KR20150053421A - 에프디엠 방식의 삼차원 프린터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼차원 프린터에 관한 것으로, 특히 에프디엠(FDM) 방식의 삼차원 프린터에서 제품용 필라멘트로 만든 제품의 부분이 허물어지는 것을 방지하기 위한 지지용 필라멘트를 천연 다당류를 효소나 산(酸)으로 처리하여 이성화한 다음 수분을 8-10%정도로 유지하게 농축하여 만든 일명 갱엿을 사용할 수 있도록 하여 제품을 만든 후 지지용 부분을 물리적 힘이나 물로 녹여 용이하게 제거할 수 있도록 한 것이다.

Description

에프디엠 방식의 삼차원 프린터{FDM(Fused Deposition Modeling) Type 3D PRINTER}

본 발명은 합성수지 또는 천연고분자를 노즐로 사출하여 제품을 입체적으로 인쇄출력하는 삼차원 프린터에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄하여 제품을 입체적으로 만드는 삼차원 프린터는 방식에 따라 액체 기반의 방식인 SLA(Stereolithography)와, 파우더 기반 방식인 SLS(Selective Laser Sintering) 그리고 고체 기반 방식인 FDM(Fused Deposition Modeling)이 있다.

특히 에프디엠(FDM) 방식의 삼차원 프린터(1)는 도 1에서 도 3에 도시된 바와 같이 기본적인 구조물을 지지하고 안정된 상태를 유지하도록 하는 사각형상의 수평베이스프레임(2)가 있고, 그 수평베이스프레임(2)의 4 부분에는 수직프레임(3a,3b,3c,3d)이 고정되어 있다.

상기 수직프레임(3a,3b)의 상부에는 전.후 가이드봉(7)이 연결설치되어 있고, 다른 상기 수직프레임(3c,3d)의 상부에는 상기 전.후 가이드봉(7)과 평형을 이루고 엔코더(미도시)가 있는 전.후 이송용 전동기(8)의 회전축(미도시)과 연결된 전.후 이송나사(6)가 설치되어 있다.

상기 전.이송나사(6)와 전.후 가이드봉(7)에는 이송블럭(10)와 가이드블럭(11)이 설치되어 있고, 상기 두 블럭(10,11)을 연결하여 상기 전.후 가이드봉(7)과 전.후 이송나사(6)와 직교하도록 좌.우 이송나사(9)가 설치되어 있다.

상기 좌.우 이송나사(9)는 엔코더(미도시) 있는 좌.우 이송용 전동기(12)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 좌.우 이송용 전동기(12)의 구동으로 상기 좌.우 이송용 나사(9)가 회전하여 좌.우로 이동하면서 제품을 만들기 위한 필라멘트(14,15)를 공급하는 인쇄용 헤드(13)가 설치되어 있다.

상기 인쇄용 헤드(13)는 상기 좌.우 이송나사(9)와 연동적으로 움직일 수 있도록 설치되는 헤드블럭(13a)이 있고, 그 헤드블럭(13a)에는 상기 제품용 필라멘트(14)와 지지용 필라멘트(15)를 각각 밀어 전진시키는 이송롤러(13b,13b',13c,13c')가 설치되어 있다.

또, 상기 이송롤러(13b,13b',13c,13c')에 의해 전진이송된 상기 필라멘트(14,15)를 용융점으로 가열하는 가열파이프라인(13d,13e)가 설치되어 있고, 그 가열파이프라인(13b,13b',13c,13c')에는 상기 필라멘트(14,15)를 소정의 직경을 갖도록 사출하는 노즐(13d',13e')이 각각 설치되어 있다.

그리고, 상기 수평베이스프레임(2)의 중앙부분에는 상.하로 이송되는 수직이송봉(4) 설치되어 있고, 그 수직이송봉(4)의 상부에는 상기 노즐헤드(13)에서 사출된 필라멘트(14,15)가 사출되어 제품(p)을 형성하는 제품형성판(5)이 있다.

도면상의 미설명 부호 16은 제품용 필라멘트롤이고 17은 지지용 필라멘트롤이며, 18은 만들어진 제품(p), 지지부(s)가 상기 제품형성판(5)과 분리될 수 있도록 하는 성형베이스이다.

도면상의 fg1과 fg2는 제품용 필라멘트(14)와 지지용 필라멘트(15)를 상기 노즐(13d',13e')로 안내하는 필라멘트 가이드이다.

상기와 같이 구성된 삼차원 프린터(1)는 먼저, 상기 성형베이스(18)를 상기 제품형성판(5)에 고정하고 사출할 수 있는 필라멘트(14,15) 등을 셋팅 후 제품을 만들기 위한 준비를 마치게 된다.

이후, 캐드(CAD)와 같은 프로그램으로 만든 데이타를 받아서 작동시키면 상기 제품용 필라멘트롤(16)과 지지용 필라멘트롤(17)에서 상기 노즐(13d',13e')을 통하여 공급되면서 제품(p)과 지지부(s)가 형성된 형상을 만들게 된다.

이후, 상기 지지부(s)를 제거하면 설계한 제품이 완성되게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 에프디엠 방식의 삼차원 프린터에서는 상기 지지부를 만드는 재료인 필라멘트가 제품을 만드는 필라멘트와 같은 재료로 밀도만 약화시켜 사용하기 때문에 제품을 만든 후 제거할 때는 매우 많은 시간이 필요하고, 또 물리적인 힘으로 파쇄하면서 제거해야 하는 어려움이 있다.

그리고 상기 지지부를 제거한 후에도 제거된 면이 좋지않아 품질이 저하되는 문제가 있었다.

그리고 또, 상기 제품용 필라멘트와 같은 지지용 필라멘트를 대신하여 수용성 재질인 피브이에이( PVA : Poly-Vinyl Alcohol )가 있는데 상기 피브이에이는 물에 녹여서 제거하기 때문에 제거된 면이 깨끗하여 품질은 좋으나, 많은 시간 동안 끊여야 하기 때문에 시간과 많은 에너지가 소비되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 지지부가 함께 만들어지는 삼차원 프린터에서 상기 지지부를 용이하고 쉽게 제거할 수 있도록 하여 제품의 품질을 높이고 제품의 완성시간을 줄임과 아울러 에너지를 절감할 수 있는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 이성화당을 수분이 8-12% 정도로 농축하여 만든 갱엿을 연화점 이상의 온도로 가열 저장하는 탱크와; 그 탱크 내의 상기 갱엿을 일정량 소정의 직경을 갖는 파이프라인으로 이송하는 이송수단과; 그 이송수단에 의하여 이송되는 상기 갱엿을 연화점으로 유지해 주는 항온부와; 그 항온부를 거쳐 이송된 상기 갱엿이 일정 직경을 갖도록 사출되는 노즐을 구비한 프린팅 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터에 의하여 달성된다.

또, 본 발명에서 상기 프린팅 헤드는 합성수지로 만들어진 필라멘트를 사출하는 다른 프린팅 헤드와 함께 설치되어 제품용 구조물을 만들도록 한 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에서 상기 이송수단은 전기적으로 제어되고 회전력을 만드는 구동수단인 전동기와, 그 전동기의 회전축과 연결되어 상기 파이프라인 내에서 회전함으로써 상기 연화점 이상으로 가열된 상기 갱엿을 상기 노즐로 전진시키는 이송스크류로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 또, 본 발명에서 상기 항온부는 상기 파이프라인과 상기 노즐 사이에 위치하고 상기 갱엿이 일정 점도를 유지하여 상기 노즐로 사출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 지지부를 이성화된 당을 수분이 8-10 % 정도 유지하는 갱엿을 사용하여 만들 수 있도록 함으로써 제품을 만든 후 상기 지지부를 제거할 때는 지지부가 취성이 강하여 물리적으로 파쇄하기 쉬어 제거하기 쉽고 제거시간이 매우 절감된다.

또, 지지부를 제거한 후 남아있는 지지부재인 상기 갱엿을 찬물 또는 뜨거운 물에 녹이면서 솔 등을 이용하면 쉽고 깨끗하게 제거되어 제품의 품질이 좋을 뿐만 아니라 상기 갱엿으로 만들어진 상기 지지부가 물에 잘 녹기 때문에 제거하는데 에너지가 많이 절감되는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 구조를 보인 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 개략적인 구조를 보인 사시도.
도 3은 종래 기술에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터에서 노즐 헤드의 구조를 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 구조를 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 개략적인 구조를 보인 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터에서 노즐 헤드의 구조를 보인 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터에서 노즐 헤드의 단면구조를 보인 사시도.

다음은, 본 발명의 바람직한 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 설명한다.

상기 도 4는 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 구조를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터의 개략적인 구조를 보인 사시도이며, 또 도 6은 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터에서 노즐 헤드의 구조를 보인 사시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 에프디엠 방식 삼차원 프린터에서 노즐 헤드의 단면구조를 보인 사시도이다.

상기 도 4에서 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 에프디엠 방식의 삼차원 프린터(101)는 종래 기술에서와 같이 기본적인 구조물을 지지하고 안정된 상태를 유지하도록 하는 사각형상의 수평베이스프레임(102)가 있고, 그 수평베이스프레임(102)의 4 부분에는 수직프레임(103a,103b,103c,103d)이 고정되어 있다.

상기 수직프레임(103a,103b)의 상부에는 전.후 가이드봉(107)이 연결설치되어 있고, 다른 상기 수직프레임(3c,3d)의 상부에는 상기 전.후 가이드봉(107)과 평형을 이루고 엔코더(미도시)가 있는 전.후 이송용 전동기(8)의 회전축(미도시)과 연결된 전.후 이송나사(106)가 설치되어 있다.

상기 전.이송나사(106)와 전.후 가이드봉(7)에는 이송블럭(110)와 가이드블럭(111)이 설치되어 있고, 상기 두 블럭(110,111)을 연결하여 상기 전.후 가이드봉(107)과 전.후 이송나사(106)와 직교하도록 좌.우 이송나사(109)가 설치되어 있다.

상기 좌.우 이송나사(109)는 엔코더(미도시) 있는 좌.우 이송용 전동기(112)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 좌.우 이송용 전동기(112)의 회전하여 상기 좌.우 이송용 나사(109)가 회전하여 상기 좌.우로 이동하면서 제품을 만들기 위한 제품용 필라멘트(114)를 공급하는 인쇄용 헤드(113)가 설치되어 있다.

상기 인쇄용 헤드(113) 상기 좌.우 이송나사(109)와 연동적으로 움직일 수 있도록 설치되는 헤드블럭(113)이 있고, 그 헤드블럭(113)에는 상기 제품용 필라멘트(114)를 공급하고 지지용 필라멘트(nsf)를 만들어 제공할 수 있도록 되어 있다.

상기 헤드블럭(113)에는 상기 제품용 필라멘트(114)를 밀어 전진시키는 이송롤러(113b,113b')가 설치되어 있고, 그 이송롤러(113b,113b')에 의해 전진이송된 상기 필라멘트(114)를 용융점으로 가열하는 가열파이프라인(113c)가 설치되어 있으며, 그 가열파이프라인(113c)에는 상기 필라멘트(114)를 소정의 직경을 갖도록 사출하는 노즐(113d)이 있다.

또, 상기 헤드블럭(113)에는 상기 갱엿을 상기 지지용 필라멘트(nsf)를 만들어 제공할 수 있도록 지지용 필라멘트 공급부(115)가 있다.

상기 지지용 필라멘트 공급부(115)는 상기 갱엿을 연화점 이상으로 가열하여 일정량 저장할 수 있는 탱크(115b)가 있고, 그 탱크(115b)의 중앙 외부에는 상기 갱엿을 다음에 설명하는 지지용 사출노즐(115e)에 공급하기 위한 이송수단인 전동기(115a)와 그 전동기의 회전축(미도시)과 연결되는 연결회전축(115f)이 있으며, 그 연결회전축(115f)에는 이송스크류(115g)가 연결설치되어 있다.

상기 이송스크류(115f)의 외주에는 파이프라인(115c)이 상기 탱크(115b)에 연장 연결되어 있고, 그 파이프라인(115c)의 단부에는 상기 이송스크류(115f)에 의하여 이송된 상기 갱엿이 지지용 필라멘트로 기능을 유지할 수 있도록 일정한 온도로 유지해주기 위한 항온부인 항온파이프(115d)가 설치되어 있다.

상기 항온파이프(115d)의 단부에는 상기 갱엿이 지지용 필라멘트(nsf)의 기능을 수행하여 지지부(ns)를 만들 수 있도록 사출하는 지지용 사출노즐(115e)이 설치되어 있다.

상기 지지용 사출노즐(115e)은 상기 갱엿이 달라붙지 않도록 테플론이 코팅된다.

그리고, 상기 수평베이스프레임(102)의 중앙부분에는 상.하로 이송되는 수직이송봉(104) 설치되어 있고, 그 수직이송봉(104)의 상부에는 상기 헤드블럭(113)에 설치된 두 노즐(113d,115e)에서 사출된 필라멘트(114a,nsf)가 사출되어 제품(np)과 지지부(ns)를 형성하는 제품형성판(105)이 있다.

도면상의 미설명 부호 113a는 지지용 필라멘트 공급부(115)가 고정설치되는 헤드블럭브라켓이고, 116은 제품용 필라멘트롤이며, 117은 만들어진 제품(np), 지지부(ns)가 상기 제품형성판(105)과 분리될 수 있도록 하는 성형베이스이다.

또, 도면상의 nfg는 제품용 필라멘트(114)를 상기 노즐(113d)로 안내하는 필라멘트 가이드이다.

상기와 같이 구성된 에프디엠 방식의 삼차원 프린터(101)는 먼저, 상기 성형베이스(117)를 상기 제품형성판(105)에 고정하고 사출할 수 있는 필라멘트(114)를 준비하고, 상기 탱크(115b)에는 상기 전동기(115a)가 설치된 뚜껑(미표시)을 열어 상기 갱엿을 충진하여 지지용 필라멘트(nsf)를 만들 수 있도록 준비한다.

이후, 캐드(CAD)와 같은 프로그램으로 만든 데이타를 받아서 작동시키면 상기 제품용 필라멘트롤(116)에서 공급되어 상기 노즐(113d)과 상기 지지용 필라멘트 공급부(115)에서 만들어져 상기 노즐(115e)로 공급되는 필라멘트(114a,nsf)에 의하여 제품(np)과 지지부(ns)가 형성된 형상을 만들게 된다.

이후, 상기 지지부(ns)를 물리적인 힘을 가하거나 끊는 물 또는 상온의 물로 녹여 제거하면 설계한 제품이 완성되게 되는 것이다.

115 : 지지용 필라멘트 공급부 115a : 전동기
115b : 탱크 115c : 파이프라인
115d : 항온파이프 115e : 지지용 사출 노즐
nsf : 지지용 필라멘트

Claims (5)

1. 에프디엠 방식의 삼차원 프린터에 있어서;
   이성화당을 수분이 8-12% 정도로 농축하여 만든 갱엿을 연화점 이상의 온도로 가열 저장하는 탱크와; 그 탱크 내의 상기 갱엿을 일정량 소정의 직경을 갖는 파이프라인으로 이송하는 이송수단과; 그 이송수단에 의하여 이송되는 상기 갱엿을 연화점으로 유지해 주는 항온부와; 그 항온부를 거쳐 이송된 상기 갱엿이 일정 직경을 갖도록 사출되는 노즐을 구비한 프린팅 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프린팅 헤드는 합성수지로 만들어진 필라멘트를 사출하는 다른 프린팅 헤드와 함께 설치되어 지지용 구조물을 만들도록 한 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이송수단은 전기적으로 제어되고 회전력을 만드는 구동수단인 전동기와, 그 전동기의 회전축과 연결되어 상기 파이프라인 내에서 회전함으로써 상기 연화점 이상으로 가열된 상기 갱엿을 상기 노즐로 전진시키는 이송스크류로 구성된 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 항온부는 상기 파이프라인과 상기 노즐 사이에 위치하고 상기 갱엿이 일정 점도를 유지하여 상기 노즐로 사출되도록 하는 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 노즐에는 테플론이 코팅된 것을 특징으로 하는 에프디엠 방식의 삼차원 프린터.

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