KR20200023709A - 3d 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치 - Google Patents

3d 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치에 관한 것으로, 복수의 알갱이 형태를 가지는 펠릿이 저장되는 펠릿 저장부와, 상기 펠릿 저장부에 저장된 상기 펠릿을 이송하여 압출부에 공급하기 위한 공급관과, 상기 공급관에 의해 이송된 상기 펠릿을 용융시켜 용융된 상기 펠릿을 작업베드에 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 압출부와, 상기 압출부의 Z축 이동을 담당하는 Z축 이동유닛과, 상기 Z축 이동유닛의 구동에 따라 상기 공급관의 길이를 조절함으로써 상기 압출부의 위치에 상관없이 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하는 공급관 길이조절수단을 포함함으로써, 압출부 위치에 상관없이 공급관의 길이가 능동적으로 조절될 수 있도록 하여 고분자 수지 펠렛과 같은 작은 알갱이가 공급관의 처짐에 의해 막히는 일 없이 안정적으로 공급될 수 있는 효과가 있다.

Description

3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치{Apparatus for adjusting pipe length for stable supply of pellets in 3D printer}
본 발명은 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하세는 압출부 위치에 상관없이 공급관의 길이가 능동적으로 조절될 수 있도록 하여 고분자 수지 펠렛과 같은 작은 알갱이가 공급관의 처짐에 의해 막히는 일 없이 안정적으로 공급될 수 있는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치에 관한 것이다.
Fused Deposition Modeling(FDM) 방식의 3D 프린터에 원료를 공급하는 방식은 크게 2가지로 분류되는데, 첫째, 펠릿을 녹여 필라멘트를 제작하고 필라멘트를 직접 압출부에 공급하는 방식과, 둘째, 필라멘트의 원료인 펠릿을 압출부에 직접 공급하는 방식으로 나뉜다.
도 1 종래의 펠릿을 직접 공급하는 3D 프린터의 예를 개략적으로 도시한 측면도로서, 이와 같이 펠릿을 압출부(40)에 직접 공급하는 방식은 인쇄 재료의 제조를 용이하게 하고, 재료비를 절감할 수 있으며 재료의 선택폭을 넓힐 수 있는 장점이 있다. 따라서, 프린터를 장시간 사용하는 업체는 펠릿을 사용해야 원가 절감이 가능하다.
종래의 기술에서, 펠릿을 압출부에 직접 공급하는 방식의 3D 프린터는 펠릿 저장부와 압출부를 통합하여 사용하였으나, 펠릿 저장부의 무게로 인해 구동축 모터의 필요토크가 증가하여 생산 단가가 상승하며 정밀도 및 수명에서 불리한 단점이 있다.
또한, 펠릿을 적재할 수 있는 크기가 한정되어, 장기간 출력 시 인쇄가 완료되기 전에 펠릿이 소진될 수 있는 단점이 있다.
이에 따라 펠릿 저장부(50)와 압출부(40) 사이를 이격시키기 위한 다른 방법이 요구되며, 프린팅을 위해 끊임없이 움직이는 압출부(40)를 펠릿 저장부(50)와 연결하는 구조로 주름관(30), 에어 컴프레셔, 스프링 호스 등이 사용된다.
먼저, 주름관(30)은 일반적인 방법으로서, 중력을 이용해 펠릿이 압출부(40)로 흘러내리도록 하는 것이지만, 주름관(30)에 처짐이 발생하면 펠릿이 주름관(30) 내에서 막힘 문제가 발생하는 단점이 있다.
또한, 에어 컴프레셔는 초기 투입 압력을 높이고자 컴프레셔를 이용해 펠릿을 밀어내지만, 필요 압력 분사가 가능한 컴프레셔의 비용이 높고, 펠릿과의 습기 차단이 요구되는 단점이 있다.
한편, 스프링 호스는 주름관에서 처짐 문제를 해결하고자 제시된 것이지만, 펠릿을 다량 공급할 정도의 직경을 가진 호스는 특수 제작이 필요하고, 강도가 강해 자유로운 움직임이 어려우므로, 3D 프린터에 적용하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 가격 및 제작 용이성을 고려했을 때 주름관이 가장 적합하다고 할 수 있다.
그러나, 도 2에서 보는 바와 같이, 펠릿 저장부(50)와 압출부(40) 사이가 Z축 기준으로 제일 근접되어 있을 때 문제가 발생한다.
즉, 베드(20)와 압출부(40)가 인접해 있을 때를 기준으로 공급관(30) 길이를 설정한다면 압출부(40)가 팰릿 저장부(50)와 가장 근접했을 시엔 공급관(30)에 처짐이 발생한다.
이에 공급관(30)이 막혀버리는 문제를 발생시키므로, 압출부(40) 위치에 상관없이 공급관(30)의 길이가 능동적으로 조절되는 기술이 요구되는 것이다.
한국등록특허 제1346704호
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 압출부 위치에 상관없이 공급관의 길이가 능동적으로 조절되도록 하여 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하여 펠릿을 원활하게 압출부로 이송시킬 수 있으며, 인쇄 정밀도를 높일 수 있는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 복수의 알갱이 형태를 가지는 펠릿이 저장되는 펠릿 저장부와, 상기 펠릿 저장부에 저장된 상기 펠릿을 이송하여 압출부에 공급하기 위한 공급관과, 상기 공급관에 의해 이송된 상기 펠릿을 용융시켜 용융된 상기 펠릿을 작업베드에 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 압출부와, 상기 압출부의 Z축 이동을 담당하는 Z축 이동유닛과, 상기 Z축 이동유닛의 구동에 따라 상기 공급관의 길이를 조절함으로써 상기 압출부의 위치에 상관없이 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하는 공급관 길이조절수단을 포함하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 Z축 이동유닛은 Z축 방향을 따라 설치되며 정역 방향으로 회전 가능하게 장착되는 리드스크류와, 상기 리드스크류에 연결되어 상기 리드스크류에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급관 길이조절수단은 상기 Z축 이동유닛의 리드스크류에 고정되는 리드스크류 고정부재와, 상기 리드스크류 고정부재의 하단에 결합되어 상기 리드스크류의 회전에 따라 상기 공급관이 감기거나 풀리게 하는 공급관 가이드부재를 포함한다.
여기서, 상기 리드스크류 고정부재는 상기 리드스크류가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 끼움부가 구비되고, 상기 리드스크류 끼움부의 일측에는 상기 공급관을 관통시켜 고정할 수 있는 공급관 고정홀이 형성될 수 있다.
상기 리드스크류 끼움부는 리드스크류 길이방향으로 일측이 절개되어, 상기 리드스크류의 굵기에 상관없이 리드스크류와 결합이 용이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공급관 고정홀은 상기 리드스크류 길이방향과 수직된 방향으로 형성되거나 상기 공급관 가이드부재의 나선형 받침대 각도와 대응되는 각도로 형성될 수 있다.
한편, 상기 공급관 가이드부재는 상기 리드스크류가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 관통부와, 상기 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감길 수 있도록 하는 나선형 받침대를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 공급관은 주름관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 압출부의 상하이동에 따라 공급관이 감기거나 풀리게 함으로써, 압출부 위치에 상관없이 공급관의 길이가 능동적으로 조절되도록 하여 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하여 펠릿을 원활하게 압출부로 이송시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 종래의 펠릿을 직접 공급하는 방식의 3D 프린터를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 종래의 3D 프린터에서 압출부와 저장부가 근접했을 때 관의 처짐 및 막힘 현상이 발생하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 중요 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 중요 구성의 결합상태를 나타내는 결합사시도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명에서 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감긴 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 중요 구성을 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 중요 구성의 결합상태를 나타내는 결합사시도이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명에서 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감긴 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 공급관 길이조절장치(100)는 3D 프린터에서의 압출부(40) 위치에 상관없이 공급관(30)의 길이가 능동적으로 조절될 수 있도록 하여 고분자 수지 펠렛과 같은 작은 알갱이가 공급관(30)의 처짐에 의해 막히는 일이 없도록 하기 위한 장치이다.
즉, 종래에는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 펠릿 저장부(50)와 압출부(40) 사이가 Z축 기준으로 제일 근접되어 있을 때 공급관(30)에 처짐이 발생하고, 처진 공급관(30) 내부를 펠릿이 막아버리는 문제가 발생하였는 바, 본 발명에서는 압출부(40) 위치에 상관없이 공급관(30)의 처짐을 방지하여 막힘 현상을 근본적으로 없앨 수 있는 기술을 제안한다.
이를 위해, 본 발명은 복수의 알갱이 형태를 가지는 펠릿이 저장되는 펠릿 저장부(50)와, 상기 펠릿 저장부(50)에 저장된 상기 펠릿을 이송하여 압출부(40)에 공급하기 위한 공급관(30)과, 상기 공급관(30)에 의해 이송된 상기 펠릿을 용융시켜 용융된 상기 펠릿을 작업베드(20)에 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 압출부(40)와, 상기 압출부(40)의 Z축 이동을 담당하는 Z축 이동유닛과, 상기 Z축 이동유닛의 구동에 따라 상기 공급관의 길이를 조절함으로써 상기 압출부의 위치에 상관없이 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하는 공급관 길이조절수단(100)을 포함하여 이루어진다.
통상, 3D 프린터는 골격을 이루는 프레임과, 상기 프레임에 설치되어 출력물을 3D로 형성하기 위한 작업베드(20)가 포함되며, 본 발명이 적용되는 3D 프린터 역시 상기 프레임과 작업베드를 구비한다.
상기 작업베드(20)는 고정형으로 설치되거나 X축, Y축 또는 Z축으로 이동할 수 있도록 설치가능하며, 상기 작업베드(20)의 이동방향 및 설치구조에 대해서는 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명에서는 상기 압출부(40)의 Z축방향 이동을 담당하는 Z축 이동유닛과, 상기 Z축 이동유닛의 구동에 따라 상기 공급관(30)의 길이를 조절하는 공급관 길이조절수단(100)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 Z축 이동유닛은 Z축 방향을 따라 설치되며 정역 방향으로 회전 가능하게 장착되는 리드스크류(120)와, 상기 리드스크류(120)에 연결되어 상기 리드스크류(120)에 회전력을 제공하는 구동모터(도시안함)로 이루어진다.
상기 리드스크류(120)는 예컨대, 3D 프린터의 프레임에 설치될 수 있으며, 상기 구동모터의 구동에 의해 정역 방향으로 회전하여 상기 압출부(40)를 Z축 방향으로 이동시키게 되어 상기 작업베드(20)의 이동과 함께 출력물을 3D로 형성하도록 한다.
상기 공급관 길이조절수단(100)은 상기 리드스크류(120)에 고정되는 리드스크류 고정부재(110)와, 상기 리드스크류 고정부재(110)의 하단에 결합되어 상기 리드스크류(120)의 회전에 따라 상기 공급관(30)이 감기거나 풀리게 하는 공급관 가이드부재(130)를 포함한다.
여기서, 상기 리드스크류 고정부재(110)는 상기 리드스크류(120)가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 끼움부(112)가 구비되고, 상기 리드스크류 끼움부(112)의 일측에는 상기 공급관(30)을 관통시켜 고정할 수 있는 공급관 고정홀(116)이 형성된다.
상기 리드스크류 끼움부(112)는 소정의 길이를 갖는 관(pipe) 형태로 이루어지며, 리드스크류(120)의 끼워짐이 용이하도록 리드스크류의 길이방향으로 일측이 절개된 형상을 갖는다. 이와 같이, 일측이 길이방향으로 절개된 부분을 갖는 끼움부(112)는 상기 리드스크류(120)의 굵기가 다소 굵더라도 상기 끼움부(112)에 리드스크류가 결합될 수 있도록 하여 리드스크류의 굵기에 상관없이 리드스크류와의 결합을 용이하게 한다.
또한, 상기 공급관 고정홀(116)은 상기 리드스크류 끼움부(112)의 일측, 바람직하게는 절개된 부분의 반대편으로 소정의 두께를 갖도록 형성되는 연장부에 형성되며, 상기 공급관(30)을 관통시켜 고정할 수 있도록 상기 리드스크류 길이방향과 수직된 방향으로 형성되거나 후술할 공급관 가이드부재의 나선형 받침대 각도와 대응되는 각도로 형성될 수 있다.
한편, 상기 공급관 가이드부재(130)는 상기 리드스크류 고정부재(110)의 하단(114)에 결합되며, 상기 리드스크류(120)가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 관통부(132)와, 상기 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감길 수 있도록 하는 나선형 받침대(134)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 리드스크류 고정부재(110)는 Z축 이동을 담당하는 리드스크류(120)의 회전에 따라 같이 회전하게 되며, 상기 공급관 고정홀(116)에 공급관(30)을 통과시키면 리드스크류(120)가 회전함에 따라 공급관(30)이 같이 회전하면서 상기 나선형 받침대(134)에 감기거나 풀리게 할 수 있으므로, 공급관(30)의 길이를 조절할 수 있게 된다.
상기 공급관(30)은 주름관으로 이루어질 수 있다.
통상 주름관은 FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린터에 많이 사용되는 것으로, 어느 정도의 신장 또는 압축이 가능하여 유연하게 굽힘이나 휘어짐 등 자유로운 움직임이 가능하고 중력을 이용해 펠렛이 압출부(20)로 흘러내리도록 하는데 용이하다.
또한, 상기 압출부(40)는 상기 공급관(30)의 단부에 설치되어 공급관(30)을 통해 이송된 펠릿을 용융시키고, 용융된 상기 펠릿을 상기 작업베드(20) 상면으로 압출분사하는 압출노즐을 구비한다.
도 5 내지 도 6은 본 발명에서 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감긴 상태를 나타내는 도면이다.
도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 리드스크류(120)가 회전함에 따라 공급관(30)이 나선형 받침대(134)를 따라 풀리거나 감기게 되어 공급관(30)의 처짐 현상이 방지 가능하고, 이에 따라 공급관(30) 내부의 막힘현상을 근본적으로 방지할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 프레임 20: 작업베드
30: 공급관 40: 압출부
50: 펠릿 저장부 100: 공급관 길이조절수단
110: 리드스크류 고정부재 112: 리드스크류 끼움부
116: 공급관 고정홀 120: 리드스크류
130: 공급관 가이드부재; 132: 리드스크류 관통부
134: 나선형 받침대

Claims (8)

  1. 복수의 알갱이 형태를 가지는 펠릿이 저장되는 펠릿 저장부;
    상기 펠릿 저장부에 저장된 상기 펠릿을 이송하여 압출부에 공급하기 위한 공급관;
    상기 공급관에 의해 이송된 상기 펠릿을 용융시켜 용융된 상기 펠릿을 작업베드에 압출분사하면서 적층하여 입체적인 형상을 만드는 압출부;
    상기 압출부의 Z축 이동을 담당하는 Z축 이동유닛; 및
    상기 Z축 이동유닛의 구동에 따라 상기 공급관의 길이를 조절함으로써 상기 압출부의 위치에 상관없이 공급관의 처짐 및 막힘을 방지하는 공급관 길이조절수단;
    을 포함하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Z축 이동유닛은 Z축 방향을 따라 설치되며 정역 방향으로 회전 가능하게 장착되는 리드스크류와,
    상기 리드스크류에 연결되어 상기 리드스크류에 회전력을 제공하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급관 길이조절수단은 상기 Z축 이동유닛의 리드스크류에 고정되는 리드스크류 고정부재;
    상기 리드스크류 고정부재의 하단에 결합되어 상기 리드스크류의 회전에 따라 상기 공급관이 감기거나 풀리게 하는 공급관 가이드부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 리드스크류 고정부재는 상기 리드스크류가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 끼움부가 구비되고,
    상기 리드스크류 끼움부의 일측에는 상기 공급관을 관통시켜 고정할 수 있는 공급관 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 리드스크류 끼움부는 리드스크류 길이방향으로 일측이 절개되어, 상기 리드스크류의 굵기에 상관없이 리드스크류와 결합이 용이한 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 공급관 고정홀은 상기 리드스크류 길이방향과 수직된 방향으로 형성되거나 상기 공급관 가이드부재의 나선형 받침대 각도와 대응되는 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 공급관 가이드부재는 상기 리드스크류가 관통하여 끼워지는 관 형태의 리드스크류 관통부와,
    상기 리드스크류의 회전에 따라 공급관이 풀리거나 감길 수 있도록 하는 나선형 받침대를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급관은 주름관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치.
KR1020180098397A 2018-08-23 2018-08-23 3d 프린터에서 펠릿의 안정적인 공급을 위한 공급관 길이조절장치 KR102096713B1 (ko)

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