KR20190139807A - 3ｄ 프린터용 노즐 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터용 노즐 구조에 관한 것으로서, 3D 프린터용 노즐에 있어, 필라멘트가 공급되는 로드; 및 상기 로드를 통해 공급되는 필라멘트가 토출되는 노즐은 일체로 형성된다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조는 노즐과 테프론 호스를 일체로 구성하여 품질의 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 노즐 교체가 용이하여 노즐 불량에 따른 AS 문제, 시간 및 재료의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

3Ｄ 프린터용 노즐 구조{Nozzle structure for 3D printer}

본 발명은 3D 프린터용 노즐 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노즐과 테프론 호스를 일체화시켜 노즐의 교환이 용이하도록 한 3D 프린터용 노즐 구조에 관한 것이다.

3차원 구조물을 형성하는 기술에는 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조(Vat) 안에 레이저 빔을 투사하고 수조 안에 있는 조형물이 한 층(Layer) 씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하여 입체 구조물을 형성하는 방식, 액체 상태의 광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)에 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하면서 수지를 층층이 굳혀 입체 구조물을 형성하는 방식, 잉크젯 프린터 원리를 이용하여 프린터 헤드의 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질(바인더)을 분말 원료에 압출하여 입체 구조물을 형성하는 방식 등 다양한 방식이 있다.

이 가운데 열 가소성 플라스틱류를 압출하여 적층하는 방식은 하나의 동일한 액화 원료(플라스틱, 왁스, 금속 등)를 지정(목표)된 범위에 적층시켜 입체 구조물을 완성 시킨다.

FF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling)으로 불리는 이러한 기술 방식에서는, 롤러의 회전에 의해 필라멘트와 같은 원료가 노즐로 공급되고, 높은 열에 의해 원료가 녹아 압출된다.

그러나 대부분의 3D 프린터는 사용함에 있어서, 필라멘트 소재불량, 노즐 끝단의 노화 등의 여러 요인들에 의하여 노즐의 막힘 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

그리고 노즐을 교체하는 방식으로 노즐만 교체하는 방식과 노즐과 서브봉이 일체화된 방식 등이 제안되었다.

그러나 노즐만 교체 방식의 경우에는 노즐 교체 회전량에 따라 다른 부속품이 파손되거나, 압착량이 부족하여 용융된 필라멘트가 세어 나와 고장 및 출력불량의 원인이 되는 문제점이 있었다.

또한, 노즐과 sub 봉이 일체화된 방식의 경우에는 온도가 sub봉에 전달되어, 필라멘트가 팽창되면서 필라멘트 공급에 문제가 생겨서 잦은 고장의 원인이 되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1655091호 (2016.09.01.) 대한민국 등록특허공보 제10-1687284호 (2016.12.12.)

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 노즐과 테프론 호스를 일체로 구성하여 교체가 용이하고, 품질의 안정성을 높일 수 있는 3D 프린터용 노즐 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 3D 프린터용 노즐 구조는 필라멘트가 공급되는 로드 및 상기 로드를 통해 공급되는 필라멘트가 토출되는 노즐은 일체로 형성된다.

그리고 상기 로드는 테프론 또는 피크로 형성될 수 있다.

또한, 상기 로드의 하부 외면은 태핑처리되고, 상기 노즐과는 조립너트를 통해 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 노즐의 상부에는 노즐 연결부가 돌출형성되고, 상기 노즐 연결부에는 테프론 또는 피크로 형성된 로드가 인서트 성형되어, 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 로드의 하부에는 로드 연결부가 형성되고, 상기 노즐의 상부에는 로드 연결부에 끼움 결합되는 노즐 결합부가 돌출형성되며, 상기 로드 연결부와 노즐 결합부는 본딩처리를 통해 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 로드와 노즐은 연결부분의 외면을 감싸는 압착 캡을 통해 일체로 형성되고, 상기 압착 캡은 중공 형상으로 상부와 하부에 로드와 노즐의 외면에 각각 고정될 수 있도록 상·하부 고정돌기가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조는 노즐과 테프론 호스를 일체로 구성하여 품질의 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 노즐 교체가 용이하여 노즐 불량에 따른 AS 문제, 시간 및 재료의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 나타내 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 1 실시예 도면이며,
도 3 및 4는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 2 실시예 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 3 실시예 도면이며,
도 6 및 7은 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 4 실시예 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조의 결합 과정을 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 나타내 사시도이다.

본원 발명인 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 필라멘트가 공급되는 로드(200)와 상기 로드(200)를 통해 공급되는 필라멘트가 토출되는 노즐(300)이 일체로 구성된다.

즉, 상기 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 구성하여 교체가 용이할 뿐만 아니라 그에 따른 시간과 비용을 절감할 수 있는 특징이 있다.

그리고 상기 3D 프린터용 노즐 구조(100)를 구성하는 로드(200)와 노즐(300)을 살펴보면 하기와 같다.

상기 로드(200)는 노즐(300)의 상부에 배치되고 필라멘트를 공급하게 된다.

즉, 상기 로드(200)는 제어부(미도시)의 작동에 따라 3D 조형물의 원료인 필라멘트를 노즐(300) 방향으로 공급하게 된다.

이때, 상기 필라멘트는 열 가소성 수지인 PLA, ABS, HDPE(High-Density PolyEthylene, 고밀도 폴리에틸렌), 나일론(Nylon), 레이우드(Laywood) 등으로 제조된다.

여기서, 상기 로드(200)는 테프론 또는 피크로 형성된다.

그리고 상기 테프론은 테트라플루오르에틸렌(Tetrafluoroethylene)의 첨가중합으로 얻는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)으로 만든 섬유로, 녹는점이 높고, 융해 상태에서 점도가 높으며, 융점은 327˚C이고, 고온의 농산(濃酸), 50% 수산화나트륨에서도 견디는 우수한 내열성과 내약품성을 가지기 때문에 개스킷, 여과포 등에 사용된다.

또한, 상기 피크(PEEK : Polyetheretherketone)는 준결정성 열가소성 수지로써 높은 온도, 열악한 환경(화학, 반도체) 등에서 최고의 물성을 가지는 수지이고, 화학 및 피로 환경에 강하고, 열 안정성이 우수하며, 내화학성·내수성에 있어 PPS와 비슷하나 이보다 높은 250℃ 까지 사용가능하며, V0급 내화염성, 연기 및 독성 가스 방출량이 매우 적다.

상기 노즐(300)은 헤드부(302), 몸통부(304), 노즐 삽입부(306)로 구성된다.

그리고 상기 헤드부(302)는 원뿔 형상으로 형성되고 필라멘트를 하부로 토출하게 되고, 상기 몸통부(304)는 헤드부(302)로부터 일정높이 육각기둥 형상으로 연장 돌출되고 노즐 결합체(10)에 삽입되며, 상기 노즐 삽입부(306)는 몸통부(304)로부터 일정높이 원기둥 형상으로 연장 돌출되고 노즐 결합체(10)에 삽입된다.

즉, 상기 노즐(300)은 원뿔 형상으로 형성되는 헤드부(302)의 상부에 육각기둥 형상으로 몸통부(304)를 형성하고, 상기 몸통부(304)의 상부에는 원기둥 형상의 노즐 삽입부(306)를 형성하여, 상기 노즐 결합체(10)에 결합하게 된다.

다음으로, 도시된 도 2 내지 7은 3D 프린터용 노즐 구조(100)를 구성하는 로드(200)와 노즐(300)의 일체화를 시키는 예를 나타낸 것으로서, 도 2는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 1 실시예 도면이고, 도 3 및 4는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 2 실시예 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 3 실시예 도면이고, 도 6 및 7은 본 발명에 따른 3D 프린터용 노즐 구조를 구성하는 로드와 노즐의 일체화를 나타낸 제 4 실시예 도면이다.

첫 번째로, 도시된 도 3의 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 상기 로드(200)의 하부 외면(210)을 태핑처리하고, 상기 노즐(300)과는 조립너트(400)를 통해 일체로 형성되는 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 로드(200)의 하부 외면(210)에 나선을 형성하고, 상기 로드(200)의 하부 외면(210)과 노즐(300)의 노즐 삽입부(306)에 조립너트(400)를 체결하여, 상기 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 구성하게 된다.

이때, 상기 노즐 삽입부(306)의 외면에는 조립너트(400)와 결합력을 향상시킬 수 있도록 나선이 선택적으로 형성될 수 있다.

두 번째로, 도시된 도 4 및 5의 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 노즐(300)의 상부에 노즐 연결부(310)가 돌출형성되고, 상기 노즐 연결부(310)에는 테프론 또는 피크로 형성된 로드(200)가 인서트 성형되어 일체로 형성되는 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 노즐(300)의 노즐 삽입부(306)에 노즐 연결부(310)를 돌출형성한 후, 상기 노즐(300)을 공지된 사출 성형기에 설치한 다음, 열가소성수지를 통해 공급하여, 상기 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 형성하게 된다.

이때, 상기 노즐 연결부(310)에는 로드(200)와 결합력을 높일 수 있도록 간격을 두고 로드 결합홈(312)이 선택적으로 형성될 수 있다.

세 번째로, 도시된 도 6의 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 로드(200)의 하부에 로드 연결부(220)가 형성되고, 상기 노즐(300)의 상부에는 로드 연결부(220)에 끼움 결합되는 노즐 결합부(320)가 돌출형성되며, 상기 로드 연결부(220)와 노즐 결합부(320)는 본딩(500)처리를 통해 일체로 형성되는 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 노즐(300)의 노즐 삽입부(306)에 노즐 결합부(320)를 돌출형성한 후, 상기 로드(200)의 로드 연결부(220)의 내면 또는 노즐 결합후(320)의 외면에 본딩(500) 처리한 다음, 상기 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 형성하게 된다.

네 번째로, 도시된 도 7의 3D 프린터용 노즐 구조(100)는 로드(200)와 노즐(300)은 연결부분의 외면을 압착 캡(600)을 통해 일체로 형성한 예를 나타낸 것이다.

즉, 상기 로드(200)와 노즐(300)의 연결부분에 압착 캡(600)을 삽입한 상태에서 압착지그(G)를 통해 상기 압착 캡(600)을 가압하여 상기 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 구성하게 된다.

그리고 상기 압착 캡(600)은 중공 형상으로 상부와 하부에 로드(200)와 노즐(300)의 외면에 각각 고정될 수 있도록 상·하부 고정돌기(610, 620)가 형성된다.

이때, 상기 압착 캡(600)의 내면에는 압착지그의 작동시 로드(200)와 노즐(300)이 손상되는 것을 방지할 수 있도록 내면에 고무 또는 실리콘 등으로 형성되는 완충부재가 선택적으로 부착될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 3Ｄ 프린터용 노즐 구조의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 소정의 지름과 길이를 가지며, 내부에는 필라멘트가 통과하는 통로(230)가 형성되고, 하부 외면(210)에는 나선이 구비된 로드(200)를 형성한다.

그리고 상기 헤드부(302)는 원뿔 형상으로 형성되고 필라멘트를 하부로 토출하는 헤드부(302), 상기 헤드부(302)로부터 일정높이 육각기둥 형상으로 연장 돌출되고 노즐 결합체(10)에 삽입되는 몸통부(304), 상기 몸통부(304)로부터 일정높이 원기둥 형상으로 연장 돌출되고 노즐 결합체(10)에 삽입되는 노즐 삽입부(306)로 구성되는 노즐(300)을 형성한다.

다음으로, 상기 로드(200)의 하부 외면(210)과 노즐(300)의 노즐 삽입부(306)에 조립너트(400)를 체결하여, 상기 로드(200)와 노즐(300)을 일체로 구성한다.

이후, 일체로 형성된 로드(200)와 노즐(300)을 공구를 통해 노즐 결합체(10)에 삽입장착하면 3Ｄ 프린터용 노즐 구조(100)의 조립은 완료된다.

여기서, 상기 3Ｄ 프린터용 노즐 구조의 조립순서는 상기와 다르게 이루어질 수 있음을 밝힌다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 노즐 결합체 100 : 3D 프린터용 노즐 구조
200 : 로드 210 : 하부 외면
220 : 로드 연결부 230 : 통로
300 : 노즐 302 : 헤드부
304 : 몸통부 306 : 노즐 삽입부
310 : 노즐 연결부 312 : 로드 결합홈
320 : 노즐 결합부 400 : 조립너트
500 : 본딩 600 : 압착 캡
610 : 상부 고정돌기 620 : 하부 고정돌기

Claims (3)

1. 3D 프린터용 노즐에 있어서,
   필라멘트가 공급되는 로드; 및
   상기 로드를 통해 공급되는 필라멘트가 토출되는 노즐은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로드의 하부 외면은 태핑처리되고, 상기 노즐과는 조립너트를 통해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 구조.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐의 상부에는 노즐 연결부가 돌출형성되고, 상기 노즐 연결부에는 테프론 또는 피크로 형성된 로드가 인서트 성형되어, 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 노즐 구조.

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