KR20200126349A - 점토를 주 재료로 하는 3d 프린터용 노즐 어셈블리 - Google Patents

점토를 주 재료로 하는 3d 프린터용 노즐 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 점토를 이용하여 3D 프린터로 도자기를 성형할 수 있는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리에 관한 것으로,
배합된 점토를 분사공으로 밀어내는 토출 스크류(60)가 내설 되며, 토출 스크류(60)의 회전 구동시 배합된 점토가 분사되는 점토 분사공(11)이 형성되며, 상단에는 점토가 유입되는 하나 이상의 점토 유입관(12)이 형성된 노즐 관체(10)와, 상기 노즐 관체(10)의 외주 면에 위치 고정되며, 외부의 공기가 유입되는 공기 유입관(21)이 통기 가능토록 연결 고정되고, 점토 분사공(11)에서 분사되어 3D 프린팅 되는 점토로 공기를 분사할 수 있도록 하측 끝단에는 공기 분사공(22)이 형성된 공기 분사 관(20)과, 상기 노즐 관체(10)와 공기 분사 관(20) 사이에 배치 고정되어 공기 유입관(21)을 통해 유입되는 공기를 회전시키면서 공기 분사공(22)로 분사되도록 하는 회전유도체(30)를 포함하여 구성된다.

Description

점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리{Nozzle assembly for 3D printer with clay as the main material}
본 발명은 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리에 관한 것으로 더욱 상세히는 점토를 이용하여 3D 프린터로 도자기를 성형할 수 있는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터라 함은 물체에 대한 3D데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있도록 하는 것으로 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 일부 산업용에 시작하여 의료용, 가정용, 교육용 등 점차 그 응용범위가 확대되어가고 있는 추세에 있다.
이러한 3D 프린터의 성형물 성형방식은 첨가법과 절삭법이 주로 사용되고 있으며, 첨가법은 대상물체(성형물)를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층 하면서 용융 부착하여 형성하는 방식이고, 절삭법은 고체재료를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 방식이나 본원발명에서 주로 다루고자 하는 방식은 첨가법에 대한 부분이라 할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면 첨가법은 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급 릴과 이동 롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 X, Y, Z 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이동기구에 장착된 캐리어에서 용융시켜서 방출함으로써 2차원 평면 성형물를 만들고, 이를 순차적으로 적층 함으로써 쌓아올려 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법에 관한 것이다.
상기와 같이 첨가법이 적용된 3D 프린터에 관한 선행기술로는 특허등록 제10-1451794호(발명의 명칭 : 복합 3D 프린터 및 그 제어방법)를 들 수 있다.
상기 특허등록 제10-1451794호는 구조가 간단하면서도 256단계 이상의 풀칼라 색상을 가진 성형품을 성형할 수 있고, 물성이 서로 다른 소재를 3D 프린터 내에서 혼합할 수 있으며, 정밀도 및 성형 속도 면에서도 획기적일 뿐만 아니라, 물성이 서로 다른 소재를 복합적으로 혼합하여 제품을 성형하여도 이음매가 매끄럽고, 물성이 다른 소재의 완전한 혼합으로 인해 제품이 파손되지 않거나 일체성이 약화 되지 않는다는 장점이 있다.
또한, 특허등록 제10-1430582호(발명의 명칭 : 멀티 공급기와 회전형 멀티 노즐로 구성된 압출기로 이루어진 3차원 프린터 장치 및 그 구동방법)에서는 3차원 프린터의 외관을 형성하는 본체; 하나의 모터로 제어되며 복수의 필라멘트를 수용하는 멀티 공급기; 상기 멀티 공급기를 통해 공급된 필라멘트를 하기 회전형 멀티 노즐로 이동시키기 위하여, 상기 멀티 공급기와 하기 회전형 멀티 노즐을 연결하는 튜브; 상기 멀티 공급기를 통해 공급된 필라멘트를 분사하기 위한 회전형 멀티 노즐; 상기 회전형 멀티 노즐 일측에는 상기 회전형 멀티 노즐을 X축으로 이동 가능하게 설치되는 X축 이동부; 상기 회전형 멀티 노즐이 설치된 X축 이동부를 Y축으로 이동 가능하게 설치되는 Y축 이동부; 상기 회전형 멀티 노즐에서 필라멘트가 분사되어 적층 되는 조형물이 부착되는 베드; 베드를 상하로 이동 가능하게 지지하는 베드 이동부; 에 관한 구성이 개시되어 있으며, 대한민국 특허등록 제10-1346704호(발명의 명칭 : 멀티 공급기와 회전형 멀티 노즐로 구성된 압출기로 이루어진 3차원 프린터 장치 및 그 구동방법)에서는 레임의 상부에 배치되는 X 직선 이동기구와, Y 직선 이동기구에 탑재되어 X, Y 방향으로 위치 조절되는 히터노즐; 상기 히터노즐에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치 조절되는 Z 직선 운동기구에 탑재되는
작업대; 상기 프레임의 일측에 배치되며 와이어 형태로 된 복 수개의 열가소성 필라멘트를 상기 히터노즐로 각각 이동하는 복 수개의 필라멘트 이동부; 를 포함하고, 상기 히터노즐이 상기 복 수개의 필라멘트가 개별적으로 도입되는 복 수개의 도입공이 형성된 노즐 바디; 이들 복 수개의 도입 공이 단일의 통로로 합류되어 배출되는 단일의 배출 공이 형성된 노즐 헤드; 상기 히터노즐 어셈블리의 X, Y, Z 상의 위치조절과 상기 복 수개의 필라멘트 이동부의 이동동작을 개별적으로 제어하는 콘트롤러; 를 포함하는 3D 프린터 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
상기와 같은 선행발명은 3D 프린팅 소재가 필라멘트에 한정되는 것으로 본원 발명의 점토와는 차별화되는 것이며, 선행발명에서는 필라멘트를 용융하기 위한 히터가 구성되나 본원 발명의 점토용 3D 프린터 노즐 어셈블리는 히터가 필요 없으며, 도 1에서 도시된 바와 같은 도자기를 3D 프린터로 성형하고자 하는 것이다.
1. 특허등록 제10-1451794호(발명의 명칭 : 복합 3D 프린터 및 그 제어방법) 2. 대한민국 특허등록 제10-1430582호(발명의 명칭 : 멀티 공급기와 회전형 멀티 노즐로 구성된 압출기로 이루어진 3차원 프린터 장치 및 그 구동방법) 3. 대한민국 특허등록 제10-1346704호(발명의 명칭 : 멀티 공급기와 회전형 멀티 노즐로 구성된 압출기로 이루어진 3차원 프린터 장치 및 그 구동방법)
본원 발명에서는 상기와 같은 문제점의 인식과 필요성에 부합하기 위해 착안한 것으로 점토를 주 재료로 도자기를 성형하되, 실용성과 심미감을 강조하면서 공업적 대량 생산이 가능토록 하여 부가가치 증대에 일익을 담당할 수 있는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 수작업에 의한 도자기 창작품 하나를 성형하는 것이 아니라 도자기 창작품을 다수 개 성형할 수 있도록 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리(S)는 배합된 점토를 분사공으로 밀어내는 토출 스크류(60)가 내설 되며, 토출 스크류(60)의 회전 구동시 배합된 점토가 분사되는 점토 분사공(11)이 형성되며, 상단에는 점토가 유입되는 하나 이상의 점토 유입관(12)이 형성된 노즐 관체(10)와, 상기 노즐 관체(10)의 외주 면에 위치 고정되며, 외부의 공기가 유입되는 공기 유입관(21)이 통기 가능토록 연결 고정되고, 점토 분사공(11)에서 분사되어 3D 프린팅 되는 점토로 공기를 분사할 수 있도록 하측 끝단에는 공기 분사공(22)이 형성된 공기 분사 관(20)과, 상기 노즐 관체(10)와 공기 분사 관(20) 사이에 배치 고정되어 공기 유입관(21)을 통해 유입되는 공기를 회전시키면서 공기 분사공(22)로 분사되도록 하는 회전유도체(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 공기 분사 관(20)은 노즐 관체(10)의 외주 면에 탈부착이 용이하도록 나사 선(40)이 각각 형성되어 결합고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전유도체(30)는 노즐 관체(10)와 일체형 또는 분리형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기 유입관(21)의 일측에는 점토의 종류와 수분함량에 따른 공기압을 사용자가 임의로 조절할 수 있도록 공압 조절기(50)가 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본원 발명의 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리는 점토를 주 재료로 도자기를 3D 프린팅으로 성형하되, 실용성과 심미감을 강조하면서 공업적 대량 생산이 가능하다는 점에서 상당한 효과가 있으며, 나아가 부가가치 증대에 일익을 담당할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 점토를 이용하여 3D 프린팅하고자 하는 도자기 예시도
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 정단면도
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본 발명에서 제공하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리(S)에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명에서 제공하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리(S)는 도 2에서 도시된 바와 같이 크게 토출 스크류가 내설 되며, 점토가 유입되어 분사공으로 배출되도록 안내하는 노즐 관체(10)와, 상기 분사공(11) 위치에 공기를 분사하는 공기 분사관(20) 및 공기가 직분사 되지 않으면서 분사되는 속도를 조절해주는 회전유도체(30)로 구성된 것이 주요 핵심이며, 점토가 분사되어 3D 프린팅 됨과 동시에 공기 분사에 의해 건조와 습도 조절이 용이하여 기포생성을 억제시켜 소성가공시 불량을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 노즐 관체(10)는 점토가 분사공(11)으로 분사될 수 있도록 관(파이프)의 형상으로 이루어지며, 내부에는 점토를 분사공으로 토출 시키는 토출 스크류(60)가 회전 가능토록 내설 된다.
뿐 아니라, 노즐 관체(10)의 상부 일측에는 점토가 유입되는 점토 유입관(12)이 하나 이상 구성될 수 있으며, 점토 유입관에 유입되는 점토는 물과 정량 배합이 된 상태임이 바람직하다.
상기 공기 분사 관(20)은 도 2에서 도시된 바와 같이 외부에서 공기가 유입될 수 있도록 공기 유입관(21)이 노즐 관체(10)의 외주 면에 통기 가능토록 연결 고정되고, 하측 끝단에는 3D 프린팅 되는 점토로 공기를 분사할 수 있도록 공기 분사공(22)이 형성된다.
또한, 상기 공기 분사 관(20)은 노즐 관체(10)와 탈부착이 용이하도록 나사 선(40)이 각각 형성되어 결합고정되며, 공기 유입관(21)의 일측에는 점토의 종류와 수분함량에 따른 공기압을 사용자가 임의로 조절할 수 있도록 공압 조절기(50)가 구성된다.
그리고 상기 노즐 관체(10)와 공기 분사 관(20) 사이에는 공기 유입관(21)을 통해 유입되는 공기를 회전시키면서 공기 분사공(22)로 분사되도록 하는 회전유도체(30)가 배치 고정되는바, 회전 유도체(30)에 의해 공기의 직분사를 방지할 수 있어 안정적인 적층형 3D 프린팅이 용이하게 되는 것으로 상기 회전유도체(30)는 노즐 관체(10)와 일체형 또는 분리형으로 구성된다.
상기와 같은 특징을 갖는 본원 발명의 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리(S)는 도 1에서 도시된 바와 같은 디자인의 도자기 제품을 장인에 의한 1회 성형이 아니라, 3D 프린팅 기법을 통해 공업적인 생산이 용이하도록 함으로써 부가가치의 창출과 더불어 극히 난해한 도자기까지 3D 프린팅 기법으로 성형할 수 있는 효과가 있는 것이다.
본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성 요소의 부가, 변경 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
S: 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리
10: 노즐 관체 11: 점토 분사공
12: 점토 유입관 20: 공기 분사 관
21: 공기 유입관 22: 공기 분사 공
30: 회전 유도체 40: 나사 선
50: 공압 조절기 60: 토출 스크류

Claims (4)

  1. 배합된 점토를 분사공으로 밀어내는 토출 스크류(60)가 내설 되며, 토출 스크류(60)의 회전 구동시 배합된 점토가 분사되는 점토 분사공(11)이 형성되며, 상단에는 점토가 유입되는 하나 이상의 점토 유입관(12)이 형성된 노즐 관체(10); 와,
    상기 노즐 관체(10)의 외주 면에 위치 고정되며, 외부의 공기가 유입되는 공기 유입관(21)이 통기 가능토록 연결 고정되고, 점토 분사공(11)에서 분사되어 3D 프린팅 되는 점토로 공기를 분사할 수 있도록 하측 끝단에는 공기 분사공(22)이 형성된 공기 분사 관(20); 과,
    상기 노즐 관체(10)와 공기 분사 관(20) 사이에 배치 고정되어 공기 유입관(21)을 통해 유입되는 공기를 회전시키면서 공기 분사공(22)로 분사되도록 하는 회전유도체(30);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 분사 관(20)은 노즐 관체(10)의 외주 면에 탈부착이 용이하도록 나사 선(40)이 각각 형성되어 결합고정되는 것을 특징으로 하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전유도체(30)는 노즐 관체(10)와 일체형 또는 분리형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유입관(21)의 일측에는 점토의 종류와 수분함량에 따른 공기압을 사용자가 임의로 조절할 수 있도록 공압 조절기(50)가 구성되는 것을 특징으로 하는 점토를 주 재료로 하는 3D 프린터용 노즐 어셈블리.
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