KR20200006751A

KR20200006751A - 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3d 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20200006751A
Application number: KR1020180080504A
Authority: KR
Inventors: 임선혁
Original assignee: (주)쓰리디팩처링
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-21

Abstract

본 발명은 표면에 돌출부가 형성되어 권취성이 향상되고, 3D 프린터 작업시
피딩도 원활하게 이루어지며, 중공부에 의해 열변형율이 저하되므로 다단계에 걸친
냉각처리를 하지 않아도 되므로 생산성이 향상되는 새로운 구성의 표면 돌출부 및
중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법{Filament for 3D printer filament and manufacturing method of the same that}

본 발명은 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 권취성이 우수하고, 피딩시 슬립이 발생되지 않으며, 제조도 용이하고 생산성도 향상되는 새로운 구성의 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

3차원의 물체를 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다.이러한 3D 프린터의 제품성형방식에서 가장 많이 활용되는 방식은 FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Sterolithography Apparatus), SLS(Selective Laser Sintering) 방식이 있다. 이중 FDM 방식은 열가소성 수지의 필라멘트 소재가 프린터의 노즐에서 용융상태로 토출되어 3차원의 조형물을 만드는데, 다른 방식에 비해 3D 프린터의 가격도 저렴하고 작업속도가 빠른 장점을 가진다 이러한 이유로 인해 열가소성 필라멘트를 사용하는 FDM 방식의 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화 되고 있는 추세이다.

한편, 일반적으로 FDM 방식의 3D 프린터는 필라멘트를 이송시키는 피딩롤러와, 필라멘트를 용융시키는 히터가 내장되며 하측에는 용융된 필라멘트 재료가 토출되는 노즐이 구비된 히팅블록과, 히팅블록을 이동시키는 캐리어 및 출력물을 적재하는 배드로 구성되는데, 3D 프린터용 필라멘트는 스풀(spool)에 감겨서 상기 피딩롤러에 의해 히팅블록으로 주입되는데, 피딩롤러는 흔히, 구동롤러와 피동롤러로 이루어지며, 특히, 구동롤러는 외주면에 톱니가 형성된 타입으로 구성되기도 한다.

그런데, 프린터작업시에 필라멘트가 피딩롤러의 표면에서 미끄러져서 필라멘트의 피딩이 원활하게 이루어지지 않아 인쇄가 제대로 이루어지지 못하는 경우가 발생되기도 한다.

또한, 3D 필라멘트는 압출기로 압출한 후 냉각시켜 제조되는데, 3D

필라멘트의 형태가 변형되는 것을 방지하기 위해서는 압출되는 3D 필라멘트를 서냉

시켜야 할 필요가 있는데, 이를 위해 종래에는 압출되는 3D 필라멘트를 온수로 1차

냉각시킨 다음, 냉수로 2차 냉각시킨다.

그러나 이와 같이 2단계의 냉각과정을 통해 3D 필라멘트를 제조하여야 하기 때문에, 이는 3D 필라멘트의 생산성을 저하시키는 원인으로 작용하며, 작업시 각 단계별 냉각수의 온도를 체크하여야 하므로 작업에 번거로움도 발생된다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0019982호(2018 02 27)

본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 제안된 것으로서, 표면에 돌출부가 형성되어 권취성이 향상되고, 3D 프린터 작업시 피딩도 원활하게 이루어지며, 중공부에 의해 열변형율이 저하되므로 다단계에 걸친 냉각처리를 하지 않아도 되므로 생산성이 향상되는 새로운 구성의 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 필라멘트(10)의 외주면에는 외향으로 돌출되는 돌출부(14)가 길이방향을 따라 나란하도록 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 표면 돌출부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 필라멘트(10)의 내부에는 길이

방향을 따라 연장되는 중공부(12)가 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 돌출부(14)는 횡단면이 톱니형상을 가진다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 3D 필라멘트의 성형재료를 링형상의 압출구(24)를 갖는 압출다이(20)가 장착된 압출기(30)를 사용하여 외주면에는 돌출부(14)가 길이방향을 따라 나란하도록 다수개 형성되고 내부에 중공부(12)가 형성된 필라멘트(10)를 압출성형하는 과정; 상기 압출된 필라멘트(10)를 냉각시키

는 과정; 및 상기 냉각된 필라멘트(10)를 스풀에 권취하는 과정;을 포함하며,

상기 압출다이(20)는 상기 중공부(12)를 형성하며, 외부에서 공급되

는 에어는 상기 중공부(12)로 분사하는 에어분사구(28)가 구비된 코어금형부(22)와, 상기 코어금형부(22)의 외주면에 상기 링형상의 압출구(24)를 형성하는 외부금형부(26)를 포함하여,

상기 필라멘트(10)를 압출성형하는 과정에서는 상기 압출다이(20)에

서 압출성형되는 필라멘트(10)의 중공부(12)에 상기 에어분사구(28)를 통해 에어를

분사하여 상기 중공부(12)가 축소되거나 소실되는 것을 방지하도록 된 것을 특징으

로 하는 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트이 제공된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 표면에 길이방향을 따라 돌출부(14)가 형성되어 3D 프린터 작업시에 돌출부(14)에 의해 필라멘트(10)와 피딩롤러와의 마찰력이 상승되어 필라멘트와 피딩롤러가 슬립되는 것이 방지된다. 따라서, 필라멘트가 원활하게 피딩되므로 인쇄불량이 발생되지 않고 고품질의 3D제품을 인쇄할 수 있다.

또한, 상기 돌출부(14)에 의해 필라멘트를 스풀에 감을 때 꼬임이

발생되지 않아 필라멘트를 타이트하게 감을 수 있으며, 프린터 작업시에도 필라멘

트가 꼬임없이 스풀에서 원활하게 풀려서 히팅블록으로 공급된다.

또한, 내부에 중공부(12)가 형성되기 때문에 내부가 솔리드한 종래

의 필라멘트에 비해 열변형율이 감소된다 따라서 필라멘트를 차가운 냉각수를 사

용하여 급냉시켜도 필라멘트의 변형이 적기 때문에, 종래와 같이 필라멘트를 다단

계에 걸쳐 서냉시키지 않아도 되므로 작업이 편리하며, 필라멘트의 생산성이 향상

된다.

또한, 필라멘트(10)가 중공부(12)에 의해 상대적으로 용이하게 구부러지기 때문에 스풀에 감기가 수월한 장점도 가지며, 필라멘트(10)가 중공부(12)에 의해 완충성을 가지므로 프린터 작업시에 피딩롤들에 가해지는 가압밀착력이 감소되므로 피딩롤러의 마모 정도가 감소되는 장점도 가진다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 필라멘트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 필라멘트의 횡단면도이다.
도 3은 상기 필라멘트의 제조에 사용된 사출기의 요부단면도이다.

이하에서, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 필라멘트의 사시도이다 본 발명에 의한 필라멘트(10)는 도시된 바와 같이, 표면에 외향으로 돌출되는 돌출부(14)가 길이방향을 따라 다수개 나란하게 형성된다.

이와 같이 필라멘트의 표면에 길이방향을 따라 돌출부(14)가 형성되면 3D 프린터 작업시에 돌출부(14)에 의해 필라멘트(10)와 피딩롤러와의 마찰력이 증가되어, 필라멘트(10)와 피딩롤러가 슬립되는 것이 방지된다 따라서 필라멘트(10)가 원활하게 피딩되므로 인쇄불량이 발생되지 않고 고품질의 3D 제품을 인쇄할 수 있다.

또한, 상기 돌출부(14)에 의해 필라멘트 제조시에 필라멘트(10)를 스풀에 감을 때 꼬임없이 필라멘트(10)를 타이트하게 감을 수 있으며, 프린터 작업시에도 필라멘트(10)가 꼬임없이 스풀에서 원활하게 풀려서 히팅블록으로 공급된다.

본 실시예에서는 돌출부(14)의 단면이 톱니형상으로 되어, 필라멘트(10)는 횡단면이 마치 피니언(pioion)기어와 같은 형상을 가지는 것으로 도시되었으나, 돌출부(14)는 단면이 톱니형상으로 한정되는 것은 아니며, 돌출부(14)의 단면이 톱니형상을 가지면 후술하는 바와 같이, 필라멘트(10)와 피딩롤러의 슬립이 방지되는 효과가 상승될 것으로 기대된다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예를 설명하되, 전술한 실시예와 동

일한 구성 및 효과에 대해서는 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 필라멘트의 단면도이고, 도 3은

본 실시예에 따른 필라멘트를 성형하는 압출기(30)의 압출다이(20)이다.

본 실시예에서는 도시된 바와 같이, 필라멘트(10)의 내부에 길이방

향을 따라 중공부(12)가 형성된다.

일반적으로 3D 프린터용 필라멘트는 열가소성 수지를 주 재료로 하

는 필라멘트 성형재료를 압출기에 투입하여 용융혼합하고, 용융혼합된 성형재료를

압출기의 압출다이를 통해 압출하고, 냉각시킨 다음, 스풀(spool)에 권취하여 제조

되는데, 본 실시예에서는 필라멘트(10) 내부에 중공부를 형성하기 위해 도 3에 도

시된 바와 같은 압출다이(20)가 장착된 압출기(30)를 사용한다.

상기 압출다이(20)는 필라멘트(10)의 중공부(12)를 형성하는 코어금형부(22)와, 코어금형부(22)의 둘레에 링형상의 압출구(24)를 형성하는 외부금형부(26)로 이루어지며, 상기 코어금형부(22)에는 에어가 분사되는 에어분사구(28)가 형성된다. 물론, 상기 압출구(24)는 필라멘트(10)의 표면에 돌출부(14)를 형성시킬 수 있는 형상을 가짐은 당연하다.

이러한 압출기(30)를 이용하여 필라멘트를 제조하는 방법을 살펴보

면 다음과 같다.

3D 필라멘트의 성형재료를 상기 압출다이(20)를 통해 압출하여 중공

부(12)가 형성된 필라멘트(10)를 성형하는데, 내부에 중공부(12)를 가지는 필라멘

트(10)가 압출되면서 동시에 상기 에어분사구(28)를 통해 필라멘트(10)의 중공부

(12)에 에어가 분사된다.

3D 필라멘트의 직경이 1~3mm 정도로 상당히 가늘기 때문에 필라멘트(10)가 냉각되기 전에 중공부(12)가 축소되거나 소실될 우려가 있는데, 본 발명에서는 필라멘트(10)의 중공부(12)에 에어가 분사되기 때문에 중공부(12)가 축소되거나 소실되지 않는다. 따라서, 원하는 중공율을 가지는 필라멘트를 효과적으로 제조 할 수 있다.

이와 같이 압출되는 필라멘트를 차가운 냉각수로 냉각시켜서 필라멘

트가 완성되고, 필라멘트는 스풀(spool)에 권취된다.

한편, 본 실시예에 의한 필라멘트는 내부 중공부(12)가 형성되기 때

문에, 내부가 솔리드한 종래의 필라멘트에 비해 열변형율이 감소된다 따라서 필

라멘트를 차가운 냉각수를 사용하여 급냉시켜도 필라멘트의 변형이 적기 때문에,

종래와 같이 필라멘트를 다단계에 걸쳐 서냉시키지 않아도 되므로 작업이 편리하며, 필라멘트의 생산성이 향상된다.

또한, 필라멘트(10)가 중공부(12)를 가짐에 따라 필라멘트(10)의 권취성도 좋아진다. 즉, 필라멘트(10)가 중공부(12)에 의해 상대적으로 용이하게 구부러지기 때문에 스풀에 감기가 수월하다. 전술한 바와 같이, 이러한 중공부(12)에 의한 권취성향상 효과에 전술한 바와 같이, 돌출부(14)에 의해 필라멘트의 꼬임이 발생되지 않고 필라멘트가 타이트하게 잘 권취되는 효과가 더해지므로 본 실시예에 의한 필라멘트는 권취성이 상당히 우수한 장점을 가진다.

뿐만 아니라, 본 실시예에 의한 필라멘트(10)는 중공부(12)에 의해

완충성을 가지므로 프린트 작업시에 필라멘트(10)를 피딩시킬 때, 피딩롤러들에 가

해지는 가압력이 감소되므로 피딩롤러의 마모 정도가 감소되는 효과를 얻게 된다.

따라서, 종래에는 필라멘트(10)의 피딩시 피딩롤러에 가해지는 가압밀착력에 의해

피딩롤러가 쉽게 마모되기 때문에 피딩롤러들을 비교적 자주 교체주어야 하는 번거

로움이 있었으나, 본 발명에 의한 필라멘트를 사용하는 경우에는 피딩롤러들의 마

모정도가 감소되므로 이러한 번거로움도 감소된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

3D 프린터용 필라멘트에 있어서, 상기 필라멘트(10)의 외주면에는 외향으로 돌출되는 돌출부(14)가 길이방향을 따라 나란하도록 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 표면 돌출부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트
제1항에 있어서, 상기 필라멘트(10)의 내부에는 길이방향을 따라 연장되는 중공부(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 표면 돌출부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부(14)는 횡단면이 톱니형상을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 돌출부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트
3D 필라멘트의 성형재료를 링형상의 압출구(24)를 갖는 압출다이(20)가 장착된 압출기(30)를 사용하여 외주면에는 돌출부(14)가 길이방향을 따라 나란하도록 다수개 형성되고 내부에는 중공부(12)가 형성된 필라멘트(10)를 압출성형하는 과정;
상기 압출된 필라멘트(10)를 냉각시키는 과정; 및 상기 냉각된 필라멘트(10)를 스풀에 권취하는 과정;을 포함하며,상기 압출다이(20)는,상기 중공부(12)를 형성하며, 외부에서 공급되는 에어는 상기 중공부(12)로 분사하는 에어분사구(28)가 구비된 코어금형부(22)와, 상기 코어금형부(22)의 외주면에 상기 링형상의 압출구(24)를 형성하는 외부금형부(26)를 포함하여, 상기 필라멘트(10)를 압출성형하는 과정에서는, 상기 압출다이(20)에서 압출성형되는 필라멘트(10)의 중공부(12)에 상기 에어분사구(24)를 통해 에어를 분사하여 상기 중공부(12)가 축소되거나 소실되는 것을 방지하도록 된 것을 특징으로 하는 표면 돌출부 및 중공부를 가지는 3D 프린터용 필라멘트의 제조방법.