KR20210109116A - 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3d 푸드 프린터용 노즐 - Google Patents

토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3d 푸드 프린터용 노즐 Download PDF

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금오공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 관한 것으로서, 밸브에 의해 개폐되어 외부로부터 용융된 소재가 공급되면 상기 소재를 수용한 후 토출시키는 토출부와, 상기 토출부의 외면에 형성되어 상기 토출부로부터 토출되는 상기 소재에 공기를 분사하여 상기 소재를 냉각시키는 냉각부와, 상기 토출부와 상기 냉각부 사이에 형성되며 상기 냉각부에서 분사되는 공기가 상기 토출부를 냉각시키지 않도록 방지하는 단열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐{Nozzle for 3D food printer with cooling function of discharged material}
본 발명은 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노즐에서 토출되는 소재를 냉각시킴으로써 3D 푸드 프린터에 의해 적층된 상태로 모양을 유지할 수 있도록 하는 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린터는 미리 입력한 설계도를 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 장치로서, 전후 방향(X축 방향), 좌우 방향(Y축 방향), 상하 방향(Z축 방향)으로 운동하여 미리 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어내는 것이다.
이때 3D 프린터는 소재를 용융시킨 후 설정된 도면을 따라 얇은 층으로 겹겹이 쌓아 입체 형상을 형성하는 적층형방식이 주로 사용되고 있으며, 최근에는 사람이 식용할 수 있는 초콜릿, 밀가루, 크림 등의 성분을 소재로 활용하여 음식물의 모양을 설정된 도면대로 출력할 수 있는 3D 푸드 프린터가 각광받고 있다.
3D 푸드 프린터에 사용되는 소재가 초콜릿인 경우 용융된 상태로 토출되면서 적층되어 모양이 형성되게 되는데, 용융된 초콜릿은 온도가 저하되어 냉각되어야 굳어져 모양이 잡히기 때문에 토출된 후 냉각되는데 시간이 오래 걸려 작업시간이 오래 걸린다는 문제점이 있었다.
또한 먼저 토출되어 형상을 잡은 초콜릿의 상부에 용융된 초콜릿이 배출되면 용융된 초콜릿의 온도가 기토출된 초콜릿에 열을 가하여 녹이게 되고, 이로 인해 설정된 형상대로 초콜릿이 적층되지 못한다는 문제점이 있었다.
또한 설정된 위치에 초콜릿을 배출하기 위해 3D 푸드 프린터가 이동될 때 노즐에 남아있던 초콜릿이 중력에 의해 배출되면서 제품 모양이 지저분해지는 문제점이 있었다.
한국특허 공개번호 제10-2019-0058084
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 노즐은 가온상태로 유지하면서 토출되는 소재만 냉각되도록 하여 소재가 냉각된 상태로 적층되어 모양이 유지될 수 있도록 하는 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 소재가 토출되는 부위가 외부로 노출되도록 하여 외부에서 노즐 및 토출상태를 육안으로 확인할 수 있는 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 노즐이 설정된 위치로 이동될 때 노즐 내부에 잔존하는 용융된 소재가 중력에 의해 토출되는 것을 방지할 수 있는 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐는 밸브에 의해 개폐되어 외부로부터 용융된 소재가 공급되면 상기 소재를 수용한 후 토출시키는 토출부와, 상기 토출부의 외면에 형성되어 상기 토출부로부터 토출되는 상기 소재에 공기를 분사하여 상기 소재를 냉각시키는 냉각부와, 상기 토출부와 상기 냉각부 사이에 형성되며 상기 냉각부에서 분사되는 공기가 상기 토출부를 냉각시키지 않도록 방지하는 단열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 토출부는 상기 소재가 배출되는 끝단이 상기 단열부 및 상기 냉각부보다 하부 방면으로 돌출되어 있어 외부에서 상기 소재가 배출되는 모습을 확인할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 냉각부로부터 분사되는 공기는 코안다 효과에 의해 상기 단열부의 외면을 따라 흐르도록 유도되어 상기 토출부의 하부로 분사되어 토출되는 상기 소재 및 적층된 소재만 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 토출부와 연결되며 상기 토출부 내부에 수용된 상기 소재를 흡입하여 외부로 배출하는 흡입부,를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 흡입부는 흡입밸브에 의해 상기 토출부와 개폐될 수 있도록 형성되며, 상기 토출부에 상기 소재 공급이 중단되면 상기 용융된 소재가 토출되지 않도록 상기 흡입밸브가 개방되어 진공압에 의해 상기 소재를 흡입하는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 토출부는 상기 흡입부에 의해 내부에 수용된 상기 소재가 배출된 후 토출을 위해 상기 소재가 재공급될 때 상기 흡입부에 의해 배출된 양만큼 상기 소재가 추가로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 토출부 또는 상기 흡입부는 상기 소재가 용융된 상태로 유지되도록 내부에 열을 가하는 발열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 상기 토출부의 상기 밸브는 3웨이 밸브로 형성되어 있어, 상기 토출부로 공급되는 상기 소재의 공급유무와 상기 흡입부에 의해 배출되는 상기 소재의 배출유무를 동시에 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 의하면, 노즐은 가온상태로 유지하면서 토출되는 소재만 냉각되도록 하여 소재가 냉각된 상태로 적층되어 모양이 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 의하면, 소재가 토출되는 부위가 외부로 노출되도록 하여 외부에서 노즐 및 토출상태를 육안으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 의하면, 노즐이 설정된 위치로 이동될 때 노즐 내부에 잔존하는 용융된 소재가 중력에 의해 토출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 구조를 간략하게 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐이 코안다 효과에 의해 냉각되는 모습을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부가 형성된 모습을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부가 토출부와 밸브를 일체형으로 형성시킨 모습을 나타낸 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부에 의해 흡입된 소재가 적재된 모습을 나타낸 단면도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노즐에서 토출되는 소재를 냉각시킴으로써 3D 푸드 프린터에 의해 적층된 상태로 모양을 유지할 수 있도록 하는 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 구조를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐은 밸브에 의해 개폐되어 외부로부터 용융된 소재(10)가 공급되면 소재(10)를 수용한 후 토출시키는 토출부(100)와, 토출부(100)의 외면에 형성되어 토출부(100)로부터 토출되는 소재(10)에 공기를 분사하여 소재(10)를 냉각시키는 냉각부(200)와, 토출부(100)와 냉각부(200) 사이에 형성되며 냉각부(200)에서 분사되는 공기가 토출부(100)를 냉각시키지 않도록 방지하는 단열부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
토출부(100)는 용융된 소재(10)를 설정된 위치에 배출될 수 있도록 하기 위한 것으로서, 중공으로 형성되어 소재(10)가 이동될 수 있도록 형성되고 하단은 면적이 좁게 형성되어 소재(10)가 가압되어 토출될 수 있도록 형성되는 토출관(110)과, 토출관(110)의 상단에 형성되며 토출관(110)으로 소재(10)가 유입 또는 차단될 수 있도록 형성되는 공급밸브(120)와, 공급밸브(120) 상단에 형성되어 외부에 형성된 저장조(도시되지 않음)로부터 공급되는 소재(10)를 토출관(110)으로 이송시키는 공급관(130)으로 이루어져 있다.
저장조는 소재(10)가 저장되어 있으며, 사용되는 소재(10)의 종류에 따라 다수 개의 저장조가 형성되어 공급관(130)과 연결될 수 있게 된다.
이때 저장조에 저장된 소재(10)는 용융된 후 가압된 상태로 공급관(130)에 공급되게 되고 공급밸브(120)는 3D 푸드 프린터에 입력된 형상을 따라 이동되면서 소재(10)가 토출되어야 하는 위치에 도달되면 공급밸브(120)가 개방되어 공급관(130)에 수용된 소재(10)가 토촐관을 통해 토출될 수 있게 한다.
이때 공급밸브(120)는 포핏밸브, 스풀밸브, 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으며, 그 외의 유체의 이송을 제어하기 위해 관에 장착되어 개폐가 가능한 밸브는 모두 사용이 가능하다.
냉각부(200)는 저온의 공기를 분사하여 토출관(110)의 하단으로 토출되는 소재(10)를 냉각시키기 위한 것으로서, 상부와 하부가 개구되어 있고 내부가 비어 있어 중앙에 토출관(110) 및 하우징(310)이 삽입될 수 있도록 형성되는 커버(210)와, 커버(210)의 일측에 형성되며 외부에 형성된 공기조화기(도시되지 않음)로부터 냉각된 공기를 공급받을 수 있도록 형성되는 냉각관(220)과, 냉각관(220)에 형성되어 제어부에 의해 냉각된 공기가 투입 또는 차단될 수 있도록 개폐되는 냉각밸브(230)로 이루어져 있다.
단열부(300)는 냉각부(200)에서 분사되는 저온의 공기에 의해 토출관(110) 내부에 수용된 소재(10)가 냉각되면서 굳어지지 않도록 하기 위한 것으로, 토출관(110)의 외부에 형성되어 토출관(110)의 외면으로부터 전달되는 열전달을 방지 또는 감소시키는 하우징(310)과, 하우징(310)의 하단에 형성되며 냉각부(200)에서 분사되는 공기가 토출관(110)의 하단에서 배출되는 소재(10)로 분사되도록 유도하는 가이드(320)로 이루어져 있다.
하우징(310)은 상부에서 하부 방면으로 중앙이 관통되는 홀이 있어 토출관(110)이 삽입될 수 있도록 형성되어 있으며, 가장자리에는 냉각부(200)의 커버(210)가 장착될 수 있도록 형성되어 있다.
이때 하우징(310)은 T자로 형성되어 있어 상단 하부면 가장자리에 커버(210)가 장착될 수 있게 되며, T자로 형성된 하우징(310)에 의해 커버(210)의 내면과 하우징(310)의 외면 사이에는 공간이 형성되어 공기가 흐를 수 있게 된다.
또한 커버(210)의 개구된 상부는 하우징(310)의 상단 하부면에 결합되어 밀폐되기 때문에 냉각관(220)으로부터 공기가 투입되면 하우징(310)의 외면을 따라 이동되면서 개구된 하부로 배출될 수 있게 된다.
이때 커버(210)의 하부면에는 공기가 설정된 방향대로 분사될 수 있도록 중앙을 향해 기울어진 유도단(211)이 형성되어 있고, 하우징(310)의 하단에는 분사되는 공기가 토출관(110)의 하단으로 분사되지 않도록 방지하는 가이드(320)가 형성되어 있다.
즉, 냉각된 공기는 유도단(211)과 가이드(320) 사이의 틈새로 배출되게 되며 가이드(320)는 공기가 분사관이 있는 수평방면으로 분사되지 않도록 방지하면서, 외면에 형성된 경사면을 따라 공기가 토출되는 소재(10)에 접촉되도록 방향을 유도하게 된다.
이에 따라 토출관(110)으로부터 토출되는 소재(10)는 냉각부(200)에 의해 분사되는 냉각된 공기에 의해 온도가 저하되게 되며 적층될 때 온도가 저하된 상태에서 적층되므로 토출된 모양 그대로 적층될 수 있게 된다.
또한 냉각된 공기는 토출되는 소재(10) 및 토출된 위치에 지속적으로 분사되므로 적층된 상태의 소재(10)도 함께 냉각시켜 열전달에 의해 이미 적층된 소재(10)가 용융되거나 모양이 변형되는 점도 방지할 수 있게 된다.
또한 하우징(310)과 가이드(320)는 단열 또는 열차단 재질로 형성되어 냉각된 공기가 분사될 때 열전달에 의해 토출관(110)이 냉각되지 않도록 방지하는 것이 바람직하며, 열전도율이 낮은 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
또한 토출부(100)는 소재(10)가 용융된 상태로 유지되도록 내부에 열을 가하는 발열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
토출부(100)는 용융된 소재(10)가 통과되기 때문에 외부 환경에 따라 토출관(110)의 온도가 저하되는 경우 토출관(110) 내부에서 소재(10)가 굳어 배출되지 않는 현상이 발생될 수 있다.
이를 위해 토출관(110)의 외면에는 발열수단이 형성되어 토출관(110)을 가열시켜 일정한 온도로 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 발열수단은 열선, PTC 발열체, 면상발열필름이 토출관(110) 외면에 형성되어 열을 가할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한 토출관(110)을 이중관으로 형성한 후 중심관에는 소재(10)가 이동되도록 하고 가장자리 관에는 열풍 또는 미온수가 채워지도록 하여 중탕에 의해 소재(10)를 가열할 수도 있게 된다.
이때 중탕을 이용하는 경우 열풍 또는 미온수는 순환되면서 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 토출관(110)의 외면에는 발열수단이 형성되고, 발열수단의 외면에는 발열수단에 의해 발생된 열을 보존하기 위해 알루미늄 또는 구리로 된 열커버가 추가로 형성될 수 있다.
열커버는 토출관(110)이 발열수단에 의해 가열될 때 열을 저장하고 토출관(110)의 외면에 열을 고루 전달할 수 있는 역할을 함과 동시에, 냉각부(200)로부터 분사된 냉각된 공기에 의해 열전달이 발생되더라도 저장된 열을 이용하여 토출관(110)의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때 열커버의 외면에는 단열부(300)가 형성되는 것이 바람직하며, 단열부(300)에 의해 열전달을 방지되어 발열수단에 의해 열커버가 일정한 온도로 유지되어 토출관(110)이 냉각부(200)에서 분사되는 냉각된 공기에 의해 간접적으로 영향을 받아 온도가 저하되어 소재(10)가 굳어 토출되지 못하는 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐이 코안다 효과에 의해 냉각되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 토출부(100)는 소재(10)가 배출되는 끝단이 단열부(300) 및 냉각부(200)보다 하부 방면으로 돌출되어 있어 외부에서 소재(10)가 배출되는 모습을 확인할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 냉각부(200)로부터 분사되는 공기는 코안다 효과에 의해 단열부(300)의 외면을 따라 흐르도록 유도되어 토출부(100)의 하부로 분사되어 토출되는 소재(10) 및 적층된 소재(10)만 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
3D 푸드 프린터에서 소재(10)가 배출될 때 이상이 발생하는 경우 이를 작업자가 인지할 수 있도록 하기 위해 소재(10)가 배출되는 토출관(110)은 외부에서 확인이 가능하도록 하단으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
이를 위해 냉각부(200)의 커버(210)에 형성된 유도단(211)의 길이가 단열부(300)의 가이드(320)보다 상부에 위치되도록 형성되고, 단열부(300)의 가이드(320)는 토출부(100)의 토출관(110) 하단보다 상부에 위치되도록 형성시킨다.
이때 냉각부(200)에서 분사되는 공기가 토출관(110)에는 접촉되지 않고 토출관(110)의 하단으로 토출되는 소재(10)로 분사되도록 유도하기 위해 커버(210)의 하부면에 형성된 유도단(211)은 가이드(320)의 상단 외면을 향해 분사되도록 각도가 조절되게 된다.
또한 가이드(320)는 외면은 공기가 흐름을 타고 흐를 수 있도록 하기 위해 원호형상으로 가공되게 되며, 이로 인해 유도단(211)을 통해 냉각부(200)로부터 배출된 공기는 코안다 효과에 의해 유도단(211)의 표면을 따라 이동되게 된다.
코안다 효과에 의해 분사되는 냉각된 공기는 토출관(110)의 하단에 접촉되지 않고 토출관(110)의 하부 방면으로 토출되어 토출되는 소재(10)와 접촉될 수 있게 된다.
이를 통해 3D 푸드 프린터가 동작되는 동안 토출관(110)에서 토출되는 소재(10)가 정상적으로 토출되는지 육안으로 확인할 수 있게 되며, 문제가 발생했을 때 이를 신속하게 인지하여 수리 또는 보정할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부(400)가 형성된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐은 토출부(100)와 연결되며 토출부(100) 내부에 수용된 소재(10)를 흡입하여 외부로 배출하는 흡입부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 토출부(100)는 흡입부(400)에 의해 내부에 수용된 소재(10)가 배출된 후 토출을 위해 소재(10)가 재공급될 때 흡입부(400)에 의해 배출된 양만큼 소재(10)가 추가로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
흡입부(400)는 노즐의 이동, 작업완료, 소재(10) 교환과 같이 토출부(100)에서 소재(10)가 토출되지 않는 상태인 경우 토출관(110) 내부에 존재하는 소재(10)를 흡입하여 외부로 배출함으로써 중력에 의해 토출관(110)에 존재하는 소재(10)가 토출관(110)의 하단으로 배출되지 않도록 방지하기 위한 것이다.
흡입부(400)에 의해 소재(10)가 외부로 배출될 수 있도록 하기 위해 토출부(100)는 토출관(110)의 일측에 연결되어 소재(10)가 이동될 수 있도록 형성되는 배출관(110)이 형성되어 있다.
이때 흡입부(400)는 외부에 형성된 도 5에 형성된 수용함(440)과 연결되어 토출관(110)에 존재하는 소재(10)를 수용함(440)으로 이송시키는 흡입관(410)과, 흡입관(410)과 배출관(110) 사이에 형성되어 흡입관(410)으로 소재(10)가 이동될 수 있도록 개폐하는 흡입밸브(420)와, 수용함(440)의 상부에 수용함(440) 내부의 공기를 배출시켜 수용함(440) 및 흡입관(410)을 진공상태로 형성하는 진공관(430)(도 5참조)으로 이루어져 있다.
진공관(430)은 진공펌프와 연결되어 있어 진공펌프의 동작에 따라 수용함(440) 내부의 공기가 외부로 배출되면서 수용함(440) 내부 압력이 저하 또는 진공상태가 되게 되고, 이로 인한 압력차이로 인해 수용함(440)과 연결된 진공관(430)에도 저압 또는 진공압이 형성되게 된다.
이 상태에서 공급밸브(120)가 공급관(130)을 차단하도록 작동되고, 흡입밸브(420)가 흡입관(410)이 개방되도록 작동되면 토출관(110) 내부에 존재하는 소재(10)가 압력차이로 인해 저압 또는 진공압으로 된 흡입관(410)으로 이동되어 소재(10)가 외부로 배출될 수 있게 된다.
이 경우 소재(10)가 토출관(110) 내부에서 완전히 배출되기 때문에 중력에 의해 소재(10)가 토출관(110)의 하단으로 토출되는 문제점을 방지할 수 있어 출력되는 제품 모양이 미려해지고 복잡한 형태도 출력이 가능해진다.
또한 토출관(110) 내부에 소재(10)가 남아있지 않기 때문에 색상이 다르거나 종류가 다른 소재(10)로 교환하는 경우 교환된 소재(10)만 토출관(110)으로 투입될 수 있기 때문에 소재(10)가 섞이는 현상을 막을 수 있다.
또한 노즐의 이동이 완료되거나 소재(10)의 교환이 완료되어 소재(10)를 토출해야 되는 경우 공급밸브(120)가 동작되어 소재(10)가 토출관(110) 내부로 공급될 수 있게 된다.
이때 제어부는 토출관(110)의 내부에 소재(10)가 없기 때문에 토출관(110)의 용적만큼 소재(10)가 공급되도록 공급밸브(120)를 동작시키고, 토출관(110)의 용적만큼 소재(10)가 토출관(110)에 공급된 후에 적층되어야 할 소재(10)의 양을 추가로 배출되도록 하여 입력된 형상대로 소재(10)가 적층될 수 있도록 제어하게 된다.
즉, 3D 푸드 프린터는 입력된 설계도에 맞춰 토출되는 양을 제어하게 되는데, 토출관(110) 내부에 소재(10)가 없기 때문에 제어부는 토출관(110)의 내부를 먼저 소재(10)로 채운 후에 토출되는 양을 제어하게 된다.
따라서 제어부에는 토출관(110)의 내부 용적에 대한 정보가 사전에 입력되어 있어야 하며, 흡입부(400)에 의해 토출관(110) 내부의 소재(10)가 흡입될 때마다 제어부는 토출되어야 할 소재(10)의 양과 토출관(110) 내부를 채울 수 있는 소재(10)의 양을 합산하여 소재(10)가 공급될 수 있도록 제어하게 된다.
또한 흡입부(400)는 소재(10)가 용융된 상태로 유지되도록 내부에 열을 가하는 발열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
흡입부(400)는 용융된 소재(10)가 통과되기 때문에 외부 환경에 따라 흡입관(410)의 온도가 저하되는 경우 흡입관(410) 내부에서 소재(10)가 굳어 배출되지 않는 현상이 발생될 수 있다.
이를 위해 흡입관(410)의 외면에는 발열수단이 형성되어 흡입관(410)을 가열시켜 일정한 온도로 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 발열수단은 열선, PTC 발열체, 면상발열필름이 흡입관(410) 외면에 형성되어 열을 가할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한 흡입관(410)을 이중관으로 형성한 후 중심관에는 소재(10)가 이동되도록 하고 가장자리 관에는 열풍 또는 미온수가 채워지도록 하여 중탕에 의해 소재(10)를 가열할 수도 있게 된다.
이때 중탕을 이용하는 경우 열풍 또는 미온수는 순환되면서 온도가 일정하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
필요에 따라 수용함(440)에도 발열수단을 형성하여 수용된 소재(10)를 가열시켜 외부로 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부(400)가 토출부(100)와 밸브를 일체형으로 형성시킨 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 토출부(100)의 밸브는 3웨이 밸브로 형성되어 있어, 토출부(100)로 공급되는 소재(10)의 공급유무와 흡입부(400)에 의해 배출되는 소재(10)의 배출유무를 동시에 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
보다 구성을 간단하게 하기 위해 흡입부(400)에 형성되는 흡입밸브(420)를 사용하지 않고 3웨이 밸브로 형성된 통합밸브(500)를 이용하여 토출부(100)와 흡입부(400)를 동시에 제어할 수도 있게 된다.
통합밸브(500)는 3웨이 밸브로 형성되어 있어 하부에는 토출관(110)이 형성되고 상부 양측는 토출부(100)의 공급관(130), 흡입부(400)의 흡입관(410)이 각각 형성되어 있어 통합밸브(500)를 이용하여 흡입부(400)와 공급관(130)의 동작을 한 번에 제어할 수 있게 된다.
즉, 노즐이 입력된 형상대로 소재(10)를 토출할 때는 통합밸브(500)가 공급관(130)을 개방시켜 소재(10)가 토출관(110)으로 유입되도록 유도할 수 있게 되며, 노즐이 이동, 소재(10)교환, 작업종료가 된 경우 공급관(130)은 닫고 흡입관(410)은 개방시켜 토출관(110) 내부에 존재하는 소재(10)가 저압 또는 진공압에 의해 흡입관(410)으로 이동되어 배출될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
3웨이 밸브를 이용하는 경우 도 4와 같이 토출관(110)에 별도의 배출관(110)을 형성할 필요가 없기 때문에 구조를 보다 간결하게 형성시킬 수 있게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부(400)에 의해 흡입된 소재(10)가 적재된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 토출된 소재(10)의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐의 흡입부(400)에 형성된 수용함(440)은 일측 상단에 도 3의 토출관(110)으로부터 소재(10)가 흡입되어 이동될 수 있는 흡입관(410)이 형성되어 있으며, 상단 중앙에는 공기만 외부로 배출될 수 있도록 하여 저압 또는 진공압을 형성시키기 위한 진공관(430)이 형성되어 있다.
이때 진공관(430)은 외부에 형성된 진공펌프와 연결되어 진공펌프에 의해 수용함(440) 내부의 공기를 외부로 배출시켜 저압 또는 진공압을 형성시키게 된다.
도 5와 같이 수용함(440)은 내부가 비어있어 흡입관(410)으로부터 유입된 소재(10)를 적재할 수 있도록 형성되어 있으며, 공기보다 무거운 소재(10)는 흡입관(410)을 통해 수용함(440) 내부로 유입되면 중력에 의해 수용함(440) 하부 방면으로 가라앉게 되고 공기만 진공관(430)을 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.
또한 도 6과 같이 수용함(440)을 원통형 형태로 형성시키고 흡입관(410)은 측면에서 소재(10)가 유입되도록 하고 진공관(430)은 수용함(440)의 상부 중앙에서 하부로 길게 연장되는 사이클론 형태로 이루어질 수도 있다.
사이클론으로 형성하는 경우 공기 중에 섞여있는 미립자 소재(10)가 공기로부터 수용함(440) 내면을 따라 회전되면서 공기와 완전히 분리될 수 있게 되며, 순수한 공기만 외부로 배출시킬 수 있게 된다.
필요에 따라 진공관(430)에는 필터가 형성되어 미립자를 추가로 걸러 진공펌프가 오염되거나 손상되지 않도록 방지할 수 있다.
또한 수용함(440)은 하부에 저장된 소재(10)를 수거하여 배출할 수 있도록 형성되어 있으며 배출을 원활하게 하기 위해 수용함(440)에는 발열수단이 형성되어 있어 소재(10)를 가열하여 용융된 상태에서 배출시킬 수 있도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐에 의하면, 노즐은 가온상태로 유지하면서 토출되는 소재만 냉각되도록 하여 소재가 냉각된 상태로 적층되어 모양이 유지될 수 있고, 소재가 토출되는 부위가 외부로 노출되도록 하여 외부에서 노즐 및 토출상태를 육안으로 확인할 수 있으며, 노즐이 설정된 위치로 이동될 때 노즐 내부에 잔존하는 용융된 소재가 중력에 의해 토출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
10 : 소재 100 : 토출부
110 : 토출관 111 : 배출관
120 : 공급밸브 130 : 공급관
200 : 냉각부 210 : 커버
211 : 유도단 220 : 냉각관
230 : 냉각밸브 300 : 단열부
310 : 하우징 320 : 가이드
400 : 흡입부 410 : 흡입관
420 : 흡입밸브 430 : 진공관
440 : 수용함 500 : 통합밸브

Claims (8)

  1. 밸브에 의해 개폐되어 외부로부터 용융된 소재가 공급되면 상기 소재를 수용한 후 토출시키는 토출부와;
    상기 토출부의 외면에 형성되어 상기 토출부로부터 토출되는 상기 소재에 공기를 분사하여 상기 소재를 냉각시키는 냉각부와;
    상기 토출부와 상기 냉각부 사이에 형성되며 상기 냉각부에서 분사되는 공기가 상기 토출부를 냉각시키지 않도록 방지하는 단열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토출부는 상기 소재가 배출되는 끝단이 상기 단열부 및 상기 냉각부보다 하부 방면으로 돌출되어 있어 외부에서 상기 소재가 배출되는 모습을 확인할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각부로부터 분사되는 공기는 코안다 효과에 의해 상기 단열부의 외면을 따라 흐르도록 유도되어 상기 토출부의 하부로 분사되어 토출되는 상기 소재 및 적층된 소재만 냉각시키는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 토출부와 연결되며 상기 토출부 내부에 수용된 상기 소재를 흡입하여 외부로 배출하는 흡입부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 흡입부는
    흡입밸브에 의해 상기 토출부와 개폐될 수 있도록 형성되며,
    상기 토출부에 상기 소재 공급이 중단되면 상기 용융된 소재가 토출되지 않도록 상기 흡입밸브가 개방되어 진공압에 의해 상기 소재를 흡입하는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 토출부는
    상기 흡입부에 의해 내부에 수용된 상기 소재가 배출된 후 토출을 위해 상기 소재가 재공급될 때 상기 흡입부에 의해 배출된 양만큼 상기 소재가 추가로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 토출부 또는 상기 흡입부는
    상기 소재가 용융된 상태로 유지되도록 내부에 열을 가하는 발열수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 토출부의 상기 밸브는 3웨이 밸브로 형성되어 있어,
    상기 토출부로 공급되는 상기 소재의 공급유무와 상기 흡입부에 의해 배출되는 상기 소재의 배출유무를 동시에 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는
    토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3D 푸드 프린터용 노즐.
KR1020200023902A 2020-02-26 2020-02-26 토출된 소재의 냉각기능이 구비된 3d 푸드 프린터용 노즐 KR20210109116A (ko)

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