KR102422177B1 - Multi-Material 3D Printer Using Co-axial Fiber Extrusion Nozzle - Google Patents

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김태민
손지혁
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Abstract

The present invention relates to a coaxial fiber extrusion nozzle for a 3D printer and a 3D printer using the same. The nozzle for a 3D printer comprises: a nozzle body; and a nozzle cap which can be molded into various shapes and is coupled to the nozzle body. The nozzle body comprises: at least three filament supply units; a heater unit heating the nozzle body and the nozzle cap to melt filaments supplied through the at least three filament supply units; and a central nozzle discharging the filament supplied through a first filament supply unit, which is one of the at least three filament supply units. The nozzle cap may be combined with the nozzle body to form an outer diameter nozzle for discharging the filament supplied through the remaining filament supply units except for the first filament supply unit among the at least three filament supply units. Accordingly, since the nozzle has a detachable structure, by changing the nozzle structure as needed, it is possible to enable multi-material Janus output, coaxial output, mixed output, or output of various shapes.

Description

동축 섬유 압출 노즐 및 이를 이용한 다중 소재 3D 프린터{Multi-Material 3D Printer Using Co-axial Fiber Extrusion Nozzle}Coaxial Fiber Extrusion Nozzle and Multi-Material 3D Printer Using Co-axial Fiber Extrusion Nozzle

본 개시의 다양한 실시 예들은 동축 섬유 압출 노즐 및 이를 이용한 다중 소재 3D 프린터에 관한 것이다.Various embodiments of the present disclosure relate to a coaxial fiber extrusion nozzle and a multi-material 3D printer using the same.

3D 프린팅 기술은 절삭 가공, 금속/플라스틱 성형, 프레스 가공 등의 전통적인 제조 방법에서 벗어나 4차 산업 혁명의 한 축으로 자리잡고 있다. 3D printing technology is moving away from traditional manufacturing methods such as cutting processing, metal/plastic molding, and press processing, and is positioned as one of the axes of the 4th industrial revolution.

3D 프린팅 기술로는 SLS(selective laser sintering), SLA(stereolithography), FFF(fused filament fabrication) 방식이 일반적으로 널리 사용되고 있는데, 보급형으로 쓰이는 대부분의 3D 프린팅 기술은 FFF 방식을 사용하고 있다. FFF 방식은 소재를 가열된 노즐을 통해 압출하고, 압출되는 소재를 적층하는 방식으로 바닥부터 레이어를 쌓아가며 제품을 만드는 것일 수 있다. FFF 방식의 3D 프린팅 기술은 자동차, 항공, 국방, 의료, 건축, 패션 등의 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 최근에는 소재 출력 단계에서 여러 개의 소재를 한번에 출력함으로써 복잡한 형태의 3D 형상을 구현하는 다종소재 3D 프린팅 기술이 활발히 개발되고 있다.As 3D printing technology, selective laser sintering (SLS), stereolithography (SLA), and fused filament fabrication (FFF) methods are widely used. Most of the 3D printing technologies used in general use the FFF method. The FFF method may be a method of extruding a material through a heated nozzle and stacking the extruded material to make a product by stacking layers from the bottom. The 3D printing technology of the FFF method is being used in various fields such as automobile, aviation, national defense, medical care, architecture, and fashion. 3D printing technology is being actively developed.

관련하여 WO2016164562A1는 두 가지 FFF 소재가 아닌 잉크 형태의 재료를 번갈아 가며 출력하는 방법을 최적화한 방안을 제시하고 있으며, US20180141274A1은 써멀 드로잉(thermal drawing) 과정을 통해 필라멘트의 단면을 제조하는 방식을 제안하고 있으며, US8827684B1은 다중 노즐을 사용하여 개별적으로 단일 필라멘트를 출력하는 것을 제안하였다. In this regard, WO2016164562A1 proposes a method for optimizing a method of alternately printing ink-type materials instead of two FFF materials, and US20180141274A1 proposes a method for manufacturing a cross section of a filament through a thermal drawing process, , and US8827684B1 proposes outputting single filaments individually using multiple nozzles.

1. PCT 공개 특허 WO2016-164562A11. PCT published patent WO2016-164562A1 2. 미국 공개 특허 2018-0141274A12. US Published Patent 2018-0141274A1 3. 미국 등록 특허 8827684B13. US Registered Patent 8827684B1

현재의 3D 프린팅 기술의 FFF 방식은 현재 한 번에 하나의 소재만을 압출하여 적층하거나 또는 복수의 소재를 섞어서 균일한 복합 소재를 만든 후에 압출하여 적층하는 방식을 사용하고 있을 뿐. 복수의 소재를 한 개의 노즐에서 섞지 않고 동시에 동축으로 출력 가능하도록 하는 노즐은 개발되지 않고 있는 실정이다. The FFF method of the current 3D printing technology only uses a method of extruding and laminating only one material at a time or mixing a plurality of materials to make a uniform composite material and then extruding and stacking it. A nozzle capable of simultaneously outputting a plurality of materials without mixing them in a single nozzle has not been developed.

본 개시에서는 FFF 방식에서 사용하는 노즐로서 서로 다른 물성을 갖는 열가소성 필라멘트(thermoplastic filament)를 한 개의 노즐에서 동시에 동축으로 출력 가능하면서도 외경의 직경을 쉽게 변환 가능하도록 한 모듈형 동축 섬유 압출 노즐을 제공하고자 한다.In the present disclosure, as a nozzle used in the FFF method, it is intended to provide a modular coaxial fiber extrusion nozzle capable of simultaneously outputting thermoplastic filaments having different physical properties from one nozzle and easily changing the diameter of the outer diameter. do.

또한, 본 개시에서는 3D 프린터에서 복수 소재의 출력을 위한 출력 모터들을 개별적으로 제어하는 소프트웨어, 이종/삼종 소재의 야뉴스 출력, 동축 출력, 혼합 출력 및 다양한 출력과 형상 제어 방법, 동축 압출 등 복수 소재의 압출이 가능하도록 하는 노즐 탈착을 통한 다양한 출력 모드 구현이 가능한 탈부착식 노즐 구조를 제공하고자 한다.In addition, in the present disclosure, software for individually controlling the output motors for output of multiple materials in the 3D printer, Yannus output of different/three types of material, coaxial output, mixed output, various output and shape control methods, coaxial extrusion, etc. It is intended to provide a detachable nozzle structure that can implement various output modes through nozzle detachment that enables the extrusion of

또한, 본 개시에서는 복수의 원자재를 투입 가능하며 각 원자재의 투입 비율을 변동하여 압출물을 제조할 수 있도록 압출물의 연속적 형상 변환이 가능한 원자재 투입 구조 및 원자재의 개별적 투입 제어가 가능한 모터 및 이를 제어하는 제어부를 제공하고자 한다.In addition, in the present disclosure, a raw material input structure capable of continuously changing the shape of an extrudate so that a plurality of raw materials can be input and an extrudate can be manufactured by varying the input ratio of each raw material, and a motor capable of individual input control of raw materials and controlling the same We want to provide a control unit.

또한, 모터의 출력을 개별적으로 조정 가능한 제어용 소프트웨어의 구성 방법을 제공하고자 한다. In addition, it is intended to provide a method of configuring software for controlling the output of a motor individually.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present disclosure are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs from the description below. There will be.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 3D 프린터용 노즐은 노즐바디 및 다양한 형상으로 성형될 수 있고 상기 노즐바디에 결합되는 노즐캡을 포함하고, 상기 노즐바디는 적어도 3개의 필라멘트 공급부, 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부를 통해 공급되는 필라멘트들을 용융하기 위해 상기 노즐바디 및 노즐캡을 가열하는 히터부 및 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중의 하나인 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 중심부 노즐을 포함하고, 상기 노즐캡은 상기 노즐바디와 결합되어 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 외경부 노즐을 형성할 수 있다.A nozzle for a 3D printer according to various embodiments of the present disclosure includes a nozzle body and a nozzle cap that can be molded into various shapes and coupled to the nozzle body, wherein the nozzle body includes at least three filament supply units, the at least three filaments A heater unit for heating the nozzle body and the nozzle cap in order to melt the filaments supplied through the supply unit, and a central nozzle for discharging the filaments supplied through the first filament supply unit, which is one of the at least three filament supply units, wherein the The nozzle cap may be combined with the nozzle body to form an outer diameter nozzle for discharging the filament supplied through the remaining filament supply parts except for the first filament supply part among the at least three filament supply parts.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 3D 프린터는 상기 3D 프린터의 출력물을 지지하는 베드, 상술한 3D 프린터용 노즐을 포함하고, 상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 노즐을 통해 용융된 필라멘트를 상기 베드로 토출하는 헤더, 상기 헤더로 적어도 3개의 필라멘트를 공급하는 압출부, 상기 베드 상의 상기 노즐의 위치를 제어하는 성형부 및 상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 압출부 및 성형부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.A 3D printer according to various embodiments of the present disclosure includes a bed supporting the output of the 3D printer, and a nozzle for the 3D printer, and a header for discharging a molten filament through the nozzle to the bed to form the output , It may include an extrusion unit for supplying at least three filaments to the header, a molding unit for controlling the position of the nozzle on the bed, and a control unit for controlling the extrusion unit and the molding unit to form the output.

본 개시의 실시 예들에 따른 노즐은 탈부착식 구조로 되어 있어 필요에 따라 노즐 구조를 변경함으로써 이종/삼종 소재의 야누스 출력, 동축 출력, 혼합 출력 또는 다양한 형상의 출력이 가능하도록 할 수 있다.Since the nozzle according to the embodiments of the present disclosure has a detachable structure, it is possible to change the nozzle structure as necessary to enable Janus output, coaxial output, mixed output, or output of various shapes of different/three kinds of materials.

본 개시의 실시 예들에 따른 노즐 구조는 단순화되어 있어 원하는 구조와 형상의 동축 압출 구조를 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 노즐에 주입되는 소재의 개수에 대한 제한이 없어 다중 소재의 출력이 쉽게 가능할 수 있다.Since the nozzle structure according to the embodiments of the present disclosure is simplified, a coaxial extrusion structure having a desired structure and shape may be easily implemented. In addition, since there is no limitation on the number of materials injected into the nozzle, it is possible to easily output multiple materials.

본 개시의 실시 예들에 따른 노즐을 장착한 3D 프린터는 다수의 첨단 소재들을 효과적으로 융합하여 미래 혁신제품들을 유연하게 생산하도록 할 수 있다.A 3D printer equipped with a nozzle according to embodiments of the present disclosure can effectively fuse a number of advanced materials to flexibly produce future innovative products.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects obtainable in the present disclosure are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs from the description below. will be.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 다종섬유 동축 출력 방식을 적용한 3D 프린터의 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 3D 프린터의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 3은 헤더(500)의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 연결부의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 노즐부의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 노즐부(520)의 노즐에서의 단면도를 도시한 도면이다.
도 7은 노즐캡의 변경에 따라 상이한 출력물이 출력되는 예를 도시한 도면이다.
도 8은 형상이 상이한 노즐캡의 적용에 따라 상이한 출력물이 출력되는 예를 도시한 도면이다.
도 9는 필라멘트 공급부가 5개인 노즐바디와 노즐캡에 의해 형성될 수 있는 출력물의 예들을 도시한 도면이다.
도 10은 다중 결착이 가능한 노즐캡의 예를 도시한 도면이다.
도 11은 선택적 단일 소재 변환 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.
도 12는 이종 소재 야누스 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.
도 13은 이종 소재 동축 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.
도 14는 삼종 소재 야누스 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.
도 15는 혼합/변환 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a block diagram of a 3D printer to which a multi-fiber coaxial output method is applied according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 2 is a diagram illustrating an implementation example of the 3D printer of FIG. 1 .
3 is a diagram illustrating a structure of a header 500 .
4 is a diagram illustrating a structure of a connection part.
5 is a diagram illustrating a structure of a nozzle unit.
6 is a view showing a cross-sectional view of the nozzle unit 520 at the nozzle.
7 is a diagram illustrating an example in which different outputs are output according to a change of a nozzle cap.
8 is a diagram illustrating an example in which different outputs are output according to application of nozzle caps having different shapes.
9 is a view showing examples of outputs that can be formed by the nozzle body and the nozzle cap having five filament supply units.
10 is a view showing an example of a nozzle cap capable of multiple binding.
11 is a diagram illustrating an output output by the selective single material conversion output mode.
12 is a diagram illustrating an output output by the Janus output mode of the heterogeneous material.
13 is a diagram illustrating an output output by a heterogeneous material coaxial output mode.
14 is a diagram illustrating an output output by the three-material Janus output mode.
15 is a diagram illustrating an output output by the mixed/converted output mode.

본 개시물의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 장치 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시물은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 개시물의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시물이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시물의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시물은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present disclosure, and apparatus and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present disclosure to be complete, and common knowledge in the art to which the present disclosure belongs It is provided to fully inform those who have the scope of the disclosure, and the present disclosure is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.When one component is referred to as “connected to” or “coupled to” with another component, it means that it is directly connected or coupled to another component or intervening another component. including all cases. On the other hand, when one component is referred to as “directly connected to” or “directly coupled to” with another component, it indicates that another component is not interposed therebetween. “And/or” includes each and every combination of one or more of the recited items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시물을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present disclosure. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded.

비록 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another.

따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 개시물의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시물이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present disclosure. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

본 실시 예에서 사용되는 '부' 또는 '모듈'이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부' 또는 '모듈'은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부' 또는 '모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부' 또는 '모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부' 또는 '모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부' 또는 '모듈'들로 더 분리될 수 있다.The term 'unit' or 'module' used in this embodiment means software or hardware components such as FPGA or ASIC, and 'unit' or 'module' performs certain roles. However, 'unit' or 'module' is not meant to be limited to software or hardware. A 'unit' or 'module' may be configured to reside on an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, 'part' or 'module' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, may include procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. Components and functionality provided within 'units' or 'modules' may be combined into a smaller number of components and 'units' or 'modules' or additional components and 'units' or 'modules' can be further separated.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 다종섬유 동축 출력 방식을 적용한 3D 프린터의 블록도를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 3D 프린터의 구현 예를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a block diagram of a 3D printer to which a multi-fiber coaxial output method is applied according to various embodiments of the present disclosure, and FIG. 2 is a diagram illustrating an implementation example of the 3D printer of FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 3D 프린터(1000)는 제어부(100), 압출부(200), 성형부(300), 필라멘트(400), 헤더(500) 및 베드(600)를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 개시의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 전술한 3D 프린터(1000)의 구성요소 중 적어도 하나가 생략되거나 또는 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수도 있다. 또는 복수의 구성 요소가 결합되어 하나의 구성 요소도 동작할 수도 있다.Referring to FIG. 1 , the 3D printer 1000 may include a control unit 100 , an extrusion unit 200 , a molding unit 300 , a filament 400 , a header 500 , and a bed 600 . However, this is only an example, and the embodiment of the present disclosure is not limited thereto. For example, at least one of the above-described components of the 3D printer 1000 may be omitted or one or more other components may be added. Alternatively, a plurality of components may be combined to operate one component.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베드(bed)(600)는 3D 프린터의 출력물이 놓이는 곳으로 헤더(500)에 있는 노즐을 통과한 필라멘트(400)가 안착되면서 성형되는 곳일 수 있다. 베드(600)는 출력물의 성형을 위하여 성형부(300)의 조작에 따라, X, Y, Z출 중 적어도 하나를 따라 이동할 수 있다. 일 실시 예에 따라 베드(600)에는 일정한 열을 가지도록 가열될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a bed 600 is a place where the output of the 3D printer is placed, and may be a place where the filament 400 passing through the nozzle in the header 500 is seated and molded. The bed 600 may move along at least one of X, Y, and Z according to the operation of the molding unit 300 for molding the output. According to an embodiment, the bed 600 may be heated to have a constant heat.

필라멘트(400)는 3D 출력물의 재료가 되는 소재이다. FFF(fused filament fabrication) 방식에서 노즐이 출력 가능한 모든 열가소성 물질이 소재로 사용될 수 있으며, 열 경화성 레진, 액체금속, 금속 분말, 유리 또는 탄소 섬유 등과 같은 섬유성 소재도 사용될 수 있다. 예를 들면, FFF 방식에서 주로 사용하는 필라멘트는 PLA(polylactic acid) 또는 ABS(acrylonitrile butadiene styrene)일 수 있으며 이외에도 PVA(polyvinyl acetate), HIPS(high impact polystyrene), TPU(thermoplastic poly urethane), PETG(glycol modified polyethylene terephthalate), 나일론(nylon), PC(polycarbonate) 등이 3D 프린터의 소재로 사용될 수 있다. The filament 400 is a material that becomes a material for 3D output. In the fused filament fabrication (FFF) method, any thermoplastic material capable of outputting a nozzle may be used as a material, and a fibrous material such as thermosetting resin, liquid metal, metal powder, glass or carbon fiber may also be used. For example, the filament mainly used in the FFF method may be PLA (polylactic acid) or ABS (acrylonitrile butadiene styrene), in addition to PVA (polyvinyl acetate), HIPS (high impact polystyrene), TPU (thermoplastic poly urethane), PETG ( Glycol modified polyethylene terephthalate), nylon, PC (polycarbonate), etc. can be used as a material for the 3D printer.

본 개시에 제안하는 3D 프린터는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 필라멘트를 사용할 수 있다. 일 실시 예에 따라 복수의 필라멘트 각각은 생성하고자 하는 출력물의 용도에 따라 서로 상이한 소재일 수도 있고, 동일한 소재일 수도 있다.The 3D printer proposed in the present disclosure may use a plurality of filaments as shown in FIG. 2 . According to an embodiment, each of the plurality of filaments may be of a different material or the same material depending on the purpose of the output to be generated.

압출부(200)는 3D 출력물의 재료가 되는 필라멘트(400)를 노즐에 공급할 수 있다. 본 개시에서 제안하는 3D 프린터(1000)는 FFF 방식을 활용하여 서로 다른 물성을 갖는 열가소성 필라멘트를 한 개의 노즐에서 동시에 동축(coaxial) 형상의 출력물로 출력 가능하면서도 외경의 직경을 용이하게 변환 가능하도록 할 수 있다. 이를 위하여 압출부(200)는 동일한 소재 또는 서로 상이한 소재의 복수의 필라멘트를 헤더(500)의 노즐로 제공할 수 있어야 한다. 따라서, 압출부(200)는 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c)를 구비할 수 있다. 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c) 각각은 하나의 필라멘트를 헤더(500)의 노즐에 제공할 수 있다. 이때, 출력물의 설계도면에 기초하여 복수의 필라멘트 각각이 노즐로 제공되어야 하는 양이 다를 수 있으며, 이는 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c) 각각을 개별적으로 제어함으로써 가능할 수 있다.The extrusion unit 200 may supply the filament 400, which is a material of the 3D output, to the nozzle. The 3D printer 1000 proposed in the present disclosure utilizes the FFF method to output thermoplastic filaments having different physical properties from one nozzle at the same time as a coaxial output, while easily converting the diameter of the outer diameter. can To this end, the extrusion unit 200 must be able to provide a plurality of filaments of the same material or different materials to the nozzle of the header 500 . Therefore, the extrusion unit 200 may include a plurality of extrusion motors (200a, 200b, 200c). Each of the plurality of extrusion motors 200a, 200b, and 200c may provide one filament to the nozzle of the header 500 . At this time, based on the design drawing of the output, each of the plurality of filaments may have different amounts to be provided to the nozzle, which may be possible by individually controlling each of the plurality of extrusion motors 200a, 200b, and 200c.

성형부(300)는 설계 도면에 따라 출력물이 형성될 수 있도록 헤더(500)의 노즐에서 용융되어 토출되는 소재가 안착하는 위치를 결정하기 위하여 헤더(500) 또는 베드(600)를 이송할 수 있다. 예를 들면 도 2의 베드(600) 아래에 있는 지지물을 모터를 이용하여 X, Y 또는 Z 방향으로 이송시킬 수 있다. 또는 헤더(500)가 부착된 지지물을 모터를 이용하여 X, Y 또는 Z 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이송시킬 수 있다. 일 실시 예에 따라, 성형부(300)는 X축 방향으로의 이동을 수행하는 X축 모터, Y축 방향으로의 이동을 수행하는 Y축 모터, Z축 방향으로의 이동을 수행하는 Z축 모터를 구비할 수 있다. The molding unit 300 may transport the header 500 or the bed 600 to determine a position where the material melted and discharged from the nozzle of the header 500 is seated so that an output can be formed according to the design drawing. . For example, the support under the bed 600 of FIG. 2 may be transferred in the X, Y or Z direction by using a motor. Alternatively, the support to which the header 500 is attached may be transferred in at least one of the X, Y, and Z directions by using a motor. According to an embodiment, the forming unit 300 includes an X-axis motor performing movement in the X-axis direction, a Y-axis motor performing movement in the Y-axis direction, and a Z-axis motor performing movement in the Z-axis direction. can be provided.

성형부(300)는 카르테시안(cartesian) 제어, 델타(delta) 제어, 폴라(polar) 제어에 기초하여 제어될 수 있다.The shaping unit 300 may be controlled based on a Cartesian control, a delta control, and a polar control.

제어부(100)는 성형부(300) 및 압출부(200)를 제어할 수 있다.The control unit 100 may control the molding unit 300 and the extruding unit 200 .

제어부(100)는 3D 출력물에 적용되는 복수 소재의 혼합비에 따라 압출부(200)의 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c)에 제어 신호를 전송하여 설계에 따른 혼합비에 맞게 필라멘트(400)가 헤더(500)의 노즐로 공급되도록 할 수 있다. 예를 들면, 제어부(100)는 압출부(200)의 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c) 각각에 대해 회전 속도 또는 주기적 회전 속도의 변화와 같은 제어 신호를 제공하여 복수의 압출 모터(200a, 200b, 200c) 각각이 헤더(500)의 노즐에 공급하는 각 필라멘트(400)의 양을 조정하도록 할 수 있다.The control unit 100 transmits a control signal to the plurality of extrusion motors 200a, 200b, 200c of the extrusion unit 200 according to the mixing ratio of the plurality of materials applied to the 3D output to match the mixing ratio according to the design. It may be supplied to the nozzle of the header 500 . For example, the control unit 100 provides a control signal such as a change in rotational speed or periodic rotational speed for each of the plurality of extrusion motors 200a, 200b, and 200c of the extrusion unit 200 to provide a plurality of extrusion motors 200a , 200b, 200c) can be adjusted to the amount of each filament 400 supplied to each of the nozzles of the header (500).

제어부(100)는 3D 출력물의 성형을 위하여 헤더(500)의 노즐에서 토출되는 용융된 소재가 놓이게 될 베드(600) 상의 위치를 결정하고, 해당 위치 상에 노즐이 위치하도록 성형부(300)로 헤더(500) 또는 베드(600)를 이송시키기 위한 제어 정보를 전달할 수 있다. 제어부(100)는 카르테시안(cartesian) 제어, 델타(delta) 제어, 또는 폴라(polar) 제어에 기초하여 제어 정보를 생성하고 성형부(300)로 전달할 수 있다.The control unit 100 determines a position on the bed 600 on which the molten material discharged from the nozzle of the header 500 is to be placed for molding the 3D printed product, and uses the molding unit 300 to position the nozzle on the position. Control information for transferring the header 500 or the bed 600 may be transmitted. The control unit 100 may generate control information based on a Cartesian control, a delta control, or a polar control and transmit it to the shaping unit 300 .

카르테시안 제어는 헤더(500)와 베드(600)가 X, Y, Z축을 나누어 담당하여 움직이는 구동 방식에 대한 제어일 수 있다. 예를 들면, 헤더(500)는 X축, Y축으로의 이동을 담당하고, 베드(600)는 Z축으로의 이동만을 담당하거나, 또는 헤더(500)는 X축과 Z축으로의 이동을 담당하고 베드(600)는 Y축으로의 이동만을 담당하거나, 또는 헤더(500)는 Z축으로의 이동을 담당하고 베드(600)는 X축과 Y축으로의 이동을 담당할 수 있다. The Cartesian control may be a control for a driving method in which the header 500 and the bed 600 are in charge of dividing the X, Y, and Z axes. For example, the header 500 is responsible for movement in the X-axis and Y-axis, the bed 600 is responsible for only the movement in the Z-axis, or the header 500 is responsible for movement in the X-axis and the Z-axis. and the bed 600 may be in charge of movement in the Y-axis only, or the header 500 may be in charge of movement in the Z-axis and the bed 600 may be in charge of movement in the X-axis and the Y-axis.

델타 제어는 베드(600)는 고정되어 있고, 헤더(500)만이 X축, Y축, Z축으로 한번에 움직이도록 하는 제어 방식이다. The delta control is a control method in which the bed 600 is fixed and only the header 500 moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis at once.

폴라 제어는 X, Y, Z축 대신에 극좌표를 사용하여 제어하는 방식일 수 있다.The polar control may be a method of controlling using polar coordinates instead of the X, Y, and Z axes.

제어부(100)는 추가적으로 사용자의 입력을 수신하고, 진행 상황 등을 제공할 수 있는 입출력 장치를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 입출력 장치는 터치 기능이 구비된 모니터일 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 제어부(100)는 퍼스널 컴퓨터일 수 있으며, 이 경우 입출력 장치는 퍼스널 컴퓨터에 부가되어 있는 것일 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 제어부(100)는 노트북, 테블릿, 스마트폰일 수도 있다. The control unit 100 may include an input/output device capable of additionally receiving a user's input and providing a progress status and the like. According to an embodiment, the input/output device may be a monitor equipped with a touch function. According to another embodiment, the controller 100 may be a personal computer, and in this case, the input/output device may be added to the personal computer. According to another embodiment, the controller 100 may be a notebook computer, a tablet, or a smartphone.

헤더(500)는 압출부(200)로부터 공급받은 원료 필라멘트를 가열해 용융하고 토출할 수 있다. The header 500 may heat, melt, and discharge the raw filament supplied from the extrusion unit 200 .

도 3은 헤더(500)의 구조를 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a structure of a header 500 .

도 3을 참조하면, 헤더(500)는 노즐부(520)와 복수의 연결부(510a, 510b, 510c)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the header 500 may include a nozzle part 520 and a plurality of connection parts 510a, 510b, and 510c.

복수의 연결부(510a, 510b, 510c)는 압출부(200)에서 제공하는 복수의 필라멘트를 공급받는 부분일 수 있다. 압출부(200)에서 제공하는 필라멘트의 개수에 따라 연결부의 개수가 결정될 수 있다. The plurality of connecting portions 510a, 510b, and 510c may be a portion receiving a plurality of filaments provided by the extruding unit 200 . The number of connections may be determined according to the number of filaments provided by the extrusion unit 200 .

도 2에 도시된 바와 같이 압출부(200)와 헤더(500)가 어느 정도 거리를 두고 떨어져 있는 경우 테프론 튜브(teflon tube)를 이용하여 필라멘트가 공급될 수 있다. 테프론은 PTFE(po,y tetra fluoro ethylene)의 상품명이나 PTFE를 테프론으로 일반적으로 칭해지고 있다. 테프론은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합을 통해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 화학적 비활성, 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특정을 가지고 있어 높은 온도로 가열되는 노즐부(520)까지 필라멘트를 전달하는데 상당히 유용할 수 있다.As shown in FIG. 2 , when the extrusion unit 200 and the header 500 are spaced apart from each other at a certain distance, the filament may be supplied using a Teflon tube. Teflon is a trade name of PTFE (po,y tetra fluoro ethylene), but PTFE is generally referred to as Teflon. Teflon forms a very stable compound through a strong chemical bond between fluorine and carbon, so it has characteristics such as chemical inertness, heat resistance, non-adhesiveness, excellent insulation stability, and low coefficient of friction. It can be quite useful to convey

도 3에 도시된 선(530)은 온도계를 연결하기 위한 것일 수 있다.The line 530 shown in FIG. 3 may be for connecting a thermometer.

도 4는 연결부의 구조를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a structure of a connection part.

도 4를 참조하면 연결부(510)는 홀더(holder)(513), 히트 브레이크(heat break)(515), 및 방열판(heat sink)(511)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the connection part 510 may include a holder 513 , a heat break 515 , and a heat sink 511 .

필라멘트를 공급하기 위해 압출부(200)와 헤더(500) 사이에 연결된 테프론 튜브는 홀더(513), 방열판(511), 히트 브레이크(515)을 관통하여 노즐부(520)까지 연결될 수 있다. The Teflon tube connected between the extrusion unit 200 and the header 500 to supply the filament may be connected to the nozzle unit 520 through the holder 513 , the heat sink 511 , and the heat brake 515 .

이때 홀더(513)는 테프론 튜브를 고정시켜 주는 기능을 수행하여, 헤더(500)가 성형을 위하여 이송되더라도 테프론 튜브를 안정적으로 고정시켜 재료가 되는 필라멘트가 압출부(200)에서 노즐부(520)로 안정적으로 공급되도록 할 수 있다.At this time, the holder 513 performs a function of fixing the Teflon tube, so that even if the header 500 is transported for molding, the filament, which is a material by stably fixing the Teflon tube, is transferred from the extrusion portion 200 to the nozzle portion 520. can be supplied stably.

히트 브레이크(515)는 필라멘트를 녹이기 위해 가열되는 노즐부(520)의 열이 방열판(511) 및 테프론 튜브로 전달되는 것을 최소화하기 위한 것이고, 방열판(511)은 테프론 튜브로 전달된 열을 방출시키기 위해 사용될 수 있다.The heat break 515 is to minimize the transfer of heat from the nozzle unit 520 heated to melt the filament to the heat sink 511 and the Teflon tube, and the heat sink 511 is to dissipate the heat transferred to the Teflon tube. can be used for

도 5는 노즐부의 구조를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a structure of a nozzle unit.

도 5를 참조하면, 노즐부(520)는 노즐바디(529)와 노즐캡(527)으로 구성될 수 있다. 노즐바디(529)와 노즐캡(527)은 서로 분리되어 있고 조립될 수 있다. 하지만 다른 실시 예에 따라 노즐바디(529) 및 노즐캡(527)이 일체형으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 5 , the nozzle unit 520 may include a nozzle body 529 and a nozzle cap 527 . The nozzle body 529 and the nozzle cap 527 are separated from each other and can be assembled. However, according to another embodiment, the nozzle body 529 and the nozzle cap 527 may be integrally configured.

조립 분해가 가능한 노즐바디(529)와 노즐캡(527)으로 인해, 다양한 형상의 노즐캡(527)을 구비하여 출력되는 물질의 두께를 변동시킬 수 있고, 필라멘트의 접합부와 단면 구성을 변화시켜 출력물의 굽힘 특성을 다양하게 형성할 수 있다는 장점을 가질 수 있다. Due to the nozzle body 529 and the nozzle cap 527 that can be assembled and disassembled, it is possible to vary the thickness of the material to be output by having the nozzle cap 527 of various shapes, and to change the junction part and cross-sectional configuration of the filament to produce the output It may have the advantage of being able to form various bending characteristics of

또한, 노즐바디(529)와 노즐캡(527)을 분리하여 가공할 수 있음에 따라 다양한 형상의 노즐캡(527)을 CNC 가공 방법에 기반한 3축 가공을 통해 용이하게 제작할 수 있다는 장점이 있고, 또한, 노즐바디(529)와 노즐캡(527) 청소도 용이하게 수행할 수 있어 장기간 사용이 가능하도록 할 수 있다.In addition, as the nozzle body 529 and the nozzle cap 527 can be processed separately, the nozzle cap 527 of various shapes can be easily manufactured through 3-axis machining based on the CNC machining method, In addition, cleaning of the nozzle body 529 and the nozzle cap 527 can be easily performed, so that it can be used for a long period of time.

도 5를 참조하면, 노즐바디(529)는 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c), 온도계 보관용 홀(522) 및 고정홀(523), 히터부(524), 히터고정용 홀(525a, 525b), 중심부 노즐(526)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the nozzle body 529 includes filament supply parts 521a, 521b, and 521c, a thermometer storage hole 522 and a fixing hole 523, a heater part 524, and a heater fixing hole 525a, 525b. ), may include a central nozzle (526).

필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c)에는 도 4에 도시된 연결부가 결합되어 압출부(200)로부터 전달되는 필라멘트가 공급될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c)는 노즐바디(529)에 일렬로 배치될 수 있다. 종래의 필라멘트 공급부는 3개의 공급부가 각각 120도의 각도를 형성하면서 가상의 원을 형성하도록 되어 있는 것이 일반적이나, 본 개시에서는 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c)가 노즐바디(529)에 하나의 가상의 선분 상에 일렬로 배치되는 것을 제안한다. 하지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 필라멘트 공급부의 개수가 3개보다 많을수도 있으며, 임의의 형태로 배치될 수 있다. 다만, 필라멘트 공급부와 이후 설명할 노즐과의 연결 관계를 통해 복수 소재가 섞이지 않으면서 동축의 형상을 형성하는 것이 가능할 수 있다. The filament supply unit (521a, 521b, 521c) is coupled to the connection shown in FIG. 4 may be supplied with a filament delivered from the extrusion unit (200). As shown in FIG. 5 , the filament supply units 521a , 521b , 521c may be arranged in a line on the nozzle body 529 . In the conventional filament supply unit, it is common that the three supply units form a virtual circle while forming an angle of 120 degrees, respectively, but in the present disclosure, the filament supply units (521a, 521b, 521c) are one virtual to the nozzle body (529). It is proposed to be arranged in a line on the line segment of However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the number of filament supply units may be greater than three, and may be arranged in any shape. However, it may be possible to form a coaxial shape without mixing a plurality of materials through a connection relationship between the filament supply unit and the nozzle to be described later.

온도계 보관용 홀(522)에는 온도계가 구비되고, 노즐이 필라멘트를 녹일 수 있을 정도의 일정한 온도를 유지하는 지를 점검할 수 있다. 고정홀(523)은 온도계가 이동하지 않도록 고정시킬 수 있다.A thermometer is provided in the thermometer storage hole 522, and it can be checked whether the nozzle maintains a constant temperature enough to melt the filament. The fixing hole 523 may be fixed so that the thermometer does not move.

히터부(524)에는 노즐을 가열할 수 있는 히터가 구비되고, 제어부(100)는 온도계로 측정한 노즐의 온도에 기초하여 히터의 발열량을 제어할 수 있다. 히터고정용 홀(525a, 525b)은 노즐바디(529)의 상면과 배면에 구비되고 나사 등을 이용하여 노즐바디(529)의 후면의 간격을 좁혀 히터부(524)에 구비되는 히터가 이동하지 않도록 고정할 수 있다. A heater capable of heating the nozzle is provided in the heater unit 524 , and the control unit 100 may control the amount of heat generated by the heater based on the temperature of the nozzle measured with a thermometer. The heater fixing holes 525a and 525b are provided on the upper surface and the rear surface of the nozzle body 529, and the space between the rear surface of the nozzle body 529 is narrowed using screws, etc., so that the heater provided in the heater unit 524 does not move. can be fixed so as not to

노즐바디(529)는 중심부 노즐(526)을 포함하고, 노즐캡(527)은 외경부 노즐일 수 있다. 중심부 노즐(526)에서 토출된 소재는 출력물의 중심부를 형성하고 노즐캡(527)은 통해 토출된 소재는 출력물의 중심부를 둘러싸는 외경부를 형성할 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 노즐캡(527)의 구조에 따라 외경부는 중심부를 제1 외경부 및 제1 외경부를 둘러싸는 제2 외경부로 추가적으로 구분될 수 있다. 따라서, 본 개시에서 제안하는 노줄 구조에 기초하면, 토출되어 생성되는 출력물은 동축 형상일 수 있으며, 동축 형상의 중심부와 중심부를 둘러싸는 외경부는 노즐의 서로 다른 부분에 의하여 생성되고, 그 결과 동시에 서로 다른 소재를 공급하는 경우 서로 다른 소재로 형성되는 것이 가능할 수 있다. The nozzle body 529 may include a central nozzle 526, and the nozzle cap 527 may be an outer diameter nozzle. The material discharged from the central nozzle 526 may form a central portion of the output, and the material discharged through the nozzle cap 527 may form an outer diameter portion surrounding the central portion of the output. According to another embodiment, the outer diameter portion may be additionally divided into a first outer diameter portion and a second outer diameter portion surrounding the first outer diameter portion according to the structure of the nozzle cap 527 . Therefore, based on the nozzle structure proposed in the present disclosure, the output produced by being discharged may have a coaxial shape, and the central and outer diameter portions surrounding the central portion of the coaxial shape are generated by different parts of the nozzle, and as a result, each other at the same time If different materials are supplied, it may be possible to form them with different materials.

도 5에는 미도시되어 있지만 노즐바디(529)와 노즐캡(527)이 결착하는 부분에 누수를 방지하기 위해 테프론 테이프, 테프론 시트, 내열 고무 또는 실리콘이 추가될 수 있다. Although not shown in FIG. 5 , Teflon tape, Teflon sheet, heat-resistant rubber or silicone may be added to the portion where the nozzle body 529 and the nozzle cap 527 are bonded to prevent water leakage.

노즐캡(527)은 나사, 걸쇠 등 기계적 탈부착 가능한 다양한 방법을 사용하여 노즐바디(529)와 결합할 수 있다. The nozzle cap 527 may be coupled to the nozzle body 529 using various mechanically detachable methods such as screws and latches.

3D 프린터에서 출력물의 두께 및 형상이 물성과 물체의 거동 및 출력물의 표면 거칠기에 영향을 주므로, 탈부착 가능한 서로 다른 크기의 노즐캡(527) 또는 형상 변경 가능한 노즐캡(527)을 사용함으로써 원하는 형상 및 출력물의 물성과 특징을 조절할 수 있다.Since the thickness and shape of the output in the 3D printer affect the properties, behavior of the object, and the surface roughness of the output, the desired shape and You can control the properties and characteristics of the printout.

도 5의 예에서는 3개의 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c)를 도시하고 있지만, 3개 이상의 필라멘트 공급부가 구비될 수 있다.Although the example of Figure 5 shows three filament supply parts (521a, 521b, 521c), three or more filament supply parts may be provided.

도 6은 노즐부(520)의 노즐에서의 단면도를 도시한 도면이다.6 is a view showing a cross-sectional view of the nozzle unit 520 at the nozzle.

도 6을 참조하면, 노즐바디(529)의 필라멘트 공급부(521a)를 통해 공급되는 필라멘트는 토출부의 중심부로 토출되고, 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 공급된 필라멘트는 노즐캡(527)과 노즐바디(529)로 형성되는 노즐을 통해 외경부로 토출될 수 있음을 알 수 있다.6, the filament supplied through the filament supply unit 521a of the nozzle body 529 is discharged to the center of the discharge unit, and the filament supplied through the filament supply units 521b and 521c is the nozzle cap 527 and the nozzle. It can be seen that the body 529 can be discharged to the outer diameter part through the nozzle.

도 7은 노즐캡의 변경에 따라 상이한 출력물이 출력되는 예를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an example in which different outputs are output according to a change of a nozzle cap.

도 7의 (a)는 노즐캡(527)에 형성되어 있는 토출구의 직경이 0.5mm인 경우의 노즐 단면도를 도시하고, (b)는 토출구의 직경이 0.5mm인 경우의 출력물을 도시하고, (c)는 노즐캡(527)에 형성되어 있는 토출구의 직경이 2mm인 경우의 노즐 단면도를 도시하고, (d)는 토출구의 직경이 2mm인 경우의 출력물을 도시한다.Figure 7 (a) shows a cross-sectional view of the nozzle when the diameter of the outlet formed in the nozzle cap 527 is 0.5 mm, (b) shows the output when the diameter of the outlet is 0.5 mm, ( c) shows a cross-sectional view of the nozzle when the diameter of the outlet formed in the nozzle cap 527 is 2 mm, and (d) shows the output when the diameter of the outlet is 2 mm.

도 7을 참조하면, 토출구의 직경이 0.5mm인 노즐캡(527)을 사용하는 경우 직경이 대략 0.6mm의 출력물이 생성되고, 토출구의 직경이 2mm인 노즐캡(527)을 사용하는 경우 직경이 대략 1.8mm의 출력물이 생성될 수 있다. Referring to FIG. 7 , when a nozzle cap 527 having a discharge port diameter of 0.5 mm is used, an output having a diameter of approximately 0.6 mm is generated, and when a nozzle cap 527 having a discharge port diameter of 2 mm is used, the diameter is A printout of approximately 1.8 mm can be produced.

도 7의 예에서 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 공급되는 필라멘트를 동일한 소재로 구성하여 외경부가 동일한 물질로 형성되는 것을 도시하고 있다. 다른 일 실시 예에 따라 도 8에 도시된 것처럼 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해 공급되는 필라멘트를 다른 소재로 구성할 수 있고, 외경부의 일측 반원과 반대측 반원이 서로 다른 물질로 형성되도록 할 수 있다.In the example of FIG. 7 , the filaments supplied through the filament supply units 521b and 521c are made of the same material and the outer diameter portion is formed of the same material. According to another embodiment, as shown in FIG. 8 , the filament supplied through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c may be made of different materials, and a semicircle on one side and a semicircle on the opposite side of the outer diameter are formed of different materials. can make it happen

도 8은 형상이 상이한 노즐캡의 적용에 따라 상이한 출력물이 출력되는 예를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating an example in which different outputs are output according to application of nozzle caps having different shapes.

도 8의 (a)에 도시된 노즐캡(527)의 경우에는 하나의 쉘(shell)만을 구비하고 해당 쉘과 노즐바디(529)의 중심부 노즐(526)의 외곽이 하나의 노즐을 형성할 수 있다. 그러면 출력물(810)에 도시된 바와 같이 출력물(810)의 중심부는 필라멘트 공급부(521a)를 통해 공급되는 필라멘트 소재로 형성되고, 출력물(810)의 외경부는 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 공급되는 필라멘트 소재로 형성될 수 있다. 이때, 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해 서로 다른 필라멘트 소재가 공급되는 경우 각각의 소재가 외경부의 반원을 형성할 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 압출부(200)의 제어에 의하여 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해 공급되는 소재의 양이 다를 수 있다. 그러면 더 많은 양의 소재가 유입되는 쪽(예: 필라멘트 공급부(521b))이 외경부의 더 넓은 면적을 차지하게 되고, 더 적은 양의 소재가 유입되는 쪽(예: 필라멘트 공급부(521c))이 외경부의 더 좁을 면적을 차지할 수 있다.In the case of the nozzle cap 527 shown in (a) of FIG. 8, only one shell is provided, and the shell and the outer edge of the central nozzle 526 of the nozzle body 529 can form one nozzle. have. Then, as shown in the output 810, the central portion of the output 810 is formed of a filament material supplied through the filament supply unit 521a, and the outer diameter portion of the output product 810 is supplied through the filament supply unit 521b and 521c. It may be formed of a filament material. At this time, when different filament materials are supplied through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c, each material may form a semicircle of the outer diameter portion. According to another embodiment, the amount of the material supplied through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c under the control of the extrusion unit 200 may be different. Then, the side through which a larger amount of material flows (eg, the filament supply unit 521b) occupies a larger area of the outer diameter portion, and the side through which a smaller amount of material flows (eg, the filament supply unit 521c) has the outer diameter It can occupy a smaller area of wealth.

도 8의 (b)에 도시된 노즐캡(527)의 경우에는 2개의 쉘이 포함될 수 있다. 여기서, 2개의 쉘은 중심부에서 비대칭으로 형성되어 제1 쉘과 중심부 노즐(526)의 외면이 형성하는 제1 외경부 노즐은 필라멘트 공급부(521b)를 통해 공급되는 필라멘트 소재만 토출할 수 있고, 제2 쉘과 제1 쉘이 형성하는 제2 외경부 노즐은 필라멘트 공급부(521c)를 통해 공급되는 필라멘트 소재만 토출할 수 있다. 그 결과, 출력물(820)과 같이 중심부는 필라멘트 공급부(521a)를 통해 공급되는 제1 소재로 형성되고, 제1 외경부는 필라멘트 공급부(521b)를 통해 공급되는 제2 소재로 형성되고, 제2 외경부는 필라멘트 공급부(521c)를 통해 공급되는 제3 소재로 형성될 수 있다. 이처럼 노즐바디(529)에 탈, 부착 가능한 노즐캡(527)의 형상을 변경함으로써 다양한 복수 소재의의 출력물을 얻을 수 있다.In the case of the nozzle cap 527 shown in (b) of FIG. 8, two shells may be included. Here, the two shells are asymmetrically formed in the center so that the first outer diameter nozzle formed by the outer surface of the first shell and the center nozzle 526 can discharge only the filament material supplied through the filament supply unit 521b, The second outer diameter nozzle formed by the second shell and the first shell may discharge only the filament material supplied through the filament supply unit 521c. As a result, like the output 820, the central portion is formed of a first material supplied through the filament supply unit 521a, and the first outer diameter portion is formed of a second material supplied through the filament supply unit 521b, and the second outer diameter The unit may be formed of a third material supplied through the filament supply unit (521c). In this way, by changing the shape of the nozzle cap 527 that can be detached and attached to the nozzle body 529, it is possible to obtain outputs of various materials.

도 5에 도시된 바와 같이 출력물의 외경부를 형성할 수 있는 노즐캡(527)은 중심부 노즐(526)을 포함하는 노즐바디(529)와 결합하여 다양한 형상의 출력물을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 본 개시에서 제안하는 3D 프린터는 2개 이상의 탈부착식 노즐캡(527)을 사용하여 중심부 및 다층으로 구성된 외경부(예: 각 층별로 서로 다른 소재로 구성된)를 가지는 출력물을 생산할 수 있다. As shown in FIG. 5 , the nozzle cap 527 capable of forming the outer diameter of the output may be combined with the nozzle body 529 including the central nozzle 526 to form various shapes of output. According to an embodiment, the 3D printer proposed in the present disclosure uses two or more detachable nozzle caps 527 to print an output having a central portion and an outer diameter portion composed of multiple layers (eg, composed of different materials for each layer). can produce

도 9는 필라멘트 공급부가 5개인 노즐바디와 노즐캡에 의해 형성될 수 있는 출력물의 예들을 도시한 도면이다.9 is a view showing examples of outputs that can be formed by the nozzle body and the nozzle cap having five filament supply units.

도 9를 참조하면 노즐바디(529)는 5개의 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c, 521d, 521e)를 구비할 수 있고, 노즐캡(527)은 2개의 쉘을 구비한 형상으로 필라멘트 공급부(521a)를 통해 공급되는 소재로 출력물의 중심부를 형성할 수 있고, 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 공급되는 소재로 출력물의 제1 외경부를 형성할 수 있고, 필라멘트 공급부(521d, 521e)를 통해 공급되는 소재로 출력물의 제2 외경부를 형성할 수 있다. 따라서, 각 필라멘트 공급부로 어떤 소재를 공급되느냐에 따라 다양한 형상의 출력물을 형성할 수 있다. 예를 들면, 필라멘트 공급부(521a) 만을 통해 제1 소재를 공급한다면 소재 종류에 따라 출력물(912) 또는 출력물(913)이 생성될 수 있다. 추가적으로 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 제1 소재를 공급한다면 출력물(912)과 유사하지만 더 넓은 형상의 출력물이 생성될 수 있다. 더 나아가 필라멘트 공급부(521d, 521e)를 통해 제1 소재를 공급한다면 출력물(912)과 유사하지만 더욱 더 넓은 형상의 출력물이 생성될 수 있다.Referring to FIG. 9 , the nozzle body 529 may include five filament supply units 521a, 521b, 521c, 521d, and 521e, and the nozzle cap 527 has two shells and has a filament supply unit 521a. ) can form the center of the output with the material supplied through, and can form the first outer diameter of the output with the material supplied through the filament supply parts (521b, 521c), and the filament supply part (521d, 521e) supplied through The material used may form the second outer diameter part of the output. Therefore, it is possible to form output of various shapes according to which material is supplied to each filament supply unit. For example, if the first material is supplied only through the filament supply unit 521a, the output 912 or the output 913 may be generated according to the type of the material. Additionally, if the first material is supplied through the filament supply units 521b and 521c, an output similar to the output 912 but a wider shape may be generated. Furthermore, if the first material is supplied through the filament supply units 521d and 521e, an output similar to the output 912, but having a wider shape may be generated.

다른 실시 예에 따라, 필라멘트 공급부(521a)를 통해 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 제2 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521d, 521e)를 통해 제3 소재를 공급한다면 출력물(910) 또는 출력물(911)이 생성될 수 있다.According to another embodiment, the first material is supplied through the filament supply unit (521a), the second material is supplied through the filament supply unit (521b, 521c), and the third material is supplied through the filament supply unit (521d, 521e). If so, an output 910 or an output 911 may be generated.

다른 일 실시 예에 따라, 필라멘트 공급부(521a)를 통해 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521b, 521c)를 통해 제2 소재를 공급하거나, 또는 추가적으로 필라멘트 공급부(521d, 521e)를 통해 제2 소재를 더 공급한다면 출력물(914)가 생성될 수 있다. According to another embodiment, the first material is supplied through the filament supply unit (521a), the second material is supplied through the filament supply unit (521b, 521c), or additionally the second material is supplied through the filament supply unit (521d, 521e). If more material is supplied, an output 914 may be generated.

이외에도 필라멘트 공급부(521a, 521b, 521c, 521d, 521e)를 통해 공급하는 소재를 다양하게 변경함으로써 다양한 복합 소재를 사용한 출력물을 생성할 수 있다. In addition, by variously changing the material supplied through the filament supply unit (521a, 521b, 521c, 521d, 521e), it is possible to generate an output using various composite materials.

도 10은 다중 결착이 가능한 노즐캡의 예를 도시한 도면이다.10 is a view showing an example of a nozzle cap capable of multiple binding.

도 10은 노즐캡을 모듈화하고 필요에 따라, 모듈화된 노즐캡을 서로 결착하고 탈착함으로써 사용자의 요구에 맞게 필요한 구조를 조립할 수 있는 노즐캡을 도시하고 있다. FIG. 10 shows a nozzle cap capable of assembling a necessary structure according to a user's needs by modularizing the nozzle cap and, if necessary, binding and detaching the modular nozzle cap to each other.

본 개시에서 제안하는 노즐 구조 및 3D 프린터를 사용하면 복수 소재를 사용한 다양한 형태의 출력물을 생성할 수 있다.By using the nozzle structure and the 3D printer proposed in the present disclosure, it is possible to generate various types of output using a plurality of materials.

도 11 내지 도 15는 본 개시에서 제안하는 노즐 구조 및 3D 프린터에 의해 생성될 수 있는 다양한 출력물의 예를 도시한 도면이다.11 to 15 are diagrams illustrating examples of a nozzle structure proposed in the present disclosure and various outputs that may be generated by a 3D printer.

도 11 내지 도 15의 출력물들은 설계 도면을 작성하고 해당 설계도면에 따라 3D 프린팅이 되도록 프로그램을 구현하고, 해당 프로그램을 제어부에서 실행함으로써 생성될 수 있다. 이 경우 각 도면에 대응하는 출력 모드는 프로그램되어 제어부(100)가 제공할 수 있는 출력 모드로 사용자에게 도시할 수 있고, 실제 사용자는 용이하게 원하는 복수 소재의 출력물을 생성할 수 있을 것이다.The outputs of FIGS. 11 to 15 may be generated by creating a design drawing, implementing a program to be 3D printed according to the design drawing, and executing the program in the control unit. In this case, the output mode corresponding to each drawing may be programmed and shown to the user as an output mode that can be provided by the control unit 100, and the actual user will be able to easily generate output of a plurality of materials desired by the user.

도 11은 선택적 단일 소재 변환 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an output output by the selective single material conversion output mode.

도 11을 참조하면, 선택적 단일 소재 변환 출력 모드에서 3D 프린터는 복수 소재의 필라멘트들을 끊김없이 순차적으로 출력할 수 있다. 도 11의 예는 검정색의 ABS, 파란색의 TPU, 그리고 주황색의 PLA 필라멘트들을 끊어짐없이 연속적으로 변환하며 출력됨을 보이고 있다.Referring to FIG. 11 , in the selective single material conversion output mode, the 3D printer may sequentially output filaments of a plurality of materials without interruption. The example of FIG. 11 shows that the black ABS, blue TPU, and orange PLA filaments are continuously converted and output without breaking.

도 12는 이종 소재 야누스 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating an output output by the Janus output mode of the heterogeneous material.

도 5에서 필라멘트 공급부(521a)를 통해서는 소재를 공급하지 않고, 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해서만 각각 제1 소재와 제2 소재를 공급하면 도 12에 도시된 것과 같은 출력물이 형성될 수 있다. 한번에 하나의 필라멘트만을 출력할 수 있는 일반적인 다종 재료 3D 프린터들은 제1 소재와 제2 소재를 다른 시간에 출력하여 도 12에 도시된 출력물을 만들 때 두 소재의 접합 면이 약해질 수 있는 단점이 있다. 반면에 본 개시에서 제안하는 복수 소재 3D 프린터는 제1 소재와 제2 소재를 고온의 노즐 내부에서 동시에 액체 그리고 고체 상태로 전환하기 때문에 두 소재의 접합 면도 단단하게 접착이 되고 분리가 되지 않을 수 있다.In FIG. 5, if the first material and the second material are supplied only through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c, respectively, without supplying the material through the filament supply unit 521a, the output as shown in FIG. 12 is can be formed. General multi-material 3D printers capable of outputting only one filament at a time have a disadvantage that the bonding surface of the two materials may be weakened when the first material and the second material are output at different times to produce the output shown in FIG. 12. . On the other hand, since the multi-material 3D printer proposed in the present disclosure converts the first material and the second material into liquid and solid states at the same time inside the high-temperature nozzle, the bonding surfaces of the two materials may be firmly bonded and not separated. .

이때, 각 소재를 필라멘트 공급부로 전달하는 압출 모터(200b)의 제1 소재 이송량과 압출 모터(200c)의 제2 소재 이송량이 동일하다면 두 소재가 서로 유사한 크기의 이종 소재 출력물이 생성될 수 있지만, 8:2, 3:7과 같은 다양한 비율로 각 소재의 이송량을 조절한다면 생성된 출력물의 이종 소재 각각이 차지하는 넓이가 상이할 수 있고, 그에 따라 사용자가 원하는 물성치 혹은 구조를 가진 이종 소재 출력물을 생성할 수 있다.At this time, if the first material feed amount of the extrusion motor 200b for delivering each material to the filament supply unit and the second material feed amount of the extrusion motor 200c are the same, the two materials may produce a different material output having a similar size, but If the transfer amount of each material is adjusted in various ratios such as 8:2, 3:7, the area occupied by each of the different materials of the generated output may be different, and accordingly, the output of different materials with the material properties or structure desired by the user is generated. can do.

도 13은 이종 소재 동축 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.13 is a diagram illustrating an output output by a heterogeneous material coaxial output mode.

도 13은 출력물의 전체 크기는 유지하면서 이종 소재 중 중심부의 크기를 자유롭게 조절한 출력물의 예를 도시한 것이다. 도 5에서 필라멘트 공급부(521a)를 통해 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해서는 제2 소재를 공급한다면, 도 13에 도시된 것과 같은 이종 소재 동축 출력물이 생성될 수 있다. 13 shows an example of an output in which the size of the center among different materials is freely adjusted while maintaining the overall size of the printed object. In FIG. 5, if the first material is supplied through the filament supply unit 521a, and the second material is supplied through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c, a coaxial output of a heterogeneous material as shown in FIG. can be created

이때 압출 모터(200a)의 의해 제어되는 제1 소재의 이송량의 비율을 변경한다면 도 13에 도시된 것과 같은 중심부의 크기가 다양한 출력물을 생성할 수 있다. At this time, if the ratio of the feed amount of the first material controlled by the extrusion motor 200a is changed, outputs having various sizes of the center as shown in FIG. 13 can be generated.

일 실시 예에 따라, 필라멘트의 이송량은 압출 모터의 회전 속도와 비례할 수 있다. 도 2에 구비된 3개의 압출 모터(200a, 200b, 200c)의 회전속도의 총합을 100%로하면 각 압출 모터(200a, 200b, 200c)의 회전속도의 비를 % 형태로 나타낼 수 있는데, 도 13의 각 출력물에서 오른쪽 상단부에 기재된 수치는 중심부 노즐에 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비를 나타낸 것이다. 출력물(1310)은 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비를 50%로 하고 외경부를 형성하는 제2 소재를 공급하는 압출 모터(200b) 및 압출 모터(200c)의 비율을 25%씩으로 한 경우의 결과물이다. 출력물(1320)은 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비를 33.3%로 하고 외경부를 형성하는 제2 소재를 공급하는 압출 모터(200b) 및 압출 모터(200c)의 비율을 33.3%씩으로 한 경우의 결과물이다. 출력물(1330)은 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비를 20%로 하고 외경부를 형성하는 제2 소재를 공급하는 압출 모터(200b) 및 압출 모터(200c)의 비율을 40%씩으로 한 경우의 결과물이다. 출력물(1340)은 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비를 10%로 하고 외경부를 형성하는 제2 소재를 공급하는 압출 모터(200b) 및 압출 모터(200c)의 비율을 45%씩으로 한 경우의 결과물이다.According to an embodiment, the feed amount of the filament may be proportional to the rotation speed of the extrusion motor. If the sum of the rotational speeds of the three extrusion motors 200a, 200b, and 200c provided in FIG. 2 is 100%, the ratio of the rotational speeds of each of the extrusion motors 200a, 200b, 200c can be expressed in the form of a percentage, FIG. The numerical value written in the upper right part in each output of 13 represents the ratio of the rotational speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material to the central nozzle. The output 1310 is the ratio of the rotation speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material to 50% and the ratio of the extrusion motor 200b and the extrusion motor 200c for supplying the second material forming the outer diameter part This is the result of 25% increments. The output 1320 is the ratio of the rotation speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material to 33.3% and the ratio of the extrusion motor 200b and the extrusion motor 200c for supplying the second material forming the outer diameter part This is the result in the case of 33.3% each. The output 1330 sets the ratio of the rotational speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material to 20% and the ratio of the extrusion motor 200b and the extrusion motor 200c for supplying the second material forming the outer diameter portion. This is the result of 40% increments. The output 1340 sets the ratio of the rotational speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material to 10% and the ratio of the extrusion motor 200b and the extrusion motor 200c for supplying the second material forming the outer diameter portion. This is the result of 45% increments.

도 13의 결과물을 참조하면 제1 소재를 공급하는 압출 모터(200a)의 회전속도의 비가 작아질수록 중심부의 크기가 작아짐을 알 수 있다. Referring to the result of Figure 13, it can be seen that the smaller the ratio of the rotational speed of the extrusion motor 200a for supplying the first material, the smaller the size of the center.

도 14는 삼종 소재 야누스 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.14 is a diagram illustrating an output output by the three-material Janus output mode.

도 5에서 필라멘트 공급부(521a)를 통해 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521b)를 통해 제2 소재를, 필라멘트 공급부(521c)를 통해 제3 소재를 공급한면 도 14에 도시된 것과 같은 출력물이 형성될 수 있다. 이때 공급되는 소재의 종류, 배치, 중심부의 크기 등은 제1 소재 내지 제3 소재를 어디로 공급하느냐 그리고 공급되는 소재의 서로 간의 비율은 어떻게 하느냐에 따라 조절이 가능할 수 있다. 또한, 노즐캡 형상의의 변경을 통해 도 8의 (b)에 도시된 것처럼 삼중소재 동축 출력물을 형성할 수도 있다. In FIG. 5, if the first material is supplied through the filament supply unit 521a, the second material is supplied through the filament supply unit 521b, and the third material is supplied through the filament supply unit 521c, the output as shown in FIG. 14 can be formed. At this time, the type, arrangement, size of the center, etc. of the supplied material may be adjustable depending on where the first to third materials are supplied and the ratio of the supplied materials to each other. In addition, a triple-material coaxial output may be formed by changing the shape of the nozzle cap as shown in FIG. 8( b ).

도 15는 혼합/변환 출력 모드에 의해 출력된 출력물을 도시한 도면이다.15 is a diagram illustrating an output output by the mixed/converted output mode.

도 11과 같이 단일 소재를 변환하면서 출력하는 경우에는 복수의 소재들을 번갈아 가며 출력하여야 하기 때문에 노즐 내부에 잔여하고 있는 기존 소재의 필라멘트로 인해 불안전한 출력이 생길 수 있고, 두 소재의 접합력이 우수하지 않을 수 있다. 하지만 두 소재를 본 개시에서 제안하는 3D 프린터를 이용하여 혼합비를 점차적으로 변경하면서 제1 소재에서 제2 소재로 전환한다면 두 소재들을 적절히 섞어가며 출력할 수 있다. 이러한 혼합/변환 출력 모드는 서로 다른 소재의 물성치를 최대한 유지하면서 전환하는 방법일 수 있다.In the case of outputting while converting a single material as shown in FIG. 11, since a plurality of materials must be output alternately, unstable output may occur due to the filament of the existing material remaining inside the nozzle, and the bonding strength between the two materials is not excellent. it may not be However, if the two materials are switched from the first material to the second material while gradually changing the mixing ratio using the 3D printer proposed in the present disclosure, the two materials may be properly mixed and printed. This mixing/conversion output mode may be a method of switching while maintaining the physical properties of different materials as much as possible.

예를 들면, 도 5에서 필라멘트 공급부(521a)를 통해 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521b)와 필라멘트 공급부(521c)를 통해 제2 소재를 공급함에 의하여 이중 소재의 출력물을 생성할 수 있다. 이 경우에는 제1 소재가 중심부를 형성하고 제2 소재가 외경부를 형성하는 동축 형상의 출력물이 생성될 수 있다. 또는 도 5에서 필라멘트 공급부(521a)를 통해서는 소재를 공급하지 않고, 필라멘트 공급부(521b)를 통해서는 제1 소재를 공급하고, 필라멘트 공급부(521c)를 통해서는 제2 소재를 공급함에 의하여 이중 소재의 출력물을 생성할 수 있다. 이 경우에는 이중 소재 야누스 출력물이 생성될 수 있다. For example, in FIG. 5 , by supplying the first material through the filament supply unit 521a, and supplying the second material through the filament supply unit 521b and the filament supply unit 521c, an output of the dual material can be generated. . In this case, a coaxial output in which the first material forms the central portion and the second material forms the outer diameter portion may be generated. Alternatively, in FIG. 5, the material is not supplied through the filament supply unit 521a, and the first material is supplied through the filament supply unit 521b, and the second material is supplied through the filament supply unit 521c. output can be generated. In this case, a dual-material Janus output can be produced.

상술한 2가지 방식에서 처음에는 제1 소재의 이송량을 100%로 하고 제2 소재의 이송량을 0%로만 하면 처음에는 제1 소재로만 구성된 출력물만이 생성되고 제2 소재로의 전환을 위하여 시간에 따라 제1 소재의 이송량은 점점 감소시키고, 제2 소재의 이송량은 점점 증가시키고, 최종적으로 제1 소재의 이송량은 0%로 만들로 제2 소재의 이송량은 100%로 만든다면, 중간 부분에서는 혼합비가 변경되면서 제2 소재의 양이 점점 증가하는 출력물이 생성되고 최종적으로 제2 소재로만 구성된 출력물이 생성되어 소재의 변환이 완료될 수 있다.In the above two methods, if the feed amount of the first material is initially set to 100% and the feed amount of the second material is set to 0%, only an output composed of only the first material is initially generated, and in time for conversion to the second material Accordingly, the transfer amount of the first material gradually decreases, the transfer amount of the second material gradually increases, and finally, if the transfer amount of the first material is made 0% and the transfer amount of the second material is made 100%, in the middle part, the mixing ratio As is changed, an output in which the amount of the second material gradually increases is generated, and finally an output composed of only the second material is generated, so that the conversion of the material may be completed.

도 15의 예는 처음에는 ABS로만 구성되었다가 최종적으로는 TPU만으로 구성된 출력물을 도시한 것이다. ABS와 TPS는 서로 물성치가 완전히 상이하기 때문에 도 11에서와 같이 선택 변환한다면 그 접합부가 약할 가능성이 있다. 하지만 도 15에 도시된 것과 같은 혼합/변환 출력 모드를 사용한다면 혼합비의 변경을 통해 점차적으로 전환시킴으로써 접합부의 강도를 증가시킬 수 있다. The example of FIG. 15 shows an output composed of only ABS at first and finally composed of only TPU. Since ABS and TPS have completely different physical properties, there is a possibility that the junction is weak if selective conversion is performed as in FIG. 11 . However, if the mixing/conversion output mode as shown in FIG. 15 is used, the strength of the joint can be increased by gradually switching the mixing ratio by changing the mixing ratio.

일 실시 예에 따라, 본 개시에서 제안하는 노즐 구조 및 해당 노즐 구조를 사용하는 3D 프린터는 중심부와 외경부가 서로 상이한 물성을 가지는 소재로 구현되는 출력물을 생성할 수 있다. 예를 들면, 고무 성질을 가지고 있어 유연한 TPU를 외경부의 소재로 사용하고 중심부는 단단한 ABS를 소재로 사용하는 경우 새로운 물성치를 가지는 필라멘트를 제작할 수 있다. 이와 같은 출력물은 유연한 관절과 부드러운 외피 그리고 딱딱한 뼈로 구성된 인간의 다리를 모사한 것일 수 있으며, 소프트 로봇의 다리로 사용될 수 있다. According to an embodiment, the nozzle structure proposed in the present disclosure and the 3D printer using the nozzle structure may generate an output in which a center portion and an outer diameter portion are made of a material having different physical properties. For example, if flexible TPU is used as the material for the outer diameter part because it has rubber properties and ABS is used as the material for the center part, a filament having new properties can be produced. Such a printout may be a imitation of a human leg composed of flexible joints, soft skin, and hard bones, and may be used as a leg of a soft robot.

또한, CFRP, 금속, 나무 등등의 필라멘트들을 중심부와 외경부의 특수한 조합으로 활용하면 다양한 stress-strain 커브를 가지는 소재들을 자유롭게 만들 수 있다. In addition, if filaments such as CFRP, metal, wood, etc. are used as a special combination of the center and outer diameter, materials with various stress-strain curves can be freely made.

또한, TPU 소재는 전선 피복으로도 활용되는 것이기 때문에 중심부는 전도성 필라멘트로 형성하고 외경부는 TPU로 형성한다면, 형상 제어가 가능한 전선 제작이 가능할 수 있다.In addition, since the TPU material is also used as a wire covering, if the central portion is formed of a conductive filament and the outer diameter portion is formed of TPU, it may be possible to manufacture a shape-controllable wire.

본 개시에서는 다음과 같이 요약할 수 있는 3D 프린터용 동축 섬유 압출 노즐과, 해당 3D 프린터용 노즐을 사용하여 동축 섬유를 출력물로 생성할 수 있는 3D 프린터에 대하여 설명하였다.In the present disclosure, a coaxial fiber extrusion nozzle for a 3D printer, which can be summarized as follows, and a 3D printer capable of generating a coaxial fiber as an output using the nozzle for a 3D printer have been described.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 3D 프린터용 노즐은 노즐바디 및 다양한 형상으로 성형될 수 있고 상기 노즐바디에 결합되는 노즐캡을 포함하고, 상기 노즐바디는 적어도 3개의 필라멘트 공급부, 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부를 통해 공급되는 필라멘트들을 용융하기 위해 상기 노즐바디 및 노즐캡을 가열하는 히터부 및 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중의 하나인 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 중심부 노즐을 포함하고, 상기 노즐캡은 상기 노즐바디와 결합되어 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 외경부 노즐을 형성할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a nozzle for a 3D printer includes a nozzle body and a nozzle cap that can be molded into various shapes and coupled to the nozzle body, wherein the nozzle body includes at least three filament supply units, the at least three A heater unit for heating the nozzle body and the nozzle cap to melt the filaments supplied through the filament supply unit and a central nozzle for discharging the filament supplied through the first filament supply unit, which is one of the at least three filament supply units, The nozzle cap may be combined with the nozzle body to form an outer diameter nozzle for discharging the filament supplied through the remaining filament supply parts except for the first filament supply part among the at least three filament supply parts.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 노즐캡은 상기 노즐바디의 상기 중심부 노즐과 결합하고, 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 외경부 노즐을 형성할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the nozzle cap may be coupled to the central nozzle of the nozzle body, and may form an outer diameter nozzle together with an outer surface of the central nozzle.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 노즐캡과 상기 노즐바디 사이에 누수 방지를 위한 테프론 테이프, 테프론 시트, 내열 고무 또는 실리콘이 부가될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a Teflon tape, Teflon sheet, heat-resistant rubber, or silicone for preventing water leakage may be added between the nozzle cap and the nozzle body.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 노즐바디는 상기 노즐바디의 온도를 측정하는 온도계를 더 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the nozzle body may further include a thermometer for measuring the temperature of the nozzle body.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고, 상기 외경부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트를 상기 외경부에 토출하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in order to form an output in which the central part is made of a first material and the outer diameter part surrounding the central part is made of a second material different from the first material, the central nozzle is the first filament is configured to discharge the filament of the first material supplied through the supply unit to the center of the output, and the outer diameter nozzle is the second material supplied through the remaining filament supply unit except for the first filament supply unit. It may be configured to discharge to the neck.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 일면이 구성되고 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 상기 외경부의 나머지 일면이 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고, 상기 외경부 노즐은 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트 및 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제3 소재의 필라멘트를 상기 외경부에 토출하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the central portion is made of a first material, and the outer diameter portion surrounding the central portion is configured on one surface of a second material different from the first material, and a third material different from the first material and the second material. In order to form an output in which the remaining surface of the outer diameter part is composed of a material, the central nozzle is configured to discharge the filament of the first material supplied through the first filament supply part to the central part of the output, and the outer diameter part nozzle Discharges the filament of the second material supplied through the second filament supply unit of the at least three filament supply unit and the filament of the third material supplied through the third filament supply unit of the at least three filament supply unit to the outer diameter part can be configured to

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 노즐캡은 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 제1 외경부 노즐을 형성하고, 상기 노즐캡의 내면과 함께 제2 외경부 노즐을 형성하는 격벽을 더 포함하고, 상기 제1 외경부 노즐은 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하고, 상기 제2 외경부 노즐은 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the nozzle cap further includes a partition wall forming a first outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, and forming a second outer diameter nozzle together with the inner surface of the nozzle cap, The first outer diameter nozzle discharges the filament supplied through a second filament supply unit that is one of the at least three filament supply units, and the second outer diameter nozzle includes a third filament supply unit that is one of the at least three filament supply units. It is possible to discharge the supplied filament through the

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 제1 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되고, 상기 제1 외경부를 둘러싸는 제2 외경부는 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고, 상기 제1 외경부 노즐은 상기 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트를 상기 제1 외경부에 토출하도록 구성되고, 상기 제2 외경부 노즐은 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제3 소재의 필라멘트를 상기 제2 외경부에 토출하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the central portion is made of a first material, the first outer diameter portion surrounding the central portion is made of a second material different from the first material, and the second outer diameter portion surrounding the first outer diameter portion In order to form an output composed of a third material different from the first material and the second material, the central nozzle is configured to discharge the filament of the first material supplied through the first filament supply unit to the center of the output. and the first outer diameter nozzle is configured to discharge the filament of the second material supplied through the second filament supply unit to the first outer diameter portion, and the second outer diameter nozzle is supplied through a third filament supply unit It may be configured to discharge the filament of the third material to the second outer diameter portion.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 3D 프린터는 상기 3D 프린터의 출력물을 지지하는 베드, 3D 프린터용 노즐을 포함하고, 상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 노즐을 통해 용융된 필라멘트를 상기 베드로 토출하는 헤더, 상기 헤더로 적어도 3개의 필라멘트를 공급하는 압출부, 상기 베드 상의 상기 노즐의 위치를 제어하는 성형부 및 상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 압출부 및 성형부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 3D 프린터용 노즐은 노즐바디 및 다양한 형상으로 성형될 수 있고 상기 노즐바디에 결합되는 노즐캡을 포함하고, 상기 노즐바디는 적어도 3개의 필라멘트 공급부, 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부를 통해 공급되는 필라멘트들을 용융하기 위해 상기 노즐바디 및 노즐캡을 가열하는 히터부 및 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중의 하나인 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 중심부 노즐을 포함하고, 상기 노즐캡은 상기 노즐바디의 상기 중심부 노즐과 결합하고, 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 외경부 노즐을 형성하고, 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 상기 외경부 노즐을 통해 토출할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, a 3D printer includes a bed for supporting the output of the 3D printer, a nozzle for a 3D printer, and a header for discharging a molten filament through the nozzle to the bed to form the output; An extruding unit for supplying at least three filaments to the header, a forming unit for controlling the position of the nozzle on the bed, and a control unit for controlling the extruding unit and the forming unit to form the output, the nozzle for the 3D printer comprises a nozzle body and a nozzle cap that can be molded into various shapes and is coupled to the nozzle body, wherein the nozzle body comprises at least three filament supply units, and the nozzle for melting the filaments supplied through the at least three filament supply units. A heater unit for heating the body and the nozzle cap, and a central nozzle for discharging the filament supplied through a first filament supply unit, which is one of the at least three filament supply units, wherein the nozzle cap is coupled to the central nozzle of the nozzle body And, to form an outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, the filament supplied through the remaining filament supply part except for the first filament supply part among the at least three filament supply part can be discharged through the outer diameter part nozzle.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 성형부는 상기 베드 상의 상기 노즐의 위치를 제어하기 위하여 상기 베드 상의 상기 노즐의 X축 위치를 제어하는 X축 모터, 상기 베드 상의 상기 노즐의 Y축 위치를 제어하는 Y축 모터, 상기 베드 상의 상기 노즐의 Z축 위치를 제어하는 Z축 모터를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the forming unit controls the X-axis position of the nozzle on the bed to control the position of the nozzle on the bed, an X-axis motor that controls the X-axis position of the nozzle, and the Y-axis position of the nozzle on the bed It may include a Y-axis motor, a Z-axis motor for controlling the Z-axis position of the nozzle on the bed.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 압출부는 상기 헤더로 공급되는 적어도 3개의 필라멘트 각각의 이송량을 제어하는 적어도 3개의 압출 모터를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the extrusion unit may include at least three extrusion motors for controlling the transfer amount of each of the at least three filaments supplied to the header.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 헤더와 상기 압출부는 상기 적어도 3개의 필라멘트 각각을 이송하기 위한 적어도 3개의 테프론(Teflon) 튜브로 연결되고, 상기 적어도 3개의 테프론 튜브 각각의 헤더쪽 말단은 연결부를 통해 상기 3D 프린터용 노즐의 상기 필라멘트 공급부에 연결될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the header and the extruded part are connected by at least three Teflon tubes for transporting each of the at least three filaments, and the header-side end of each of the at least three Teflon tubes is a connection part It may be connected to the filament supply part of the nozzle for the 3D printer through.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 제어부는 동시에 상기 적어도 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부에는 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in order to form an output in which a central portion is made of a first material and an outer diameter portion surrounding the central portion is made of a second material different from the first material, the control unit may simultaneously control the at least three Control the extrusion motor to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, and may be configured to supply a filament of the second material to the remaining filament supply units except for the first filament supply unit.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 일면이 구성되고 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 상기 외경부의 나머지 일면이 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 제어부는 동시에 상기 적어도 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제3 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the central portion is made of a first material, and the outer diameter portion surrounding the central portion is configured on one surface of a second material different from the first material, and a third material different from the first material and the second material. In order to form an output in which the remaining surface of the outer diameter part is made of a material, the control unit simultaneously controls the at least three extrusion motors to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, and to a second filament supply unit Supplying the filament of the second material, it may be configured to supply the filament of the third material to the third filament supply unit.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 노즐캡은 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 제1 외경부 노즐을 형성하고, 상기 노즐캡의 내면과 함께 제2 외경부 노즐을 형성하는 격벽을 더 포함하고, 상기 제1 외경부 노즐은 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하고, 상기 제2 외경부 노즐은 상기 적어도 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the nozzle cap further includes a partition wall forming a first outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, and forming a second outer diameter nozzle together with the inner surface of the nozzle cap, The first outer diameter nozzle discharges a filament supplied through a second filament supply unit, which is one of the at least three filament supply units, and the second outer diameter nozzle is one of the at least three filament supply units, a third filament supply unit. It is possible to discharge the supplied filament through the

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 제1 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되고, 상기 제1 외경부를 둘러싸는 제2 외경부는 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여, 상기 제어부는 동시에 상기 적어도 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제3 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the central portion is made of a first material, the first outer diameter portion surrounding the central portion is made of a second material different from the first material, and the second outer diameter portion surrounding the first outer diameter portion In order to form an output composed of a third material different from the first material and the second material, the control unit simultaneously controls the at least three extrusion motors to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, and , It may be configured to supply the filament of the second material to the second filament supply unit, and supply the filament of the third material to the third filament supply unit.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 일면은 제1 소재로 구성되고 나머지 일면은 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 야누스(janus) 형상의 출력물을 형성하기 위하여, 상기 제어부는 동시에 상기 적어도 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로는 필라멘트를 공급하지 않고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in order to form a janus-shaped output in which one surface is made of a first material and the other surface is made of a second material different from the first material, the control unit is simultaneously configured to control the at least By controlling the three extrusion motors, the first filament supply unit does not supply the filament, the second filament supply unit supplies the filament of the first material, and the third filament supply unit supplies the filament of the second material. can be

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 출력물에서 각 소재가 차지하는 넓이의 비율은 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 적어도 3개의 압출 모터에 의해 이송되는 각 소재의 필라멘트의 이송량에 의해 변화될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the ratio of the area occupied by each material in the output may be changed by the amount of transport of the filaments of each material transferred by the at least three extrusion motors under the control of the controller.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 제1부분은 제1 소재만 구성되고 제2 부분은 제2 소재로만 구성되는 필라멘트 형상의 출력물을 형성하기 위하여, 상기 제어부는 상기 적어도 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로는 필라멘트를 공급하지 않고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하되, 상기 제1부분에서는 상기 제1 소재의 필라멘트만을 공급하고, 상기 제2부분에서는 상기 제2 소재의 필라멘트만을 공급하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이의 변환부분에서는 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합비가 상기 제2 소재의 비율이 점차적으로 많아지도록 상기 제1 소재의 필라멘트 및 상기 제2 소재의 필라멘트를 동시에 공급하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in order to form a filament-shaped output in which the first part consists only of the first material and the second part consists only of the second material, the control unit controls the at least three extrusion motors to Instead of supplying a filament to the first filament supply unit, a filament of the first material is supplied to a second filament supply unit, and a filament of the second material is supplied to a third filament supply unit, but in the first part, the first Only the filament of one material is supplied, and only the filament of the second material is supplied in the second part, and in the conversion part between the first part and the second part, the mixing ratio of the first material and the second material is the It may be configured to simultaneously supply the filament of the first material and the filament of the second material so that the ratio of the second material is gradually increased.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 3D 프린트용 노즐은 상기 노즐바디의 온도를 측정하는 온도계를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도계의 측정 값에 기초하여 상기 노즐바디의 온도가 미리 설정된 값이 되도록 상기 히터부를 제어할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, the 3D printing nozzle further includes a thermometer for measuring the temperature of the nozzle body, and the controller includes a preset value of the temperature of the nozzle body based on the measured value of the thermometer. It is possible to control the heater unit as much as possible.

상술한 바와 같이 본 개시에서는 복수 소재를 사용하여 동축 형상 또는 야누스 형상의 출력물을 생성할 수 있는 3D 프린터를 제안하였다. 이러한 3D 프린터는 복수의 첨단 소재들을 효과적으로 융합하여 미래 혁신 재품들을 위한 다양한 소재를 유연하게 개발하고 생산하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. As described above, the present disclosure proposes a 3D printer capable of generating a coaxial or Janus-shaped output using a plurality of materials. Such a 3D printer can help flexibly develop and produce various materials for future innovative products by effectively fusing a plurality of advanced materials.

본 개시는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present disclosure has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present disclosure should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (20)

3D 프린터용 노즐로서,
노즐바디 및
다양한 형상으로 성형될 수 있고 상기 노즐바디에 결합되는 노즐캡을 포함하고,
상기 노즐바디는,
3개의 필라멘트 공급부;
상기 3개의 필라멘트 공급부를 통해 공급되는 필라멘트들을 용융하기 위해 상기 노즐바디 및 노즐캡을 가열하는 히터부; 및
상기 3개의 필라멘트 공급부 중의 가운데에 있는 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 중심부 노즐을 포함하고,
상기 노즐캡은,
상기 노즐바디와 결합되어 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 외경부 노즐을 형성하고,
상기 3개의 필라멘트 공급부는 상기 노즐바디에 일렬로 배치되는, 3D 프린터용 노즐.
A nozzle for a 3D printer, comprising:
nozzle body and
It can be molded into various shapes and includes a nozzle cap coupled to the nozzle body,
The nozzle body,
3 filament supply;
a heater unit for heating the nozzle body and the nozzle cap to melt the filaments supplied through the three filament supply units; and
and a central nozzle for discharging the filament supplied through the first filament supply unit in the middle of the three filament supply units,
The nozzle cap is
It is combined with the nozzle body to form an outer diameter nozzle for discharging the filament supplied through the remaining filament supply part except for the first filament supply part among the three filament supply parts,
The three filament supply units are arranged in a line on the nozzle body, a 3D printer nozzle.
 제1항에 있어서,
상기 노즐캡은 상기 노즐바디의 상기 중심부 노즐과 결합하고, 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 외경부 노즐을 형성하는, 3D 프린터용 노즐.
According to claim 1,
The nozzle cap is coupled to the central nozzle of the nozzle body, and forms an outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, for a 3D printer nozzle.
 제2항에 있어서,
상기 노즐캡과 상기 노즐바디 사이에 누수 방지를 위한 테프론 테이프, 테프론 시트, 내열 고무 또는 실리콘이 부가되는, 3D 프린터용 노즐.
3. The method of claim 2,
A Teflon tape, Teflon sheet, heat-resistant rubber or silicone for preventing water leakage between the nozzle cap and the nozzle body is added, a nozzle for a 3D printer.
 제2항에 있어서,
상기 노즐바디는 상기 노즐바디의 온도를 측정하는 온도계를 더 포함하는, 3D 프린터용 노즐.
3. The method of claim 2,
The nozzle body further comprises a thermometer for measuring the temperature of the nozzle body, the nozzle for a 3D printer.
 제2항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고,
상기 외경부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트를 상기 외경부에 토출하도록 구성되는, 3D 프린터용 노즐.
3. The method of claim 2,
In order to form an output in which the central portion is composed of a first material and the outer diameter portion surrounding the central portion is composed of a second material different from the first material,
The center nozzle is configured to discharge the filament of the first material supplied through the first filament supply unit to the center of the output,
The outer diameter nozzle is configured to discharge the filament of the second material supplied through the remaining filament supply part except for the first filament supply part to the outer diameter part, a nozzle for a 3D printer.
 제2항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 일면이 구성되고 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 상기 외경부의 나머지 일면이 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고,
상기 외경부 노즐은 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트 및 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제3 소재의 필라멘트를 상기 외경부에 토출하도록 구성되는, 3D 프린터용 노즐.
3. The method of claim 2,
The central portion is made of a first material, and the outer diameter portion surrounding the center portion is formed on one surface of a second material different from the first material, and the other surface of the outer diameter portion is formed of the first material and a third material different from the second material to form an output that becomes
The center nozzle is configured to discharge the filament of the first material supplied through the first filament supply unit to the center of the output,
The outer diameter nozzle is the outer diameter part of the filament of the second material supplied through the second filament supply part of the three filament supply part and the filament of the third material supplied through the third filament supply part of the three filament supply part A nozzle for a 3D printer, which is configured to discharge to.
 제2항에 있어서,
상기 노즐캡은,
상기 중심부 노즐의 외면과 함께 제1 외경부 노즐을 형성하고, 상기 노즐캡의 내면과 함께 제2 외경부 노즐을 형성하는 격벽을 더 포함하고,
상기 제1 외경부 노즐은 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하고,
상기 제2 외경부 노즐은 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는, 3D 프린터용 노즐.
3. The method of claim 2,
The nozzle cap is
Further comprising: a partition wall forming a first outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, and forming a second outer diameter nozzle together with the inner surface of the nozzle cap;
The first outer diameter nozzle discharges the filament supplied through the second filament supply part, which is one of the three filament supply parts,
The second outer diameter nozzle is a nozzle for a 3D printer for discharging the filament supplied through the third filament supply unit, which is one of the three filament supply units.
 제7항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 제1 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되고, 상기 제1 외경부를 둘러싸는 제2 외경부는 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 중심부 노즐은 상기 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제1 소재의 필라멘트를 상기 출력물의 중심부에 토출하도록 구성되고,
상기 제1 외경부 노즐은 상기 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제2 소재의 필라멘트를 상기 제1 외경부에 토출하도록 구성되고,
상기 제2 외경부 노즐은 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 상기 제3 소재의 필라멘트를 상기 제2 외경부에 토출하도록 구성되는, 3D 프린터용 노즐.
8. The method of claim 7,
The central portion is made of a first material, the first outer diameter portion surrounding the center portion is formed of a second material different from the first material, and the second outer diameter portion surrounding the first outer diameter portion is formed of the first material and the second material. To form an output composed of a different third material,
The center nozzle is configured to discharge the filament of the first material supplied through the first filament supply unit to the center of the output,
The first outer diameter nozzle is configured to discharge the filament of the second material supplied through the second filament supply unit to the first outer diameter portion,
The second outer-diameter nozzle is configured to discharge the filament of the third material supplied through the third filament supply unit to the second outer-diameter portion, a nozzle for a 3D printer.
 3D 프린터에 있어서,
상기 3D 프린터의 출력물을 지지하는 베드;
3D 프린터용 노즐을 포함하고, 상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 노즐을 통해 용융된 필라멘트를 상기 베드로 토출하는 헤더;
상기 헤더로 3개의 필라멘트를 공급하는 압출부;
상기 베드 상의 상기 노즐의 위치를 제어하는 성형부; 및
상기 출력물을 형성하기 위하여 상기 압출부 및 성형부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 3D 프린터용 노즐은,
노즐바디 및
다양한 형상으로 성형될 수 있고 상기 노즐바디에 결합되는 노즐캡을 포함하고,
상기 노즐바디는,
3개의 필라멘트 공급부;
상기 3개의 필라멘트 공급부를 통해 공급되는 필라멘트들을 용융하기 위해 상기 노즐바디 및 노즐캡을 가열하는 히터부; 및
상기 3개의 필라멘트 공급부 중의 가운데에 있는 제1 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는 중심부 노즐을 포함하고,
상기 노즐캡은,
상기 노즐바디의 상기 중심부 노즐과 결합하고, 상기 중심부 노즐의 외면과 함께 외경부 노즐을 형성하고, 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 상기 외경부 노즐을 통해 토출하고,
상기 3개의 필라멘트 공급부는 상기 노즐바디에 일렬로 배치되는, 3D 프린터.
In the 3D printer,
a bed supporting the output of the 3D printer;
a header including a nozzle for a 3D printer and discharging a molten filament to the bed through the nozzle to form the output;
an extruder for supplying three filaments to the header;
a forming part for controlling the position of the nozzle on the bed; and
A control unit for controlling the extrusion unit and the molding unit to form the output,
The nozzle for the 3D printer,
nozzle body and
It can be molded into various shapes and includes a nozzle cap coupled to the nozzle body,
The nozzle body,
3 filament supply;
a heater unit for heating the nozzle body and the nozzle cap to melt the filaments supplied through the three filament supply units; and
and a central nozzle for discharging the filament supplied through the first filament supply unit in the middle of the three filament supply units,
The nozzle cap is
Combined with the central nozzle of the nozzle body, forming an outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, and the filament supplied through the remaining filament supply part except for the first filament supply part among the three filament supply parts The outer diameter part discharge through the nozzle,
The three filament supply units are arranged in a line on the nozzle body, 3D printer.
 제9항에 있어서,
상기 성형부는,
상기 베드 상의 상기 노즐의 위치를 제어하기 위하여
상기 베드 상의 상기 노즐의 X축 위치를 제어하는 X축 모터;
상기 베드 상의 상기 노즐의 Y축 위치를 제어하는 Y축 모터;
상기 베드 상의 상기 노즐의 Z축 위치를 제어하는 Z축 모터를 포함하는, 3D 프린터.
10. The method of claim 9,
The molding part,
to control the position of the nozzle on the bed
an X-axis motor for controlling the X-axis position of the nozzle on the bed;
a Y-axis motor for controlling the Y-axis position of the nozzle on the bed;
and a Z-axis motor for controlling the Z-axis position of the nozzle on the bed.
 제9항에 있어서,
상기 압출부는, 상기 헤더로 공급되는 3개의 필라멘트 각각의 이송량을 제어하는 3개의 압출 모터를 포함하는, 3D 프린터.
10. The method of claim 9,
The extrusion unit, 3D printer comprising three extrusion motors for controlling the transfer amount of each of the three filaments supplied to the header.
 제11항에 있어서,
상기 헤더와 상기 압출부는 상기 3개의 필라멘트 각각을 이송하기 위한 도 3개의 테프론(Teflon) 튜브로 연결되고,
상기 3개의 테프론 튜브 각각의 헤더쪽 말단은 연결부를 통해 상기 3D 프린터용 노즐의 상기 필라멘트 공급부에 연결되는, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
The header and the extruded part are connected by three Teflon tubes for transporting each of the three filaments,
The header side end of each of the three Teflon tubes is connected to the filament supply part of the nozzle for the 3D printer through a connection part.
 제11항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 제어부는, 동시에
상기 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 상기 제1 필라멘트 공급부를 제외한 나머지 필라멘트 공급부에는 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성된, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
In order to form an output in which the central portion is composed of a first material and the outer diameter portion surrounding the central portion is composed of a second material different from the first material,
The control unit, at the same time
Controlling the three extrusion motors to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, and to supply a filament of the second material to the remaining filament supply units except for the first filament supply unit, 3D printer.
 제11항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 일면이 구성되고 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 상기 외경부의 나머지 일면이 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 제어부는, 동시에
상기 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제3 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성된, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
The central portion is made of a first material, and the outer diameter portion surrounding the center portion is formed on one surface of a second material different from the first material, and the other surface of the outer diameter portion is formed of the first material and a third material different from the second material to form an output that becomes
The control unit, at the same time
Controlling the three extrusion motors to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, supply a filament of the second material to a second filament supply unit, and a filament of the third material to a third filament supply unit configured to supply a 3D printer.
 제11항에 있어서,
상기 노즐캡은,
상기 중심부 노즐의 외면과 함께 제1 외경부 노즐을 형성하고, 상기 노즐캡의 내면과 함께 제2 외경부 노즐을 형성하는 격벽을 더 포함하고,
상기 제1 외경부 노즐은 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제2 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하고,
상기 제2 외경부 노즐은 상기 3개의 필라멘트 공급부 중 하나인 제3 필라멘트 공급부를 통해 공급된 필라멘트를 토출하는, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
The nozzle cap is
Further comprising: a partition wall forming a first outer diameter nozzle together with the outer surface of the central nozzle, and forming a second outer diameter nozzle together with the inner surface of the nozzle cap;
The first outer diameter nozzle discharges the filament supplied through the second filament supply part, which is one of the three filament supply parts,
The second outer diameter nozzle is for discharging the filament supplied through the third filament supply unit, which is one of the three filament supply units, 3D printer.
 제15항에 있어서,
중심부는 제1 소재로 구성되고 상기 중심부를 둘러싸는 제1 외경부는 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되고, 상기 제1 외경부를 둘러싸는 제2 외경부는 상기 제1 소재 및 제2 소재와 상이한 제3 소재로 구성되는 출력물을 형성하기 위하여,
상기 제어부는, 동시에
상기 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제3 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성된, 3D 프린터.
16. The method of claim 15,
The central portion is made of a first material, the first outer diameter portion surrounding the center portion is formed of a second material different from the first material, and the second outer diameter portion surrounding the first outer diameter portion is formed of the first material and the second material. To form an output composed of a different third material,
The control unit, at the same time
Controlling the three extrusion motors to supply a filament of the first material to the first filament supply unit, supply a filament of the second material to a second filament supply unit, and a filament of the third material to a third filament supply unit configured to supply a 3D printer.
 제11항에 있어서,
일면은 제1 소재로 구성되고 나머지 일면은 상기 제1 소재와 상이한 제2 소재로 구성되는 야누스(janus) 형상의 출력물을 형성하기 위하여,
상기 제어부는, 동시에
상기 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로는 필라멘트를 공급하지 않고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하도록 구성된, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
In order to form a janus-shaped output, one side is composed of a first material and the other side is composed of a second material different from the first material,
The control unit, at the same time
By controlling the three extrusion motors, without supplying the filament to the first filament supply unit, supply the filament of the first material to the second filament supply unit, and supply the filament of the second material to the third filament supply unit. Constructed, 3D printer.
 제13, 14, 16 및 17항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 출력물에서 각 소재가 차지하는 넓이의 비율은 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 3개의 압출 모터에 의해 이송되는 각 소재의 필라멘트의 이송량에 의해 변화되는, 3D 프린터.
18. The method of any one of claims 13, 14, 16 and 17, wherein
The ratio of the area occupied by each material in the output is changed by the amount of transport of filaments of each material transported by the three extrusion motors under the control of the controller.
 제11항에 있어서,
제1 부분은 제1 소재만 구성되고 제2 부분은 제2 소재로만 구성되는 필라멘트 형상의 출력물을 형성하기 위하여,
상기 제어부는,
상기 3개의 압출 모터를 제어하여 상기 제1 필라멘트 공급부로는 필라멘트를 공급하지 않고, 제2 필라멘트 공급부로 상기 제1 소재의 필라멘트를 공급하고, 제3 필라멘트 공급부로 상기 제2 소재의 필라멘트를 공급하되,
상기 제1 부분에서는 상기 제1 소재의 필라멘트만을 공급하고,
상기 제2 부분에서는 상기 제2 소재의 필라멘트만을 공급하고,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 변환부분에서는 상기 제1 소재와 상기 제2 소재의 혼합비가 상기 제2 소재의 비율이 점차적으로 많아지도록 상기 제1 소재의 필라멘트 및 상기 제2 소재의 필라멘트를 동시에 공급하도록 구성된, 3D 프린터.
12. The method of claim 11,
In order to form a filament-shaped output in which the first part consists only of the first material and the second part consists only of the second material,
The control unit is
By controlling the three extrusion motors, without supplying the filament to the first filament supply unit, the filament of the first material is supplied to the second filament supply unit, and the filament of the second material is supplied to the third filament supply unit. ,
In the first part, only the filament of the first material is supplied,
In the second part, only the filament of the second material is supplied,
In the conversion part between the first part and the second part, the mixing ratio of the first material and the second material is such that the ratio of the second material is gradually increased so that the filament of the first material and the filament of the second material are increased. configured to simultaneously feed a 3D printer.
 제9항에 있어서,
상기 3D 프린터용 노즐은 상기 노즐바디의 온도를 측정하는 온도계를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 온도계의 측정 값에 기초하여 상기 노즐바디의 온도가 미리 설정된 값이 되도록 상기 히터부를 제어하는, 3D 프린터.
10. The method of claim 9,
The nozzle for the 3D printer further comprises a thermometer for measuring the temperature of the nozzle body,
The control unit controls the heater unit so that the temperature of the nozzle body becomes a preset value based on the measured value of the thermometer, 3D printer.
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