KR101981599B1 - 펠릿형 원료 압출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펠릿형 원료 압출기에 관한 것으로, 펠릿형 원료를 투입 받는 펠릿 투입구; 회전 운동을 인가하는 구동부; 상기 구동부로부터 인가 받은 회전 운동에 의해 회전하여, 나선홈에 유입되는 상기 펠릿형 원료를 이동시키는 압출 스크류; 상기 압출 스크류의 말단에서 상기 펠릿형 원료를 가열하여 용융시키는 히팅블록; 상기 압출 스크류의 회전에 의해 상기 히팅블록에서 용융된 상기 펠릿형 원료가 압출되는 노즐; 및 상기 구동부와 상기 압출 스크류의 사이에 배치되며, 상기 노즐 내에서의 압출 압력에 상응하게 상기 압출 스크류와 상기 노즐간의 간격을 조절하여, 상기 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 조절하는 압출 압력 제어부;를 포함한다.

Description

펠릿형 원료 압출기{PELLET TYPE RAW MATERIAL EXTRUDER}
본 발명의 실시예는 펠릿형 원료 압출기에 관한 것이다.
일반적으로 3D 프린팅 기술은 사전에 주문 설계된 디지털 디자인 데이터를 이용하여 수지와 같은 소재를 층층이 쌓아 올려 3차원의 입체적인 물체를 제조하는 기술이다.
이러한 3D 프린팅 기술은 고체의 실형태를 갖는 필라멘트의 열가소성 플라스틱을 노즐안에서 녹인 후 분사하여 원하는 형상으로 쌓아 올리는 압출 적층성형방(Fused Deposition Molding ; FDM), 기능성 고분자나 금속 파우더원료를 조형판에 공급하고 레이저로 경화시켜 레이어를 형성하고, 레이어가 형성되면 그 위에 파우더를 얇게 뿌린 다음 레이저로 새로운 막을 형성하여 쌓아 올리는 선택적인 레이저 소결 방식(Selective Laser Sintering ;SLS) 및 빛을 받으면 고체로 변화하는 광경화성 수지에 UV 레이저를 주사함으로서 경화시켜 레이어를 형성하고, 레이어가 형성될 때마다 받침대가 한 층씩 두께만큼 하강하며 쌓아 올리는 광경화수지 방식(Stereo LithographicApparatus ; SLA) 등이 알려져있다.
일반적으로 압출 적층성형방식(Fused Deposition Molding ; FDM)은필라멘트라고 부르는 원료 와이어를 사용하며, 필라멘트가 가열된 압출기를 통과하면서 용융이 되고 노즐을 통해 흘러나온 재료를 출력판에 적층하여 필요한 형상을 조형하는 방식으로 가정에서 접착용도로 사용하는 글루건과 방식이 유사하다.
이러한 3D 프린터의 재료는 상술한 것과 같이 얇은 원료 와이어 형태의 필라멘트를 이용하며, 필라멘트를 녹여 아래에서부터 위로 층층히 쌓아가는 방식으로 구현되게 되며, 이와 같은 필라멘트는 제조 회사별로 자체개발한 제품을 출시하여 상용화하고 있으며, 재료에 따른 그 품질이 상이하여 개별온도 조절을 해야 하는 등 매우 적용이 까다롭다.
이러한 필라멘트는 원료인 펠릿을 용융하여, 필라멘트를 와인딩한 구조물을 구현한 것을 원료로 사용한다. 이러한 필라멘트 구조물을 3D 프린팅 장치에 하나씩 로딩하여 작업이 이루어지는데, 별도의 필라멘트 구조물의 경우, 와인딩되어 있는 상태로 보관되어, 장치에 로딩이 되기 때문에, 대형 작업물의 경우, 작업시간이 길어지게 되며, 중간에 작업을 멈추고 필라멘트를 교체하는 공정이 빈번하게 반복되어야 한다.
따라서, 종래의 3D 프린팅 방법은 필라멘트 구조물을 대량으로 수입하여 보관하는 과정에서 파손이 일어나 공정에 불량이 발생할 확률이 매우 높아서 3D 프린팅 제조 수율이 낮고 제조 비용도 높은 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 3D 프린터에서 사용되는 필라멘트가 아닌, 필라멘트의 제조에 사용되는 펠릿형 원료(펠릿: pellet)을 사용하여 별도의 필라멘트 생성 과정 없이 3D 프린팅이 가능하도록 하며, 특히 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 자동으로 조절할 수 있도록 하여, 항상 균일한 용융 원료의 압출이 가능하여 보다 고품질 및 고정밀 3D 프린팅을 제공하고자 한다.
또한, 펠릿형 원료를 사용하여, 필라멘트의 제작과정에서 발생하는 각종 불량이 발생하는 것을 사전에 차단하고, 3D 프린팅 비용과 시간을 대폭 절감하여 3D 프린팅 제조 효율을 극대화하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래의 3D 프린팅 방법에 비하여 보다 간단한 구조를 통해 보다 경제적인 펠릿형 원료 압출기 및 3D 프린터를 제공하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기는 펠릿형 원료를 투입 받는 펠릿 투입구; 회전 운동을 인가하는 구동부; 상기 구동부로부터 인가 받은 회전 운동에 의해 회전하여, 나선홈에 유입되는 상기 펠릿형 원료를 이동시키는 압출 스크류; 상기 압출 스크류의 말단에서 상기 펠릿형 원료를 가열하여 용융시키는 히팅블록; 상기 압출 스크류의 회전에 의해 상기 히팅블록에서 용융된 상기 펠릿형 원료가 압출되는 노즐; 및 상기 구동부와 상기 압출 스크류의 사이에 배치되며, 상기 노즐 내에서의 압출 압력에 상응하게 상기 압출 스크류와 상기 노즐간의 간격을 조절하여, 상기 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 조절하는 압출 압력 제어부; 및 상기 압출스크류(130)의 길이 방향과 수직되는 방향으로 다수가 적층식으로 배치되는 방열플레이트부재로 구성되어, 상기 펠릿투입공간(170)과 상기 히팅블록(140)의 사이의 이격 공간에 배치되며, 상기 히팅블록(140)으로부터 유입되는 열을 차단하며, 상기 압출 스크류의 회전에 의한 상기 펠릿형 원료의 이동을 용이하게 하는 열 차단부(180);를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 펠릿 투입구를 통해 투입된 상기 펠릿형 원료를 상기 압출 스크류의 나선홈에 유입시키는 펠릿투입공간;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 압출 압력 제어부는 스프링으로 구성되어 상기 압출 스크류의 전후 탄성 이동을 제공할 수 있다.
삭제
본 발명의 실시예에 따르면 3D 프린터에서 사용되는 필라멘트가 아닌, 필라멘트의 제조에 사용되는 펠릿형 원료(펠릿: pellet)을 사용하여 별도의 필라멘트 생성 과정 없이 3D 프린팅이 가능하도록 하며, 특히 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 자동으로 조절할 수 있도록 하여, 항상 균일한 용융 원료의 압출이 가능하여 보다 고품질 및 고정밀 3D 프린팅을 제공하여 제조 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 종래의 3D 프린팅 방법에 비하여 보다 간단한 구조를 통해 보다 경제적인 펠릿형 원료 압출기 및 3D 프린터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기의 압출 압력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기의 단면도이다.
이후부터는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기의 구성을 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기(100)는 펠릿 투입구(110), 구동부(120), 압출 스크류(130), 히팅블록(140), 노즐(150), 압출 압력 제어부(160), 펠릿투입공간(170) 및 열 차단부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
펠릿 투입구(110)는 상기 펠릿형 원료를 투입 받으며, 예를 들어 상기 펠릿 투입구(110)는 펠릿 저장부로부터 상기 펠릿형 원료를 투입 받을 수 있다.
상기 펠릿형 원료는 일반적으로 펠릿(pellet)이라고도 불리며, 성형용 수지의 입자상의 것을 말한다. 열가소성 성형용 수지의 취급을 간단히 하기 위해서는 분말 원료에 노화 방지제, 착색제, 안정제, 활제, 그 밖에 제품에 필요한 특성을 부여하기 위해 배합제를 혼합하고, 이것을 압출 성형기 또는 혼합 롤러에 의해 잘 반죽하여 원주상의 입자 등의 형태인 펠릿형 원료(펠릿)을 구성한다. 본 발명에 따른 펠릿형 원료 압출기(100)는 필라멘트를 사용하지 않고 펠릿형 원료(펠릿)을 직접 이용하여 3D 프린팅을 제공하기 위한 것이다.
상기 펠릿저장부(101)에 투입된 펠릿형 원료는 펠릿투입공간(170)에 유입될 수 있다.
구동부(120)는 압출 스크류(130)에 회전 운동을 인가하고, 압출 스크류(130)는 상기 구동부(120)로부터 인가받은 회전 운동에 의해 회전한다.
이때, 상기 구동부(120)는 구동모터로 구성될 수 있으며, 상기 압출 스크류(130)는 상기 구동부(120)로부터 인가받은 회전 운동에 의해 회전하여 상기 펠릿형 원료를 이동시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 압출 스크류(130)에는 나선홈이 형성되며, 상기 펠린 투입 공간(170)에 투입된 펠릿형 원료는 상기 압출 스크류(130)의 나선홈에 유입되어, 상기 압출 스크류(130)에 의해 하부의 노즐(150) 방향으로 이동할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 열 차단부(180)가 상기 펠릿투입공간(170) 측에 배치되어, 히팅블록(140)으로부터 유입되는 열을 차단하여 상기 압출 스크류(130)의 회전에 의한 상기 펠릿형 원료의 이동을 용이하게 할 수 있다.
즉, 상기 열 차단부(180)는 펠릿형 원료가 히팅블록(140)까지 이동하기 전에 상기 히팅블록(140)의 열에 의해 일부가 용융되어 펠릿형 원료 압출기(100)의 압출 관 등의 내벽에 부착되어 원활하게 노즐(150)로 유입되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 열 차단부(180)는 상기 펠릿투입공간(170)과 상기 히팅블록(140)과 이격되도록 배치되며, 상기 압출스크류(130)의 길이방향과 수직되는 방향으로 다수가 적층식으로 배치되는 방열플레이트부를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 방열플레이트부는 도 1에 도시된 열 차단부(180)의 외표면을 다수의 플레이트 형상의 부재를 다수개를 상호 이격되도록 형성하여 열 방출면적을 넓힐 수 있도록 한다.
이와 같이 하부의 노즐(150) 방향으로 이동되는 펠릿형 원료는 상기 압출 스크류(130)의 말단에서 히팅블록(140)에 의해 가열되어 용융되며, 상기 히팅블록(140)에서 용융된 상기 펠릿형 원료가 상기 압출 스크류(130)의 회전에 의해 이동하여 노즐(150)을 통해 압출된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면 압출 압력 제어부(160)가 상기 노즐(150) 내에서의 압출 압력에 상응하게, 상기 압출 스크류(130)와 상기 노즐(150)간의 간격을 조절할 수 있다. 특히, 상기 압출 압력 제어부(160)는, 상기 구동부(120)와 상기 압출 스크류(130)의 사이에 배치되며, 상기 압출 스크류(130)의 상하 이동에 따른 가압력을 탄성력을 통해 완충하는 완충부재(165)로 구현될 수 있다. 즉, 펠릿 형태의 원료를 융융시키는 경우, 용융공간에 발생하는 융융액의 부피와 노즐의 직경에 따라 압출압력이 차이가 발생하게 되며, 이에 따라 용융액의 균일한 도포를 위해서는 위 압출공간에 균일한 압력을 가할 필요가 있다. 이 경우, 상기 완충부재, 도시된 도 1의 실시예에서는, 압출스크류 말단과 구동부의 하단 사이에 배치되는 탄성 스프링 부재를 배치하여, 용융액의 부피가 커져 스크류가 일정 부분 상승하는 경우라면 탄성력에 의해 상부로 가압력을 가하여 압출압력을 낮추고, 용융액의 부피가 일시적으로 줄어들어 압출압력이 작아지는 경우에는 탄성력에 의해 스크류가 하강하도록 하여 노즐의 토출압력을 상승시킴으로써, 압력을 균일하게 유지할 수 있도록 한다.
이러한 완충부재는 탄성 스프링뿐만 아니라, 유압 또는 공압식 완충부재를 이용할 수도 있으며, 탄성고무와 같은 다양한 완충소재를 적용할 수 있다. 따라서, 균일한 토출압력 제어를 위해서는 기 설정된 탄성압력을 구현할 수 있는 완충부재를 교체하여 설치하거나, 시스템화하여 유압식이나 공압식 매질을 이용하여 원하는 압력을 전자식으로 균일하게 제어할 수 있도록 구현할 수도 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 펠릿형 원료 압출기의 압출 압력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 압출 압력 제어부(160)는 스프링으로 구성될 수 있으며, 구동부(120)와 압출 스크류(130)의 사이에 배치되어 상기 압출 스크류(130)의 전후 탄성 이동을 제공할 수 있다.
그에 따라, 압출 압력 제어부(160)는 상기 노즐(150) 내에서의 압출 압력에 상응하게 상기 압출 스크류(130)와 상기 노즐(150)간의 간격을 조절함으로써, 상기 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 조절할 수 있다.
즉, 상기 압출 압력 제어부(160)는 노즐(150)을 통해 압출되는 용융된 원료의 압출 압력이 낮을 때는, 상기 압출 압력 제어부(160)의 자체 탄성에 의해 노즐(150) 내의 압출부의 부피를 감소시켜 압출 압력을 높이고, 노즐(150)을 통해 압출되는 용융된 원료의 압출 압력이 높을 때는, 상기 압출 압력 제어부(160)의 자체 탄성에 의해 노즐(150) 내의 압출부의 부피를 증가시켜 압출 압력을 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 3D 프린터에서 사용되는 필라멘트가 아닌, 필라멘트의 제조에 사용되는 펠릿형 원료(펠릿: pellet)을 사용하여 별도의 필라멘트 생성 과정 없이 3D 프린팅이 가능하여, 필라멘트의 제작과정에서 발생하는 각종 불량이 발생하지 않도록 할 수 있으며, 3D 프린팅 비용과 시간을 대폭 절감하여 3D 프린팅 제조 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 종래의 3D 프린팅 방법에 비하여 보다 간단한 구조를 통해 보다 경제적인 펠릿형 원료 압출기 및 3D 프린터를 제공할 수 있으며, 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 자동으로 조절할 수 있도록 하여, 항상 균일한 용융 원료의 압출이 가능하여 보다 고품질 및 고정밀 3D 프린팅을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 펠릿형 원료 압출기
110: 펠릿 투입구
120: 구동부
130: 압출 스크류
140: 히팅블록
150: 노즐
160: 압출 압력 제어부
170: 펠릿투입공간
180: 열 차단부

Claims (7)

  1. 펠릿형 원료를 투입 받는 펠릿 투입구(110);
    회전 운동을 인가하는 구동부(120);
    상기 구동부(120)로부터 인가받은 회전 운동에 의해 회전하여, 나선홈에 유입되는 상기 펠릿형 원료를 이동시키는 압출 스크류(130);
    상기 압출 스크류(130)의 말단에서 상기 펠릿형 원료를 가열하여 용융시키는 히팅블록(140);
    상기 압출 스크류(130)의 회전에 의해 상기 히팅블록(140)에서 용융된 상기 펠릿형 원료가 압출되는 노즐(150);
    상기 구동부(120)와 상기 압출 스크류(130)의 사이에 배치되며, 상기 노즐(150) 내에서의 압출 압력에 상응하게 상기 압출 스크류(130)와 상기 노즐(150) 간의 간격을 조절하여, 상기 용융된 펠릿형 원료의 압출 부피를 조절하는 압출 압력 제어부(160);
    상기 펠릿 투입구(110)를 통해 투입된 상기 펠릿형 원료를 상기 압출 스크류의 나선홈에 유입시키는 펠릿투입공간(170); 및
    상기 압출스크류(130)의 길이 방향과 수직되는 방향으로 다수가 적층식으로 배치되는 방열플레이트부재로 구성되어, 상기 펠릿투입공간(170)과 상기 히팅블록(140)의 사이의 이격 공간에 배치되며, 상기 히팅블록(140)으로부터 유입되는 열을 차단하며, 상기 압출 스크류의 회전에 의한 상기 펠릿형 원료의 이동을 용이하게 하는 열 차단부(180);
    를 포함하는 펠릿형 원료 압출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압출 압력 제어부(160)는,
    상기 구동부(120)와 상기 압출 스크류(130)의 사이에 배치되며,
    상기 압출 스크류(130)의 상하 이동에 따른 가압력을 탄성력을 통해 완충하는 완충부재(165)로 구성되는 펠릿형 원료 압출기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 완충부재는,
    상기 압출스크류(130)의 말단부와 상기 구동부(120)의 일단에 접촉하여 배치되는 스프링부재인 펠릿형 원료 압출기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 완충부재는,
    상기 압출 스크류(130)의 말단부와 상기 구동부(120)의 일단이 형성하는 공간에 충진되는 유압 또는 가스로 구성되는 펠릿형 원료 압출기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020170044165A 2017-04-05 2017-04-05 펠릿형 원료 압출기 KR101981599B1 (ko)

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