WO2019190233A1 - 3차원 프린팅 장치 - Google Patents

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WO2019190233A1
WO2019190233A1 PCT/KR2019/003655 KR2019003655W WO2019190233A1 WO 2019190233 A1 WO2019190233 A1 WO 2019190233A1 KR 2019003655 W KR2019003655 W KR 2019003655W WO 2019190233 A1 WO2019190233 A1 WO 2019190233A1
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material rod
cartridge
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piston
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이상규
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주식회사 쓰리디컨트롤즈
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional printing apparatus, and more particularly, to a three-dimensional printing apparatus that enables the production of metal products requiring high precision and high precision with a three-dimensional printing technique using a metal powder-containing raw material. .
  • the product forming method of the three-dimensional printer is a so-called additive type in which the object object is molded into a two-dimensional planar shape in three dimensions and melt-bonded to form a shape, and a cutting that cuts like a piece of material. There is a brother.
  • FDM method filament melt-lamination molding method for molding a product having a three-dimensional shape of an object to be printed by repeatedly laminating a two-dimensional planar shape (print layer) on a base plate by melting and discharging it from a nozzle.
  • the three-dimensional molding method used in the related art has a problem in that it is not bonded to form a product such as a metal part requiring high strength and high precision since the plastic raw material is used as described above.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a three-dimensional printing device that can be produced by a three-dimensional printing technology for a metal product that requires high precision and high strength using a metal powder-containing raw material.
  • Three-dimensional printing apparatus for solving the above problems is a cartridge in which at least one raw material rod including a metal powder and a binder is stacked; A housing having a coupling part to which the cartridge is coupled at one side; A piston provided on the other side of the housing; A transfer part provided in the housing and transferring the raw material rod of the cartridge coupled to the coupling part to the piston; And a heating unit provided at one side of the piston to heat the raw material rod transferred to the piston. It includes.
  • the raw material rod may be formed with a guide groove on the bottom, a flat portion formed with a transfer groove on the outer peripheral surface.
  • the cartridge may include a cartridge body having an opening through which the raw material rod is introduced and the raw material rod stacked therein; A guide protrusion formed on the inner surface of the cartridge body and coupled to the guide groove so that the raw material rod is aligned in one direction; A push part provided inside the cartridge body to push the raw material rod into the opening; A support part formed to protrude on one side of the opening to prevent the material rod from being separated from the opening; And a passage formed to be opened at a bottom of the opening, such that the raw material rod is transferred to the piston by the transfer unit. It may include.
  • the transfer groove may be formed by a thread.
  • the transfer unit may include a screw having a transfer thread corresponding to the transfer groove formed on an outer circumferential surface thereof so that the transfer thread contacts the transfer groove when the cartridge is coupled to the coupling unit;
  • a driving unit providing a driving force to rotate the screw;
  • a transmission part provided between the driving part and the screw to transfer the driving force to the screw. It may include.
  • the raw material rod may be passed to the piston through the passage.
  • the transfer groove may be formed in one or more horizontally based on the bottom surface of the raw material rod.
  • the transfer unit may include: a timing belt formed on an outer surface of the transfer protrusion corresponding to the transfer groove so that the transfer protrusion contacts the transfer groove when the cartridge is coupled to the coupling unit; And a gear unit transmitting a driving force to the timing belt. It may include.
  • the raw material rod may be transferred to the piston through the passage.
  • the three-dimensional printing apparatus by using a metal powder-containing raw material it is possible to manufacture a metal product requiring high precision and high precision by the three-dimensional printing technology.
  • the raw material rod stored in the cartridge in the transfer unit It is possible to continuously supply and discharge the raw material rod by using the transfer to the piston.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a three-dimensional product with a three-dimensional printing apparatus using a metal powder-containing raw material of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a raw material rod according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of a cartridge according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an exploded view showing a state before the cartridge is coupled to the raw material supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a coupling diagram showing a state in which the cartridge is coupled to the raw material supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a raw material rod according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a transfer unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a three-dimensional printing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a three-dimensional product with a three-dimensional printing apparatus using a metal powder-containing raw material of the present invention.
  • a three-dimensional printing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
  • a metal powder-containing raw material including a metal powder and a binder is prepared in the raw material preparation step (S10).
  • the metal powder may be made of a known metal material.
  • the binder may comprise a binder, a plasticizer, a lubricant and a surfactant.
  • the metal powder is preferably contained in 80 to 99% by weight of the metal powder-containing raw material.
  • the metal powder and the binder may be homogeneously mixed in a kneading machine to form a metal powder-containing raw material.
  • the binder constituting the binder is polystyrene (PS; Polystyrene), polyethylene (PE; Polyethylene), polypropylene (PP; polypropylene), ethylene vinyl acetate (EVA; Ethylene-vinylacetate), ethylene ethyl acrylate (EEA; Ethylene-ethylacrylate) , Methyl methacrylate (MMA; Methal-methacrylate), butyl methacrylate (BMA; Butyl-methacrylate) preferably contains any one or more.
  • Plasticizers include dibutyl phthalate (DBP; Dibutyl-phthalate), dioctyl phthalate (DOP), dioctyl-phthalate (EOP), laidic alcohol (Elaidic alcohol), butyl stearate (3-Octadecyloxy-1-propanol), stearamide ( Stearamide) is preferably included.
  • DBP dibutyl phthalate
  • DOP dioctyl phthalate
  • EOP dioctyl-phthalate
  • laidic alcohol Elaidic alcohol
  • butyl stearate 3-Octadecyloxy-1-propanol
  • Stearamide stearamide
  • the lubricant may include any one or more of stearic acid, oleic acid, paraffin wax, and montan wax.
  • the metal powder-containing raw material mixed with the metal powder and the binder may be molded into a rod type, pellet type, bar type, or the like.
  • the metal powder-containing raw material is molded into a rod, and conventionally, the raw material of the filament shape needs flexibility in order to wind the wire. Therefore, the raw material in the form of filament is less flexible when increasing the content of the metal powder content of the metal powder is below a certain level. Therefore, when the filament shape is made of low metal content, it is difficult to utilize the 3D printing of a material requiring high strength because the density of the finally produced object is low.
  • the pellet-shaped raw material is cumbersome in that the structure of melting the pellet later and feeding the nozzle increases the overall volume of the 3D printer system. Therefore, when considering the raw material supply structure and the density of the final object, a bar shape or a rod shape is preferable. Therefore, in the present specification, it will be described as being implemented as a rod-shaped raw material rod 10, but embodiments are not limited thereto.
  • the molding machine may mold the raw material rod 10 by various methods such as injection, extrusion and cutting, but the molding machine or the molding method is not limited thereto. In this case, the raw material rod 10 may be molded in the form shown in Figure 3 or below, as will be described later.
  • the raw material rods 10 formed in the molding machine are stacked and stored in the cartridge 110.
  • the flat portion 13 of the raw material rod 10 is aligned and stored in one direction so as to be positioned in the direction of the opening 113 of the cartridge 110.
  • a plurality of cartridges 110 in which the raw material rods 10 are stacked may be prepared.
  • the raw material rod 10 is supplied to the raw material supply unit 100 to supply the raw material rod 10 in a molten state to the nozzle.
  • the cartridge 110 is first coupled to the raw material supply unit 100, and the raw material rod 10 stacked on the cartridge 110 is transferred from the transfer unit 120 to the piston 130.
  • the raw material rod 10 transferred to the piston 130 is heated and melted in the heating unit 150.
  • the pressing unit 170 When the pressing unit 170 is further provided with the piston 130, the pressing unit 170 transmits the pressing force to the piston 130, and the pressing force is applied to the raw material rod 10 heated and melted by the heating unit 150. Can be provided. In this case, the pressing force provided to the raw material rod 10 allows the molten raw material rod 10 to flow at high pressure from the heating part 150 to the extrusion head 210.
  • the extrusion head 210 of the printing unit 200 discharges the molten raw material rod 10 to the surface of the base plate 250 through the nozzle 210a to print on the base plate 250. This is laminated.
  • the printing unit 200 repeats the laminating step to successively stack the print layers in a three-dimensional shape of a target to be printed, thereby forming the semi-finished product 50.
  • the degreasing step (S50) the semi-finished product 50 extracted in the molding step (S40) is transferred to the degreasing unit, and the binder contained in the semi-finished product 50 is removed from the degreasing unit.
  • the semi-finished product 50 from which the binder is removed is transferred to the sintering unit, and the semi-finished product 50 is sintered in the sintering unit to manufacture a finished product having a three-dimensional shape of the object to be finally printed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a three-dimensional printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the 3D printing apparatus 1 includes a raw material supply unit 100 and a printing unit 200.
  • the raw material supply unit 100 supplies the raw material rod 10 formed by homogeneously mixing the metal powder and the binder to the printing unit 200 through the raw material preparation step (S10). In this case, the raw material supply unit 100 heats the raw material rod 10 and supplies it to the printing unit 200 in a molten state.
  • the detailed structure of the raw material supply part 100 is mentioned later in FIG.
  • the printing unit 200 performs printing in the three-dimensional shape of the object to be printed by using the molten raw material rod 10 supplied from the raw material supply unit 100 as a material.
  • the printing unit 200 according to an embodiment of the present invention is an extrusion head 210 for receiving and discharging the molten raw material rod 10 from the raw material supply unit 100, the raw material rod 10 melted in the raw material supply unit 100.
  • the extrusion head 210 Connecting tube 270 for supplying the extrusion head 210, the extrusion head 210 is installed on one side, and is controlled by an external control system (not shown), X / Y / in the upper base plate 250 The moving part 230 moving in the Z-axis direction, and the base plate 250 is laminated with a metal powder-containing raw material discharged from the extrusion head 210.
  • the extrusion head 210 discharges the molten raw material rod 10 through the nozzle 210a to the surface of the base plate 250, thereby successively stacking the print layers in a three-dimensional shape of the object to be printed. Mold.
  • the moving unit 230 is external
  • the extrusion head 210 is controlled by a control system (not shown) and moves in the X / Y / Z-axis direction from the upper part of the base plate 250, and the extrusion head 210 installed at one side of the moving part 230 is connected to the metal through the nozzle 210a.
  • the powder-containing raw material 40 is discharged to the surface of the base plate 250 to sequentially stack the printed layer on the base plate 250, thereby forming the semi-finished product 50.
  • the semifinished product 50 is manufactured as a final product through a degreasing part (not shown) and a sintering part (not shown).
  • the degreasing part removes the binder from the semi-finished product 50 produced by the printing part 200.
  • the degreasing unit can remove the binder component from the semi-finished product 50 by degreasing of any one of solvent degreasing, hot degreasing or catalytic degreasing, or a combination of these.
  • the sintering part sinters the semi-finished product 50 from which the binder component has been removed by the degreasing part.
  • the metal powder contained in the semifinished product 50 is melt sintered to produce a finished product, which is a final product in the semifinished product 50.
  • the sintering unit may sinter the semi-finished product 50 from which the binder component is removed by sintering of any one of general sintering, pressure sintering and hot hydrostatic sintering, or a combination thereof to manufacture a finished product.
  • FIG. 3 is a perspective view of a raw material rod 10 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a perspective view of a cartridge 110 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is according to an embodiment of the present invention 6 is an exploded view illustrating a state before the cartridge 110 is coupled to the raw material supply unit 100
  • FIG. 6 is a combined diagram illustrating a state in which the cartridge 110 is coupled to the raw material supply unit 100 according to an embodiment of the present invention. .
  • the raw material supply unit 100 of the three-dimensional printing apparatus is a cartridge 110, one side of which one or more raw material rods 10 including metal powder and binder are stacked
  • the piston 130 is provided on the other side of the housing 140
  • the housing 140 is provided on the housing 140 is coupled to the coupling portion 101 Transfer unit 120 for transferring the raw material rod 10 of the cartridge 110 to the piston 130
  • the heating unit 150 for heating the raw material rod 10 is provided in the piston 130 to the piston 130 ).
  • the raw material rod 10 includes a metal powder and a binder as described above.
  • the metal powder may be made of a known metal material.
  • the binder may comprise a binder, a plasticizer, a lubricant and a surfactant.
  • the metal powder is preferably contained in 80 to 99% by weight of the metal powder-containing raw material 40.
  • the binder constituting the binder is polystyrene (PS; Polystyrene), polyethylene (PE; Polyethylene), polypropylene (PP; polypropylene), ethylene vinyl acetate (EVA; Ethylene-vinylacetate), ethylene ethyl acrylate (EEA; Ethylene-ethylacrylate) , Methyl methacrylate (MMA; Methal-methacrylate), butyl methacrylate (BMA; Butyl-methacrylate) preferably contains any one or more.
  • Plasticizers include dibutyl phthalate (DBP; Dibutyl-phthalate), dioctyl phthalate (DOP), dioctyl-phthalate (EOP), laidic alcohol (Elaidic alcohol), butyl stearate (3-Octadecyloxy-1-propanol), stearamide ( Stearamide) is preferably included.
  • DBP dibutyl phthalate
  • DOP dioctyl phthalate
  • EOP dioctyl-phthalate
  • laidic alcohol Elaidic alcohol
  • butyl stearate 3-Octadecyloxy-1-propanol
  • Stearamide stearamide
  • the lubricant may include any one or more of stearic acid, oleic acid, paraffin wax, and montan wax.
  • the raw material rod 10 may be molded into a specific shape in the molding machine as described above.
  • Raw material rod 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, is molded in a columnar shape.
  • the guide groove 19 is formed on the bottom surface 17 of the raw material rod 10, and the flat portion 13 having the transfer groove 15 formed on the outer circumferential surface 11 may be formed.
  • the guide groove 19 is formed to align the raw material rods 10 in one direction when the raw material rods 10 are stacked in the cartridge 110 to be described later.
  • the guide groove 19 may be formed to be recessed to be coupled to the guide groove 19 of the cartridge 110.
  • the guide groove 19 may be formed on at least one of the two bottom surfaces 17 of the circumference, and preferably, both the top and bottom surfaces of the bottom 17 of the circumference.
  • the outer circumferential surface 11 of the raw material rod 10 is formed to be curved.
  • a flat portion 13 may be formed at one side of the outer circumferential surface 11 of the raw material rod 10.
  • the planar portion 13 may be implemented with a surface formed at a position where a string exists, not a diameter or a diameter, based on the cross section of the circumference.
  • the planar portion 13 may be implemented as a cut surface of a shape cut along the string.
  • a transfer groove 15 is formed in the flat portion 13.
  • the transfer groove 15 may be implemented in various ways according to the embodiment.
  • Transfer groove 15 according to an embodiment of the present invention shown in Figure 3 may be formed of a screw thread.
  • the raw material rod 10 is stored in the cartridge 110.
  • One or more raw material rods 10 may be stacked on the cartridge 110.
  • a plurality of cartridges 110 may be prepared. The user prepares the cartridge 110 in which the raw material rod 10 is stored, and when the raw material rod 10 of one cartridge 110 is exhausted, the user replaces the cartridge with another cartridge 110 to supply the raw material rod 10 to the raw material supply part 100. Can be resupplyed. The detailed structure of the cartridge 110 will be described later.
  • the housing 140 forms an appearance of the raw material supply unit 100.
  • One side of the housing 140 may be provided with a coupling portion 101 to which the cartridge 110 is coupled.
  • a fixing protrusion 103 for fixing the cartridge 110 may be formed in the coupling portion 101, and a fixing groove 112 to which the fixing protrusion 103 is coupled may be formed in the cartridge 110.
  • the stopper 105 may protrude from one side of the coupling part 101.
  • the stopper 105 supports the one surface of the cartridge 110 when the cartridge 110 is coupled to the coupling portion 101 to determine the coupling position of the cartridge 110 together with the fixing protrusion 103.
  • the piston 130 is provided on the other side of the housing 140.
  • the piston 130 transfers the raw material rod 10 received from the transfer unit 120 to the heating unit 150 as described below.
  • a hollow through which the raw material rod 10 passes may be formed in the piston 130.
  • the piston 130 may be further provided with a pressing unit 170.
  • the pressurizing unit 170 transmits the pressing force to the piston 130, so that the piston 130 may provide the pressing force to the raw material rod 10 that is heated in the heating unit 150 to be described later.
  • the pressing force causes the molten raw material rod 10 to flow at high pressure from the heating part 150 to the extrusion head 210.
  • the pressing unit 170 may be implemented as an air compressor.
  • the pressurizing unit 170 transmits the air pressure to the piston 130 by external control, and the raw material rod 10 melted by the air pressure transferred to the piston 130 flows to the connection tube 270, finally.
  • the molten raw material rod 10 is to be injected from the extrusion head 210.
  • the transfer part 120 is provided in the housing 140.
  • the transfer unit 120 transfers the raw material rod 10 of the cartridge 110 coupled to the coupling unit 101 to the piston 130.
  • the transfer unit 120 receives the driving force to transfer the raw material rod 10 to the piston 130.
  • the detailed structure of the transfer part 120 will be described later.
  • the heating part 150 is provided at one side of the piston 130.
  • the heating unit 150 heats the raw material rod 10 transferred to the piston 130.
  • the heating unit 150 heats the raw material rod 10 to a molten state.
  • the raw material rod 10 flows along the connection tube 270 connected between the heating part 150 and the extrusion head 210 in a molten state.
  • the pressing unit 170 provided in the piston 130 may provide a pressing force to the molten raw material rod 10.
  • the molten raw material rod 10 supplied to the extrusion head 210 is discharged from the extrusion head 210 is molded into a three-dimensional semifinished product 50 as described above.
  • Raw material supply unit 100 is to form a three-dimensional finished product metal powder-containing raw material in the form of a raw material rod (10) to be stored in the cartridge 110 to be stored to increase the storage properties, the raw material rod (10) )
  • the cartridge 110 can be replaced and used to improve usability, and the raw material rod 10 is transferred from the transfer unit 120 to the piston 130 by using the raw material rod 10 stored in the cartridge 110. Continuous supply and discharge of (10) is possible.
  • Cartridge 110 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, the cartridge body in which the opening 113 is formed in which the raw material rod 10 is introduced and the raw material rod 10 is stacked therein ( 111 is formed to protrude on the inner surface of the cartridge body 111, the guide protrusion 115, which is coupled to the guide groove 19 so that the raw material rod 10 is aligned in one direction, is provided inside the cartridge body 111
  • the push part 114 which pushes the raw material rod 10 to the opening part 113 and the support part 119 which protrude in one side of the opening part 113, and prevents the raw material rod 10 from leaving to the opening part 113
  • a passage part 117 formed to be opened at the bottom surface 17 of the opening 113 to allow the raw material rod 10 to be transferred to the piston 130 by the transfer part 120.
  • One or more raw material rods 10 are stored and stacked in the cartridge body 111.
  • the interior of the cartridge body 111 is formed with a cavity (cavity) receiving space for storing a plurality of raw material rod (10).
  • One side of the cartridge body 111 is formed with an opening 113 through which the raw material rod 10 is introduced.
  • the user may insert the raw material rods 10 into the openings 113 of the cartridge body 111 one by one to stack a plurality of raw material rods 10 in the accommodation space of the cartridge body 111.
  • the raw material rod 10 may be formed of a metal powder and a binder to enable elastic deformation. Accordingly, the user can press the raw material rod 10 and pass the support 119 to be described later to stack the raw material rod 10 on the cartridge body 111 through the opening portion.
  • the guide body 115 is formed in the cartridge body 111.
  • the guide protrusion 115 may be formed to protrude on the inner surface of the cartridge body 111.
  • the guide protrusion 115 is formed to correspond to the guide groove 19 formed in the bottom surface 17 of the raw material rod 10. In some embodiments, when the guide grooves 19 are formed on both the upper and lower surfaces of the raw material rod 10, the guide grooves 19 may protrude from both the upper and lower inner surfaces of the cartridge body 111. .
  • the guide protrusion 115 aligns the raw material rods 10 in one direction. That is, the guide protrusion 115 aligns the raw material rods 10 in one direction such that the raw material rods 10 coupled to the guide grooves 19 are arranged such that the transfer grooves 15 are positioned in the opening 113 direction. In this case, the direction of the guide groove 19 and the guide protrusion 115 may be disposed in a normal direction perpendicular to the flat portion 13 on which the transfer groove 15 of the raw material rod 10 is formed.
  • the push part 114 is provided inside the cartridge body 111.
  • the push unit 114 pushes the raw material rod 10 stacked on the cartridge body 111 into the opening 113.
  • Push portion 114 is composed of a push plate 114-1 for pressing the raw material rod 10, the elastic member 114-2 for providing an elastic force to the push plate 114-1 as shown in FIG.
  • embodiments are not limited thereto.
  • the support 119 is formed to protrude on one side of the opening 113.
  • the support part 119 prevents the raw material rod 10 pushed to the opening part 113 by the push part 114 from the raw material rod 10 laminated
  • the support 119 may be formed to be curved in the direction of the opening 113 to support the outer circumferential surface 11 of the raw material rod 10 on both sides of the opening 113.
  • the user presses the raw material rod 10 to pass the support 119 to the cartridge body ( The raw material rod 10 can be laminated on the 111.
  • the passage part 117 is formed in the bottom surface 17 of the opening part 113.
  • the passage 117 may be formed to be opened so that the raw material rod 10 passes.
  • the passage part 117 is formed to be recessed further inward than the upper surface of the cartridge body 111. Passing portion 117 is passed through the raw material rod 10 so that the raw material rod 10 can be transferred to the piston 130 by the transfer unit 120 after the cartridge 110 is coupled to the coupling portion 101. It is open to the size that can be.
  • the cartridge 110 since a plurality of raw material rods 10 are stored in one cartridge 110, the raw material rods are simply replaced by the cartridge 110 when the raw material rods 10 are exhausted. There is an advantage to resupply (10).
  • a guide protrusion 115 coupled to the guide groove 19 formed in the raw material rod 10 is formed on the inner surface of the cartridge 110 so that the transfer groove 15 of the raw material rod 10 is located in the opening 113 direction. Since the raw material rod 10 is continuously supplied to the piston 130 by the transfer part 120.
  • the transfer unit 120 When a screw thread is formed in the transfer groove 15 of the flat portion 13 according to an embodiment of the present invention, the structure of the transfer portion 120 may be correspondingly implemented.
  • the transfer part 120 has a feed thread 121a corresponding to the transfer groove 15 formed on the outer circumferential surface 11, thereby providing a cartridge 110.
  • the screw 121 is in contact with the conveying thread (121a) to the conveying groove 15, the driving unit 125 for providing a driving force for rotating the screw 121, and the driving unit 125 And a transmission unit 123 provided between the screw 121 and transmitting the driving force to the screw 121.
  • the transfer groove 15 when the transfer groove 15 is formed in the raw material rod 10 in the thread according to an embodiment of the present invention, the transfer groove 15 may be formed in the same shape as the thread formed on the inner surface of the nut.
  • the screw 121, the feed screw 121a corresponding to the feed groove 15 is formed on the outer peripheral surface (11).
  • the transfer thread 121a is in contact with the transfer groove 15. Since the raw material rod 10 is arranged to be aligned by the guide groove 19 and the guide protrusion 115 so that the transfer groove 15 is positioned in the opening 113 as described above, the cartridge 110 is coupled to the coupling portion 101.
  • the feed screw 121a is in contact with the feed groove (15).
  • the driver 125 provides a driving force for rotating the screw 121.
  • the driver 125 may be implemented as a motor that receives power from the outside, but embodiments are not limited thereto.
  • the transmission part 123 is provided between the driving part 125 and the screw 121.
  • the transmission unit 123 transmits the driving force of the driving unit 125 to the screw 121.
  • the transfer unit 123 may be implemented in various known embodiments such as pulleys, gears, belts, and the like.
  • the driving unit 125 When the driving unit 125 generates a driving force to transmit the driving force to the screw 121 through the transmission unit 123, the screw 121 is rotated.
  • the feed screw 121a rotates, and the rotating feed screw 121a moves relative to the feed groove 15 so that the raw material rod 10 is transferred in one direction.
  • the raw material rod 10 passes through the passage 117 and is transferred to the piston 130.
  • the passage part 117 is formed at one side of the opening 113, the raw material rod 10 passes through the passage part 117 through relative movement with the screw 121 in the direction of the piston 130. It is conveyed, and is conveyed to the end point of the screw 121 and finally conveyed to the piston 130.
  • the plurality of raw material rods 10 stacked on the cartridge 110 are continuously supplied to the piston 130 when the screw 121 is rotated. Thereafter, as described above, the raw material rod 10 is melted by the heating unit 150, pressurized by the pressing unit 170, and finally supplied to the extrusion head 210 through the connection tube 270.
  • FIG 7 is a perspective view of a raw material rod 10 according to another embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a view showing a transfer unit 120 according to another embodiment of the present invention.
  • the transfer groove 25 As shown in FIG. 7, the transfer groove 25 according to another embodiment of the present invention is formed horizontally with respect to the bottom surface 17 of the raw material rod 10. That is, unlike the thread form of the raw material rod 10 shown in Figure 3, the transfer groove 25 is formed in the horizontal direction relative to the bottom surface 17 of the raw material rod 10. One or more transfer grooves 25 may be formed in parallel with each other.
  • the structure of the transfer part 320 may be implemented to correspond to the shape of the transfer groove 25.
  • the conveying groove 25 is formed as shown in FIG. 7, in the conveying part 320 according to another embodiment of the present invention, the conveying protrusion 321a corresponding to the conveying groove 25 is formed on the outer surface of the cartridge 110.
  • the timing belt 321 in which the transfer protrusion 321a contacts the transfer groove 25 and a gear unit 323 transmitting a driving force to the timing belt 321 when the coupling portion 101 is coupled to the coupling portion 101.
  • the timing belt 321 may be implemented as a belt or a caterpillar, but embodiments are not limited thereto.
  • the transfer protrusion 321a is formed on the outer surface of the timing belt 321.
  • the transfer protrusion 321a is formed to protrude.
  • the transfer protrusion 321a may be formed to correspond to the transfer groove 25.
  • the transfer protrusion 321a is in contact with the transfer groove 25 when the cartridge 110 is coupled to the coupling portion 101 as in the exemplary embodiment of the present invention.
  • the cartridge 110 is coupled portion
  • the projection projection (321a) is in contact with the conveying groove (25).
  • the gear unit 323 transmits a driving force to the timing belt 321.
  • the driving force may be provided by various driving units 125 as in one embodiment of the present invention.
  • the timing belt 321 is rotated.
  • the timing belt 321 rotates.
  • the transfer protrusion 321a of the timing belt 321 transfers the raw material rod 10 coupled to the transfer groove 25 in one direction.
  • the raw material rod 10 passes through the passage 117 and is transferred to the piston 130.
  • the passage part 117 is formed at one side of the opening 113, the raw material rod 10 passes through the passage part 117 by the rotation of the timing belt 321 to the piston 130 direction. Conveyed to the end point of the timing belt 321 and finally conveyed to the piston 130.
  • the plurality of raw material rods 10 stacked on the cartridge 110 are continuously supplied to the piston 130 when the timing belt 321 rotates. Thereafter, as described above, the raw material rod 10 is melted by the heating unit 150, pressurized by the pressing unit 170, and finally supplied to the extrusion head 210.
  • FIG. 9 is a three-dimensional printing apparatus 2 according to another embodiment of the present invention.
  • the raw material supply unit 100 and the nozzle 410 are disposed in direct connection.
  • the extrusion head 210 and the connection tube 270 is omitted. That is, the raw material supply unit 100 according to an embodiment of the present invention instead of the extrusion head 210 is located in the extrusion head 210, and a separate extrusion head (directly connected to one end of the heating unit 150) ( It is implemented with a nozzle-integrated raw material supply unit 400 that does not need to have a (210). Accordingly, the user can replace the cartridge 110 of the nozzle-integrated raw material supply unit 400 when the raw material rod 10 is exhausted, so that the three-dimensional semifinished product 50 can be molded.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 금속 분말과 바인더를 포함하는 원료봉이 하나 이상 적층되는 카트리지; 일측에 상기 카트리지가 결합되는 결합부가 구비되는 하우징; 상기 하우징의 타측에 구비되는 피스톤; 상기 하우징에 구비되어, 상기 결합부에 결합된 카트리지의 상기 원료봉을 상기 피스톤으로 이송하는 이송부; 및 상기 피스톤의 일측에 구비되어 상기 피스톤으로 이송된 상기 원료봉을 가열하는 가열부; 를 포함한다.

Description

3차원 프린팅 장치
본 발명은 3차원 프린팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 분말 함유 원료를 이용하여 고강도성과 함께 높은 정밀도를 요구하는 금속 제품을 3차원 프린팅 기술로 제조할 수 있도록 하는 3차원 프린팅 장치에 관한 것이다.
최근에는 물체에 대한 3차원(3D) 데이터를 이용하여 물체와 동일 또는 유사한 형태를 갖도록 3차원으로 성형할 수 있는 3차원 프린터의 사용이 증대되고 있다.
이러한 3차원 프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있으며 향후 3차원 프린터 시장은 급격하게 확대될 것으로 예상된다.
3차원 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다. 그리고, 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치조절되는 3차원 이송기구에 장착된 압출헤드의 노즐에서 용융시켜 배출함으로써 2차원 평면형태(프린트 층)를 베이스 플레이트 상에 반복적으로 적층하여 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상을 갖는 제품을 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법(FDM방법)이 있다.
그러나, 종래에 사용되던 3차원 성형방식은 상술한 바와 같이 플라스틱 원료를 이용하기 때문에 고강도성과 높은 정밀도를 요하는 금속 부품과 같은 제품을 성형하기에는 접합하지 아니한 문제가 있다.
또한, 금속 부품을 성형하기 위해 금속 분말이 함유된 원료를 제조하여 3차원 제품을 성형하고자 할 경우, 금속 분말이 함유된 원료의 형태로 인하여 기존의 FDM방법과 같이 연속적으로 원료를 공급하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속 분말 함유 원료를 이용하여 고강도성과 함께 높은 정밀도를 요구하는 금속 제품을 3차원 프린팅 기술로 제조할 수 있도록 하는 3차원 프린팅 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치는 금속 분말과 바인더를 포함하는 원료봉이 하나 이상 적층되는 카트리지; 일측에 상기 카트리지가 결합되는 결합부가 구비되는 하우징; 상기 하우징의 타측에 구비되는 피스톤; 상기 하우징에 구비되어, 상기 결합부에 결합된 카트리지의 상기 원료봉을 상기 피스톤으로 이송하는 이송부; 및 상기 피스톤의 일측에 구비되어 상기 피스톤으로 이송된 상기 원료봉을 가열하는 가열부; 를 포함한다.
또한, 상기 원료봉은 저면에 가이드 홈이 형성되고, 외주면에 이송홈이 형성된 평면부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 상기 원료봉이 인입되는 개구부가 형성되고 내부에 상기 원료봉이 적층되는 카트리지 바디; 상기 카트리지 바디의 내면에 돌출되게 형성되어, 상기 원료봉이 일방향으로 정렬되도록 상기 가이드 홈에 결합되는 가이드 돌기; 상기 카트리지 바디의 내측에 구비되어 상기 원료봉을 상기 개구부로 밀어내는 푸쉬부; 상기 개구부의 일측에 돌출되게 형성되어 상기 원료봉이 상기 개구부에서 이탈되는 것을 방지하는 지지부; 및 상기 개구부의 저면에 개구되게 형성되어, 상기 원료봉이 상기 이송부에 의해 상기 피스톤으로 이송되도록 하는 통과부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이송홈은 나사산으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이송부는, 상기 이송홈에 대응되는 이송 나사산이 외주면에 형성되어, 상기 카트리지가 상기 결합부에 결합 시 상기 이송홈에 상기 이송 나사산이 접촉되는 스크류; 상기 스크류를 회전시키는 구동력을 제공하는 구동부; 및 상기 구동부와 상기 스크류 사이에 구비되어 상기 구동력을 상기 스크류로 전달하는 전달부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크류의 회전 시 상기 원료봉은 상기 통과부를 통과하여 상기 피스톤으로 이송될 수 있다.
또한, 상기 이송홈은 상기 원료봉의 저면을 기준으로 수평하게 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 이송부는, 상기 이송홈에 대응되는 이송돌기가 외면에 형성되어, 상기 카트리지가 상기 결합부에 결합 시 상기 이송홈에 상기 이송돌기가 접촉되는 타이밍 벨트; 및 상기 타이밍 벨트에 구동력을 전달하는 기어부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타이밍 벨트의 회전 시 상기 원료봉은 상기 통과부를 통과하여 상기 피스톤으로 이송될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 프린팅 장치에 따르면, 금속 분말 함유 원료를 이용하여 고강도성과 함께 높은 정밀도를 요구하는 금속 제품을 3차원 프린팅 기술로 제조할 수 있게 된다.
또한, 금속 분말 함유 원료를 원료봉 형태로 성형한 후 카트리지에 적층되게 저장하여 저장성을 높이고, 원료봉의 소진 시 카트리지를 교환하여 사용 가능하게 구성하여 사용 편의성을 향상시키며, 이송부에서 카트리지에 저장된 원료봉을 피스톤으로 이송하여 사용함으로써 원료봉의 연속적인 공급 및 토출이 가능하게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 금속 분말 함유 원료를 이용한 3차원 프린팅 장치로 3차원 제품을 제조하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료봉의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 원료 공급부에 결합되기 전의 상태를 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 원료 공급부에 결합된 상태를 나타내는 결합도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원료봉의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이송부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치이다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 조작자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 금속 분말 함유 원료를 이용한 3차원 프린팅 장치로 3차원 제품을 제조하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 방법은 원료 준비단계(S10)에서 금속 분말과 바인더를 포함하는 금속 분말 함유 원료를 제조한다.
금속 분말은 공지의 금속 재질로 실시될 수 있다. 바인더는 결합제, 가소제, 윤활제 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 금속 분말은 금속 분말 함유 원료의 80 ~ 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 금속 분말과 바인더는 혼련기(Kneading machine)에 균질하게 혼합되어, 금속 분말 함유 원료로 형성될 수 있다.
바인더를 구성하는 결합제는 폴리스틸렌(PS; Polystyrene), 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 에틸렌비닐아세테이트(EVA; Ethylene-vinylacetate), 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA; Ethylene-ethylacrylate), 메틸메타아크릴레이트(MMA; Methal-methacrylate), 부틸메타아크릴레이트(BMA; Butyl-methacrylate) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
가소제는 프탈산디부틸(DBP; Dibutyl-phthalate), 프탈산디옥틸(DOP; Dioctyl-phthalate), 엘라이딘알콜(Elaidic alcohol), 브틸스테알레이트(3-Octadecyloxy-1-propanol), 스테아로아미드(Stearamide) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
윤활제는 스테아린산(Stearic acid), 오레인산(Oleic acid), 파라핀 왁스(Paraffin wax), 몬탄 왁스(Montan wax) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
성형기에서 금속 분말과 바인더가 혼합된 금속 분말 함유 원료를 봉형(rod type), 펠릿형(pellet type), 바형(bar type) 등의 형태로 성형할 수 있다.
단, 본 발명에서는 금속 분말 함유 원료는 봉형으로 성형되는데, 기존에 필라멘트 형상의 원료는 와이어 형태로 감기 위해서 유연성이 필요하다. 따라서, 필라멘트 형태의 원료는 금속 분말의 함량을 높이는 경우에는 유연성이 떨어지기 때문에 금속 분말의 함량이 일정 수준 이하가 된다. 따라서, 필라멘트 형상으로 만든 경우에는 금속 함량이 낮기 때문에 최종적으로 생성된 물체의 밀도가 낮아져서 고강도를 요구하는 물질의 3D 프린팅에는 활용하기가 어렵다.
펠릿 형상의 원료는 추후에 펠릿을 용융하여 노즐까지 공급하는 구조가 번거롭기 때문에 3D 프린터 시스템의 전체적인 부피들이 커진다. 따라서, 원료 공급 구조 및 최종 물체의 밀도를 고려할 때에 바형이나 봉형이 바람직하다. 따라서, 본 명세서에서는 봉 형태의 원료봉(raw material rod, 10)으로 실시되는 것으로 설명하나, 이에 실시예가 한정되는 것은 아니다. 또한, 성형기는 사출, 압출 후 절단 등의 다양한 방법으로 원료봉(10)을 성형할 수 있으나, 이에 성형기 또는 성형 방법이 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 원료봉(10)은 후술하는 것과 같이 도 3 이하에 도시된 형태로 성형될 수 있다.
성형기에서 성형된 원료봉(10)은 카트리지(110)에 적층되어 저장된다. 이 경우 후술하는 것과 같이 원료봉(10)의 평면부(13)가 카트리지(110)의 개구부(113) 방향에 위치되게 배치되도록 일방향으로 정렬되어 저장된다. 또한, 원료봉(10)이 적층된 카트리지(110)는 복수개가 준비될 수 있다.
원료 공급단계(S20)에서는 원료 공급부(100)에 원료봉(10)을 공급하여 용융된 상태의 원료봉(10)이 노즐로 공급된다. 원료 공급단계(S20)에서는 먼저 원료 공급부(100)에 카트리지(110)를 결합시키고, 이송부(120)에서 카트리지(110)에 적층된 원료봉(10)을 피스톤(130)으로 이송시킨다. 피스톤(130)으로 이송된 원료봉(10)은 가열부(150)에서 가열되어 용융된다.
피스톤(130)에 가압부(170)가 더 구비될 경우, 가압부(170)가 피스톤(130)에 가압력을 전달하여, 가열부(150)에서 가열되어 용융된 원료봉(10)에 가압력이 제공될 수 있다. 이 경우, 원료봉(10)에 제공된 가압력은 용융된 원료봉(10)이 가열부(150)에서 압출헤드(210)까지 고압으로 유동되도록 한다.
적층단계(S30)에서는 프린팅부(200)의 압출헤드(210)가 노즐(210a)을 통해 용융된 원료봉(10)을 베이스 플레이트(250) 표면으로 토출하여 베이스 플레이트(250) 상에 프린트 층이 적층된다.
성형단계(S40)에서는 프린팅부(200)는 적층 단계를 반복 수행하여 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트 층을 연속으로 적층하여 반제품(50)이 성형된다.
탈지단계(S50)에서는 성형단계(S40)에서 추출된 반제품(50)을 탈지부로 이송시켜, 탈지부에서 반제품(50)에 함유된 바인더가 제거된다.
마지막으로, 소결단계(S60)에서는 바인더가 제거된 반제품(50)을 소결부로 이송시켜, 소결부에서 반제품(50)을 소결하여 최종적으로 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상을 갖는 완제품을 제조한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치(1)는 원료 공급부(100)와 프린팅부(200)를 포함한다.
원료 공급부(100)는 원료 준비단계(S10)을 통해 금속 분말과 바인더가 균질하게 혼합되어 형성된 원료봉(10)을 프린팅부(200)로 공급한다. 이 경우, 원료 공급부(100)는 원료봉(10)을 가열하여 용융된 상태로 프린팅부(200)에 공급한다. 원료 공급부(100)의 상세 구조에 대하여는 도 3 이하에서 후술한다.
프린팅부(200)는 원료 공급부(100)로부터 공급된 용융된 원료봉(10)을 재료로 하여 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린팅을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅부(200)는 원료 공급부(100)로부터 용융된 원료봉(10)을 공급받아 토출하는 압출헤드(210), 원료 공급부(100)에서 용융된 원료봉(10)을 압출헤드(210)로 공급하는 연결튜브(270), 일측에 압출헤드(210)가 설치되고, 외부의 제어 시스템(미도시)에 의해 제어되어 베이스 플레이트(250) 상부에서 X/Y/Z축 방향으로 이동하는 이동부(230), 압출헤드(210)로부터 토출되는 금속 분말 함유 원료가 적층되는 베이스 플레이트(250)를 포함한다.
압출헤드(210)는 노즐(210a)을 통해 용융된 원료봉(10)을 베이스 플레이트(250)의 표면으로 토출하여 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트 층을 연속적으로 적층함으로써 반제품(50)을 성형한다.
반제품(50)을 성형하는 프린팅부(200)의 동작을 살펴보면, 원료 공급부(100)로부터 공급된 용융된 원료봉(10)이 압출헤드(210)에 공급된 후 이동부(230)가 외부의 제어 시스템(미도시)에 의해 제어되어 베이스 플레이트(250) 상부에서 X/Y/Z축 방향으로 이동하고, 이동부(230)의 일측에 설치된 압출헤드(210)가 노즐(210a)를 통해 금속 분말 함유 원료(40)를 베이스 플레이트(250) 표면으로 토출하여 베이스 플레이트(250) 상에 프린트 층을 연속으로 적층함으로써 반제품(50)을 성형하는 순서로 동작한다.
반제품(50)은 탈지부(미도시) 및 소결부(미도시)를 거쳐 최종 제품으로 제조된다. 탈지부는 프린팅부(200)에 의해 제작된 반제품(50)에서 바인더를 제거한다. 이때, 탈지부는 용매 탈지, 열간 탈지 또는 촉매 탈지 중 어느 하나의 탈지방식이나, 이들을 조합한 탈지방식으로 반제품(50)으로부터 바인더 성분을 제거할 수 있다.
소결부는 탈지부에 의해 바인더 성분이 제거된 반제품(50)을 소결한다. 소결부에서는 반제품(50)에 함유된 금속 분말이 용융 소결되어 반제품(50)에서 최종 제품인 완제품이 제조된다.
이때, 소결부는 일반 소결, 가압 소결, 열간 정수압 소결 중 어느 하나의 소결방식 또는 이들을 조합한 소결방식으로 바인더 성분이 제거된 반제품(50)을 소결하여 완제품을 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원료봉(10)의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)가 원료 공급부(100)에 결합되기 전의 상태를 나타내는 분해도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)가 원료 공급부(100)에 결합된 상태를 나타내는 결합도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 원료 공급부(100)에 대하여 설명한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치의 원료 공급부(100)는 금속 분말과 바인더를 포함하는 원료봉(10)이 하나 이상 적층되는 카트리지(110), 일측에 카트리지(110)가 결합되는 결합부(101)가 구비되는 하우징(140), 하우징(140)의 타측에 구비되는 피스톤(130), 하우징(140)에 구비되어 결합부(101)에 결합된 카트리지(110)의 원료봉(10)을 피스톤(130)으로 이송하는 이송부(120), 및 피스톤(130)에 구비되어 피스톤(130)으로 이송된 원료봉(10)을 가열하는 가열부(150)를 포함한다.
원료봉(10)은 상술한 것과 같이 금속 분말과 바인더를 포함한다. 금속 분말은 공지의 금속 재질로 실시될 수 있다. 바인더는 결합제, 가소제, 윤활제 및 계면활성제를 포함할 수 있다. 금속 분말은 금속 분말 함유 원료(40)의 80 ~ 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
바인더를 구성하는 결합제는 폴리스틸렌(PS; Polystyrene), 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 에틸렌비닐아세테이트(EVA; Ethylene-vinylacetate), 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA; Ethylene-ethylacrylate), 메틸메타아크릴레이트(MMA; Methal-methacrylate), 부틸메타아크릴레이트(BMA; Butyl-methacrylate) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
가소제는 프탈산디부틸(DBP; Dibutyl-phthalate), 프탈산디옥틸(DOP; Dioctyl-phthalate), 엘라이딘알콜(Elaidic alcohol), 브틸스테알레이트(3-Octadecyloxy-1-propanol), 스테아로아미드(Stearamide) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
윤활제는 스테아린산(Stearic acid), 오레인산(Oleic acid), 파라핀 왁스(Paraffin wax), 몬탄 왁스(Montan wax) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
원료봉(10)은 상술한 것과 같이 성형기에서 특정한 형상으로 성형될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원료봉(10)은, 도 3에 도시된 것과 같이, 원주형으로 성형된다. 이 경우, 원료봉(10)의 저면(17)에 가이드 홈(19)이 형성되고, 외주면(11)에 이송홈(15)이 형성된 평면부(13)가 형성될 수 있다.
가이드 홈(19)은 후술하는 카트리지(110)에 원료봉(10)을 적층 시 원료봉(10)을 일방향으로 정렬시키기 위해 형성된다. 가이드 홈(19)은 카트리지(110)의 가이드 홈(19)에 결합되도록 함몰되게 형성될 수 있다. 가이드 홈(19)은 원주의 두 개의 저면(17) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 원주 양단의 저면(17)인 상면과 하면에 모두 형성될 수 있다.
원료봉(10)의 외주면(11)은 만곡되게 형성된다. 원료봉(10)의 외주면(11) 중 일측에는 평면부(13)가 형성될 수 있다. 평면부(13)는 원주의 단면을 기준으로 볼 때 지름 또는 지름이 아닌 현이 존재하는 위치에 형성된 면으로 실시될 수 있다. 평면부(13)는 현을 따라 절단한 형태의 절단면으로 실시될 수 있다.
평면부(13)에는 이송홈(15)이 형성된다. 이송홈(15)은 실시예에 따라 다양하게 실시될 수 있다. 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이송홈(15)은 나사산으로 형성될 수 있다.
카트리지(110)에는 원료봉(10)이 저장된다. 원료봉(10)은 카트리지(110)에 하나 이상 적층될 수 있다. 카트리지(110)는 복수개가 준비될 수 있다. 사용자는 원료봉(10)이 저장된 카트리지(110)를 준비하여 하나의 카트리지(110)의 원료봉(10)이 소진 시 다른 카트리지(110)로 교환하여 원료 공급부(100)에 원료봉(10)을 재공급 할 수 있다. 카트리지(110)의 상세 구조에 대하여는 후술한다.
하우징(140)은 원료 공급부(100)의 외관을 형성한다. 하우징(140)의 일측에는 카트리지(110)가 결합되는 결합부(101)가 구비될 수 있다. 이 경우, 결합부(101)에는 카트리지(110)를 고정하기 위한 고정 돌기(103)가 형성될 수 있으며, 카트리지(110)에는 고정 돌기(103)가 결합되는 고정홈(112)이 형성될 수 있다.
결합부(101)의 일측에는 스토퍼(105)가 돌출되게 형성될 수 있다. 스토퍼(105)는 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 카트리지(110)의 일면을 지지하여 고정 돌기(103)와 함께 카트리지(110)의 결합위치를 결정하는 기능을 한다.
피스톤(130)은 하우징(140)의 타측에 구비된다. 피스톤(130)은 후술하는 것과 같이 이송부(120)에서 전달받은 원료봉(10)을 가열부(150)로 전달한다. 이때, 피스톤(130)에는 원료봉(10)이 통과되는 중공이 형성될 수 있다.
피스톤(130)에는 가압부(170)가 더 구비될 수 있다. 가압부(170)는 피스톤(130)부에 가압력을 전달하여, 피스톤(130)이 후술하는 가열부(150)에서 가열되어 용융된 원료봉(10)에 가압력을 제공할 수 있게 한다. 가압력은 용융된 원료봉(10)이 가열부(150)에서 압출헤드(210)까지 고압으로 유동되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가압부(170)는 공기 압축기(Air compressor)로 실시될 수 있다. 가압부(170)는 외부의 제어에 의해 공기압을 피스톤(130)으로 전달하고, 피스톤(130)에 전달된 공기압에 의해 용융된 원료봉(10)이 연결튜브(270)로 유동하여, 최종적으로는 용융된 원료봉(10)이 압출헤드(210)에서 사출되도록 한다.
이송부(120)는 하우징(140)에 구비된다. 이송부(120)는 결합부(101)에 결합된 카트리지(110)의 원료봉(10)을 피스톤(130)으로 이송한다. 이송부(120)는 구동력을 전달받아 원료봉(10)을 피스톤(130)으로 이송되게 한다. 이송부(120)의 상세 구조에 대하여는 후술한다.
가열부(150)는 피스톤(130)의 일측에 구비된다. 가열부(150)는 피스톤(130)으로 이송된 원료봉(10)을 가열한다. 가열부(150)는 원료봉(10)을 가열하여 용융된 상태로 만든다. 원료봉(10)은 용융된 상태로 가열부(150)와 압출헤드(210) 사이에 연결된 연결튜브(270)를 따라 유동된다. 이 경우, 실시예에 따라 피스톤(130)에 구비된 가압부(170)가 용융된 원료봉(10)에 가압력을 제공할 수 있다. 압출헤드(210)로 공급된 용융된 원료봉(10)은 압출헤드(210)에서 토출되어 상술한 것과 같이 3차원의 반제품(50)으로 성형된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원료 공급부(100)는 3차원 완제품의 금속 분말 함유 원료를 원료봉(10) 형태로 성형한 후 카트리지(110)에 적층되게 저장하여 저장성을 높이고, 원료봉(10)의 소진 시 카트리지(110)를 교환하여 사용 가능하게 구성하여 사용 편의성을 향상시키고, 이송부(120)에서 카트리지(110)에 저장된 원료봉(10)을 피스톤(130)으로 이송하여 사용함으로써 원료봉(10)의 연속적인 공급 및 토출이 가능하게 된다.
이하에서는 카트리지(110)의 상세 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)는, 도 4에 도시된 것과 같이, 원료봉(10)이 인입되는 개구부(113)가 형성되고 내부에 원료봉(10)이 적층되는 카트리지 바디(111), 카트리지 바디(111)의 내면에 돌출되게 형성되어, 원료봉(10)이 일방향으로 정렬되도록 가이드 홈(19)에 결합되는 가이드 돌기(115), 카트리지 바디(111)의 내측에 구비되어 원료봉(10)을 개구부(113)로 밀어내는 푸쉬부(114), 개구부(113)의 일측에 돌출되게 형성되어 원료봉(10)이 개구부(113)로 이탈되는 것을 방지하는 지지부(119), 및 개구부(113)의 저면(17)에 개구되게 형성되어 원료봉(10)이 이송부(120)에 의해 피스톤(130)으로 이송되도록 하는 통과부(117)를 포함한다.
카트리지 바디(111)에는 원료봉(10)이 하나 이상 저장되어 적층된다. 이때, 카트리지 바디(111)의 내부에는 다수의 원료봉(10)이 저장되는 공동(cavity)의 수용공간이 형성된다.
카트리지 바디(111)의 일측에는 원료봉(10)이 인입되는 개구부(113)가 형성된다. 사용자는 카트리지 바디(111)의 개구부(113)로 원료봉(10)을 하나씩 인입시켜 카트리지 바디(111)의 수용공간에 다수개의 원료봉(10)을 적층시킬 수 있다.
원료봉(10)은 금속 분말과 바인더로 형성되어 탄성변형이 가능하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 원료봉(10)을 가압하여 후술하는 지지부(119)를 통과시켜 개부부를 통해 카트리지 바디(111)에 원료봉(10)을 적층시킬 수 있게 된다.
카트리지 바디(111)에는 가이드 돌기(115)가 형성된다. 가이드 돌기(115)는 카트리지 바디(111)의 내면에 돌출되게 형성될 수 있다. 가이드 돌기(115)는 원료봉(10)의 저면(17)에 형성된 가이드 홈(19)에 결합될 수 있도록 대응되게 형성된다. 실시예에 따라, 원료봉(10)의 상면 및 하면 모두에 가이드 홈(19)이 형성될 경우, 가이드 홈(19)은 카트리지 바디(111)의 상측 및 하측 내면 모두에 돌출되어 형성될 수 있다.
가이드 돌기(115)는 원료봉(10)을 일방향으로 정렬시킨다. 즉, 가이드 돌기(115)는 가이드 홈(19)에 결합된 원료봉(10)이 개구부(113) 방향으로 이송홈(15)이 위치되게 배치되도록, 원료봉(10)을 일방향으로 정렬시킨다. 이 경우, 가이드 홈(19) 및 가이드 돌기(115)의 방향은 원료봉(10)의 이송홈(15)이 형성된 평면부(13)에 수직한 법선 방향으로 배치될 수 있다.
카트리지 바디(111)의 내측에는 푸쉬부(114)가 구비된다. 푸쉬부(114)는 카트리지 바디(111)에 적층된 원료봉(10)을 개구부(113)로 밀어낸다. 푸쉬부(114)는 도 5에 도시된 것과 같이 원료봉(10)을 가압하는 푸쉬 플레이트(114-1), 푸쉬 플레이트(114-1)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(114-2)로 구성될 수 있으나, 이에 실시예가 한정되는 것은 아니다.
지지부(119)는 개구부(113)의 일측에 돌출되게 형성된다. 지지부(119)는, 카트리지 바디(111)에 적층된 원료봉(10) 중, 푸쉬부(114)에 의해 개구부(113)로 밀려나는 원료봉(10)이 개구부(113)에서 이탈되는 것을 방지한다.
지지부(119)는 개구부(113)의 양측에서 원료봉(10)의 외주면(11)을 지지하도록 개구부(113) 방향으로 만곡되게 형성될 수 있다. 이 경우, 상술한 것과 같이 원료봉(10)은 금속 분말과 바인더를 포함하도록 성형되어 탄성변형이 가능하게 형성되므로, 사용자가 원료봉(10)을 가압하여 지지부(119)를 통과시켜 카트리지 바디(111)에 원료봉(10)을 적층시킬 수 있다.
통과부(117)는 개구부(113)의 저면(17)에 형성된다. 통과부(117)는 원료봉(10)이 통과되도록 개구되게 형성될 수 있다. 통과부(117)는 카트리지 바디(111)의 상면보다 내측으로 더 함몰되게 형성된다. 통과부(117)는 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합된 후, 이송부(120)에 의해 원료봉(10)이 피스톤(130)으로 이송될 수 있도록, 원료봉(10)이 통과할 수 있는 크기로 개구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)에 의하면 다수의 원료봉(10)을 하나의 카트리지(110)에 저장하므로, 원료봉(10)의 소진 시 카트리지(110)를 간단히 교체하여 원료봉(10)을 재공급할 수 있는 이점이 있다.
또한, 원료봉(10)에 형성된 가이드 홈(19)에 결합되는 가이드 돌기(115)가 카트리지(110) 내면에 형성되어 원료봉(10)의 이송홈(15)이 개구부(113) 방향에 위치되게 배치되므로, 이송부(120)에 의해 원료봉(10)이 피스톤(130)으로 연속적으로 공급될 수 있게 된다.
이하에서는 이송부(120)의 상세 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 평면부(13)의 이송홈(15)에 나사산이 형성될 경우, 이송부(120)의 구조도 이에 대응되게 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이송부(120)는, 도 5 내지 도 6에 도시된 것과 같이, 이송홈(15)에 대응되는 이송 나사산(121a)이 외주면(11)에 형성되어, 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 이송홈(15)에 이송 나사산(121a)이 접촉되는 스크류(121), 스크류(121)를 회전시키는 구동력을 제공하는 구동부(125), 및 구동부(125)와 스크류(121) 사이에 구비되어 구동력을 스크류(121)로 전달하는 전달부(123)를 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라 원료봉(10)에 이송홈(15)이 나사산으로 형성되는 경우, 이송홈(15)은 너트의 내측면에 형성된 나사산과 같은 형태로 형성될 수 있다.
이때, 스크류(121)에는 이송홈(15)에 대응되는 이송 나사산(121a)이 외주면(11)에 형성된다. 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 이송 나사산(121a)은 이송홈(15)에 접촉된다. 원료봉(10)은 상술한 것과 같이 이송홈(15)이 개구부(113)에 위치되도록 가이드 홈(19) 및 가이드 돌기(115)에 의해 정렬되어 배치되므로, 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 이송 나사산(121a)이 이송홈(15)에 접촉된다.
구동부(125)는 스크류(121)를 회전시키는 구동력을 제공한다. 구동부(125)는 외부로부터 전원을 받는 모터 등으로 실시될 수 있으나 이에 실시예가 한정되는 것은 아니다.
전달부(123)는 구동부(125)와 스크류(121) 사이에 구비된다. 전달부(123)는 구동부(125)의 구동력을 스크류(121)로 전달한다. 전달부(123)는 풀리, 기어, 벨트 등의 공지된 다양한 실시예로 실시될 수 있다.
구동부(125)가 구동력을 발생하여 전달부(123)를 통해 스크류(121)로 구동력을 전달하면, 스크류(121)가 회전된다. 스크류(121)가 회전되면 이송 나사산(121a)이 회전하고, 회전하는 이송 나사산(121a)은 이송홈(15)에 상대운동을 하여, 원료봉(10)이 일방향으로 이송된다.
이에 따라, 스크류(121)의 회전 시 원료봉(10)은 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130)으로 이송된다. 상술한 것과 같이 개구부(113)의 일측에는 통과부(117)가 개구되어 형성되므로 원료봉(10)은 스크류(121)와의 상대운동을 통해 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130) 방향으로 이송되고, 스크류(121)의 종단지점까지 이송되어 최종적으로 피스톤(130)에 이송된다.
이 경우, 하나의 원료봉(10)이 이송된 후, 푸쉬부(114)에 의해 카트리지(110)에 저장된 또 다른 원료봉(10)이 개구부(113)로 위치된다. 푸쉬부(114)에 의해 개구부(113)로 밀려난 원료봉(10)은 이송홈(15)이 스크류(121)의 이송 나사산(121a)에 접촉되고, 스크류(121)의 회전에 의해 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130) 방향으로 이송된다.
따라서, 카트리지(110)에 적층된 다수의 원료봉(10)은 스크류(121)의 회전 시 연속적으로 피스톤(130)으로 공급되게 된다. 이후, 상술한 것과 같이 원료봉(10)이 가열부(150)에 의해 용융되며, 가압부(170)에 의해 가압되어 연결튜브(270)를 통해 최종적으로 압출헤드(210)로 공급된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원료봉(10)의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이송부(120)를 나타내는 도면이다.
이하에서는 원료봉(10) 및 이송부(120)의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 이하에서는 차이점이 있는 구성요소 위주로 설명하고, 설명 또는 도시되지 않은 구성요소는 상술한 구성요소에 대한 설명 및 도시된 내용으로 대체한다.
도 7에 도시된 것과 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이송홈(25)은 원료봉(10)의 저면(17)을 기준으로 수평하게 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 원료봉(10)의 나사산 형태와 상이하게, 이송홈(25)은 원료봉(10)의 저면(17)을 기준으로 수평방향으로 이송홈(25)이 형성된다. 이송홈(25)은 하나 이상이 서로 평행하게 형성될 수 있다.
이송부(320)의 구조는 이송홈(25)의 형상에 대응되게 실시될 수 있다. 이송홈(25)이 도 7과 같이 형성된 경우, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이송부(320)는, 이송홈(25)에 대응되는 이송돌기(321a)가 외면에 형성되어, 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 이송홈(25)에 이송돌기(321a)가 접촉되는 타이밍 벨트(321) 및 타이밍 벨트(321)에 구동력을 전달하는 기어부(323)를 포함한다.
타이밍 벨트(321)는 벨트 또는 캐터필러(caterpillar)로 실시될 수 있으나 이에 실시예가 한정되는 것은 아니다.
타이밍 벨트(321)의 외면에는 이송돌기(321a)가 형성된다. 이송돌기(321a)는 돌출되게 형성된다. 이송돌기(321a)는 이송홈(25)에 결합되도록 대응되게 형성될 수 있다.
이송돌기(321a)는, 본 발명의 일 실시예와 같이, 카트리지(110)가 결합부(101)에 결합 시 이송홈(25)에 접촉된다. 이때, 원료봉(10)은 상술한 것과 같이 이송홈(25)이 개구부(113)에 위치되도록 가이드 홈(19) 및 가이드 돌기(115)에 의해 정렬되어 배치되므로, 카트리지(110)를 결합부(101)에 결합 시 이송돌기(321a)가 이송홈(25)에 접촉되게 된다.
기어부(323)는 타이밍 벨트(321)에 구동력을 전달한다. 구동력은 본 발명의 일 실시예와 같이 다양한 구동부(125)에 의해 제공될 수 있다. 기어부(323)에 구동력이 전달되면 타이밍 벨트(321)가 회전된다.
구동력이 기어부(323)에 인가되어 기어부(323)가 회전하면 타이밍 벨트(321)가 회전된다. 타이밍 벨트(321)가 회전하면 타이밍 벨트(321)의 이송돌기(321a)는 이송홈(25)에 결합된 원료봉(10)을 일방향으로 이송시킨다.
이에 따라, 타이밍 벨트(321)의 회전 시 원료봉(10)은 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130)으로 이송된다. 상술한 것과 같이 개구부(113)의 일측에는 통과부(117)가 개구되어 형성되므로 원료봉(10)은 타이밍 벨트(321)의 회전에 의해 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130) 방향으로 이송되고, 타이밍 벨트(321)의 종단지점까지 이송되어 최종적으로 피스톤(130)에 이송된다.
이 경우, 하나의 원료봉(10)이 이송된 후, 푸쉬부(114)에 의해 카트리지(110)에 저장된 또 다른 원료봉(10)이 개구부(113)로 위치된다. 개구부(113)에 위치된 원료봉(10)은 타이밍 벨트(321)의 이송돌기(321a)에 이송홈(25)이 접촉되므로, 타이밍 벨트(321)의 회전에 의해 통과부(117)를 통과하여 피스톤(130) 방향으로 이송된다.
따라서, 카트리지(110)에 적층된 다수의 원료봉(10)은 타이밍 벨트(321)의 회전 시 연속적으로 피스톤(130)으로 공급되게 된다. 이후, 상술한 것과 같이 원료봉(10)이 가열부(150)에 의해 용융되며, 가압부(170)에 의해 가압되어 최종적으로 압출헤드(210)로 공급된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치(2)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 프린팅 장치(2)는 원료 공급부(100)와 노즐(410)이 직결되게 배치된다. 이 경우, 압출헤드(210) 및 연결튜브(270)가 생략된다. 즉, 압출헤드(210) 대신 본 발명의 일 실시예에 따른 원료 공급부(100)가 압출헤드(210)에 위치하고, 가열부(150)의 일단에 노즐(410)을 직결시켜 별도의 압출헤드(210)를 구비할 필요가 없는 노즐 일체형 원료 공급부(400)로 실시된다. 이에 따라, 사용자는 원료봉(10)의 소진 시 노즐 일체형 원료 공급부(400)의 카트리지(110)를 교환하여, 3차원의 반제품(50)이 성형되도록 할 수 있다.
기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 금속 분말과 바인더를 포함하는 원료봉이 하나 이상 적층되는 카트리지;
    일측에 상기 카트리지가 결합되는 결합부가 구비되는 하우징;
    상기 하우징의 타측에 구비되는 피스톤;
    상기 하우징에 구비되어, 상기 결합부에 결합된 카트리지의 상기 원료봉을 상기 피스톤으로 이송하는 이송부; 및
    상기 피스톤의 일측에 구비되어 상기 피스톤으로 이송된 상기 원료봉을 가열하는 가열부;
    를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료봉은 저면에 가이드 홈이 형성되고, 외주면에 이송홈이 형성된 평면부가 형성되는 3차원 프린팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카트리지는,
    상기 원료봉이 인입되는 개구부가 형성되고 내부에 상기 원료봉이 적층되는 카트리지 바디;
    상기 카트리지 바디의 내면에 돌출되게 형성되어, 상기 원료봉이 일방향으로 정렬되도록 상기 가이드 홈에 결합되는 가이드 돌기;
    상기 카트리지 바디의 내측에 구비되어 상기 원료봉을 상기 개구부로 밀어내는 푸쉬부;
    상기 개구부의 일측에 돌출되게 형성되어 상기 원료봉이 상기 개구부에서 이탈되는 것을 방지하는 지지부; 및
    상기 개구부의 저면에 개구되게 형성되어, 상기 원료봉이 상기 이송부에 의해 상기 피스톤으로 이송되도록 하는 통과부;
    를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이송홈은 나사산으로 형성되는 3차원 프린팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 이송홈에 대응되는 이송 나사산이 외주면에 형성되어, 상기 카트리지가 상기 결합부에 결합 시 상기 이송홈에 상기 이송 나사산이 접촉되는 스크류;
    상기 스크류를 회전시키는 구동력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부와 상기 스크류 사이에 구비되어 상기 구동력을 상기 스크류로 전달하는 전달부;
    를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스크류의 회전 시 상기 원료봉은 상기 통과부를 통과하여 상기 피스톤으로 이송되는 3차원 프린팅 장치
  7. 제3항에 있어서,
    상기 이송홈은 상기 원료봉의 저면을 기준으로 수평하게 하나 이상 형성되는 3차원 프린팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 이송홈에 대응되는 이송돌기가 외면에 형성되어, 상기 카트리지가 상기 결합부에 결합 시 상기 이송홈에 상기 이송돌기가 접촉되는 타이밍 벨트; 및
    상기 타이밍 벨트에 구동력을 전달하는 기어부;
    를 포함하는 3차원 프린팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 벨트의 회전 시 상기 원료봉은 상기 통과부를 통과하여 상기 피스톤으로 이송되는 3차원 프린팅 장치.
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