KR20170143321A - 헤드 및 이를 포함하는 3차원 프린터 - Google Patents

Abstract

헤드가 제공된다. 헤드는 플레이트, 상기 플레이트의 하부에 배치되는 히트 싱크(heat sink), 상기 히트 싱크의 제1 측에 배치되는 제1 팬(fan), 상기 히트 싱크의 하부에 배치되고, 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle), 상기 히트 싱크의 하부에 삽입되고, 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 노즐에 열을 전달하는 히트 블록(heat block), 및 상기 히트 싱크와 상기 노즐 사이에 배치되는 디스크 스프링(disk spring)을 포함한다.

Description

헤드 및 이를 포함하는 3차원 프린터{Head and three dimensional printer}

본 발명은 헤드 및 이를 포함하는 3차원 프린터에 관한 것이다.

3차원 프린팅 또는 가산형 프로세스(additive process)는 3차원 데이터(예를 들어, CAD(computer-aided design) 모델)로부터, 3차원 아이템(3D object)를 형성한다. 3차원 프린팅은 물질층을 연속적으로 적층하면서 아이템을 형성한다는 점에서, 커팅 또는 드릴링과 같은 감산형 프로세스(subtractive process)와 다르다.

3차원 프린팅은 FDM(Fused deposition modeling), EBF³(Electron Beam Freeform Fabrication), DMLS(Direct metal laser sintering), SLS(Selective laser sintering), LOM(Laminated object manufacturing), SLA(Stereolithography) 등 여러가지 방식이 있다. 이러한 3차원 프린팅은 프로토타이핑(prototyping), 건축, 산업 디자인, 자동차, 항공, 엔지니어링, 교육, 보석, 패션 등 상당히 많은 분야에서 사용될 수 있다.

미국공개특허 US2012/0219698 (2012년 8월 30일 공개)

본 발명이 해결하려는 과제는, 노즐과 히트 블록을 히트 싱크에 삽입시키고, 히트 블록 커버에 의해 둘러쌈으로써 노즐과 히트 블록을 헤드의 외부로부터 보호하는 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 히트 싱크에 2개의 팬을 설치하여 냉각 효율을 증가시킨 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 테프론 가이드와 히트 싱크 사이에 디스크 스프링을 설치하여 테프론 가이드와 노즐을 밀착시킨 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 상기 헤드를 포함하는 3차원 프린터를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 헤드의 일 면(aspect)은 플레이트, 상기 플레이트의 하부에 배치되는 히트 싱크(heat sink), 상기 히트 싱크의 제1 측에 배치되는 제1 팬(fan), 상기 히트 싱크의 하부에 배치되고, 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle), 상기 히트 싱크의 하부에 삽입되고, 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 노즐에 열을 전달하는 히트 블록(heat block), 및 상기 히트 싱크와 상기 노즐 사이에 배치되는 디스크 스프링(disk spring)을 포함한다.

상기 히트 싱크의 상기 제1 측과 반대되는 제2 측에 배치되는 제2 팬을 더 포함할 수 있다.

상기 디스크 스프링과 상기 노즐 사이에 배치되어, 상기 노즐과 상기 히트 싱크 사이의 열교환을 차단하는 테프론 가이드(tefron guide)를 더 포함하고, 상기 노즐과 상기 테프론 가이드는 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.

상기 노즐은 도체를 포함하고, 상기 테프론 가이드는 부도체를 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크와 상기 히트 블록 사이에 배치되고, 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 히트 블록과 상기 테프론 가이드 사이의 열교환을 차단하는 노즐캡(nozzle cap)을 더 포함할 수 있다.

상기 히트 블록을 둘러싸고, 상기 히트 싱크의 하부에 삽입되고, 상기 노즐의 말단을 노출시키는 히트 블록 커버(heat block cover)를 더 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크의 상기 제1 측과 인접한 제3 측에 배치되는 프런트 커버(front cover)를 더 포함하고, 상기 히트 블록 커버와 상기 프런트 커버에 의해 둘러싸인 영역 내에서 열이 가둬질 수 있다.

상기 플레이트의 하면에 배치되는 자석을 포함하고, 상기 자석은 상기 플레이트의 상면에 로드(rod)를 부착시키고, 상기 로드의 움직임에 따라 위치가 변경될 수 있다.

상기 디스크 스프링은 제1 및 제2 디스크를 포함하고, 상기 제1 디스크는 상기 노즐 상에 배치되고, 가장자리가 상기 히트 싱크가 배치된 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 제2 디스크는 상기 제1 디스크 상에 배치되고, 가장자리가 상기 노즐이 배치된 방향으로 경사지도록 형성되고, 상기 제1 디스크의 가장자리와 상기 제2 디스크의 가장자리는 서로 접할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 배면도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 분해사시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크 스프링을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드가 로드와 결합된 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 정면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터는, 컨트롤러(20), 지지대(230), 헤드(head)(100), 노즐(130), 소오스 제공부(30) 등을 포함할 수 있다.

지지대(230)는 3차원 아이템(1)을 형성하기 위한 공간이다. 지지대(230)는 고정될 수도 있고, 컨트롤러(20)의 제어에 따라서 이동 또는 회전할 수도 있다. 또한, 지지대(230)는 3차원 아이템(1)을 안정적으로 고정하기 위해서, 3차원 아이템(1)을 지지대(230)에 가볍게 접착시킬 수 있다. 또는, 지지대(230)에는 열이 가해질 수도 있다(즉, 히트 베드(heat bed) 역할).

소오스 제공부(30)는 노즐(130)에 소오스 물질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 소오스 물질은 필라멘트(filament) 형상일 수 있다. 또는, 소오스 물질은 펠릿(pellet), 분말(powder), 액체 플라스틱 형상일 수도 있으며, 특정한 형태로 한정되는 것은 아니다. 소오스 물질이 필라멘트 형상일 경우, 소오스 제공부(30)는 필라멘트가 감겨진 홀더(holder) 형태일 수 있다.

소오스(즉, 필라멘트)는 튜브(31)를 통해서 헤드(100)에 전달된다.

헤드(100)는 전달된 필라멘트를 용융하여, 노즐(130)을 통해서 용융된 필라멘트를 지지대(230) 상에 토출한다.

컨트롤러(20)는 지지대(230), 소오스 제공부(30), 헤드(100) 등을 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤러(20)는 프린트할 3차원 아이템(1)과 관련된 소오스 데이터, 즉, 3차원 데이터를 처리할 수 있다. 3차원 데이터를 다수의 2차원 데이터(즉, 레이어(layer)를 만들기 위한 데이터)로 슬라이싱할 수 있다. 여기서, 3차원 데이터는 (x, y, z) 좌표값을 포함하고, 2차원 데이터는 z값이 없는 (x, y) 좌표값을 의미한다. 여기서, z값이 일정한 값으로 고정되기 때문에, 2차원 데이터는 z값을 포함하지 않는다.

소오스 데이터는 사용자가 3차원 프린터에 직접 입력한 것일 수 있고, 네트워크를 통해서 연결된 서버(server), 단말기(terminal)(예를 들어, 개인용 컴퓨터, 노트북, 다른 3차원 프린터 등)에 저장된 데이터일 수도 있다.

헤드(100)(즉, 노즐(130))가 동작하는 방식은 특정한 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 헤드(100)가 포인트 A에서 포인트 B로 움직이고자 할 때, 리니어 구동 방식(linear operating method)에 따라서 헤드(100)가 x축을 따라서 직선으로 움직이거나, y축을 따라서 직선으로 움직일 수 있다.

또는, 헤드(100)는 델타 구동 방식(delta operating method)에 따라서 구동할 수 있다. 델타 구동 방식은 예를 들어, 헤드(100)가 3개(또는 3쌍)의 축에 3개(또는 3쌍)의 로드(rod)(또는, 델타암(delta arm))을 통해서 각각 연결된다. 헤드(100)는 3개(또는 3쌍)의 로드의 움직임에 따라서 x축, y축, 대각선 방향 등으로 자유롭게 움직일 수 있다.

또한, 포인트 A와 포인트 B 사이의 거리가 x축 방향으로 d라고 가정할 때, 리니어 구동 방식에서 헤드(100)가 x축 방향으로 3t시간 동안 d만큼 움직인다. 하지만, 델타 구동 방식에서 헤드(100)는 예를 들어, t시간 동안 d만큼 움직일 수 있다. 3개의 로드가 조금만 움직여도, 헤드(100)는 많이 움직일 수 있기 때문이다.

이하에서, 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드를 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 정면도이다. 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 배면도이다. 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 평면도이다. 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 저면도이다. 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드의 분해사시도이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디스크 스프링을 설명하기 위한 도면들이다. 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드가 로드와 결합된 형태를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 2 내지 도 8, 도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 헤드(100)는 플레이트(plate)(10), 히트 싱크(heat sink)(110), 제1 팬(fan)(121), 제2 팬(122), 노즐(nozzle)(130), 노즐캡(nozzle cap)(131), 히트 블록(heat block)(140), 테프론 가이드(tefron guide)(150), 디스크 스프링(disk spring)(160), 히트 블록 커버(heat block cover)(170), 프런트 커버(front cover)(180), 자석(190) 등을 포함한다.

플레이트(10)의 상면에는, 다수의 로드(rod)(도 11의 280 참조)가 설치될 수 있는 다수의 리세스(recess)가 형성된다. 플레이트(10)의 하면에는, 플레이트(10)의 상면에 형성된 각각의 리세스와 대응하도록 다수의 자석(190)이 설치될 수 있다. 이러한 리세스에는 로드(도 11의 280)(구체적으로는, 로드(280)에 연결된 볼(ball) 형태의 탭(도 11의 290))이 안착될 수 있다. 별도의 체결구조 없이, 탭(290)이 자석(190)에 의해 리세스에 결합함으로써, 헤드(100)와 로드(280)가 쉽게 결합할 수 있다. 이러한 자석 결합 구조는, 탈부착이 쉽고, 유격으로 인한 흔들림이 없다.

또한, 도면에서는 예시적으로 6개의 자석(190)이 부착되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개 또는 9개의 자석(190)이 부착될 수도 있다.

플레이트(10)는 금속(예를 들어, 은, 구리, 알루미늄)을 포함할 수 있다.

히트 싱크(110)는 플레이트(10)의 하부에 설치된다. 히트 싱크(110)는 히트 블록(140)으로부터 전달된 열을 빼내는 역할을 한다. 또한, 제1 팬(121), 제2 팬(122) 및 플레이트(10)는 히트 싱크(110)와 결합되기 때문에, 히트 싱크(110)는 제1 팬(121), 제2 팬(122) 및 플레이트(10)를 고정시키는 역할도 한다.

제1 팬(121)은 플레이트(10)의 하부의 히트 싱크(110)의 제1 측에 설치된다. 또한, 제2 팬(122)은 플레이트(10)의 하부의 히트 싱크(110)의 제1 측과 반대되는 히트 싱크(110)의 제2 측에 설치된다. 즉, 제1 팬(121)과 제2 팬(122)은 히트 싱크(110)를 중심으로 마주보도록 설치된다. 제1 팬(121)과 제2 팬(122)은 히트 싱크(110)를 냉각시킬 수 있다.

노즐(130)은 히트 싱크(110)의 하부에 설치된다. 노즐(130)은 용융된 필라멘트를 토출하기 위한 부품으로, 히트 블록(140)의 열을 빠르게 전달하기 위해, 최대한 짧게 설계되는 것이 좋다. 이와 같이 짧게 설계되면, 예열 시간을 최소한으로 줄일 수 있다.

노즐(130)로 전달된 필라멘트는 히트 블록(140)에서 생성된 열에 의해서 노즐(130) 내에서 용융된다. 따라서, 노즐(130)은 도체를 포함할 수 있다.

히트 블록(140)은 히트 싱크(110)의 하부에 삽입되고, 노즐(130)의 일부를 둘러싸도록 설치된다. 히트 블록(140)은 노즐(130)에 열을 전달할 수 있다. 이를 위해, 히트 블록(140)은 황동과 같이, 주조가 쉬운 금속으로 만들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

히트 블록(140)과 노즐(130)은 노즐 고정 볼트(133)를 통해 고정된다.

노즐캡(131)은 히트 싱크(110)와 히트 블록(140) 사이에 설치되고, 히트 싱크(110)의 하부에 삽입되고, 노즐(130)의 일부를 둘러싸도록 설치된다.

노즐캡(131)은 히트 블록(140)과 테프론 가이드(150) 사이의 열교환을 차단한다. 노즐캡(131)은 히트 블록(140)에서 발생한 열이 상단으로 전달되는 것을 최소화하기 위해, 상대적으로 전도율이 낮은 SUS(Steel Use Stainless) 소재를 사용할 수 있다.

테프론 가이드(150)는 히트 싱크(110)와 노즐(130) 사이에 설치된다. 테프론 가이드(150)는 노즐(130)보다 히트 싱크(110)에 가깝게 배치되고, 노즐(130)은 테프론 가이드(150)보다 히트 블록(140)에 가깝게 배치될 수 있다.

테프론 가이드(150)는 노즐(130) 상에 접촉되어 배치될 수 있다. 테프론 가이드(150)는 노즐(130)과 히트 싱크(110) 사이의 열교환을 차단할 수 있다. 이를 위해, 테프론 가이드(150)는 히트 블록(140)에서 발생한 열이 노즐(130)을 통해 상단으로 전달되는 것을 최소화하기 위해, 상대적으로 전도율이 낮은 SUS(Steel Use Stainless) 소재를 사용할 수 있다.

또한, 테프론 가이드(150)는 소오스 제공부(30)(예를 들어, 필라멘트 홀더)로부터 전달된 필라멘트가 들어가는 부분이다. 따라서, 필라멘트가 부드럽게 들어갈 수 있도록, 마찰계수가 적고, 열에 강한 플라스틱(예를 들어, PTFE 테프론)을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

노즐(130)과 테프론 가이드(150)는 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 노즐(130)은 상대적으로 열을 잘 전달하는 도체를 포함할 수 있고, 테프론 가이드(150)는 상대적으로 열을 잘 전달하지 않는 부도체를 포함할 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 디스크 스프링(160)은 노즐(130)과 히트 싱크(110) 사이에 설치된다. 구체적으로, 디스크 스프링(160)은 노즐(130) 상에 배치된 테프론 가이드(150)와 히트 싱크(110) 사이에 설치된다.

디스크 스프링(160)은 제1 내지 제3 디스크(161, 162, 163)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스크 스프링(160)은 테프론 가이드(150) 상에 배치되고 가장자리가 히트 싱크(110)가 배치된 방향으로 경사지도록 형성된 제1 디스크(161)와, 제1 디스크(161) 상에 배치되고 가장자리가 테프론 가이드(150)가 배치된 방향으로 경사지도록 형성된 제2 디스크(162)와, 제2 디스크(162) 상에 배치되고 가장자리가 히트 싱크(110)가 배치된 방향으로 경사지도록 형성된 제3 디스크(163)를 포함할 수 있다. 다만, 디스크의 개수는 이에 한정되지 않는다.

제1 디스크(161)의 가장자리와 제2 디스크(162)의 가장자리는 서로 접하도록 배치되고, 제3 디스크(163)의 가장자리는 히트 싱크(110)와 접하도록 배치된다. 또한, 제1 디스크(161)의 가운데 부분은 테프론 가이드(150)와 접하도록 배치되고, 제2 디스크(162)의 가운데 부분과 제3 디스크(163)의 가운데 부분은 서로 접하도록 배치된다.

*제1 내지 제3 디스크(161, 162, 163)는 테프론 가이드(150)를 노즐(130)이 배치된 방향(D1)으로 밀어주기 때문에, 테프론 가이드(150)와 노즐(130)이 밀착될 수 있다.

다시 도 2 내지 도 8을 참조하면, 히트 블록 커버(170)는 히트 싱크(110)의 하부에 삽입되고, 노즐캡(131)과 히트 블록(140)을 둘러싼다. 노즐캡(131)과 히트 블록(140)을 관통한 노즐(130)의 말단(132)은 히트 블록 커버(170)의 하부로 노출된다.

히트 블록 커버(170)는 제1 및 제2 팬(121, 122)의 바람으로부터, 노즐(130)의 손상을 막을 수 있다. 또한, 히트 블록 커버(170)는 히트 블록(140)에서 발생한 열을 히트 싱크(140) 내에 가둬둘 수 있다.

히트 싱크(110)와 연결되는 히트 블록 커버(170)의 연결부는 갈고리 형상을 가질 수 있다. 이로 인해, 히트 블록 커버(170)의 탈부착이 용이할 수 있다.

테프론 가이드(150)는 저온 영역이고, 히트 블록(140)와 접촉하는 노즐(130) 부분은 고온 영역이고, 히트 블록 커버(170)의 하부로 노출된 노즐 말단(132)은 저온 영역일 수 있다. 즉, 저온 영역은 고온 영역에 비해 저온일 수 있다.

소오스 제공부(30)에서 제공되는 필라멘트는 튜브(31)를 통해서 헤드(100)로 전달된다. 이러한 필라멘트는 테프론 가이드(150)의 저온 영역을 거쳐서, 히트 블록(140)와 접촉하는 노즐(130) 부분의 고온 영역에 다다른다. 고온 영역은 히트 블록(140)에서 발생한 열로 인해서 고온 상태이다. 따라서, 필라멘트는 고온 영역에서 용융되고, 용융된 필라멘트는 노즐 말단(132)으로 토출된다. 즉, 지지대(도 1의 230)위에서 용융된 필라멘트는 적층된다. 적층된 필라멘트가 무너지지 않고 형태를 유지하기 위해서, 적층된 필라멘트는 빠르게 식혀져야 한다. 따라서, 노즐 말단(132) 주위는 온도가 낮아야 한다.

또한, 저온 영역의 온도가 낮아야 하는 이유는 다음과 같다. 저온 영역의 온도가 높으면, 고온 영역에 다다르기 전에 필라멘트는 녹게 된다. 이와 같이 되면, 소오스 제공부(30)가 필라멘트를 계속 밀더라도, 필라멘트가 앞으로(즉, 고온 영역 쪽으로) 잘 나아가지 않는다. 즉, 고온 영역에 다다르기 전까지의 영역은 최대한 온도가 낮고, 고온 영역은 온도가 높고, 노즐 말단(132) 주위는 다시 온도가 낮아야 한다.

이를 위해, 노즐(130)의 상부에 형성된 저온 영역에는 열전도성이 상대적으로 낮은 테프론 가이드(150)가 배치된다. 또한, 히트 블록 커버(170) 하부의 저온 영역 즉, 노즐 말단(132)은 히트 블록 커버(170)의 하부로 노출된다. 이러한 저온 영역들은 상술한 제1 및 제2 팬(121, 122)에 의해 냉각될 수 있다.

결과적으로, 히트 블록(140)과 접촉하는 노즐(130)의 고온 영역보다 상술한 저온 영역들은 상대적으로 낮은 온도를 가질 수 있다.

프런트 커버(180)는 제1 팬(121)이 배치되는 히트 싱크(110)의 제1 측 및 제2 팬(122)이 배치되는 히트 싱크(110)의 제2 측과 인접한 히트 싱크(110)의 제3 측에 설치된다. 히트 블록(140)에서 발생한 열은 프런트 커버(180)와 히트 블록 커버(170)에 의해 둘러싸인 영역 내에서 가둬질 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 헤드(100)는 노즐(130)과 히트 블록(140)이 히트 블록 커버(170)에 의해 둘러싸여 히트 싱크(110)의 하부로 삽입되도록 하고, 히트 싱크(110)의 측면을 제1 및 제2 팬(121, 122)과 프런트 커버(180)에 의해 둘러쌈으로써 노즐(130)와 히트 블록(140)을 헤드(100)의 외부로부터 보호할 수 있다.

또한, 히트 싱크(110)의 측면에 2개의 팬(121, 122)을 설치하여 저온 영역의 냉각 효율을 상대적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 테프론 가이드(160)와 히트 싱크(110) 사이에 디스크 형상의 스프링을 설치하여 테프론 가이드(160)와 노즐(130)을 밀착시킬 수 있다.

이하에서, 도 12 및 도 13을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터를 설명한다. 도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 사시도이다. 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터의 정면도이다. 도 12 및 도 13에 도시된 3차원 프린터는, 도 1을 이용하여 설명한 3차원 프린터의 예시적인 구현 예이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 프린터(200)는 예를 들어, 델타 구동 방식(delta operating method)을 채용할 수 있다.

하부 프레임(210)의 상부에는, 지지대(230)가 배치되어 있다. 헤드(100)는 델타 구동 방식에 따라 지지대(230) 상을 움직이면서, 지지대(230) 위에 3차원 아이템을 생산한다. 하부 프레임(210)과 상부 프레임(220) 사이에 3개(또는 3쌍)의 축(260)이 배치된다. 3쌍의 축(260)은 헤드(100)의 주변에 배치된다. 3쌍의 로드(280)는 각각 대응되는 3쌍의 축(260)을 따라서 움직일 수 있다. 헤드(100)는 3쌍의 로드(280)의 움직임에 따라서 x축, y축, 대각선 방향 등으로 자유롭게 움직일 수 있다. 로드(280)는 3쌍의 축(260) 사이에 배치된 벨트(belt)(270)에 의해서 움직일 수 있다. 벨트(270는 예를 들어, 스텝모터와 같은 모터로 구동될 수 있다.

하부 프레임(220)의 측면에는, 입력부(250)가 배치될 수 있다. 입력부(250)는 평면 디스플레이 형태일 수 있다. 입력부(250)는 예를 들어, 터치 패널, 푸시 버튼, 롤(roll)형태의 버튼 등일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

상부 프레임(210)의 상부에는 커버(240)가 배치된다. 커버(240)를 열어서, 3차원 프린터(200)의 내부를 수리할 수 있다.

도면에 표시하지 않았으나, 소오스 제공부(필라멘트 홀더)는 3차원 프린터(200)의 일 측면에 배치될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 플레이트 110: 히트 싱크
121: 제1 팬 122: 제2 팬
130: 노즐 131: 노즐캡
140: 히트 블록 150: 테프론 가이드
160: 디스크 스프링 170: 히트 블록 커버
180: 프런트 커버 190: 자석
200: 3차원 프린터

Claims (10)

1. 플레이트;
   상기 플레이트의 하부에 배치되는 히트 싱크(heat sink);
   상기 히트 싱크의 제1 측에 배치되는 제1 팬(fan);
   상기 히트 싱크의 하부에 배치되고, 필라멘트를 용융하여 토출하는 노즐(nozzle);
   상기 히트 싱크의 하부에 삽입되고, 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 노즐에 열을 전달하는 히트 블록(heat block); 및
   상기 히트 싱크와 상기 노즐 사이에 배치되는 디스크 스프링(disk spring)을 포함하는 헤드.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 히트 싱크의 상기 제1 측과 반대되는 제2 측에 배치되는 제2 팬을 더 포함하는 헤드.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 디스크 스프링과 상기 노즐 사이에 배치되어, 상기 노즐과 상기 히트 싱크 사이의 열교환을 차단하는 테프론 가이드(tefron guide)를 더 포함하고,
   상기 노즐과 상기 테프론 가이드는 서로 다른 물질을 포함하는 헤드.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 노즐은 도체를 포함하고, 상기 테프론 가이드는 부도체를 포함하는 헤드.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 히트 싱크와 상기 히트 블록 사이에 배치되고, 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 히트 블록과 상기 테프론 가이드 사이의 열교환을 차단하는 노즐캡(nozzle cap)을 더 포함하는 헤드.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 히트 블록을 둘러싸고, 상기 히트 싱크의 하부에 삽입되고, 상기 노즐의 말단을 노출시키는 히트 블록 커버(heat block cover)를 더 포함하는 헤드.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 히트 싱크의 상기 제1 측과 인접한 제3 측에 배치되는 프런트 커버(front cover)를 더 포함하고,
   상기 히트 블록 커버와 상기 프런트 커버에 의해 둘러싸인 영역 내에서 열이 가둬지는 헤드.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 플레이트의 하면에 배치되는 자석을 포함하고,
   상기 자석은 상기 플레이트의 상면에 로드(rod)를 부착시키고, 상기 로드의 움직임에 따라 위치가 변경되는 헤드.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 디스크 스프링은 제1 및 제2 디스크를 포함하고,
   상기 제1 디스크는 상기 노즐 상에 배치되고, 가장자리가 상기 히트 싱크가 배치된 방향으로 경사지도록 형성되고,
   상기 제2 디스크는 상기 제1 디스크 상에 배치되고, 가장자리가 상기 노즐이 배치된 방향으로 경사지도록 형성되고,
   상기 제1 디스크의 가장자리와 상기 제2 디스크의 가장자리는 서로 접하는 헤드.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 헤드를 포함하는 3차원 프린터.

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