KR20230083562A - 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터에 관한 것이다. 상기 바이오 프린터는, 노즐을 통해 필라멘트를 토출하는 디스펜서로서, 상기 노즐을 갖는 제1 토출 모듈, 및 상기 제1 토출 모듈이 탈착 가능하게 장착되는 제2 토출 모듈을 구비하며, 출력시 제1 토출 모듈과 제2 토출 모듈은 동일한 축을 갖는 필라멘트 유동 경로를 형성하는 디스펜서; 상기 디스펜서 내에 제공되며, 상기 제1 토출 모듈과 상기 제2 토출 모듈 사이에서 필라멘트를 커팅하기 위한 필라멘트 절단 칼날; 및 상기 절단 칼날을 필라멘트 커팅 위치로 이동시키기 위한 레버를 포함할 수 있다.

Description

필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터{FILAMENT-CUTABLE BIO PRINTER}
본 발명은 바이오 프린터에 적용 가능한 디스펜서 중, 필라멘트 압출 방식의 익스트루더에 적용되어 필라멘트를 커팅하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터에 관한 것이다.
최근 조직공학과 재생의학의 연구분야 및 맞춤 의료서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 바이오 재료를 이용한 3차원 프린터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
공지의 3차원 프린터는 XYZ축을 구성하는 프레임과 바이오 재료의 토출을 위한 노즐을 포함한다. 이러한 종래의 프린터는 액체 디스펜서에 콜라겐, 젤라틴 등의 점성이 있는 유체 상태의 바이오 물질을 채워 넣는다. 상기 액체 디스펜서에 채워진 유체 상태의 바이오 물질은 노즐을 통해 출력판에 토출된다.
다만, 바이오 재료가 유체 상태가 아닌 고체 상태인 경우에는 노즐을 고온으로 가열하여 바이오 물질을 유동 가능한 형태로 토출해야 한다. 따라서, 유체 상태의 바이오 물질과 고체 상태의 바이오 물질을 함께 사용하기 위해서는 노즐을 가열한 후 식히는 과정이 반복되므로 노즐에 과부하가 걸리게 된다.
이를 해결하기 위하여, 한국 등록특허 제10-1828345호에는 스캐폴드(scaffold) 및 기타 구조물을 형성하는 고체 상태의 바이오 물질을 용융하여 토출하는 제1 디스펜서와, 유체 상태의 바이오 물질을 출력하는 제2 디스펜서를 각각 구비한 바이오 3차원 프린터가 개시되어 있다.
고체 상태의 바이오 물질을 용융하여 토출하는 제1 디스펜서로는, 스캐폴드를 형성하기 위해 PCL 필라멘트 등의 필라멘트를 출력하는 익스트루더, 약제 또는 과립 형태의 폴리머 소재를 내부에 담아놓고 고열로 멜팅하여 공압으로 출력하는 핫멜팅 모듈 등이 있다.
이 중, 필라멘트를 출력하는 익스트루더는 필라멘트를 가열하여 유동성을 갖는 형태로 노즐을 통해 토출한다. 이러한 익스트루더 중, 필라멘트가 토출되는 노즐은 다양한 길이로 제작되어 착탈식으로 교체 가능하게 적용될 수 있다. 이 경우, 노즐을 교체할 때마다 출력 후 노즐에 남아 있는 필라멘트가 익스트루더 본체와 분리되는데, 새로운 노즐이 장착되면 분리되어 익스트루더 본체에 남아 있는 필라멘트 단부가 새로운 노즐에 잘 들어가지 않는 문제가 발생한다.
또한, 익스트루더 본체에 남아 있는 필라멘트 단부의 위치를 새로운 노즐에 맞추기 위해 언로딩 후 다시 장착하는 경우에는, 이러한 작업이 통상 사람의 수작업에 의해 이루어지므로 필라멘트에 오염이 발생할 수 있다.
한국 등록특허 제10-1828345호(2018.03.29. 공고)
본 발명의 목적은 바이오 프린터의 필라멘트를 토출하는 디스펜서에서, 출력 후 필라멘트를 커팅함으로써 노즐이 교체되더라도 필라멘트의 단부가 새로운 노즐에 잘 들어갈 수 있도록 함과 동시에 필라멘트의 오염을 방지할 수 있는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터를 제공함에 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터에 관한 것이다. 상기 바이오 프린터는, 노즐을 통해 필라멘트를 토출하는 디스펜서로서, 상기 노즐을 갖는 제1 토출 모듈, 및 상기 제1 토출 모듈이 탈착 가능하게 장착되는 제2 토출 모듈을 구비하며, 출력시 제1 토출 모듈과 제2 토출 모듈은 동일한 축을 갖는 필라멘트 유동 경로를 형성하는 디스펜서; 상기 디스펜서 내에 제공되며, 상기 제1 토출 모듈과 상기 제2 토출 모듈 사이에서 필라멘트를 커팅하기 위한 필라멘트 절단 칼날; 및 상기 절단 칼날을 필라멘트 커팅 위치로 이동시키기 위한 레버를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 토출 모듈은 상기 제2 토출 모듈에 상대 이동 가능하게 장착되며, 상기 레버는 회전에 의해 상기 레버의 단부가 상기 제1 토출 모듈에 맞닿아 상기 제1 토출 모듈이 상기 제2 토출 모듈로부터 이격되도록, 상기 제2 토출 모듈에 힌지 회전 가능하게 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 절단 칼날은 상기 필라멘트 유동 경로 축의 측부에 인접 배치되며, 상기 레버가 회전하면 상기 제1 토출 모듈의 이동함에 따라 필라멘트가 상기 절단 칼날에 의해 커팅될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 토출 모듈은 상기 절단 칼날을 지지하며 복수의 돌출부가 형성된 절단 칼날 지지부를 포함하며, 상기 절단 칼날에는 상기 절단 칼날 지지부의 복수의 돌출부가 통과하는 복수의 구멍이 형성되고, 상기 제2 토출 모듈 본체에는 상기 절단 칼날 지지부의 복수의 돌출부가 끼워지는 복수의 장착 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 토출 모듈은, 제2 토출 모듈로부터 필라멘트가 유입되는 중공을 갖는 플랜지 형태의 유입부를 가지며, 상기 유입부의 중공은 하측으로 갈수록 직경이 줄어드는 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 바이오 프린터의 필라멘트를 토출하는 디스펜서에서, 출력 후 필라멘트를 커팅함으로써 노즐이 교체되더라도 필라멘트의 단부가 새로운 노즐에 잘 들어갈 수 있도록 함과 동시에 필라멘트의 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 동결 경화 방식이 적용된 바이오 프린터를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 고체 상태의 필라멘트를 용융하여 토출하는 디스펜서의 각 구성을 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1의 절단 칼날이 필라멘트를 절단하기 전 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 절단 칼날이 필라멘트를 절단한 후의 상태를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 동결 경화 방식이 적용된 바이오 프린터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 동결 경화 방식이 적용된 바이오 프린터는 하우징(1) 및 하우징(1)에 개폐 가능하게 형성된 도어(2)를 구비하며, 도어(2)에 의해 닫힌 내부 공간에서 바이오 물질의 출력을 수행한다.
상기 바이오 프린터는 디스펜서(100), 필라멘트 절단 칼날(200), 및 레버(300)를 포함한다.
디스펜서(100)는 적어도 하나 이상이며, 노즐으ㄹ 통해 바이오 물질을 토출하고 상하 이동 가능하게 형성된다. 디스펜서(100)는 고체 상태의 필라멘트를 용융하여 토출하는 익스트루더로 설계된다. 상기 필라멘트는 PCL 필라멘트로 구성될 수 있다. 디스펜서(100)의 상측에는 필라멘트가 감겨 있는 필라멘트 홀더(130)가 제공된다. 필라멘트 홀더(130)에 감겨진 필라멘트는 디스펜서(100)에 제공되며 디스펜서(100) 내에서 설정 온도로 가열된 후 노즐을 통해 토출된다.
디스펜서(100)는 제1 토출 모듈(110) 및 제2 토출 모듈(120)로 구성된다. 제1 토출 모듈(110) 단부에는 노즐이 장착되며, 제1 토출 모듈(110)은 제2 토출 모듈(120)에 탈착식으로 장착된다. 디스펜서(100)의 노즐 측부에는 디스펜서(100)로부터 토출되는 필라멘트의 열을 식히기 위한 냉각 팬(140)이 구비될 수 있다. 제2 토출 모듈(120)과 제1 토출 모듈(110)에는 동일한 축을 갖는 필라멘트 유동 경로(p)가 형성된다.
도 2는 도 1의 고체 상태의 필라멘트를 용융하여 토출하는 디스펜서의 각 구성을 도시한 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 제1 토출 모듈(110)은 히트싱크(111), 테프론 튜브(112), 방열 팬(113), 히터(114), 히트 블록(115)을 포함한다. 히트싱크(111)는 필라멘트를 쿨링하는 역할을 수행한다. 테프론 튜브(112)는 필라멘트로부터 발생되는 열을 방열한다. 방열 팬(113)은 히트싱크(111)로부터 발생되는 열을 제1 토출 모듈(110) 외부로 방열한다. 히터(114)는 노즐 측부에서 필라멘트에 열을 인가한다. 히트 블록(115)은 히터(114)의 열을 노즐로 전달한다. 히트 블록(115)에는 온도센서(116)가 장착된다.
제1 토출 모듈(110)은, 제2 토출 모듈(120)로부터 필라멘트가 유입되는 중공을 갖는 플랜지 형태의 유입부(116)를 가지며, 유입부(116)의 중공은 하측으로 갈수록 직경이 줄어드는 테이퍼진 형상으로 형성된다.
제2 토출 모듈(120)은 모터(121), 가이드 튜브(122), 제1 필라멘트 감지 센서(123), 압출기어(124), 제2 필라멘트 감지 센서(125)를 포함한다. 모터(121)는 필라멘트를 토출시키는 구동력을 제공한다. 가이드 튜브(122)는 필라멘트 삽입시 가이드 역할을 수행한다. 제1 필라멘트 감지 센서(123)는 필라멘트 삽입 여부를 감지한다. 압출기어(124)는 모터(121)로부터 구동력을 제공받아 필라멘트를 압출시킨다. 제2 필라멘트 감지 센서(125)는 필라멘트가 압출기어(124)에 정상 장착되었는지 감지한다.
제2 토출 모듈(120)과 제1 토출 모듈(110)은 커넥터(130)에 의해 연결된다. 커넥터(130)에는 제1 토출 모듈(110)에 전원을 공급하기 위한 배선이 수납될 수 있다. 제1 토출 모듈(110)은 제2 토출 모듈(120)에 대해 상대 이동 가능하게 장착된다. 예를 들어, 커넥터(130)가 제2 토출 모듈(120)에 형성된 가이드(126)를 통해 일측 또는 타측으로 이동하면서 제2 토출 모듈(120)과 제1 토출 모듈(110) 사이의 거리가 조절될 수 있다. 이때, 제2 토출 모듈(120)은 고정된 상태를 유지한다.
도 3은 도 1의 절단 칼날이 필라멘트를 절단하기 전 상태를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 1의 절단 칼날이 필라멘트를 절단한 후의 상태를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 절단 칼날(200)은 디스펜서(100) 내에 제공되며, 제2 토출 모듈(120)과 제1 토출 모듈(110) 사이에서 필라멘트를 커팅하도록 설계된다. 절단 칼날은 SUS 재질로 형성될 수 있다.
레버(300)는 절단 칼날(200)을 필라멘트 커팅 위치로 이동시킬 수 있도록 설계된다. 레버(300)는 회전에 의해 레버(300)의 단부가 제2 토출 모듈(120)에 맞닿아 제2 토출 모듈(120)이 제1 토출 모듈(110)로부터 이격되도록, 제1 토출 모듈(110)에 힌지 회전 가능하게 장착된다. 레버(300)의 손잡이 부분이 제1 토출 모듈(110)로부터 멀어지는 방향으로 이동하면, 레버(300)의 타측 부분이 제1 토출 모듈(110)를 밀어내면서, 제1 토출 모듈(110)이 제2 토출 모듈(120)로부터 수평면상에서 멀어지게 된다.
절단 칼날(200)은 필라멘트 유동 경로(p)의 측부에 인접 배치되며, 상기와 같이 레버(300)가 회전하면 제2 토출 모듈(120)의 이동함에 따라 필라멘트가 절단 칼날(200)에 의해 커팅된다. 절단 칼날(200)은 수평면상에 놓이며 칼날의 날카로운 면이 필라멘트를 향하도록 배향된다.
제2 토출 모듈(120)은 절단 칼날(200)을 지지하며 복수의 돌출부(127a)가 형성된 절단 칼날 지지부(127)를 포함한다. 절단 칼날(200)에는 절단 칼날 지지부(127)의 복수의 돌출부(127a)가 통과하는 복수의 구멍(210)이 형성되고, 제2 토출 모듈(120) 본체에는 절단 칼날 지지부(127)의 복수의 돌출부(127a)가 끼워지는 복수의 장착 구멍(128)이 형성된다.
이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (5)

  1. 노즐을 통해 필라멘트를 토출하는 디스펜서로서, 상기 노즐을 갖는 제1 토출 모듈, 및 상기 제1 토출 모듈이 탈착 가능하게 장착되는 제2 토출 모듈을 구비하며, 출력시 제1 토출 모듈과 제2 토출 모듈은 동일한 축을 갖는 필라멘트 유동 경로를 형성하는 디스펜서;
    상기 디스펜서 내에 제공되며, 상기 제1 토출 모듈과 상기 제2 토출 모듈 사이에서 필라멘트를 커팅하기 위한 필라멘트 절단 칼날; 및
    상기 절단 칼날을 필라멘트 커팅 위치로 이동시키기 위한 레버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 토출 모듈은 상기 제2 토출 모듈에 상대 이동 가능하게 장착되며,
    상기 레버는 회전에 의해 상기 레버의 단부가 상기 제1 토출 모듈에 맞닿아 상기 제1 토출 모듈이 상기 제2 토출 모듈로부터 이격되도록, 상기 제2 토출 모듈에 힌지 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절단 칼날은 상기 필라멘트 유동 경로 축의 측부에 인접 배치되며, 상기 레버가 회전하면 상기 제1 토출 모듈의 이동함에 따라 필라멘트가 상기 절단 칼날에 의해 커팅되는 것을 특징으로 하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 토출 모듈은 상기 절단 칼날을 지지하며 복수의 돌출부가 형성된 절단 칼날 지지부를 포함하며,
    상기 절단 칼날에는 상기 절단 칼날 지지부의 복수의 돌출부가 통과하는 복수의 구멍이 형성되고, 상기 제2 토출 모듈 본체에는 상기 절단 칼날 지지부의 복수의 돌출부가 끼워지는 복수의 장착 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 토출 모듈은, 제2 토출 모듈로부터 필라멘트가 유입되는 중공을 갖는 플랜지 형태의 유입부를 가지며,
    상기 유입부의 중공은 하측으로 갈수록 직경이 줄어드는 테이퍼진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터.
KR1020210171690A 2021-12-03 2021-12-03 필라멘트 커팅 가능한 바이오 프린터 KR102586031B1 (ko)

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