KR20200071844A - 3d 프린터의 필라멘트 투입/제거 장치 및 방법 - Google Patents

3d 프린터의 필라멘트 투입/제거 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린터의 필라멘트 이송의 자동 감시 장치 및 감시 방법에 관한 것으로, 그 방법은 피더 전단에 필라멘트 존재 유무 센서를 구비하고, 피더에 필라멘트의 이송거리 및 이송속도를 측정하기 위한 엔코더 훨과 엔코더 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 3D 프린터에 있어서, 필라멘트 유무 감지센서 상태, 필라멘트 유무 플래그 상태 및 필라멘트 제거명령 여부를 체크하여 필라멘트 투입동작 또는 필라멘트 제거동작이 필요한지를 판단하는제1과정; 필라멘트 투입동작이 시작되면 엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를 체크하면서히터노즐을 가열하고 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 노즐 밖까지 밀어내는 제2과정; 필라멘트 제거동작이시작되면 엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를 체크하면서 히터노즐을 가열하고 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 피더 전단까지 밀어내는 제3과정; 을 포함하여 구성한다.
이에 따라, 필라멘트를 히터노즐에 투입하기 위해서 사용자는 필라멘트를 투입구까지만 밀어 넣는 단순한 작업만취함으로써, 별도의 키 조작 또는 컴퓨터 명령을 주거나, 히터노즐이 가열될 때까지 기다리거나, 양손을 사용해야 하는 불편함을 제거하는 효과를 제공하며, 필라멘트를 히터노즐까지 밀어 넣는 양을 가늠해야하는 어려움을제거하는 효과를 제공한다.

Description

3D 프린터의 필라멘트 투입/제거 장치 및 방법{3D Printer Filament In/Out Tools}
본발명은3D Printer에관한것이다.
3차원 프린팅 기술은 설계된 형상을 단순히 보여주는 초기 단계의 급속 조형 (RP, Rapid Prototype) 기술을 넘어서 금속, 석회, 합성수지, 고무 등의 재료를 직접 분사해 기계 부품이나 제작품을 찍어내는 임의 형상 제작(SFF, Solid Freeform Fabrication) 기술로 진화하고 있다.
3차원의 형상물을 제작하기 위한 원료로는 주로 수지가 사용되지만, 필요에 따라 기존에 다른 복잡한 공정으로 제작되던 형상물을 3D 프린팅 기술로 제작하기 위해 세라믹과 같은 재료도 원료로 사용되고 있다.
그러나, 세라믹과 같은 원료는 수지보다 훨씬 높은 온도에서 용융되므로, 3D 프린팅 기술로 세라믹 조형물을 제작하기 위해서는 세라믹 분말에 수지 분말을 혼합하여 원료로 사용하고 있다.
세라믹과 수지의 혼합 분말을 원료로 사용할 경우, 원하는 유동성을 확보하여 원료를 순차적으로 적층하기 위해서는 원료가 적절한 유동성을 가지면서 균일한 압력으로 배출되게 하는 것이 중요하다.
또한, 세라믹과 수지는 이종재료로서 이종재료가 혼합된 원료 중에 포함된 오염물질을 제거하고, 적층되는 층 사이의 결합 성능을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다. 기존의 3D printer의 재료(필라멘트)는 대다수 외부에 돌출되도록 설치하거나, 별도의 구조물이 3D printer의 근처에 설치 하며, 풀림을 용의 하게 하기 위해 세로로 세워서 사용한다. 이때 필라멘트는 길게 늘어지기 때문에 공간을 비효율적으로 활용하게 되며, 이동이나 설치에 불편함을 겪게 된다. 본 발명은 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치 및 자동 투입/제거 방법에 [0001] 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 필라멘트 투입구에 필라멘트를 삽입하면 센서를 통하여 이를 감지하고 모터를 구동하여 필라멘트를 자동으로 노즐까지 이송시키며, 키 조작 또는 컴퓨터를 통하여 필라멘트 제거 명령을 입력하면 모터를 구동하여 노즐에 삽입되어 있는 필라멘트를 필라멘트 투입까지 자동으로 배출시키기 위한 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거장치 및 방법에 관한 것이다.
1. 3차원 검사장치 일체형 스크린 프린터(Screen printer having 3D inspection device) (출원번호 제10-2010-0015349호) 2.3차원 프린터(THREE-DIMENSIONAL PRINTER) (출원번호 제10-2012-7012134호) 3.3차원 프린터(Three-Dimensional Printer) (출원번호 제10-2008-0019551호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 필라멘트 투입구를 통해서 필라멘트를 피더까지만 밀어 넣으면 이를 자동으로 감지하고 모터에 연결된 피더를 통하여 필라멘트를 히터노즐 밖까지 자동으로 밀어내는 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입장치 및 자동 투입방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 히터노즐에 투입되어 있는 필라멘트를 제거하기 위해서는 단 한번의 키 조작이나 컴퓨터 명령만으로 모터에 연결된 피더를 통하여 필라멘트를 히터노즐에서 피더 전단까지 자동으로 밀어내기 위한 3D 프린터의 필라멘트 자동 제거장치 및 자동 제거방법을 제공하기 위한 것이다. 그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치는 스풀에 감겨져 있는 필라멘트를 히터노즐까지 경로를 가이드하기 위해 일측은 필라멘트를 투입을 위한 투입구, 타 일측은 히터노즐에 연결되는 필라멘트 이송로와, 필라멘트 이송로 중간에서 필라멘트를 이송시키기 위해 모터와 연결되어 회전하는드롤러와 피드롤러 방향으로 힘을 제공하는 아이들롤러 및 스프링 부재를 포함하는 피더와, 필라멘트를 녹여서 분사시키기 위해 열을 가하는 위한 히터와 온도를 체크하여 온도제어에 필요한 정보를 제공하는 온도 센서를포함하는 히터노즐과, 출력물의 형상을 구현하기 위해 히터노즐을 탑재하고 해당 인쇄위치로 이동시키기는 캐리어와, 히터노즐에서 분사된 필라멘트가 자연 경화되면서 형성되는 출력물을 적재하기 위한 배드와, 캐리어 및배드에 구동력을 제공하는 X축, Y축, Z축 구동부를 포함하는 FDM 3D 프린터에 있어서, 필라멘트가 상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이를 통과할 때 필라멘트와 아이들롤러 사이의 마찰력에 의해 회전하는 아이들 롤러에연결되어 회전하는 엔코더롤러; 상기 엔코더롤러와 동축으로 결합된 엔코더 휠; 상기 엔코더 훨의 회전을 감지하여 펄스를 발생하는 엔코더 센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이에 상기 필라멘트가 존재하지 않고 모터만 회전할 경우에도 아이들롤러가 회전하는 것을 방지하기 위하여 상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이에 필라멘트의 직경보다 작은 캡을 유지하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피더의 전단에 구비되어 필라멘트 이송로 상에 필라멘트의 존재여부를 감지하는 필라멘트 유무 감지센서를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치는 필라멘트 투입구를 통해서 필라멘트가 피더까지 투입되면 피더 전단에 설치된 필라멘트 유무 감지센서가 이를 감지하여 모터를 정방향으로 구동하고 필라멘트가 녹을 정도로 히터노즐을 가열하여 필라멘트를 히터노즐 밖으로 배출시키는 자동 투입동작을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치는 필라멘트가 히터노즐에 투입되어 있는 상태에서 키 조작이나 컴퓨터로부터 필라멘트 제거 명령을 받으면 필라멘트가 녹을 정도로 히터노즐을 가열하고 모터를 역방향으로 구동하여 필라멘트를 피더 전단 까지 밀어내는 자동 제거동작을 실행하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거장치 방법은, 필라멘트 투입 및제거동작이 시작되면 변수를 초기화하고 필라멘트 유무 감지센서 상태, 필라멘트 유무 플래그 상태 및 필라멘트제거명령 여부를 체크하여 필라멘트 투입동작 또는 필라멘트 제거동작이 필요한지를 판단하는 제 1 과정; 필라멘트 투입동작이 시작되면 엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를 체크하면서 히터노즐을 가열하고 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 노즐 밖까지 밀어내는 제 2 과정; 및 필라멘트 제거동작이 시작되면엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를 체크하면서 히터노즐을 가열하고 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 피더 전단까지 밀어내는 제 3 과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 방법은, 제 1 과정에 있어서, 필라멘트 유무 감지센서가 ON 상태에서 필라멘트 유무플래그가 설정(SET) 되어있지 않으면 필라멘트가 투입되어 있지 않은 상태이므로 필라멘트 투입동작을 시작하는 단계; 필라멘트 유무 플래그가 설정(SET) 되어 있으면 필라멘트가 이미 투입되어 있는
본 발명의 실시예에 따른 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치 및 자동 투입/제거 방법은, 필라멘트를 히터노즐에 투입하기 위해서 사용자는 필라멘트를 투입구까지만 밀어 넣는 단순한 작업만 취함으로써, 별도의 키조작 또는 컴퓨터 명령을 주거나, 히터노즐이 가열될 때까지 기다리거나, 양손을 사용해야 하는 불편함을 제거하는 효과를 제공하며, 필라멘트를 히터노즐까지 밀어 넣는 양을 가늠해야하는 어려움을 제거하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치 및 자동 투입/제거 방법은 히터노즐에 투입되어 있는 필라멘트를 제거하기 위해서 사용자는 히터노즐이 가열될 때 까지 기다리거나, 릴리즈레버 및 필라멘트에 손을 댈 필요없이 단 한번의 키 조작이나 컴퓨터 명령만 주는 작업만으로 필라멘트 제거 동작이 완료되는사용자의 편의성을 제공하는 효과가 있다.뿐만 아니라, 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입/제거 장치 및 자동 투입/제거 방법은 필라멘트 제거 및 투입시릴리즈 레버의 작동이 불필요하므로 릴리즈 레버에 가해지는 힘이 프린터 전체에 전달되어 프린터 성능저하의 우려를 배제할 수 있다
도 1은 일반적인 FDM 3D 프린터의 구성을 도시한 사시도
도 2는 일반적인 FDM 방식 3D 프린터의 필라멘트 공급 경로를 도시한 개략도
도 3은 종래의 FDM 방식의 3D 프린터의 필라멘트 투입/제거 장치를 도시한 개략도
도 4는 본 발명에 따른 FDM 3D 프린터의 필라멘트 투입/제거 장치의 구성을 도시한 계략도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 FDM 3D 프린터의 필라멘트 투입/제거 방법을 도시한 흐름도
원료를 수용할 수 있도록 충분한 직경의 원통형으로 형성되고 단부는 깔때기 형상으로 좁아지도록 형성된다.
제2 전실(125)은 제1 전실(120)과 연결된다. 제2 전실(125)은 제1 전실(120)의 단부와 동일한 직경의 원통형으로 형성되고 단부는 좁아지도록 형성된다.
스크류부(150)는 제1 전실(120)과 제2 전실(125)에 걸쳐 연장되도록 형성된다. 스크류부(150)는 그 축(151)이모터(160)와 연결되어 모터(160)에 의해 회전된다. 스크류부(150)는 호퍼(110)에서 제1 전실(120)로 공급된 원료를 제1 전실(120)에서 제2 전실(125)로 가압 이송한다. 수지와 혼합된 세라믹은 가열에 의해서도 완전 용융상태가 아니므로, 스크류부(150)는 3D 프린팅을 위해 원료가 제2 노즐(140a)을 통해 배출될 수 있도록 배출압을제공하는 역할을 한다.
제3 전실(130)은 제2 전실과 연결된다. 제3 전실(130)은 제2 전실(125)의 단부와 동일한 직경의 원통형으로 형성되고 단부에 제1 노즐(130a)을 갖는다. 여기서, 제1 노즐(130a)은 원료가 배출될 수 있도록 단면적이 좁아지는 형태를 갖는다.
제3 전실(130)의 주위를 둘러싸도록 제1 히터(141)가 설치되어, 제3 전실(130)을 통해 이송되는 원료를 가열한다. 제1 히터(141)에 의해 가열된 원료는 일부 용융 상태가 될 수 있다. 제1 방열부(142)는 제1 히터(141)에인접하여 제2 전실(125)과 제3 전실(130)의 주위를 둘러싸도록 설치되어, 제1 히터(141)의 열이 제2 전실(125)쪽으로 전달되는 것을 최소화한다. 보조 전실(135)은 제3 전실(130)의 제1 노즐(130a)과 연결된다. 보조 전실(135)은 제1 노즐(130a)의 직경보다3배 이상 확대된 직경을 갖고 단부가 좁아지도록 형성된다. 보조 전실(135)은 제1 노즐(130a)보다 큰 직경을갖고 소정의 수용 공간을 가지므로, 제1 노즐(130a)을 통과한 일부 용융 상태의 원료가 보조 전실(135)에 일정량 축적될 수 있게 한다. 보조 전실(135)은 일부 용융 상태의 원료를 일정량 저장하는 역할을 하며, 원료가 보조 전실(135)에 일정량이 축적된 상태에서 제4 전실(140)을 통과하도록 함으로써, 용융된 원료의 밀도(또는 유량) 변화를 최소화하고, 제2 노즐(140a)을 통해 원료가 일정한 양으로 배출될 수 있게 한다.
제4 전실(140)은 보조 전실(135)과 연결된다. 제4 전실(140)은 보조 전실(135)의 단부와 동일한 직경의 원통형으로 형성되고 단부에는 원료를 배출하기 위한 제2 노즐(140a)을 갖는다.
제2 히터(143)는 제4 전실(140)의 주위를 둘러싸도록 설치되어, 일부 용융 상태에서 제4 전실(140)을 통해 이송되는 원료를 추가로 가열하여 더욱 용융된 상태가 되게 한다. 제2 방열부(144)는 보조 전실(135)에 인접하는제4 전실(140)의 주위를 둘러싸도록 설치된다.
플라즈마 발생장치(170)는 제4 전실(140)의 단부에 인접하여 단부를 링 형태로 둘러싸도록 설치된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생장치(170)는 링 형상의 본체(171)와, 이러한 본체(171) 내에 삽입되는제1 전극(172), 절연체(173) 및 제2 전극(174)을 포함한다.
제1 전극(172)에는 전원라인을 통해 제1 극성의 전기가 공급되고, 제2 전극(174)에는 제2 극성의 전기가 공급된다. 절연체(173)는 제1 전극(172)과 제2 전극(174)의 사이에 위치된다.
제1 전극(172)과 제2 전극(174)에 전기가 공급되면, 제1 전극(172)과 제2 전극(174)의 사이에서 플라즈마(5)가발생된다. 플라즈마는 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다.
본 실시예의 플라즈마 발생장치(170)는 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키는 장치로서, 이러한 대기압 플라즈마의 장점으로는 진공 장비의 불 필요성, 저가의 장비, 빠른 처리 공정, 다양한 응용 분야, 넓은 처리 표면적과 3차원 처리 공정 등을 들 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 히터(141)와 제2 히터(143)를 거치면서 용융된 원료(2)는 제2 노즐(140a)을 통해 배출된다. 이때, 원료 중의 세라믹 분말은 용융된 수지에 의해 유동성을 가질 수 있다.
용융된 원료(2)는 3D 데이터에 따라 이송되는 원료 압출 장치(100)에 의해 베이스(10) 위에 순차적으로 적층될수 있다. 도면번호 20은 베이스(10) 위에 적층된 원료층을 나타내고 있다. 용융된 원료(2)가 제2 노즐(140a)을 통해 배출되어 원료층(20) 위에 추가로 적층될 때, 플라즈마 발생장치(170)로부터 발생되는 플라즈마(5)는제2 노즐(140a)을 통해 배출되는 용융된 원료(2) 및 베이스(10) 위에 이미 적층된 원료층(20)에 영향을 미치게된다.
이러한 플라즈마(5)는 표면 에너지를 증가시켜 표면을 활성화하고, 젖음성을 향상시키고, 유기물의 제거, 정전기 제거, 표면 거칠기 증가를 통한 표면 개질 등의 효과를 갖는다.
본 실시예에서 플라즈마 발생장치(170)로부터 발생되는 플라즈마는 용융된 원료(2)와 원료층(20)에 포함된 유기물을 제거하고 표면을 활성화하여, 용융된 원료(2)가 순차적으로 원료층(20) 위에 결합될 때 양자 사이의 결합성능을 향상시킨다. 그에 따라, 3D 프린터에 의해 조형물이 제작될 때, 적층되는 원료층(20)의 안정적인 결합을 통해 더욱 견고한 조형물을 제작할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 실시예의 원료 압출 장치(100)는 세라믹과 같은 원료가 유동성을 확보하면서 일정한 밀도로 배출될 수 있게 하고, 원료가 노즐을 통해 배출되는 동안의 플라즈마 발생에 의해 적층되는 층과 층 사이의결합 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원료 압출 장치의 내부 구조를 상세히 도시하는 단면도이다. 도 7은 도6에서 주요부의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
본 실시예의 원료 압출 장치(300)는 호퍼(310), 제1 전실(320), 제2 전실(325, 326, 327), 제3 전실(330), 보조 전실(335), 제4 전실(340), 스크류부(350), 제1 히터(341), 제2 히터(343), 제1 방열부(342), 제2 방열부(344) 및 플라즈마 발생장치(370)를 포함한다.
호퍼(310), 제1 전실(320), 제3 전실(330), 보조 전실(335), 제4 전실(340), 제1 히터(341), 제2 히터(343),제1 방열부(342), 제2 방열부(344) 및 플라즈마 발생장치(370)의 구성은 도 3에 도시된 호퍼(110), 제1 전실(120), 제3 전실(130), 보조 전실(135), 제4 전실(140), 제1 히터(141), 제2 히터(143), 제1 방열부(142), 제2방열부(144) 및 플라즈마 발생장치(170)와 동일한 구성을 가지므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 전실(325, 326, 327)은 제1 전실(320)과 연결된다. 제2 전실(325, 326, 327)은 제2-1 전실(325), 제2-2전실(326) 및 제2-3 전실(327)로 이루어진다.
제2-1 전실(325)은 제1 전실(120)의 단부와 동일한 직경의 원통형으로 형성된다.
제2-2 전실(326)은 제2-1 전실(325)과 연결되고, 제2-1 전실(325)과 동일한 직경에서 시작하여 단부 직경이 점점 좁아지는 형태를 갖는다.
제2-3 전실(327)은 제2-2 전실(326)과 연결되고, 제2-2 전실(326)과 동일한 직경에서부터 바로 확장된 후, 일정한 직경으로 연장되다가 단부에서 좁아지도록 형성된다.
제3 전실(330)은 제2-3 전실과 연결된다. 제3 전실(330)은 제2-3 전실(327)의 단부와 동일한 직경의 원통형으로 형성되고 단부에 제1 노즐(330a)을 갖는다.
스크류부(351, 352, 353; 350)는 축(351)이 모터(360)와 연결되어 모터(160)에 의해 회전된다. 스크류부(350)는 호퍼(310)에서 제1 전실(320)로 공급된 원료를 제1 전실(320)에서 제2 전실(325, 326, 327)로 가압 이송한다.
스크류부(351, 352, 353; 350)는 축(351)을 중심으로 형성된 제1 스크류(352)와 제2 스크류(353)를 포함한다.
서로 이격되는 제1 스크류(352)와 제2 스크류(353) 사이에는 스크류 없이 축만 있는 연장 축부(351a)가 형성된다.
제1 스크류(352)는 제1 전실(320)과 제2-1 전실(325)에 걸쳐 형성된다. 연장 축부(351a)는 제2-2 전실(326)에 위치된다. 제2 스크류(353)는 제2-3 전실(327)에 위치된다.
스크류부(350)를 통해 이송되는 원료는 이종 재료가 혼합된 상태로서, 예를 들어 세라믹 분말에 수지 분말이 혼합된 혼합 재료가 될 수 있다.
이러한 혼합 재료는 호퍼(310)에서 이송관(311)을 통해 제1 전실(320)로 공급되었을 때 비압축 상태이며 불균일한 밀도를 가지게 된다.
따라서, 원료가 스크류부(350)를 통해 이송되는 동안 소정의 힘으로 압축되면서 균일한 밀도를 갖도록 할 필요가 있다. 원료가 압축 상태의 균일한 밀도를 가질 때, 제2 노즐(340a)을 통해 배출되는 용융된 원료가 더욱 일정한 양과 일정한 밀도로 배출될 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 스크류(352)와 제2 스크류(353) 사이에 스크류가 없는 연장 축부(351a)를 형성한다. 이러한 연장 축부(351a)를 둘러싸는 제2-2 전실(326)은 하부로 갈수록 직경이 점점 좁아지는 형태를 갖도록 함으로써, 제1 스크류(352)를 통해 이송된 원료가 제2-2 전실(326)을 지나면서 압축되어 더욱 균일한 밀도를 갖게된다. 이 상태에서, 원료는 제2-3 전실(327)에 위치하는 제2 스크류(353)를 통해 이송되어 전체적으로 균일한밀도로 제3 전실(130)로 유입될 수 있다.
또한, 제1 전실(320)에는 바이브레이터(380)가 연결되어, 이러한 바이브레이터(380)에 의해 제1 전실(320)로 미세한 진동이 전달되게 할 수 있다. 이는 제1 전실(320)의 원료가 제1 스크류(352)로 잘 유입되도록 하면서, 원료가 균일한 밀도를 유지할 수 있도록 돕는다. 바이브레이터(380) 후단의 제2 전실(325, 326, 327)에는 방진고무(381)가 제2 전실(325, 326, 327)을 둘러싸도록 위치되어, 바이브레이터(380)의 진동이 하류로 전달되는 것을 방지한다.
본 실시예의 원료 압출 장치(300)는 원료의 압축을 통해 원료가 더욱 균일한 밀도로 이송될 수 있도록함으로써, 제2 노즐(340a)을 통해 배출되는 용융된 원료가 더욱 일정한 양과 밀도를 갖도록 하여 3D 조형물의품질을 향상시킬 수 있게 한다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
2 : 캐리어
10 : 히터노즐
12 : 히터
14 : 온도센서
20 : 배드
30 : 스풀
32 : 필라멘트
40 : 피더
42 : 피드롤러
44 : 아이들롤러
46 : 스프링 부재
50 : 필라멘트 이송로
60 : 엔코더 롤러
62 : 엔코더 휠
64 : 엔코더 센서
70 : 필라멘트존재유무 감지센서
80 : 릴리즈 레버

Claims (4)

  1. 스풀에 감겨져 있는 필라멘트를 히터노즐까지 경로를 가이드 하기 위해 일측은 필라멘트를 투입을 위한 투입구,타 일측은 히터노즐에 연결되는 필라멘트 이송로와, 필라멘트 이송로 중간에서 필라멘트를 이송시키기 위해 모터와 연결되어 회전하는 피드롤러와 피드롤러 방향으로 힘을 제공하는 아이들롤러 및 스프링 부재를 포함하는피더와, 필라멘트를 녹여서 분사시키기 위해 열을 가하는 위한 히터와 온도를 체크하여 온도제어에 필요한 정보를 제공하는 온도 센서를 포함하는 히터노즐과, 출력물의 형상을 구현하기 위해 히터노즐을 탑재하고 해당 인쇄위치로 이동시키기는 캐리어와, 히터노즐에서 분사된 필라멘트가 자연 경화되면서 형성되는 출력물을 적재하기위한 배드와, 캐리어 및 배드에 구동력을 제공하는 X축, Y축, Z축 구동부를 포함하는 FDM 3D 프린터에 있어서,필라멘트가 상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이를 통과할 때 필라멘트와 아이들롤러 사이의 마찰력에 의해회전하는 아이들 롤러에 연결되어 회전하는 엔코더롤러; 상기 엔코더롤러와 동축으로 결합된 엔코더 휠; 상기엔코더 휠의 회전을 감지하여 펄스를 발생하는 엔코더 센서; 및
    피더의 전단에 구비되어 필라멘트 이송로 상에 필라멘트의 존재 여부를 감지하는 필라멘트 유무 감지센서;를 포함하고,상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이에 상기 필라멘트가 존재하지 않고 모터만 회전할 경우에도 아이들 롤러가 회전하는 것을 방지하기 위하여 상기 피드롤러와 상기 아이들롤러 사이에 필라멘트의 직경보다 작은 캡을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 필라멘트 투입 및 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    필라멘트 투입구를 통해서 필라멘트가 피더까지 투입되면 피더 전단에 설치된 필라멘트 유무 감지센서가 이를감지하여 모터를 정방향으로 구동하고 필라멘트가 녹을 정도로 히터노즐을 가열하여 필라멘트를 히터노즐 밖으로 배출시키는 자동 투입동작을 실행하고, 필라멘트가 히터노즐에 투입되어 있는 상태에서 키 조작이나 컴퓨터로부터 필라멘트 제거 명령을 받으면 필라멘트가 녹을 정도로 히터노즐을 가열하고 모터를 역방향으로 구동하여 필라멘트를 피더 전단 까지 밀어내는 자동 제거동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 필라멘트 투입 및 제거 장치.
  3. 필라멘트 투입 및 제거동작이 시작되면 변수를 초기화하고 필라멘트 유무 감지센서 상태, 필라멘트 유무 플래그상태 및 필라멘트 제거명령 여부를 체크하여 필라멘트 투입동작 또는 필라멘트 제거동작이 필요한지를 판단하는제 1 과정;
    필라멘트 투입동작이 시작되면 히터노즐을 가열하고 엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를체크하면서 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 노즐 밖까지 밀어내는 제 2 과정; 및필라멘트 제거동작이 시작되면 엔코더 데이터를 측정하여 필라멘트의 이송거리 및 속도를 체크하면서 히터노즐을 가열하고 모터를 구동하여 필라멘트를 녹여서 피더 전단까지 밀어내는 제 3 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입 및 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 과정에 있어서,필라멘트 유무 감지센서가 ON 상태에서 필라멘트 유무플래그가 설정(SET) 되어있지 않으면 필라멘트가 투입되어있지 않은 상태이므로 필라멘트 투입동작을 시작하는 단계;필라멘트 유무 플래그가 설정(SET) 되어 있으면 필라멘트가 이미 투입되어 있는 상태이므로 필라멘트 제거명령의 입력 여부를 확인하여 제거명령이 있으면 필라멘트 제거동작을 시작하는 단계; 및제거명령이 없으면 초기 단계로 회귀하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 필라멘트 자동 투입 및 제거 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116373293A (zh) * 2023-06-06 2023-07-04 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种用于fdm数控3d打印设备的送丝装置及方法
CN116690965A (zh) * 2023-05-12 2023-09-05 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印喷头、打印喷头模组、增材打印控制方法
CN116690979A (zh) * 2023-05-12 2023-09-05 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印机
WO2024010395A1 (ko) * 2022-07-06 2024-01-11 한국기계연구원 불순물 제거 장치, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 이를 활용한 내부 기체 제어 방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. 3차원 검사장치 일체형 스크린 프린터(Screen printer having 3D inspection device) (출원번호 제10-2010-0015349호)
2.3차원 프린터(THREE-DIMENSIONAL PRINTER) (출원번호 제10-2012-7012134호)
3.3차원 프린터(Three-Dimensional Printer) (출원번호 제10-2008-0019551호)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024010395A1 (ko) * 2022-07-06 2024-01-11 한국기계연구원 불순물 제거 장치, 이를 포함하는 3차원 프린터 및 이를 활용한 내부 기체 제어 방법
CN116690965A (zh) * 2023-05-12 2023-09-05 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印喷头、打印喷头模组、增材打印控制方法
CN116690979A (zh) * 2023-05-12 2023-09-05 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印机
CN116690979B (zh) * 2023-05-12 2024-04-05 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印机
CN116690965B (zh) * 2023-05-12 2024-04-09 杭州德硕智能科技有限公司 Fdm型增材打印喷头、打印喷头模组、增材打印控制方法
CN116373293A (zh) * 2023-06-06 2023-07-04 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种用于fdm数控3d打印设备的送丝装置及方法
CN116373293B (zh) * 2023-06-06 2023-09-29 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种用于fdm数控3d打印设备的送丝装置及方法

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