KR20190098786A - 액상 카트리지 교환형 3d 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹이나, 금속 등이 포함된 액상형 재료를 통해 다양한 재질의 적층체를 형성할 수 있는 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 관한 것이다.
또한, 액상 재료가 적재된 카트리지와 상기 카트리지가 거치되되, 거치된 카트리지를 가압하여 액상 재료를 압출시키는 압출부와 상기 카트리지의 하부에 결합되는 노즐과 상기 압출부를 기 설정된 경로를 따라 이송시키기 위한 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액상 카트리지 교환형 3D 프린터{liquid cartridge replaceable 3D printer}

본 발명은 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹이나, 금속 등이 포함된 액상형 재료를 통해 다양한 재질의 적층체를 형성할 수 있는 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 관한 것이다.

일반적으로 2차원 또는 3차원 형태로 제품을 제조하기 위해서는 절삭 가공 또는 사출 성형 등의 방법이 사용되고 있으며, 고가의 금형 제조비로 인해 소량 생산의 경우 대부분 절삭가공에 의존하고 있다.

반면, 공구를 이용하여 가공하는 절삭가공의 한계로 인해 제조하기 어려운 형태의 제품들이 존재하였으며, 복잡한 제품을 보다 쉽고 빠르게 제조하기 위한 필요성에 의해 입력된 3D 모델링 데이터를 바탕으로 제품을 적층하여 제조하는 3D 프린터가 개발되었다.

반면, 현재 대다수의 3D 프린터는 간접식 쾌속 툴링(Indirect Rapid Tooling)에만 집중적으로 사용되고 있으며, 주조 또는 금형의 몰드를 만들기 위해서는 3D 프린터를 통해 패턴을 만든 후에 그 위에 실리콘을 부어 몰드를 제조함에 따라 제조과정이 복잡하고 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 레이저 광선으로 주사하여 기능성 고분자 또는 금속분말을 소결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)방식으로 한국등록특허 제10-1705696호 "3D 프린터"와 같은 기술이 개발되었으며, 이와 같은 SLS방식의 프린터는 레이저의 조사에 의해 소결되는 분말을 소정의 두께로 도포하여 분말 레이어를 형성한 후 기 설정된 모델링 데이터의 슬라이스된 레이어에 대응하는 경로를 따라 레이저를 조사하여 분말을 소결시킴으로써, 분말 레이어에 슬라이스된 레이어에 대응하는 적층체를 형성하여 몰드를 바로 제작할 수 있는 직접식 쾌속 툴링(Direct Rapid Tooling)이 이루어질 수 있게 되었다.

반면, SLS방식은 3D 프린터의 가격이 높고, 파우더 종류가 한정적인 문제점이 있었다.

이에 따라, 3D 프린터의 가격대를 낮추고, 사형 주조에 가까운 품질을 가질 수 있는 새로운 형태의 3D 프린터 개발의 필요성이 제기되고 있다.

한국등록특허 제10-1705696호 "3D 프린터"

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저 소결방식에 비해 저렴하고, 간단한 장치를 이용하여 세라믹이나, 금속 재질의 적층체를 형성하기 위한 액상 카트리지 교환형 3D 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간단하게 액상 재료 및 노즐을 교환하기 위한 액상 카트리지 교환형 3D 프린터를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터는 액상 재료가 적재된 카트리지와 상기 카트리지가 거치되되, 거치된 카트리지를 가압하여 액상 재료를 압출시키는 압출부와 상기 카트리지의 하부에 결합되는 노즐과 상기 압출부를 기 설정된 경로를 따라 이송시키기 위한 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 카트리지는 액상 재료가 적재되되, 하부에 배출구가 형성된 몸체와 상기 몸체에 삽입되어 카트리지에 적재된 액상 재료를 가압하여 배출시키기 위한 밀대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압출부는 상기 카트리지의 몸체가 삽입되어 거치되도록 전면으로 몸체 삽입홈이 형성된 거치대와 상기 거치대의 상부에서 거치된 카트리지의 밀대를 수직하게 이송시키기 위한 밀대 이송부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몸체는 상단부 외주면을 따라 돌출된 몸체 날개부가 형성되고, 상기 밀대는 상단부 외주면을 따라 돌출된 밀대 날개부가 형성되어 있으며, 상기 거치대에는 몸체 날개부에 대응하는 수평한 제1 날개홈이 형성되고, 상기 이송부에는 밀대 날개부에 대응하는 수평한 제2 날개홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압출부에 의해 압출된 액상 재료를 강제 경화시키기 위한 경화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경화부는 상기 노즐을 감싸는 링형상으로 배열된 복수 개의 UV 램프로 구성되며, 상기 이송부의 이송 방향에 반대되는 방향에 배치된 UV 램프가 소정의 시간동안 동작되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 의하면, 액상 재료가 적재된 카트리지를 이용하여 세라믹이나, 금속 재질의 적층체를 비교적 저렴하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터에 의하면, 세라믹이나, 금속 등이 포함된 액상형 재료가 적재된 카트리지 및 노즐을 탈부착함으로써, 액상 재료 및 노즐을 쉽게 교환할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터의 압출부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터의 다른 실시예에 따른 압출부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터의 또 다른 실시예에 따른 압출부를 도시한 종단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터를 도시한 것이며, 액상 재료가 적재된 카트리지(1)와 상기 카트리지(1)가 거치되되, 거치된 카트리지(1)를 가압하여 액상 재료를 압출시키는 압출부(2)와 상기 카트리지(1)의 하부에 결합되는 노즐(3, 도 4의 참조)과 상기 압출부(2)를 기 설정된 경로를 따라 이송시키기 위한 이송부(4)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 이송부(4)는 카트리지(1)가 거치된 압출부(2)를 X,Y,Z축 방향으로 이송시킬 수 있도록 복수 개의 서보모터 및 볼스크류로 구성됨이 바람직하며, 상기 카트리지를 가압하여 카트리지 내의 액상 재료를 압출시키는 압출부(2)를 기 설정된 경로를 따라 이송시키면서 액상 재료를 기 설정된 형태로 형태로 적층시키고, 액상재료의 적층과 경화를 반복하면서 3차원 적층체를 형성하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 액상 카트리지 교환형 3D 프린터의 압출부를 도시한 것이며, 상기 카트리지(1)는 세라믹이나, 금속 등이 포함된 액상 재료가 적재되어 있으며, 하부에는 배출구가 형성된 몸체(11)와 상기 몸체(11)에 삽입되어 카트리지(1)에 적재된 액상 재료를 가압하여 배출시키기 위한 밀대(12)를 포함하여 구성되며, 상기 압출부(2)는 몸체(11)를 거치시킨 상태에서 밀대(12)를 가압하여 카트리지(1) 내부에 적재된 액상 재료를 압출시키게 된다.

보다 상세하게는, 상기 압출부(2)는 카트리지(1)의 몸체(11)가 거치대(21)에 거치된 상태에서 카트리지(1) 내부에 적재된 액상 재료를 정밀하게 압출시키기 위해 상기 거치대(21)의 상부에서 거치된 카트리지(1)의 밀대(12)를 수직하게 이송시키기 위한 밀대 이송부를 포함하여 구성될 수도 있으며, 밀대 이송부는 상기 이송모터(31)에 결합된 볼스크류(33)의 회전에 따라 복수 개의 가이드(32)를 따라 이송되는 이송플레이트(34)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 이송플레이트(34)의 상,하 이송에 맞춰 밀대(12)의 용이한 상,하 이송을 위해 상기 밀대(12)는 상단부 외주면을 따라 돌출된 밀대 날개부가 형성되어 이송플레이트(34)에 형성된 제2 날개홈(25)에 삽입되어 고정됨이 바람직하다.

보다 상세하게는, 상기 이송플레이트(34)에는 밀대 날개부에 대응하는 수평한 제2 날개홈(25)이 형성되어 이송플레이트(34)의 상,하 이송에 맞춰 밀대(12)가 상,하 이송되도록 구성되되, 상기 제2 날개홈(25)은 전면으로 개방된 상태로 형성되어 카트리지(1)의 교환을 위해 밀대(12)의 삽입과 해제가 용이하도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 카트리지(1)의 몸체(11)는 거치대(21)에 삽입되어 거치되되, 몸체(11)의 상단부 외주면을 따라 돌출된 몸체 날개부(13)를 통해 거치대(21)에 거치되도록 구성될 수 있다.

다른 실시예로 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압출부(2)의 거치대(21)에는 상기 카트리지의 몸체(11)가 삽입되어 거치되도록 전면으로 몸체 삽입홈(23)이 형성되어 카트리지의 몸체(11)가 보다 용이하게 거치 및 해제될 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 거치대(21)에는 몸체 삽입홈(23)의 내주면에 몸체 날개부(13)에 대응하는 수평한 제1 날개홈(24)이 형성되어 카트리지(11)의 몸체 날개부(13)가 삽입되어 고정되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 압출부에 의해 몸체(11)의 하단부에 탈부착 가능하게 결합된 노즐(3)을 통해 압출된 액상 재료를 강제 경화시키기 위한 경화부(26)를 더 포함할 수도 있다.

특히, 상기 경화부(26)는 상기 노즐(3)을 감싸는 링형상으로 배열된 복수 개의 UV 램프(27)로 구성되며, 상기 이송부의 이송 방향에 반대되는 방향에 배치된 UV 램프(27)가 소정의 시간동안 동작되도록 제어됨이 바람직하다.

즉, 이송되는 노즐을 통해 압출된 액상 재료가 적층된 방향측 UV 램프(27)가 동작하도록 제어되는 것이다.

예를 들면, 이송부에 의해 노즐이 좌측으로 이송되면서 액상 재료를 압출할 때 상기 경화부(26)의 우측에 배치된 UV 램프(27b)가 동작하도록 제어되며, 이송부에 의해 노즐이 우측으로 이송되면서 액상 재료를 압출할 때 상기 경화부(26)의 좌측에 배치된 UV 램프(27a)가 동작하도록 제어되어 기 적층되어 경화된 액상 재료가 과도하게 경화되는 것을 억제함이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 카트리지
2 : 압출부
3 : 노즐
4 : 이송부
11 : 몸체
12 : 밀대
13 : 몸체 날개부
14 : 밀대 날개부
21 : 거치대
22 : 밀대 이송부
23 : 몸체 삽입홈
24 : 제1 날개홈
25 : 제2 날개홈
26 : 경화부
27 : UV 램프
31 : 이송모터
32 : 가이드
33 : 볼스크류
34 : 이송플레이트

Claims (6)

1. 액상 재료가 적재된 카트리지와;
   상기 카트리지가 거치되되, 거치된 카트리지를 가압하여 액상 재료를 압출시키는 압출부와;
   상기 카트리지의 하부에 결합되는 노즐과;
   상기 압출부를 기 설정된 경로를 따라 이송시키기 위한 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 카트리지는
   액상 재료가 적재되되, 하부에 배출구가 형성된 몸체와;
   상기 몸체에 삽입되어 카트리지에 적재된 액상 재료를 가압하여 배출시키기 위한 밀대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 압출부는
   상기 카트리지의 몸체가 삽입되어 거치되도록 전면으로 몸체 삽입홈이 형성된 거치대와;
   상기 거치대의 상부에서 거치된 카트리지의 밀대를 수직하게 이송시키기 위한 밀대 이송부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체는 상단부 외주면을 따라 돌출된 몸체 날개부가 형성되고,
   상기 밀대는 상단부 외주면을 따라 돌출된 밀대 날개부가 형성되어 있으며,
   상기 거치대에는 몸체 날개부에 대응하는 수평한 제1 날개홈이 형성되고,
   상기 이송부에는 밀대 날개부에 대응하는 수평한 제2 날개홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 압출부에 의해 압출된 액상 재료를 강제 경화시키기 위한 경화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 경화부는
   상기 노즐을 감싸는 링형상으로 배열된 복수 개의 UV 램프로 구성되며,
   상기 이송부의 이송 방향에 반대되는 방향에 배치된 UV 램프가 소정의 시간동안 동작되도록 제어되는 것을 특징으로 하는
   액상 카트리지 교환형 3D 프린터.
   

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