 신터링 방식(SLS; Selective Laser Sintering), Sanders & Soligen 방식, 디지털 광학 기술(DLP), 적층형 열가소성 수지 선택경화 방식(FDM; Fused Deposition Method), 다층식 필름강공 점압착 방식(LOM, Laminated Object Manufacturing), SGS(Solid Ground Curing), 3DP(3 Demensinal Printing) 등의 방식과 기술이 상용화 되어 있다.
한편, 종래의 3D 프린터는 통상 단일 색상의 3차원 형상의 조형물을 제작하는데 최적화 되어 있고, 컬러 3D 프린터 기술로는 현재 3D Systems의 Z Printer 시리즈 제품의 경우 컬러의 표현이 가능하지만 이는 분말소재(레진, 메탈, 석고 계열 등)를 활용하여, 1차 적층 후 칼라 잉크를 도포함으로써 컬러를 표현하는 것으로 진정한 컬러 3D 프린터라고는 할 수 없었다.
다음은 도색기능을 가지는 3D 프린터에 관한 대표적인 종래기술이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1610897호는 다양한 색상이 구현되는 3차원 프린터에 관한 것으로서, 내부에 수용공간이 형성되며 상기 수용공간에 바닥면에 안착되는 바닥판을 포함하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하며 일측으로부터 공급되는 필라멘트를 가열하여 용융(熔融)시킨 후 외부로 토출시키는 노즐헤드; 상기 케이스의 일측에 형성되어 상기 필라멘트를 상기 노즐헤드로 견인하는 필라멘트 공급부; 내부에 잉크가 수용되며 상기 노즐헤드에 설치되되, 상기 용융된 필라멘트에 잉크가 혼합되어 상기 노즐헤드로 토출되도록 상기 필라멘트에 수용된 잉크를 분사하는 잉크헤더; 및 상기 노즐헤드로부터 토출되는 필라멘트의 토출량을 조절하도록 상기 노즐헤드로 공급되는 상기 필라멘트의 공급량을 조절하고, 상기 잉크 헤더에서 분사되는 잉크의 분사량를 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 하였다.
또한 상기 종래기술에 포함되는 노즐헤드에 장착된 잉크헤드는 내부에 수용된 잉크를 용융된 필라멘트에 공급하여, 필라멘트를 도색할 수 있는 효과를 얻을 수 있었으나, 작업자의 수작업에 의하여 다양한 색을 가지는 잉크헤드를 필요에 따라 교체해야 하는 불편함이 있어서, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1610897호(2016.04.04.) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-009431호(2015.08.19.) 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0036955호(2016.04.05.) 대한민국 등록특허공보 제10-1768890호(2017.08.10.)
본 발명은 3D 프린터용 노즐헤드의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 3D 프린터용 노즐헤드는 단순히 고체 형태의 필라멘트를 헤드에서 가열하여 용융시키고, 헤드에 구비된 토출노즐로 토출시키는 구성을 하기 때문에, 제작되는 모델의 부분적인 색상이 다를 경우에는 서로 다른 색상의 필라멘트로 교체해주어야 하는 불편함이 있었고;
특히, 용융되는 필라멘트에 도료를 혼합하여 용융된 필라멘트의 색상을 변화시킬 수 있는 종래의 노즐헤드는 단순히 단일색의 도료를 용융된 필라멘트에 혼합시킬 수 있는 것에 불과하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
3D 프린터에 장착되는 노즐헤드에 있어서, 상기 노즐헤드는 내부에 필라멘트를 공급받는 중공, 상기 중공과 연통되고 도료가 혼합되는 도료 혼합공간 및 상기 도료 혼합공간과 연통되도록 도료 혼합공간의 하부에 배치되고 필라멘트가 용융되는 용융공간이 각각 형성되고, 하부에 상기 용융공간과 연통되는 토출노즐이 구비되는 헤드 및; 상기 헤드에 구비되고, 복수의 도료 각각을 상기 도료 혼합공간으로 주입시킬 수 있는 복수 개의 도료 공급노즐;을 포함하여 구성되는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드를 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드는 필라멘트에 일정의 열을 가하여 필라멘트를 용융시키는 헤드의 내부에 다양한 색상의 도료를 공급할 수 있는 복수 개의 도료 공급노즐이 구비되는 구성을 하여, 융융된 필라멘트가 다양한 색상을 가질 수 있도록 함으로써, 제작되는 모델의 부분적인 색상을 연속적으로 다르게 구현시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고;
특히, 헤드의 내부에 형성된 도료 혼합공간에서 다양한 색상의 도료를 혼합 가능하기 때문에, 색의 3원색만을 이용해서도 모든 색상을 가지는 모델을 제작할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드가 장착된 3D 프린터를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드를 나타내는 정면 단면도.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드를 나타내는 평면 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드에 역류방지 패킹이 구비된 경우를 나타내는 정면 단면도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드의 역류방지 패킹을 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드에 이중 구조의 역류방지 패킹이 구비된 경우를 나타내는 정면 단면도.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 노즐헤드의 이중 구조 역류방지 패킹을 나타내는 사시도.
본 발명은 3D 프린터에 장착되어 필라멘트(200)를 용융시키는 노즐헤드에 관한 것으로서, 3D 프린터에 장착되는 노즐헤드에 있어서, 상기 노즐헤드는 내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11), 상기 중공(11)과 연통되고 도료가 혼합되는 도료 혼합공간(12) 및 상기 도료 혼합공간(12)과 연통되도록 도료 혼합공간(12)의 하부에 배치되고 필라멘트(200)가 용융되는 용융공간(13)이 각각 형성되고, 하부에 상기 용융공간(13)과 연통되는 토출노즐(14)이 구비되는 헤드(10) 및; 상기 헤드(10)에 구비되고, 복수의 도료 각각을 상기 도료 혼합공간(12)으로 주입시킬 수 있는 복수 개의 도료 공급노즐(20);을 포함하여 구성되는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 8c를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 의한 3D 프린터용 노즐헤드(이하, ‘노즐헤드’라 칭함.)는 가는 가닥 형태로 일정의 길이를 가지는 필라멘트(200)를 용융시켜 3차원 모델을 제작하는 3D 프린터에 장착된다.
또한 본 발명에 의한 노즐헤드는 일반적인 3D 프린터에 장착되는 노즐헤드와 동일하게 외부에서 전원을 공급받아 필라멘트(200)를 용융시키는 가열부재가 직접 또는 인접되는 형태로 장착되고, X축, Y축 및 Z축으로 노즐헤드를 이동시킬 수 있는 복수 개의 가이드에 의하여 3차원으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 의한 노즐헤드가 장착되는 3D 프린터는 도 1과 같이 일반적인 형태의 3D 프린터로 구성될 수 있고, 바람직하게는 3D 프린터의 형태를 형성시키고 내부에 형성된 내부공간에서 모델을 제작시키는 케이싱(100); 상기 케이싱(100)의 내부공간 후방에 수직방향으로 길이를 형성하며 배치되는 수직 가이드바(110); 상기 수직 가이드(120)에 수직 방향으로 이동가능하게 체결되는 수직 가이드(120); 상기 수직 가이드(120)에 후방이 체결되고, 상기 케이싱(100)의 내부공간 전방쪽으로 길이를 형성하는 한 쌍의 제1수평 가이드(130); 상기 한 쌍의 제1수평 가이드(130)에 일측과 타측이 각각 체결되고, 상기 제1수평 가이드(130)의 길이방향으로 이동가능한 제2수평 가이드(140) 및; 상기 제2수평 가이드(140)에 체결되되, 제2수평 가이드(140)의 길이방향으로 이동 가능하고, 본 발명에 의한 노즐헤드가 장착되는 노즐헤드 고정구(150);를 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 구성의 3D 프린터는 본 발명에 의한 노즐헤드를, 상기 수직 가이드바(110) 및 수직 가이드(120)에 의하여 Z축으로 이동시킬 수 있고, 상기 제1수평 가이드(130)에 의하여 X축으로 이동시킬 수 있으며, 상기 제2수평 가이드(140)에 의하여 Y축으로 이동시킬 수 있다.
아울러 상기 구성의 3D 프린터의 일측에는 일정의 길이를 가지는 필라멘트(200)가 권취된 권취롤러(160)가 회전 가능하도록 체결될 수 있고, 상기 권취롤러(160)에서 노즐헤드로 공급되는 필라멘트(200)에 이송력을 가하는 필라멘트 공급부재(170)가 구비되는 구성을 할 수 있다.
상기 구성의 3D 프린터는 본 발명에 의한 노즐헤드가 장착되는 3D 프린터의 일실시예를 제시한 것이고, 본 발명에 의한 노즐헤드는 상기 구성의 3D 프린터뿐만 아니라 다양한 형태의 3D 프린터에 장착되는 구성을 할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 노즐헤드는 거시적으로 도료 혼합공간(12)과 용융공간(13)이 형성되는 헤드(10) 및 상기 헤드(10)에 구비되어 상기 도료 혼합공간(12)에 도료를 공급하는 복수 개의 도료 공급노즐(20)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 헤드(10)는 내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11), 상기 중공(11)과 연통되고 도료가 혼합되는 도료 혼합공간(12) 및 상기 도료 혼합공간(12)과 연통되도록 도료 혼합공간(12)의 하부에 배치되고 필라멘트(200)가 용융되는 용융공간(13)이 각각 형성되고, 하부에 상기 용융공간(13)과 연통되는 토출노즐(14)이 구비되는 구성으로서, 필라멘트 공급부재(170)에서 공급받은 필라멘트(200)를 도색시키며 용융시키는 구성이다.
보다 상세하면, 상기 헤드(10)는 내부에 상부에서 하부로 관통되는 중공(11)이 형성되어 필라멘트 공급부재(170)에서 공급되는 필라멘트(200)를 인입받는다. 이때, 상기 중공(11)의 하부에는 도료를 공급받고, 공급받은 도료를 용융공간(13)으로 흘러보내는 도료 혼합공간(12)이 형성되는 구성을 하며, 상기 도료 혼합공간(12)에 복수 색의 도료가 공급되는 경우에는 상기 도료 혼합공간(12)에 복수 색의 도료가 혼합된 후 용융공간(13)으로 흘러들어간다.
또한 상기 용융공간(13)은 헤드(10)의 중공(11)으로 인입된 필라멘트(200)에 열을 가하여 용융시키는 공간으로서, 용융공간(13)에 가해지는 열은 헤드(10) 또는 헤드(10)를 상기 제2수평 가이드(140)에 이동 가능하도록 고정시키는 노즐헤드 고정구(150)에 장착된 가열부재에 의하여 생성된다.
즉, 상기 구성의 헤드(10)는 도 3과 같이 헤드(10)의 길이방향이 수직하게 세워진 상태에서, 상부에서 하부방향으로 중공(11), 도료 혼합공간(12) 및 용융공간(13)이 순차적으로 형성되고, 중공(11)으로 인입된 필라멘트(200)는 도료 혼합공간(12)에서 필라멘트(200)의 외부에 수용된 도료와 함께 용융공간(13)으로 이동되어 용융되며, 필라멘트(200)의 용융시에 용융공간(13)으로 유입된 도료가 용융된 필라멘트(200)에 혼합되어 토출노즐(14)로 토출되는 필라멘트(200)가 도색되도록 한다.
이때, 상기 도료는 용융공간(13)에서 가해지는 열에 의하여 변색 및 변질되지 않는 종류의 것을 이용하는 것이 자명할 것이다.
아울러 상기 용융공간(13)의 하부에 해당하는 헤드(10)의 하부에는 용융공간(13)에서 도색 및 용융된 필라멘트(200)가 토출될 수 있도록 하는 토출노즐(14)이 구비되는 구성을 한다.
상기와 연관하여, 상기 용융공간(13)은 도료 혼합공간(12)의 하부에 해당하는 헤드(10) 내부의 일정부분에 형성되는 구성을 하면 다양한 형태로 구성될 수 있고, 헤드(10)의 하부에는 토출노즐(14)이 체결되는 토출노즐 체결홀(16)이 형성되고, 상기 토출노즐(14)의 내부에 상기 용융공간(13)이 형성되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 토출노즐 체결홀(16)의 상부는 도료 혼합공간(12)과 연통되는 구성을 하여, 도료 혼합공간(12)에서 필라멘트(200) 및 도료를 인입받을 수 있고, 헤드(10) 또는 노즐헤드 고정구(150)에 장착된 가열부재의 열을 전달받아 토출노즐 체결홀(16)에 체결된 토출노즐(14)에 전달할 수 있다.
또한 상기와 같이 토출노즐(14)의 내부에 상기 용융공간(13)이 형성되는 구성을 하면, 용융된 필라멘트(200)의 경화로 인하여 막힘이 빈번하게 일어나는 용융공간(13)이 헤드(10)에 대한 토출노즐(14)의 분리시에 함께 분리될 수 있는 효과를 얻을 수 있어서, 용융공간(13)의 청소를 용이하게 할 수 있는 효과를 얻을 있다.
더불어 상기 헤드(10)는 단일체의 것으로 구성될 수도 있고, 용융된 필라멘트(200)에 대한 도료의 혼합성 향상 및 필라멘트(200)의 용융성 향상을 위하여 복수 개의 것이 결합되는 형태의 것으로 구성될 수도 있다.
즉, 상기 헤드(10)는 내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11)이 형성되고, 외부에 복수의 방열홈이 형성되는 예열 헤드(10a)와; 상기 예열 헤드(10a)의 하부에 연결되고, 상기 도료 혼합공간(12)이 내측 상부에 형성되고, 상기 용융공간(13)이 내측 하부에 형성되며, 하부에 상기 토출노즐(14)이 구비되며, 일측에 가열부재가 구비되는 가열 헤드(10b);를 포함하는 구성을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 구성의 헤드(10)는 거시적으로 예열 헤드(10a)와 가열 헤드(10b)가 서로 결합되는 형태로 구성된다.
보다 상세하면, 상기 예열 헤드(10a)는 내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11)이 형성되고, 외부에 복수의 방열홈이 형성되는 구성으로서, 헤드(10)의 상단 일부분에 해당하고, 가열 헤드(10b)로부터 일정의 열을 전달받아 용융공간(13)에서 용융되는 필라멘트(200)를 예열시키는 구성이다.
즉, 상기 예열 헤드(10a)는 내부에 형성된 중공(11) 상부 쪽으로 필라멘트(200) 공급부에서 공급되는 필라멘트(200)를 공급받고, 예열 헤드(10a)의 하부에 결합된 가열 헤드(10b)의 중공(11)(또는 도료 혼합공간(12))으로 공급받은 필라멘트(200)를 이송시킨다.
이때, 예열 헤드(10a)의 하부는 가열 헤드(10b)의 상부와 연결되는 구성을 하여, 가열부재에 의하여 가열된 가열 헤드(10b)의 일부 열을 전달받아 예열 헤드(10a)의 중공(11)을 통과하는 필라멘트(200)를 예열시키는 구성을 한다. 또한 상기 예열 헤드(10a)의 중공(11)은 가열부재에 의하여 가열된 가열 헤드(10b)의 일부 열을 전달받기 때문에 가열 헤드(10b)의 내부에 형성된 용융공간(13)보다는 낮은 온도로 가열되어, 중공(11)을 통과하는 필라멘트(200)는 용융되지 않는다.
아울러 상기 예열 헤드(10a)의 외부에는 수직 또는 수평 방향으로 길이를 가지면 파여진 방열홈이 형성되는 구성을 하여, 예열 헤드(10a)의 열을 외부로 방출시킴으로써 예열 헤드(10a)가 지나치게 가열되어 필라멘트(200)가 중공(11)을 통과하는 동안 용융되지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
더불어 상기 가열 헤드(10b)는 상기 예열 헤드(10a)의 하부에 연결되고, 상기 도료 혼합공간(12)이 내측 상부에 형성되고, 상기 용융공간(13)이 내측 하부에 형성되며, 하부에 상기 토출노즐(14)이 구비되며, 일측에 가열부재가 구비되는 구성으로서, 헤드(10)의 주된 기능을 실현시키는 구성이다.
즉, 상기 구성의 가열 헤드(10b)는 상기 헤드(10)에 관한 구체적인 설명에서 설명한 바와 같이 도료 혼합공간(12)이 내측 상부에 형성되어 도료를 공급받음과 동시에 복수 개의 도료를 공급받은 경우에는 공급된 복수 색의 도료를 혼합하고, 상기 용융공간(13)은 상기 도료 혼합공간(12)의 하부에 해당하는 가열 헤드(10b)의 내측 하부에 형성되어 예열 헤드(10a)의 중공(11), 가열 헤드(10b)의 도료 혼합공간(12)을 순차적으로 통과한 필라멘트(200)를 용융시키면서 도료 혼합공간(12)에서 공급되는 도료를 용융된 필라멘트(200)에 혼합시키는 구성이다.
이때, 상기 가열 헤드(10b)의 하부에는 상기 토출노즐(14)이 구비되어 용융공간(13)에서 도색되고 용융된 필라멘트(200)를 가열 헤드(10b)의 외부로 토출시키는 구성을 한다.
아울러 상기 가열 헤드(10b)에 구비된 가열부재는 가열 헤드(10b)의 일측에 직접 체결되어 용융공간(13)에 용융열을 가할 수도 있고, 상기에서 설명한 바와 같이 노즐헤드 고정구(150)에 구비되어 가열 헤드(10b)를 가열시키는 구성을 할 수도 있다.
또한 상기 도료 공급노즐(20)은 상기 헤드(10)에 구비되고, 복수의 도료 각각을 상기 도료 혼합공간(12)으로 주입시킬 수 있는 복수 개의 구성으로서, 외부에서 공급받은 복수 색의 도료를 헤드(10)의 도료 혼합공간(12)으로 주입시키는 구성이다.
즉, 상기 도료 공급노즐(20)은 일측(헤드(10)의 외부)은 외부에 별도도 마련된 도료 공급장치로부터 액상의 도료를 공급받고, 복수 개의 도료 공급노즐(20) 각각은 서로 다른 색의 도료가 공급되는 구성을 한다.
구체적으로, 상기 도료는 당업자의 판단에 따라 제작하는 모델에서 구현되는 다양한 종류의 색을 가지는 것을 이용할 수 있고, 바람직하게는 색료의 3원색인 빨간색, 녹색 및 파란색을 가지는 도료가 복수 개의 도료 공급노즐(20)을 통하여 각각 공급되는 구성을 할 수 있다. 이때, 상기 3원색의 도료 각각은 일정량씩 도료 혼합공간(12)에 공급되어 3원색의 혼합에 의하여 구현될 수 있는 다양한 종류의 색을 필라멘트(200)에 구현시킬 수 있다.
아울러 상기 도료는 일반적인 제품에 많이 구현되는 검은색의 도료를 별도로 고 포함하고, 상기 검은색의 도료는 복수 개의 도료 공급노즐(20) 중 어느 하나 이상의 도료 공급노즐(20)을 통하여 상기 3원색의 도료와는 별도로써 도료 혼합공간(12)으로 공급되는 구성을 할 수 있다.
또한 상기 복수 개의 도료 공급노즐(20)은 도료의 색마다 하나의 도료 공급노즐(20)이 하나씩 선택되어지는 구성을 할 수도 있지만, 도 4a 내지 4c와 같이 동일한 색을 가지는 도료를 공급하는 소수 개의 도료 공급노즐(20)들이 상기 도료 혼합공간(12)을 중심으로 방사형으로 배열되도록 구성되어, 도료 혼합공간(12)의 중앙을 통과하는 필라멘트(200)의 여러 방향에서 동일한 색의 도료가 공급될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 동일한 색을 가지는 도료를 공급하는 소수 개의 도료 공급노즐(20)들은 헤드(10)의 수직방향에 대하여 동일한 수평 위상을 가지며 도료 혼합공간(12)의 중앙을 중심으로 방사형으로 배열되어 제1군의 도료 공급노즐층(22)을 형성시키고, 서로 다른 색의 도료를 공급하는 서로 다른 제2군의 도료 공급노즐층(23)은 상기 1군의 도료 공급노즐(20)층과 서로 다른 수평 위상을 가지며 적층되는 구성을 할 수 있다.
보다 상세하면, 도 3, 도 4a 내지 4c와 같이 상기 복수 개의 도료 공급노즐(20)이 복수 개의 도료 공급노즐층을 형성하는 경우, 복수 개의 도료 공급노즐층 중 제1군의 도료 공급노즐층(22), 제2군의 도료 공급노즐층(23), 제3군의 도료 공급노즐층(24),,,제N군의 도료 공급노즐층은 헤드(10)의 수직방향으로 각각 다른 수평 위상으로 순차 적층되는 구성을 할 수 있다.
이때, 상기 제1군의 도료 공급노즐층(22)을 형성시키는 소수 개의 도료 공급노즐(20)은 제2군의 도료 공급노즐층(23)을 형성시키는 소수 개의 도료 공급노즐(20)과 수직방향으로 서로 엇갈리는 위치에 배열되도록 구성되고, 제2군의 도료 공급노즐층(23)을 형성시는 소수 개의 도료 공급노즐(20)은 제3군의 도료 공급노즐층(24)을 형성시키는 소수 개의 도료 공급노즐(20)과 수직방향으로 서로 엇갈리는 위치에 배열되도록 구성되어, 헤드(10)에 대한 복수 개의 도료 공급노즐(20)의 배열공간이 넓게 확보되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 상기 헤드(10)가 예열 헤드(10a)와 가열 헤드(10b)를 포함하여 구성되는 경우, 상기 도료 공급노즐(20)은 상기 가열 헤드(10b)에 구비되는 구성을 하여 가열 헤드(10b)에 형성된 도료 혼합공간(12)에 도료를 공급하도록 구성되어야 함은 자명할 것이다.
더불어 상기 복수 개의 도료 공급노즐(20) 각각은 외부에 별도로 마련된 도료공급장치로부터 일정의 색을 가지는 도료를 일정량씩 공급받을 수 있으면 당업자의 판단에 따라 적절한 형태로 구성될 수 있고, 바람직하게는 상기 도료 공급노즐(20)에는 상기 도료 혼합공간(12)으로의 도료 주입여부를 조절하는 솔레노이드 밸브(21)가 구비되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 솔레노이드 밸브(21)는 도료공급장치에서 도료 공급노즐(20)을 통하여 도료 혼합공간(12)으로 공급되는 도료의 주입여부를 조절하는 구성으로서, 상기 도료의 주입여부라함은 도료 주입의 차단 및 공급을 포함하고, 주입되는 도료의 양도 조절할 수 있음을 포함하는 개념이다.
구체적으로, 상기 솔레노이드 밸브(21)는 복수 개의 도료 공급노즐(20)에 각각 장착되는 구성을 하여, 각 도료 공급노즐(20)을 통하여 도료 혼합공간(12)으로 공급되는 도료의 공급여부 및 양을 조절하여 도료 혼합공간(12)에서 혼합되어 만들어진 복수 색의 도료에 의한 도료 혼합물의 색을 다양하게 조절시킬 수 있는 효과를 실현시킨다.
물론, 상기 솔레노이드 밸브(21)는 복수 색의 도료 중 어느 하나의 색을 가지는 도료가 공급되는 도료 공급노즐(20)의 것만이 열린상태를 가져, 단일 색의 도료만이 도료 혼합공간(12)으로 공급될 수도 있고; 서로 다른 색을 가지는 도료가 공급되는 복수 개의 도료 공급노즉의 것이 열린상태를 가져 복수 개의 도료가 도료 혼합공간(12)으로 공급될 수도 있다.
아울러 상기 솔레노이드 밸브(21)는 3D 프린터에 구비되는 제어부와 연결되어 도료의 주입여부가 자동적으로 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
또한 상기 도료 혼합공간(12)에 공급된 도료는 도료 혼합공간(12)의 하부에 배치된 용융공간(13)으로 흘러들어가는 구성을 하는데, 이때, 본 발명은 상기 도료 혼합공간(12)에 수용된 도료가 도료 혼합공간(12)의 상부를 통하여 헤드(10)의 중공(11) 상부로 역류하는 것을 방지시키기 위하여, 도료 혼합공간(12)의 상부에 해당하는 헤드(10)의 내부에는 역류방지 패킹(30)이 더 구비되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 도료 혼합공간(12)의 상부에는 외측은 상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 기밀 체결되고, 중앙에는 상기 필라멘트(200)를 관통시키는 관통홀(33)이 형성되는 역류방지 패킹(30)이 더 구비되는 구성을 할 수 있다.
이때, 상기 역류방지 패킹(30)은 도료 혼합공간(12)의 상부를 차단시키는 구성으로서 중앙에는 도료 혼합공간(12)의 상부에서 도료 혼합공간(12)으로 연속 유입되는 필라멘트(200)가 통과될 수 있도록 하는 관통홀(33)이 형성된다.
또한 상기 역류방지 패킹(30)은 전체 또는 필라멘트(200)가 통과되는 관통홀(33) 부분이 일정의 탄성을 가지도록 구성되어, 관통홀(33)과 필라멘트(200)의 사이가 기밀된 상태를 유지하되, 필라멘트(200)는 연속적으로 헤드(10) 중공(11)의 상부에서 도료 혼합공간(12)으로 공급될 수 있도록 구성된다.
아울러 상기 역류방지 패킹(30)은 외측이 도료 혼합공간(12)의 상단에 해당하는 부분에 기밀 체결되고, 중앙에는 상기 관통홀(33)이 형성되는 구성을 하면 다양한 형태로 구성될 수 있고, 바람직하게는 상기 역류방지 패킹(30)은 상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 기밀 체결되는 링형태의 지지부(31); 상기 지지부(31)의 내측에 상부가 연결되고, 상기 지지부(31)의 안쪽으로 하향하며 돌출되며, 중앙에 상기 관통홀(33)이 형성되는 돌출부(32);를 포함하는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 구성의 역류방지 패킹(30)은 거시적으로 지지부(31)와 돌출부(32)를 포함하여 구성되고, 상기 지지부(31)는 역류방지 패킹(30)을 헤드(10)에 체결시키는 구성이다.
또한 상기 지지부(31)는 상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 기밀 체결되는 링형태의 구성으로서, 역류방지 패킹(30)의 상부 일부분에 해당하는 구성이다.
이때, 상기 지지부(31)는 도료 혼합공간(12)의 상단에 해당하는 헤드(10) 내부의 일부분, 바람직하게는 헤드(10)의 중공(11) 말단과 도료 혼합공간(12)의 상단의 연결부분에 기밀 체결되는 구성을 하고, 링형태로 구성되어 내측 부분에는 돌출부(32)가 형성되는 구성을 한다.
상기와 연관하여, 상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 해당하는 헤드(10)의 내부에는 상기 지지부(31)가 기밀된 상태로 내입체결될 수 있는 링형태의 지지부 내입홈(15)이 형성되도록 구성되어, 상기 지지부(31)가 헤드(10)에 보다 견고히 체결될 수 있도록 구성될 수 있다.
아울러 지지부 내입홈(15)은 상기 링형태의 지지부(31)의 외주와 동일한 형태 및 크기를 가지는 내주가 형성되어야 함은 자명할 것이다.
더불어 상기 헤드(10)가 예열 헤드(10a)와 가열 헤드(10b)로 구분되는 구성을 하는 경우, 상기 예열 헤드(10a)와 가열 헤드(10b)는 볼트 방식으로 체결되는 구성을 하고, 상기 가열 헤드(10b)의 상부 중앙 또는 상기 예열 헤드(10a)의 하부 중앙에는 상기 지지부 내입홈(15)이 형성되는 구성을 하여, 상기 예열 헤드(10a)와 가열 헤드(10b)가 상호 결합 체결되면 상기 지지부 내입홈(15)에 내입된 지지부(31)가 기밀된 상태로 헤드(10)에 체결되는 구성을 할 수도 있다.
또한 상기 돌출부(32)는 상기 지지부(31)의 내측에 상부가 연결되고, 상기 지지부(31)의 안쪽으로 하향하며 돌출되며, 중앙에 상기 관통홀(33)이 형성되는 구성으로서, 필라멘트(200)와 역류방지 패킹(30)의 사이로 유출될 수 있는 도료를 차단함과 동시에, 역류방지 패킹(30)의 하부에서 상부쪽으로 가해지는 도료의 압력을 이용하여 역류방지 패킹(30)의 기밀성을 더욱 향상시키는 구성이다.
즉, 상기 구성의 돌출부(32)는 도 5, 도 6b와 같이 하향하며 돌출된 돔(dome) 형태(반구 형태)로 구성되어, 상부의 테두리는 상기 링형태의 지지부(31) 내측에 연결되고, 하부 중앙에는 상기 관통홀(33)이 형성되는 구성을 한다.
이때, 상기 구성의 돌출부(32)는 돌출부(32) 하부면에서 상방으로 작용되는 도료의 압력에 의하여 상방으로 변형되려는 힘을 받지만, 반구 형태로 구성되기 때문에, 상방으로 뒤집히지 않고, 관통홀(33)을 관통하는 필라멘트(200)의 외주에 관통홀(33) 내주면이 더욱 기밀하게 압착될 수 있도록 하는 효과를 발휘하여, 도료 혼합공간(12)에 수용된 도료가 헤드(10)의 중공(11) 쪽으로 역류하지 못하도록 하는 효과를 실현시킬 수 있다.
상기와 연관하여, 상기 돌출부(32)는 상기 지지부(31)의 하부에 배치되고, 중앙에는 필라멘트(200)를 관통시키는 하부 관통홀(33a)이 형성되는 하부 돌출부(32a)와; 상기 하부 돌출부(32a)와 이격되는 상태로 상기 지지부(31)의 상부에 배치되고, 중앙에는 필라멘트(200)를 관통시키는 상부 관통홀(33b)이 형성되는 상부 돌출부(32b);를 포함하여 구성되고, 상기 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)의 사이에는 압축공간(32c)이 형성되는 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 구성의 돌출부(32)는 거시적으로 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)를 포함하는 이중 구조로 구성된다.
구체적으로, 상기 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)는 각각의 상부가 상기 지지부(31)와 연결되는 구성을 하여 지지부(31)에 체결되고, 각각의 중앙에는 필라멘트(200)를 관통시키는 하부 관통홀(33a)과 상부 관통홀(33b)이 각각 형성되는 구성을 한다.
이때, 상기 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)는 단일의 지지부(31)에 체결되는 구성을 하되, 하부 돌출부(32a)는 지지부(31)의 하부에 배치되고, 상부 돌출부(32b)는 지지부(31)의 상부에 배치되는 구성을 하며, 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)는 상하 방향으로 서로 이격된 상태를 가져 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)의 사이에 압축공간(32c)이 형성되도록 구성된다.
즉, 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)는 상기 돌출부(32)에 관한 구체적인 설명에서 설명한 바와 같이, 중앙 부분이 하향하며 돌출된 반구 형태로 구성되어, 각 돌출부(32)의 하부에서 상부방향으로 가해지는 압력에 의하여 돌출부(32)에 각각 형성된 하부 관통홀(33a)의 내주면과 상부 관통홀(33b)의 내주면이 필라멘트(200)의 외주면에 더욱 기밀된 상태로 상접될 수 있도록 하는 효과를 실현시킬 수 있다.
보다 상세하면, 상기 하부 돌출부(32a)는 도료 혼합공간(12)에서 상방으로 가해지는 도료의 압력이 하부 돌출부(32a)의 하부면에 가해져 하부 관통홀(33a)의 내주면과 필라멘트(200)의 외주면이 기밀될 수 있도록 하고, 이때, 상기 하부 돌출부(32a)는 하부에서 가해지는 도료의 압력에 의하여 상부쪽으로 약간 들어올려지는 변형이 발생하기 때문에, 압축공간(32c)에 수용되어 있던 공기의 압력을 증가되어 상부 돌출부(32b)의 하부면에 일정의 압력을 가하게 된다.
또한 상기 압축공간(32c)에 수용된 공기의 압력을 받은 상부 돌출부(32b) 역시 상부쪽으로 약간 들어올려지는 변형이 발생하여, 상부 돌출부(32b)에 형성된 상부 관통홀(33b)의 내주면과 필라멘트(200) 외주면 간의 기밀성이 더욱 증대되어, 도료 혼합공간(12) 상부 방향으로의 도료 유출이 더욱 완벽하게 차단될 수 있도록 하는 효과를 실현시킨다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 헤드 10a : 예열 헤드
10b : 가열 헤드 11 : 중공
12 : 도료 혼합공간 13 : 용융공간
14 : 토출노즐 15 : 지지부 내입홈
16 : 토출노즐 체결홀 20 : 도료 공급노즐
21 : 솔레노이드 밸브 22 : 제1군의 도료 공급노즐층
23 : 제2군의 도료 공급노즐층 24 : 제3군의 도료 공급노즐층
30 : 역류방지 패킹 31 : 지지부
32 : 돌출부 32a : 하부 돌출부
32b : 상부 돌출부 32c : 압축공간
33 : 관통홀 33a : 하부 관통홀
33b : 상부 관통홀 100 : 케이싱
110 : 수직 가이드바 120 : 수직 가이드
130 : 제1수평 가이드 140 : 제2수평 가이드
150 : 노즐헤드 고정구 160 : 권취롤러
170 : 필라멘트 공급부재 200 : 필라멘트

Claims (7)

  1. 3D 프린터에 장착되는 노즐헤드에 있어서,
    상기 노즐헤드는,
    내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11), 상기 중공(11)과 연통되고 도료가 혼합되는 도료 혼합공간(12) 및 상기 도료 혼합공간(12)과 연통되도록 도료 혼합공간(12)의 하부에 배치되고 필라멘트(200)가 용융되는 용융공간(13)이 각각 형성되고, 하부에 상기 용융공간(13)과 연통되는 토출노즐(14)이 구비되는 헤드(10) 및;
    상기 헤드(10)에 구비되고, 복수의 도료 각각을 상기 도료 혼합공간(12)으로 주입시킬 수 있는 복수 개의 도료 공급노즐(20);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드(10)는,
    내부에 필라멘트(200)를 공급받는 중공(11)이 형성되고, 외부에 복수의 방열홈이 형성되는 예열 헤드(10a)와;
    상기 예열 헤드(10a)의 하부에 연결되고, 상기 도료 혼합공간(12)이 내측 상부에 형성되고, 상기 용융공간(13)이 내측 하부에 형성되며, 하부에 상기 토출노즐(14)이 구비되며, 일측에 가열부재가 구비되는 가열 헤드(10b);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도료 공급노즐(20)에는,
    상기 도료 혼합공간(12)으로의 도료 주입여부를 조절하는 솔레노이드 밸브(21)가 구비되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도료 혼합공간(12)의 상부에는,
    외측은 상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 기밀 체결되고, 중앙에는 상기 필라멘트(200)를 관통시키는 관통홀(33)이 형성되는 역류방지 패킹(30)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 역류방지 패킹(30)은,
    상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 기밀 체결되는 링형태의 지지부(31);
    상기 지지부(31)의 내측에 상부가 연결되고, 상기 지지부(31)의 안쪽으로 하향하며 돌출되며, 중앙에 상기 관통홀(33)이 형성되는 돌출부(32);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도료 혼합공간(12)의 상단에 해당하는 헤드(10)의 내부에는,
    상기 지지부(31)가 기밀된 상태로 내입체결될 수 있는 링형태의 지지부 내입홈(15)이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부(32)는,
    상기 지지부(31)의 하부에 배치되고, 중앙에는 필라멘트(200)를 관통시키는 하부 관통홀(33a)이 형성되는 하부 돌출부(32a)와;
    상기 하부 돌출부(32a)와 이격되는 상태로 상기 지지부(31)의 상부에 배치되고, 중앙에는 필라멘트(200)를 관통시키는 상부 관통홀(33b)이 형성되는 상부 돌출부(32b);를 포함하여 구성되고,
    상기 하부 돌출부(32a)와 상부 돌출부(32b)의 사이에는 압축공간(32c)이 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 도색기능을 가지는 3D 프린터용 노즐헤드.
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