KR20170113923A - 노즐 조립체 및 3ｄ 프린터용 인쇄 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 노즐 조립체는, 인쇄재료가 관통하는 2개 이상의 관통공이 형성된 노즐 본체; 상기 노즐 본체에 결합되는 노즐 팁; 및 상기 노즐 본체와 노즐 팁 사이에 형성된 믹싱부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 노즐 본체와 노즐 팁의 사이에 믹싱부가 구비되어 있어 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색할 수 있어 사용자가 원하는 색상을 적용하여 성형품을 완성할 수 있는 효과가 있다.

Description

노즐 조립체 및 3Ｄ 프린터용 인쇄 헤드{Nozzle assembly and print head for 3D printers}
본 발명은 노즐 조립체 및 3D 프린터용 인쇄 헤드에 관한 것으로, 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색하는 노즐 조립체 및 3D 프린터용 인쇄 헤드에 관한 것이다.
최근에는 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 동일한 형상의 성형품을 성형할 수 있는 3D 프린터가 개발되어 그 사용이 증대되고 있다.
일반적으로 3D 프린터의 프린팅 방식은 FDM 방식, DLP 방식, SLA 방식, SLS 방식으로 구분되어 지며, 그 사용 재료로 세라믹, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있다.
이 중 FDM 방식은 대상물체를 2차원의 평면 형태로 성형하면서 3차원으로 적층하여 성형품을 만들어 가는 방식이다.
구체적으로 열가소성 수지로 형성된 와이어 형태의 필라멘트를 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ축 세 방향으로 위치 조절되는 3차원 이송기구에 장착된 헤드의 노즐팁을 통해 재료를 용융시켜 배출한다. 이에 따라 용융배출된 재료가 2차원 평면 형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 성형품을 3차원으로 성형한다.
그런데 종래의 FDM 방식의 3D 프린터 헤드는 하나의 노즐로 구성되어 있어 단일 색상으로 성형하는 것은 가능하지만 다양한 색상의 제품을 성형하기에는 어려움이 발생하였다.
색상을 교체하여 성형하려면 필라멘트 공급릴을 다른 색상의 필라멘트 공급릴로 교체한 후에 이를 3D 프린터 헤드로 연결하여야 하기 때문에 필라멘트의 교체에 따른 시간이 상당히 소요된다.
이러한 필라멘트의 교체에 따른 대기시간 동안 이미 성형된 성형품은 경화되므로, 이어지는 부위에 불연속적인 이음매가 형성되어 제품의 외관이나 일체성이 저하되거나 재료의 분리 또는 구조적 강도가 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 멀티 노즐을 구현하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 멀티 노즐 또한 노즐의 개수만큼만 색을 표현할 수 있으므로 사용자가 원하는 다양한 색상을 다양하게 구현하지 못하는 단점이 발생 된다,
이외에도 도색에 의해 성형품에 다양한 색상을 구현할 수는 있으나 성형품에 특정 색상을 적용하기 위해서는 후처리 공정 추가된다.
따라서, 2색 이상의 필라멘트를 혼합하여 색상을 조색하는 노즐 조립체 및 3D 프린터용 인쇄 헤드의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제2015-0030453호(2015.03.20) 한국공개특허 제2015-0094312호(2015.08.19) 한국공개특허 제2015-0114861호(2015.10.13)
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색하여 사용자가 원하는 색상을 적용하여 성형품을 완성할 수 있는 노즐 조립체 및 3D 프린터용 인쇄 헤드를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노즐 조립체는, 인쇄재료가 관통하는 2개 이상의 관통공이 형성된 노즐 본체; 상기 노즐 본체에 결합되는 노즐 팁; 및 상기 노즐 본체와 노즐 팁 사이에 형성된 믹싱부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 믹싱부는, 상기 노즐 본체의 말단과 노즐 팁의 대면 부위가 상호 체결 후에 서로 이격되는 공간인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공간은 노즐 본체의 말단에 형성된 절개면에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관통공은 상기 공간을 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
또한, 상기 믹싱부는, 상기 관통공과 노즐 본체의 중심 또는 노즐 팁의 토출구와 연결하는 유로인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로는 곡선으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유로는 노즐 본체에 반원형 단면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐 본체의 말단과 노즐 팁의 대면 부위는 원추형으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드는, 전술한 노즐 조립체; 상기 노즐 조립체를 감싸도록 설치되며 히터가 구비된 히터블록; 및 상기 노즐 조립체로 인쇄재료를 전달하는 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공급부는, 인쇄재료의 입구인 니플이 구비된 제1 블록과, 상기 노즐 조립체와 결합되는 제2블록 및 상기 제1블록과 제2블록을 연결하는 연결부재 및 인쇄재료를 노즐 조립체로 안내하도록 제1블록과 제2블록의 사이에 배치된 연결관으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1,2블록은 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone) 또는 테프론으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결관은 테프론관으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 노즐 조립체 및 3D 프린터용 인쇄 헤드에 따르면, 노즐 본체와 노즐 팁의 사이에 믹싱부가 구비되어 있어 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색할 수 있어 사용자가 원하는 색상을 적용하여 성형품을 완성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 분해 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 노즐 조립체의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 노즐 본체를 도시한 저면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 분해 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 노즐 조립체의 단면을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 분해 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1의 노즐 조립체의 단면을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 노즐 본체를 도시한 저면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 분해 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 노즐 조립체의 단면을 도시한 단면도이다.
먼저, 본 발명의 주요 특징인 노즐 조립체(100)를 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드(A)를 설명한다.
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드(A)는, 노즐 조립체(100)와, 상기 노즐 조립체(100)를 감싸도록 설치되며 히터(210)가 구비된 히터블록(200) 및 상기 노즐 조립체(100)로 인쇄재료(필라멘트)를 전달하는 공급부(300)로 구성된다.
또한, 상기 히터 블록(200)에는 히터 블록(200)의 온도를 측정하는 온도센서(201)가 구비된다.
그리고, 상기 공급부(300)는 인쇄재료의 입구인 니플(311)이 구비된 제1블록(310)과, 상기 노즐 조립체(100)와 결합되는 제2블록(320) 및 상기 제1블록(310)과 제2블록(320)을 연결하는 연결부재(330) 및 인쇄재료를 노즐 조립체(100)로 안내하도록 제1블록(310)과 제2블록(320)의 사이에 배치된 연결관(340)으로 구성된다.
또한, 상기 제1,2블록(310,320)은 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone) 또는 테프론으로 형성되어 있어 노즐 조립체(100)로 인쇄재료가 도달하기 이전에 인쇄재료로 열이 전달되는 것을 억제한다. 즉, 인쇄재료가 미리 용융되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상기 연결관(340)은 테프론관으로 형성되어 있어 인쇄재료가 원활하게 이송된다.
한편, 상기 공급부에는 냉각팬(400)이 더 구비되어 있어 상기 제1,2블록(310,320) 및 연결관(340)을 냉각한다.
이하, 본 발명에 따른 노즐 조립체(100)를 설명한다.
본 발명에 따른 노즐 조립체(100)는, 인쇄재료가 관통하는 2개 이상의 관통공(111)이 형성된 노즐 본체(110)와, 상기 노즐 본체(110)에 결합되는 노즐 팁(120) 및 상기 노즐 본체(110)와 노즐 팁(120) 사이에 형성된 믹싱부로 구성된다.
또한, 상기 노즐 본체(110)의 관통공(111)은 노즐 조립체(100)로 공급되는 인쇄재료의 수만큼 형성된다. 예를 들어 인쇄재료가 2색이면 관통공(111)의 수는 2개, 3색이면 관통공(111)의 수는 3개가 형성된다.
그리고, 상기 노즐 팁(120)에는 용융된 인쇄재료가 토출되는 토출구(121)가 형성된다.
한편, 상기 노즐 본체(110)에는 수나사(112)가 형성되며, 상기 노즐 팁(120)에는 상기 수나사(112)와 결합하는 암나사(122)가 형성된다.
또한, 상기 믹싱부는 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색하게 된다.
구체적으로, 도 1 내지 도 4와 같이 상기 믹싱부는 상기 관통공(111)과 노즐 본체(110)의 중심 또는 노즐 팁(120)의 토출구(121)와 연결하는 유로(130)로 구성된다. 상기 유로(130)는 관통공(111)의 수만큼 형성된다.
또한, 2개 이상의 관통공(111)과 각각 연결된 상기 유로(130)는 상기 노즐 본체(110)의 중심에서 합쳐지며 믹싱존(140)을 형성한다.
이에 따라, 상기 믹싱존(140)에서 2색 이상이 인쇄재료가 혼합하여 원하는 색상으로 조색할 수 있게 된다.
그리고, 상기 유로(130)는 곡선으로 형성된다.
이에 따라, 곡선으로 형성된 유로(130)에 의해 인쇄재료의 이동 경로를 늘려주며 안정적인 용융상태를 유지하게 된다.
더욱이 곡선인 유로(130)에 의해 인쇄재료는 믹싱존(140)을 향해 와류를 형성하여 2색 이상의 색상이 균일하게 혼합된다.
한편, 상기 유로(130)는 노즐 본체(110)에 반원형 단면으로 형성된다.
그리고, 상기 노즐 본체(110)의 말단과 노즐 팁(120)의 대면 부위는 원추형으로 형성된다.
본 발명의 노즐 조립체(100)에 따르면, 노즐 본체(110)와 노즐 팁(120)의 사이에 믹싱부가 구비되어 있어 2색 이상의 인쇄재료를 혼합하여 색상을 조색할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 노즐 조립체(100)는 색상별로 인쇄재료를 교체 사용하거나, 복수의 인쇄 헤드를 구비할 필요가 없으므로 인쇄속도 향상 및 사용자가 원하는 색상을 조합하여 사용가능하게 된다.
특히, 3색을 적, 녹, 청을 사용하면 그 조합에 의해 사용자가 원하는 다양한 색상을 구현할 수 있게 된다.
도 5 내지 도 6의 도시와 같이, 다른 실시예에 따른 노즐 조립체(100')의 믹싱부는 노즐 본체(110)의 말단과 노즐 팁(120)의 대면 부위가 상호 체결 후에 서로 이격되는 공간(130')이다.
이때, 상기 공간(130')은 노즐 본체(110)의 말단에 형성된 절개면(131')에 의해 형성된다.
또한, 상기 관통공(111')은 상기 공간(130')을 향하도록 형성되어 있어 2색 이상의 인쇄재료가 상기 공간(130')에서 혼합이 이루어지게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
A - 3D 프린터 인쇄헤드 100 - 노즐 조립체
110 - 노즐 본체 120 - 노즐 팁
130 - 유로 200 - 히터 블록
300 - 공급부 400 - 냉각팬

Claims (13)

  1. 인쇄재료가 관통하는 2개 이상의 관통공이 형성된 노즐 본체;
    상기 노즐 본체에 결합되는 노즐 팁; 및
    상기 노즐 본체와 노즐 팁 사이에 형성된 믹싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 믹싱부는,
    상기 노즐 본체의 말단과 노즐 팁의 대면 부위가 상호 체결 후에 서로 이격되는 공간인 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 공간은 노즐 본체의 말단에 형성된 절개면에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 공간을 향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 믹싱부는,
    상기 관통공과 노즐 본체의 중심 또는 노즐 팁의 토출구와 연결하는 유로인 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유로는 곡선으로 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유로는 노즐 본체에 반원형 단면으로 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 본체의 말단과 노즐 팁의 대면 부위는 원추형으로 형성된 것을 특징으로 하는 노즐 조립체.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 노즐 조립체;
    상기 노즐 조립체를 감싸도록 설치되며 히터가 구비된 히터블록; 및
    상기 노즐 조립체로 인쇄재료를 전달하는 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 공급부는,
    인쇄재료의 입구인 니플이 구비된 제1 블록과, 상기 노즐 조립체와 결합되는 제2블록 및 상기 제1블록과 제2블록을 연결하는 연결부재 및 인쇄재료를 노즐 조립체로 안내하도록 제1블록과 제2블록의 사이에 배치된 연결관으로 구성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1,2블록은 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone) 또는 테프론으로 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 연결관은 테프론관으로 형성된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 공급부에는 냉각팬이 더 구비된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
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