KR102626303B1 - 가열 볼륨을 조절 가능한 fff방식 3d 프린터 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터는, 한 쌍의 메인 가이드; 상기 한 쌍의 메인 가이드 사이에 마련되고 구동 가이드와, 상기 구동 가이드에 동력을 전달하는 구동 모터를 포함하는 구동부; 중앙부가 상기 구동 가이드를 따라 슬라이딩 가능하고, 양 측부가 상기 한 쌍의 메인 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 상기 슬라이더에 연결되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트에 연결되는 빌드 플랫폼; 상기 빌드 플랫폼을 둘러싸는 하우징; 상기 빌드 플랫폼의 외주면을 따라 마련되고, 상기 빌드 플랫폼 및 하우징 사이에서 압축된 상태로 마련되는 시일; 상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 하측에 위치되고, 상기 빌드 플랫폼의 하부 영역의 공기를 흡입하는 흡입 포트; 상기 흡입 포트에 의해 흡입된 공기를 가열하는 히터; 및 상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 상측에 위치되고, 상기 히터에 의해 가열된 공기를 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출하는 토출 포트를 포함할 수 있다.

Description

가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터{3D PRINTER EMPLOYING FUSED FILAMENT FABRICATION METOD WITH ADJUSTABLE HEATING VOLUME}
본 발명은 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터의 출력 방식 중 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식은 가장 대중화되어 있는 방식이다. FFF 방식은 실 형태의 고체 필라멘트를 순간적으로 녹여서 한 층씩 쌓아 올려 원하는 형태를 구현하는 방식이다. 먼저, 필라멘트는 200℃가 넘는 노즐로 이동되어 녹는다. 액체화된 필라멘트는 외부로 토출되며, 노즐이 움직이는 대로 이동하게 된다. 이와 같은 방식으로, 레이어는 한 층씩 쌓이게 되고, 식으며 굳어질 수 있다.
3D 프린터에서 빌드 플랫폼 부근을 효과적으로 가열하는 기술이 요구되는 실정이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명의 목적은 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 제공하는 것이다.
구체적으로, 고온 환경을 위해 기구부의 열 안정 시간이 필요하다. 또한, 전체 챔버 내부 볼륨을 가열하는 시간이 필요하다. 히터의 전기 용량 상승으로 인해 제어 요소가 많으며, 상시 전체 볼륨을 가열할 경우 가열 효율이 떨어질 수 있다. 이러한 점들을 해소하기 위한 기술이 요구되는 실정이다.
일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터는, 한 쌍의 메인 가이드; 상기 한 쌍의 메인 가이드 사이에 마련되고 구동 가이드와, 상기 구동 가이드에 동력을 전달하는 구동 모터를 포함하는 구동부; 중앙부가 상기 구동 가이드를 따라 슬라이딩 가능하고, 양 측부가 상기 한 쌍의 메인 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더; 상기 슬라이더에 연결되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트에 연결되는 빌드 플랫폼; 상기 빌드 플랫폼을 둘러싸는 하우징; 상기 빌드 플랫폼의 외주면을 따라 마련되고, 상기 빌드 플랫폼 및 하우징 사이에서 압축된 상태로 마련되는 시일; 상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 하측에 위치되고, 상기 빌드 플랫폼의 하부 영역의 공기를 흡입하는 흡입 포트; 상기 흡입 포트에 의해 흡입된 공기를 가열하는 히터; 및 상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 상측에 위치되고, 상기 히터에 의해 가열된 공기를 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출하는 토출 포트를 포함할 수 있다.
상기 빌드 플랫폼의 진행 방향을 기준으로, 상기 빌드 플랫폼의 적어도 일부는 상기 토출 포트에 오버랩될 수 있다.
상기 토출 포트로부터 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출되는 공기의 양은, 상기 빌드 플랫폼의 위치에 기초하여 조절될 수 있다.
상기 토출 포트로부터 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출되는 공기의 온도는, 상기 빌드 플랫폼의 위치에 기초하여 조절될 수 있다.
상기 시일은 고리 형상을 갖고, 상기 빌드 플랫폼을 완전히 둘러쌀 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2 및 3은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 1에서와 다른 각도로 도시한 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 일부 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 5와 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 6과 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2 및 3은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 1에서와 다른 각도로 도시한 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 일부 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 5와 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 6과 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다.
실시 예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시 예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시 예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성 요소와, 공동적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 2 및 3은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 1에서와 다른 각도로 도시한 것이다. 도 4는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 일부 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터(100, 이하 "3D 프린터"라고 함)는, 3D 프린팅이 되는 영역인 가열 볼륨(S1)과, 공기가 흡입되는 영역(S2)을 시일을 통해 구분하여, 3D 프린팅이 되는 영역을 집중적으로 가열할 수 있다. 아울러, 3D 프린터는, 불필요한 공간이 지속적으로 가열되는 것을 차단함으로써, 보다 효과적으로 가열 작업을 진행할 수 있다. 3D 프린터(100)는, 볼륨 별 제어 온도 값이 달라지므로, 일정 레이어 또는 소재에 따라 온도 값 조절이 용이하다. 3D 프린터(100)는, 흡입되는 유량 조절을 통해 가열 정도를 조절 가능하다. 3D 프린터(100)는, 상시 전체 볼륨을 가열하지 않으므로, 가열 효율이 상승될 수 있다. 3D 프린터(100)는, 한 쌍의 메인 가이드(111), 구동부(112), 슬라이더(113), 지지 플레이트(114), 빌드 플랫폼(115), 시일(116), 하우징(117), 흡입 포트(118), 토출 포트(119) 및 히터(H)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 한 쌍의 메인 가이드(111)는 빌드 플랫폼(115)의 이동을 가이드할 수 있다. 한 쌍의 메인 가이드(111)는 지면에 대해 연직 방향으로 마련되어 있을 수 있다.
일 실시 예에서, 구동부(112)는 슬라이더(113)를 구동하기 위한 동력을 생성하고 슬라이더(13)에 전달할 수 있다. 구동부(112)는, 한 쌍의 메인 가이드(111)와 나란하게 마련되는 구동 가이드(1121)와, 구동 가이드(1122)에 동력을 전달하는 구동 모터(1122)와, 구동 가이드(1121) 및 구동 모터(1122)의 위치를 안정적으로 유지하기 위한 구동 플레이트(1123)를 포함할 수 있다. 구동 플레이트(1123)의 양단은 각각 한 쌍의 메인 가이드(111)를 따라 이동 가능하다.
일 실시 예에서, 슬라이더(113)는 한 쌍의 메인 가이드(111)를 따라 이동 가능하다. 슬라이더(113)는, 한 쌍의 메인 가이드(111)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 마련되는 제 1 슬라이더(1131) 및 제 2 슬라이더(1132)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 지지 플레이트(114)는 슬라이더(113)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 지지 플레이트(114)는 그 길이 방향이 한 쌍의 메인 가이드(111)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 마련될 수 있다.
일 실시 예에서, 빌드 플랫폼(115)은 지지 플레이트(114)에 의해 지지될 수 있다. 빌드 플랫폼(115)의 상면에는 액체 상태의 필라멘트가 안착될 수 있다. 빌드 플랫폼(115)의 상부 영역은 출력물의 품질을 향상시키기 위해 높은 온도로 유지될 필요가 있다. 빌드 플랫폼(115)은 출력이 진행되는 동안, 점차 아래쪽으로 이동할 수 있다. 빌드 플랫폼(115)이 아래쪽으로 이동할 경우, 빌드 플랫폼(115)의 상부 영역의 크기인 가열 볼륨은 점차 커질 수 있다.
일 실시 예에서, 시일(116)은 빌드 플랫폼(115)을 둘러쌀 수 있다. 시일(116)은 고리 형상을 가질 수 있다. 시일(116)은 빌드 플랫폼(115) 및 하우징(117) 사이에 마련되고, 압축된 상태로 마련될 수 있다. 시일(116)은 고리 형상을 갖고, 빌드 플랫폼(115)을 완전히 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 하우징(117)은 3D 프린터(100)의 외관을 구성할 수 있다. 하우징(117)의 내부 표면은 시일(116)을 가압할 수 있다.
일 실시 예에서, 흡입 포트(118)는 하우징(117)에 마련되고, 빌드 플랫폼(115)의 하측에 위치되고, 빌드 플랫폼(115)의 하부 영역의 공기를 흡입할 수 있다. 흡입 포트(118)에 의해 흡입된 공기는 하우징(117)의 내부 표면의 바깥쪽에 마련된 부분에 위치한 히터(미도시)에 의해 가열될 수 있다.
일 실시 예에서, 토출 포트(119)는 히터(미도시)에 의해 가열된 공기를 토출할 수 있다. 토출 포트(119)는 하우징(117)에 마련되고, 빌드 플랫폼(115)의 상측에 위치되고, 히터(미도시)에 의해 가열된 공기를 빌드 플랫폼(115)의 상부 영역으로 토출할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도 6은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 5와 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다. 도 7은 일 실시 예에 따른 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 6과 비교할 때 가열 볼륨의 크기가 증가한 상태를 도시한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 3D 프린터(100)는, 하우징(117)의 내부에서 빌드 플랫폼(B, 도 1의 빌드 플랫폼(115))은 하방으로 이동할 수 있다. 빌드 플랫폼(B)이 이동하는 동안, 가열 볼륨(S1)은 크기가 증가할 수 있다. 흡입 포트(118)로부터 흡입된 공기는, 히터(H)에 의해 가열될 수 있다. 히터(H)에 의해 가열된 공기는 토출 포트(119)를 통해 가열 볼륨(S1) 내로 토출될 수 있다.
일 실시 예에서, 빌드 플랫폼(B)의 진행 방향을 기준으로, 빌드 플랫폼(B)의 적어도 일부는 토출 포트(119)에 오버랩될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 토출 포트(119)는 빌드 플랫폼(B)의 이동 가능 영역을 설정할 수 있고, 빌드 플랫폼(B)의 상부 영역으로만 고온의 공기를 토출할 수 있다.
일 실시 예에서, 토출 포트(119)로부터 빌드 플랫폼(B)의 상부 영역으로 토출되는 공기의 양은, 빌드 플랫폼(B)의 위치에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 토출 포트(119)의 개구 부근에는 개구된 면적을 조절하기 위한 밸브가 마련될 수 있다. 예를 들어, 토출 포트(119)의 내측에는 공기 유동의 속도를 조절하기 위한 펌프가 마련될 수 있다. 예를 들어, 빌드 플랫폼(B)이 아래쪽으로 이동할수록 가열 볼륨(S1)의 크기는 증가할 수 있고, 이 경우 가열이 요구되는 볼륨이 증가할 수 있다. 이 경우, 토출 포트(119)로부터 토출되는 공기의 양은 증가할 수 있다.
일 실시 예에서, 토출 포트(119)로부터 빌드 플랫폼(B)의 상부 영역으로 토출되는 공기의 온도는, 빌드 플랫폼(B)의 위치에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 빌드 플랫폼(B)이 아래쪽으로 이동할수록 가열 볼륨(S1)의 크기는 증가할 수 있고, 이 경우 가열 요구량 증가할 수 있다. 이 경우, 히터(H)에 의해 가열되는 공기의 온도가 증가할 수 있다.
이와 같은 방식을 통해, 3D 프린터(100)는 가열 볼륨(S1)의 상태에 기초하여, 효율적으로 가열을 진행할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
삭제

Claims (5)

  1. 한 쌍의 메인 가이드;
    상기 한 쌍의 메인 가이드 사이에 마련되고 구동 가이드와, 상기 구동 가이드에 동력을 전달하는 구동 모터를 포함하는 구동부;
    중앙부가 상기 구동 가이드를 따라 슬라이딩 가능하고, 양 측부가 상기 한 쌍의 메인 가이드를 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더;
    상기 슬라이더에 연결되는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트에 연결되는 빌드 플랫폼;
    상기 빌드 플랫폼을 둘러싸는 하우징;
    상기 빌드 플랫폼을 둘러싸는 고리 형상을 갖고, 상기 빌드 플랫폼을 완전히 둘러싸고, 상기 빌드 플랫폼 및 하우징 사이에서 압축된 상태로 마련되고, 상기 빌드 플랫폼이 상하로 이동하는 동안 상기 빌드 플랫폼과 함께 상하로 이동하는 시일;
    상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 하측에 위치되고, 상기 빌드 플랫폼의 하부 영역의 공기를 흡입하는 흡입 포트;
    상기 흡입 포트에 의해 흡입된 공기를 가열하는 히터; 및
    상기 하우징에 마련되고, 상기 빌드 플랫폼의 상측에 위치되고, 상기 히터에 의해 가열된 공기를 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출하는 토출 포트를 포함하고,
    상기 토출 포트의 개구된 면적은 조절될 수 있고,
    상기 빌드 플랫폼의 진행 방향을 기준으로, 상기 빌드 플랫폼의 적어도 일부는 상기 토출 포트에 오버랩되고, 상기 토출 포트로부터 토출되는 상기 가열된 공기는 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로만 토출되고,
    상기 빌드 플랫폼의 상부 영역에 상기 가열된 공기가 주입되는 동안, 상기 빌드 플랫폼의 하부 영역에 상기 가열된 공기가 주입되지 않고,
    상기 토출 포트로부터 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출되는 공기의 양은, 상기 빌드 플랫폼의 위치에 기초하여 조절되고, 상기 빌드 플랫폼이 아래쪽으로 이동할수록, 상기 토출 포트로부터 토출되는 공기의 양은 증가하고,
    상기 토출 포트로부터 상기 빌드 플랫폼의 상부 영역으로 토출되는 공기의 온도는, 상기 빌드 플랫폼의 위치에 기초하여 조절되고, 상기 빌드 플랫폼이 아래쪽으로 이동할수록, 상기 토출 포트로부터 토출되는 공기의 온도는 증가하는, 가열 볼륨을 조절 가능한 FFF방식 3D 프린터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017132073A (ja) * 2016-01-26 2017-08-03 株式会社リコー 三次元造形装置、三次元造形用チャンバー及び三次元造形方法

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