KR102335897B1

KR102335897B1 - 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치

Info

Publication number: KR102335897B1
Application number: KR1020200138597A
Authority: KR
Inventors: 오동욱; 정도인
Original assignee: 조선대학교산학협력단
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-12-06

Abstract

본 발명은 첨가제가 포함된 복합소재를 출력하는 출력장치에 관한 것으로, 첨가제를 포함하는 복합소재가 저장되면서 이동되는 공간이 구비된 이동부; 상기 복합소재가 배출되는 출구부; 상기 이동부에서 상기 출구부 방향으로 폭이 좁아진 이후 폭이 넓어지는 오리피스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것이다.

Description

첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치 {Composite material output apparatus for additive alignment control}

본 발명은 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폭이 좁아진 이후 다시 폭이 넓어지는 오리피스부를 통해 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬 방향을 제어할 수 있는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것이다.

복합소재는 2개 이상의 물질이 혼합되어 만들어지는 것으로, 복합소재는 금속, 세라믹과 같은 기자재에 유리, 탄소, 금속 등과 같은 첨가제들이 혼합되어 제조될 수 있다. 이와 같은 복합소재는 우주항공, 전자제품, 운동용품 등 다양한 방면에서 사용되고 있다.

복합소재 내부에는 길이방향으로 연장되는 복수 개의 첨가제가 구비될 수 있다. 첨가제는 복합소재의 특성을 향상시킬 수 있는 것으로, 첨가제가 연장되는 방향으로 복합소재의 열적 물성, 기계적 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 첨가제가 연장되는 방향으로 복합소재는 낮은 열팽창 계수를 가질수도 있게 된다.

그러나 첨가제가 연장되는 방향과 수직한 방향에서는 복합소재의 열적 물성, 기계적 특성을 크게 향상시키기 어렵기 때문에, 복합소재 내부에서 첨가제가 정렬되는 방향에 따라 복합소재는 이방성의 성질을 띄게 된다.

한편, 복합소재는 방향에 따라 요구되는 열적 물성, 기계적 특성이 있기 때문에, 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬을 제어할 필요성이 있다. 그러나 종래의 복합소재 제조장치는 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬을 제어하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 폭이 좁아진 이후 다시 폭이 넓어지는 오리피스부를 통해 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬 방향을 제어할 수 있는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치는, 첨가제를 포함하는 복합소재가 저장되면서 이동되는 공간이 구비된 이동부; 상기 복합소재가 배출되는 출구부; 상기 이동부에서 상기 출구부 방향으로 폭이 좁아진 이후 폭이 넓어지는 오리피스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부는, 상기 이동부의 폭보다 작은 제1폭이 형성된 축소부와, 상기 제1폭과 연통되면서 상기 제1폭보다 큰폭이 형성된 확장부를 포함할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 축소부는, 내부에 구멍이 형성되는 오리피스 판으로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스 판에 구비되는 구멍은 복수 개로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부의 상기 제1폭은 0.2mm 보다 작을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부의 상기 제1폭은, 상기 출구부의 폭의 1/5 보다 작을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부의 상기 제1폭은 상기 이동부의 폭 또는 상기 확장부의 폭의 1/10 보다 작을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부의 상기 제1폭과 상기 출구부 사이의 거리는 3mm 보다 작을 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치의 상기 오리피스부의 상기 제1폭과 상기 출구부 사이의 거리는 상기 출구부의 폭의 3배 보다 작을 수 있다.

본 발명은 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것으로, 폭이 좁아진 이후 다시 폭이 넓어지는 오리피스부를 통해 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬 방향을 조절할 수 있으며, 이를 통해 적층으로 제작되는 복합소재의 적층 방향에 따른 물성 편차를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 복합소재를 나타내는 도면이다.
도 2는 3D 프린터를 통해 복합소재가 적층되면서 제작되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 구멍이 형성된 오리피스 판으로 이루어진 축소부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 오리피스 판에 복수 개의 구멍이 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 서로 다른 형태를 갖는 4가지(Case 1, Case 2, Case 3, Case 4) 복합소재 출력장치를 모사한 금형이다.
도 7은 도 6의 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4에서 첨가제가 정렬되는 방향을 나타내는 것이다.
도 8은 도 6의 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4에서 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도를 나타내는 그래프이다.

본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것으로, 폭이 좁아진 이후 다시 폭이 넓어지는 오리피스부를 통해 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬 방향을 제어할 수 있는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 첨가제(11)를 포함하는 복합소재(10)를 나타내는 것이다. 도 2를 참조하면, 이와 같은 복합소재(10)는 3D 프린터의 적층 방식(Layer-By-Layer)으로 제작될 수 있다. 구체적으로, 히팅배드(21)를 구비하고, 3D 프린터의 출력장치(20)를 통해 복합소재를 히팅배드(21) 위에 적층하면서 복합소재(10)가 제작된다.

3D 프린터를 통해 복합소재(10)를 제작하면, 복잡한 형상을 만들 수 있으며, 재료의 낭비가 적기 때문에 시간적, 비용적인 측면에서 경제적인 장점이 있다. 그러나 3D 프린터를 통해 복합소재(10)를 제작할 경우, 첨가제 정렬 방향과 적층 방향으로 인해 복합소재의 물성에 편차가 발생할 수 있다.

복합소재는 첨가제의 정렬 방향에 따라 이방성의 성질을 띄게 된다. 3D 프린터를 통해 복합소재를 적층하는 방법으로 제작하면, 첨가제(11)는 도 2와 같이 3D 프린터 출력장치(20)의 노즐 이동방향과 평행하게 정렬된다.

이와 같이 첨가제(11)가 노즐 이동 방향과 평행하게 정렬되면, 노즐 이동 방향으로는 복합소재의 물성을 향상시킬 수 있게 되지만, 노즐 이동 방향과 수직인 적층 방향으로는 복합소재의 물성을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

그러나 대다수의 열적 특성이 요구되는 복합소재의 경우 적층 방향으로 물성이 요구되기 때문에, 첨가제(11)가 정렬되는 방향을 적층방향과 나란한 방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치(100)는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치(100)는 3D 프린터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 첨가제(11)가 포함된 복합소재(10)를 적층하는 방법으로 제작할 수 있는 장치라면 다양한 장치일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치(100)는 이동부(110), 출구부(120), 오리피스부(130)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제(11)를 포함하는 복합소재(10)는 유동 가능한 상태로 상기 출력장치(100)에 저장된 이후 배출될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 이동부(110)는 첨가제(11)를 포함하는 복합소재(10)가 저장되면서 이동되는 공간이 구비된 것이며, 상기 출구부(120)는 상기 이동부(110)와 연통되면서 상기 복합소재(10)가 배출되는 부분이다. 상기 출구부(120)는 노즐로 이루어질 수 있으며, 상기 노즐을 통해 유동 가능한 상기 복합소재(10)가 외부로 출력될 수 있다.

상기 오리피스부(130)는 상기 이동부(110)에서 상기 출구부(120) 방향으로 폭이 좁아진 이후 폭이 넓어지는 부분이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 오리피스부(130)는 상기 이동부(110)의 폭(111) 보다 작은 제1폭(141)이 형성된 축소부(140)와, 상기 제1폭(141)과 연통되면서 상기 제1폭(141)보다 큰 폭이 형성된 확장부(150)를 포함할 수 있다.

상기 복합소재(10)에 포함된 상기 첨가제(11)는 유동에 의해 상기 복합소재(10)가 이동하는 방향과 나란한 방향으로 정렬되면서 상기 출구부(120)로 배출된다. 따라서, 상기 이동부(110)와 상기 출구부(120) 사이에 별도의 구성이 구비되어 있지 않는다면, 도 2와 같이 상기 첨가제(11)는 상기 출구부(120)(노즐)의 이동방향과 나란한 방향으로 정렬된다.

그러나 본 발명의 실시 예에 같이 상기 오리피스부(130)를 구비하면, 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 변경할 수 있게 된다. 도 3을 참조하면, 상기 오리피스부(130)는 폭이 좁아졌다가 다시 폭이 넓어지는 것으로, 상기 첨가제(11)가 폭이 좁아지는 지점을 거쳐 폭이 넓어지는 지점으로 이동하게 되면, 상기 첨가제(11)는 상기 복합소재(10)의 유동 방향과 다른 방향으로 정렬될 수 있게 된다.

조금 더 구체적으로, 상기 첨가제(11)가 폭이 좁은 상기 축소부(140)의 상기 제1폭(141)을 통과한 이후 폭이 넓은 상기 확장부(150)로 이동하면, 폭이 확장되는 유동 흐름에 의해 상기 복합소재(10)의 유동 방향과 다른 방향으로 정렬될 수 있게 된다.

여기서, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 상기 출구부(120)의 폭(121)의 3배 보다 작은 것이 바람직하다. 상기 출구부(120)에서 상기 복합소재(10)가 배출된 이후에는, 상기 첨가제(11)의 정렬 방향이 크게 변화되지 않기 때문에, 상기 복합소재(10)가 상기 출구부(120)로 배출되기 전에 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 제어해야 한다.

이때, 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리가 지나치게 커지면(상기 출구부(120)의 폭(121)의 3배 보다 커지면), 상기 첨가제(11)는 상기 복합소재(10)의 유동 방향과 나란한 방향으로 다시 정렬될 위험이 있다.

상술한 바와 같이 상기 첨가제(11)는 유동에 의해 상기 복합소재(10)의 이동 방향과 나란한 방향으로 정렬된다. 따라서 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리가 지나치게 커지면, 상기 오리피스부(130)에 의해 상기 첨가제(11)의 정렬 방향이 변경되더라도, 상기 복합소재(10)의 유동에 의해 상기 첨가제(11)가 상기 복합소재(10)의 이동 방향과 나란한 방향으로 다시 정렬될 수 있게 된다. 이를 방지하기 위해 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 상기 출구부(120)의 폭(121)의 3배 보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 상기 제1폭(141) 보다는 큰 것이 바람직하다. 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 상기 확장부(150)가 되는 부분이기 때문에, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리가 너무 짧으면, 유동이 확장되는 힘을 받을 수 없게 된다.

따라서 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 상기 제1폭(141) 보다는 크며, 상기 출구부(120)의 폭(121)의 3배 보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따르면 상기 출구부(120)의 폭(121)은 1mm로, 상기 제1폭(141)은 0.2mm 이루어질 수 있기 때문에, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)과 상기 출구부(120) 사이의 거리는 3mm 보다 작으면서, 0.2mm 보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 상기 출구부(120)의 폭(121)의 1/5 보다 작은 것이 바람직하다. 상기 첨가제(11)는 폭이 좁은 지점을 통과한 이후 폭이 넓은 지점으로 이동함에 따라 정렬 방향이 변경될 수 있는 것으로, 상기 제1폭(141)이 너무 크면(상기 제1폭(141)이 상기 출구부(120)의 폭의 1/5 보다 크면) 폭이 좁아지는 효과가 미비하게 된다.

즉, 상기 제1폭(141)이 상기 출구부(120)의 폭의 1/5 보다 크면 확장되는 유동의 흐름를 상기 첨가제(11)에 효과적으로 전달하지 못함에 따라 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 변경하기 어렵게 된다. 따라서, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 상기 출구부(120)의 폭(121)의 1/5 보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 상기 이동부(110)의 폭(111) 또는 상기 확장부(150)의 폭의 1/10 보다 작은 것이 바람직하다. 상기 축소부(140)의 상기 제1폭(141)과 상기 확장부(150)의 폭 차이가 커질수록 확장되는 유동의 흐름을 상기 첨가제(11)에 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)이 상기 이동부(110)의 폭(111) 또는 상기 확장부(150)의 폭의 1/10 보다 크면, 상기 축소부(140)의 상기 제1폭(141)과 상기 확장부(150)의 폭 차이가 작아짐에 따라 확장되는 유동의 흐름를 상기 첨가제(11)에 효과적으로 전달하지 못하게 되면서 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 변경하기 어렵게 된다.

따라서 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 상기 이동부(110)의 폭(111) 또는 상기 확장부(150)의 폭의 1/10 보다 작은 것이 바람직하다. 여기서, 상기 이동부(110)의 폭과 상기 확장부(150)의 폭은 동일하게 형성될 수 있다.

상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 좁을수록 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 효과적으로 변경할 수 있지만, 상기 제1폭(141)이 너무 좁게 되면, 상기 복합소재(10)의 배출속도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 제1폭(141)을 통해 상기 첨가제(11)가 통과해야 하기 때문에, 상기 제1폭(141)은 상기 첨가제(11)의 길이보다는 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따르면 상기 출구부(120)의 폭(121)은 1mm로 이루어질 수 있으며, 상기 이동부(110)의 폭(111)과 상기 확장부(150)의 폭은 2mm로 이루어질 수 있다. 따라서 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)은 0.2mm 보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 오리피스부(130)는 폭이 좁아지는 상기 축소부(140)와 폭이 넓어지는 상기 확장부(150)를 포함할 수 있다면 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 축소부(140)는, 내부에 구멍(161)이 형성되는 오리피스 판(160)으로 이루어질 수 있다. 상기 오리피스 판(160)은 오리피스 관(상기 구멍(161))을 포함하는 것으로, 원형의 판 형상으로 이루어질 수 있는 것이다. 상기 오리피스 판(160)에 상기 구멍(161)을 형성시킴에 따라 폭이 좁아지는 지점을 형성할 수 있게 된다.

상기 오리피스 판(160)을 상기 출구부(120)와 지정된 거리만큼 이격시키면서 상기 이동부(110)에 삽입하면, 폭이 좁아지는 상기 축소부(140)와 폭이 넓어지는 상기 확장부(150)를 포함하는 상기 오리피스부(130)를 형성할 수 있게 된다.

상기 구멍(161)은 원형 구멍일 수 있으며, 상기 제1폭(141)은 상기 구멍(161)의 직경이 될 수 있다. 다만, 상기 구멍(161)의 형상은 원형으로 한정되는 것은 아니며, 폭이 좁아지는 지점을 형성할 수 있다면 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 5를 참조하면, 상기 오리피스 판(160)에는 복수 개의 상기 구멍(161)이 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 오리피스부(130)의 상기 제1폭(141)(상기 구멍(161)의 폭)이 좁을 수록 상기 첨가제(11)의 정렬 방향을 효과적으로 변경할 수 있게 된다.

그러나 상기 제1폭(141)(상기 구멍(161)의 폭)이 지나치게 좁게 되면, 상기 복합소재(10)의 배출속도가 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 상기 오리피스 판(160)에는 복수 개의 상기 구멍(161)이 형성될 수 있다. 복수 개의 상기 구멍(161)을 형성함에 따라 좁은 폭을 통해 상기 첨가제(11)의 정렬방향을 효과적으로 변경할 수 있으며, 이와 동시에 상기 복합소재(10)의 배출속도를 저하시키지 않을 수 있게 된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 오리피스부(130)는 상기 오리피스 판(160)을 통해 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 오리피스부(130)는 폭이 좁아지는 상기 축소부(140)와 폭이 넓어지는 상기 확장부(150)를 포함할 수 있다면 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 출력장치(100)는 상기 이동부(110), 상기 출구부(120), 상기 오리피스부(130)를 포함하는 것으로, 상기 출력장치(100)는 상기 복합소재(10)를 출력하기 위해 상기 이동부(110), 상기 출구부(120), 상기 오리피스부(130) 이외의 다른 구성이 포함될 수 있음은 물론이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 오리피스부(130)의 효과를 알아보기 위해 복합소재의 출력장치를 모사한 금형이다. 도 6의 Case 1은 본 발명의 실시 예에 같이 제1폭(141)이 0.2mm 인 오리피스부(130)가 형성된 것이다. 이때, 이동부(110)의 폭(111)은 2mm 이며, 출구부(120)의 폭(121)(노즐의 폭)은 1mm로 형성된다.

도 6의 Case 2는 본 발명의 실시 예에 같이 제1폭(141)이 0.5mm 인 오리피스부(130)가 형성된 것이다. 이때, 이동부(110)의 폭(111)은 2mm 이며, 출구부(120)의 폭(121)(노즐의 폭)은 1mm로 형성된다.

도 6의 Case 3은 오리피스부가 형성되지 않는 것을 나타내는 도면이다. 이때, 이동부(110)의 폭(111)은 2mm 이며, 출구부(120)의 폭(121)(노즐의 폭)은 1mm로 형성된다. 도 6의 Case 4는 노즐(출구부(120))만 형성된 것이다. 노즐의 폭(출구부(120)의 폭(121))은 1mm로 형성되어 있다.

도 7은 도 6의 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4에서 첨가제가 정렬되는 방향을 나타내는 것이며, 도 8은 도 6의 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4에서 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도를 나타내는 그래프이다.

도 8에서 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도는 복합소재가 이동되는 방향(Flow direction)에 대한 각도로, 복합소재가 이동되는 방향과 나란한 방향이면 0도, 복합소재가 이동되는 방향과 수직한 방향이면 90도가 된다.

여기서, 복합소재(10)가 적층될 때, 복합소재가 이동되는 방향은 출력장치(100)가 이동하는 방향과 나란한 방향이며, 복합소재가 이동되는 방향은 복합소재가 적층되는 방향과 수직한 방향이 될 수 있다.

도 7 및 도 8을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 같이 오리피스부(130)가 형성됨에 따라 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도가 증가되는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 같이 오리피스부(130)를 사용한 Case 1 및 Case 2가 Case 3 및 Case 4 보다 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도가 큰 것을 알 수 있다.

이는 본 발명의 실시 예에 따른 오리피스부(130)를 통해 첨가제(11)가 정렬되는 방향이 복합소재가 이동하는 방향과 나란한 방향에서 벗어나면서 적층 방향 쪽으로 변경되는 것을 나타낸다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 오리피스부(130)를 통해 첨가제(11)가 정렬되는 방향을 적층 방향으로 변경하면, 적층으로 제작되는 복합소재(10)의 적층 방향에 따른 물성 편차를 감소시킬 수 있게 된다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, Case 1이 Case 2에 비하여 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 제1폭(141)이 좁을 수록 첨가제가 정렬되는 방향이 적층 방향으로 크게 변경되는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 제1폭(141)은 0.2mm 보다 작은 것이 바람직하다.

도 6 내지 도 8에서 Case 3을 참조하면, 제1폭(141)과 출구부(120) 사이의 거리가 지나치게 커지면 오리피스부의 효과가 나타나지 않는 것을 알 수 있다. Case 3은 폭이 좁아지는 축소부(140)가 구비되어 있기는 하지만, 제1폭(141)과 출구부(120) 사이의 거리가 멀리 떨어져 있다. (Case 3에서 축소부(140)와 출구부(120) 사이의 거리는 27mm이다.)

도 7 및 도 8을 참조하면, Case 3과 같이 제1폭(141)과 출구부(120) 사이의 거리가 멀리 떨어지면, 복합소재의 유동에 의해 첨가제가 다시 복합소재의 이동 방향과 나란한 방향으로 정렬되면서 첨가제가 정렬되는 방향의 평균 각도가 작아지게 된다.

이와 같이 축소부(140)의 제1폭(141)과 출구부(120) 사이의 거리가 멀리 떨어지면 오리피스부(130)의 효과를 기대할 수 없기 때문에, 본 발명의 실시 예에 따른 제1폭(141)과 출구부(120) 사이의 거리는 출구부(120)의 폭(121)의 3배 보다 작은 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치는 폭이 좁아진 이후 다시 폭이 넓어지는 오리피스부를 통해 복합소재 내부에 구비된 첨가제의 정렬 방향을 조절할 수 있으며, 이를 통해 적층으로 제작되는 복합소재의 적층 방향에 따른 물성 편차를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치는, 오리피스부의 제1폭을 출구부의 폭의 1/5 보다 작게 형성하거나, 오리피스부의 제1폭을 이동부의 폭 또는 확장부의 폭의 1/10 보다 작게 형성함에 따라 첨가제의 정렬 방향을 효과적으로 변경할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치는, 오리피스부의 제1폭과 출구부 사이의 거리를 출구부의 폭의 3배 보다 작게 함에 따라 유동에 의해 첨가제가 복합소재의 이동 방향과 나란하게 다시 정렬되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10...복합소재 11...첨가제
100...출력장치 110...이동부
111...이동부의 폭 120...출구부
121...출구부의 폭 130...오리피스부
140...축소부 141...제1폭
150...확장부 160...오리피스 판
161...구멍

Claims

첨가제가 포함된 복합소재를 출력하는 출력장치에 있어서,
첨가제를 포함하는 복합소재가 저장되면서 이동되는 공간이 구비된 이동부;
상기 복합소재가 배출되는 출구부;
상기 이동부에서 상기 출구부 방향으로 폭이 좁아진 이후 폭이 넓어지는 오리피스부;를 포함하며,
상기 오리피스부는,
상기 이동부의 폭보다 작은 제1폭이 형성된 축소부와, 상기 제1폭과 연통되면서 상기 제1폭보다 큰폭이 형성된 확장부를 포함하며
상기 축소부는, 내부에 구멍이 형성되는 오리피스 판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
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제1항에 있어서,
상기 오리피스 판에 구비되는 구멍은 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 오리피스부의 상기 제1폭은 0.2mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 오리피스부의 상기 제1폭은, 상기 출구부의 폭의 1/5 보다 작은 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 오리피스부의 상기 제1폭은 상기 이동부의 폭 또는 상기 확장부의 폭의 1/10 보다 작은 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 오리피스부의 상기 제1폭과 상기 출구부 사이의 거리는 3mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.
제1항에 있어서,
상기 오리피스부의 상기 제1폭과 상기 출구부 사이의 거리는 상기 출구부의 폭의 3배 보다 작은 것을 특징으로 하는 첨가제 정렬 제어를 위한 복합소재 출력장치.