KR102334611B1 - Automatic control device for diameter change of filament for 3D printer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각 수조의 온도를 자동 제어하여 일정한 연신률로 필라멘트가 연신 되도록 함으로써 직경 변화를 미연에 방지할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치에 관한 것으로,
필라멘트 제조장치(S)에서, 상기 수냉식 냉각구간(30)의 수조(31) 저면에는 수조(31)를 압출기(10) 방향으로 전, 후진 선택적으로 이동시키는 이동수단(100)을 구성시키되, 온도 및 직경을 포함하는 수치를 제어부(70)에서 제어하면서 이동수단(100)을 이동시켜 필라멘트(80)의 직경을 오차범위 내에서 자동 제어가 되도록 한 것이다.The present invention relates to a device for automatically controlling a change in diameter of a filament for a 3D printer, which can prevent a change in diameter in advance by automatically controlling the temperature of a cooling water tank so that the filament is stretched at a constant elongation rate,
In the filament manufacturing apparatus (S), on the bottom surface of the water tank 31 of the water-cooled cooling section 30, a moving means 100 for selectively moving the water tank 31 forward and backward in the direction of the extruder 10 is configured, but the temperature And by moving the moving means 100 while controlling the numerical value including the diameter in the control unit 70, the diameter of the filament 80 is automatically controlled within the error range.
Description
본 발명은 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치에 관한 것으로 더욱 상세히는 냉각 수조의 온도를 자동 제어하여 일정한 연신률로 필라멘트가 연신 되도록 함으로써 직경 변화를 미연에 방지할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for automatically controlling the change in diameter of a filament for a 3D printer, and more particularly, by automatically controlling the temperature of a cooling water tank so that the filament is stretched at a constant elongation rate, the diameter change of the filament for a 3D printer can be prevented in advance. It relates to automatic change control devices.
일반적으로 3차원 프린터는 3차원 형상의 물체를 성형하는 장치로서, 입체 재료에 레이저 광선을 주사하여 원하는 형태로 물체를 성형하는 광주사 방식 3차원 프린터, 입체 재료를 절삭하여 물체를 성형하는 절삭 방식 3차원 프린터, 선(thread) 형태의 합성수지 필라멘트를 용융시켜 원하는 형태로 적층하는 용융 방식(Fused Deposition Modeling(FDM) 또는 Fused Filament Fabrication(FFF)) 3차원 프린터 등이 있다.In general, a 3D printer is a device for molding a three-dimensional object. A laser beam is injected into a three-dimensional material to form an object in a desired shape. There are 3D printers and 3D printers with a melting method (Fused Deposition Modeling (FDM) or Fused Filament Fabrication (FFF)) that melt a synthetic resin filament in the form of a thread and laminate it in a desired shape.
상기와 같은 3차원 프린터 중에서, 용융 방식(FDM) 3차원 프린터는 설비비 및 물체의 성형 비용이 상대적으로 저렴하므로, 제품을 상업적으로 대량 생산하는 기업 뿐 아니라, 취미, 연구 또는 개인용으로 소량의 제품을 제조하는 학교, 가정, 연구실 등으로도 널리 보급되고 있다. Among the above three-dimensional printers, FDM (Fusion Method) three-dimensional printers have relatively low equipment and object molding costs. It is widely used in manufacturing schools, homes, and laboratories.
상기 용융 방식 3차원 프린터에서, 물체의 성형 원료로 사용되는 필라멘트는 폴리유산(poly lactic acid, PLA) 수지 등의 열가소성 수지로 이루어진다. In the melt-type 3D printer, the filament used as a molding raw material for an object is made of a thermoplastic resin such as polylactic acid (PLA) resin.
상기 필라멘트는 원료 공급 및 용융의 편의성을 위하여 수 내지 수십 미터(meter) 길이의 선(thread)의 형태를 가지며, 운반, 보관 및 사용에 용이하도록 나선 또는 권취된 코일 형태로 공급된다.The filament has the form of a thread having a length of several to several tens of meters for the convenience of raw material supply and melting, and is supplied in the form of a spiral or wound coil for easy transport, storage and use.
이러한 3D 프린터용 필라멘트는 도 1에서 도시된 바와 같이 합성수지 칩(chip)을 용융시킨 후, 스트랜드(strand) 형태로 압출하여 제조되는바, 합성수지 칩을 용융시켜(melting) 소정 굵기를 가지는 로드(rod) 형태의 용융 합성수지로 압출하는 압출기(10)와, 압출된 합성수지를 공기 중에서 소정 거리 이송시킴으로써, 합성수지를 냉각시켜 필라멘트로 성형하는 공냉식 냉각구간(20) 및 공냉식 냉각구간을 통과하면서 냉각된 필라멘트를 물이 채워진 수조를 통과시켜 냉각되도록 하는 수냉식 냉각구간(30)이 구비되며, 수냉식 냉각구간을 통과한 필라멘트의 직경을 일정하게 성형시켜주는 연신기(40) 및 연신기를 통과한 필라멘트의 직경을 레이저로 측정하는 레이저 측정기(50), 그리고 레이저로 측정한 필라멘트를 300M(1롤) 규격으로 권취 하는 권취롤러(60)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the filament for a 3D printer is manufactured by melting a synthetic resin chip and then extruding it in the form of a strand, and a rod having a predetermined thickness by melting the synthetic resin chip. ) of the
상기와 같은 필라멘트 제조장치는 필라멘트의 압출 냉각 과정에서 필라멘트에 일정한 장력이 인가되어야 하기 때문에 장치의 조작에 숙련공이 요구될 수밖에 없었다.In the filament manufacturing apparatus as described above, a skilled worker was inevitably required to operate the apparatus because a constant tension must be applied to the filament during the extrusion cooling process of the filament.
일반적으로 필라멘트의 평균 직경은 1.75±005mm로 관리되어야 3D프린터기의 출력에서 영향을 받지 않는데 1개 롤(300M) 을 제조할 때 오차범위 내에서 제조하기란 냉각시간과 연신 과정 등 서로 복합적으로 얽혀있어 상당히 난해한 작업이기 때문에 숙련공이 요구되는 것이었다.In general, the average diameter of the filament should be managed as 1.75±005mm so that it is not affected by the output of the 3D printer. Because it was a fairly difficult task, skilled workers were required.
물론, 숙련공이라고 하더라도 언급된 공차 범위 내에서 필라멘트를 제조한다는 것은 상당히 어려울 수밖에 없었으며, 그로 인한 작업의 피로도가 상승하는 등의 문제점이 있었다.Of course, even for skilled workers, it was inevitably difficult to manufacture a filament within the mentioned tolerance range, and there was a problem such as an increase in work fatigue.
본원 발명에서는 상기와 같은 문제점의 인식과 필요성에 부합하기 위해 안출한 것으로 필라멘트의 직경 불량 내지 오차 범위 내에서 직경 관리를 수치 제어를 통해 숙련공이 아니더라도 수월하게 할 수 있도록 함과 동시에 양질의 제품을 대량생산할 수 있는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치를 제공함에 그 목적이 있다.In the present invention, it was devised to meet the recognition and necessity of the above problems, and it is possible to easily manage the diameter within the error range or defective diameter of the filament through numerical control, even without skilled workers, and at the same time produce a large quantity of quality products. An object of the present invention is to provide an automatic control device for changing the diameter of a filament for a 3D printer that can be produced.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치는 합성수지 칩을 용융시켜(melting) 소정 굵기를 가지는 로드(rod) 형태의 용융 합성수지로 압출하는 압출기(10)와, 압출된 합성수지를 공기 중에서 소정 거리 이송시킴으로써, 합성수지를 냉각시켜 필라멘트로 성형하는 공냉식 냉각구간(20) 및 공냉식 냉각구간을 통과하면서 냉각된 필라멘트를 물이 채워진 수조를 통과시켜 냉각되도록 하는 수냉식 냉각구간(30)이 구비되며, 수냉식 냉각구간을 통과한 필라멘트의 직경을 일정하게 성형시켜주는 연신기(40) 및 연신기를 통과한 필라멘트의 직경을 레이저로 측정하는 레이저 측정기(50), 그리고 레이저로 측정한 필라멘트를 300M(1롤) 규격으로 권취 하는 권취롤러(60)로 구성되는 필라멘트 제조장치(S)에 있어서, 상기 수냉식 냉각구간(30)의 수조(31) 저면에는 수조(31)를 압출기(10) 방향으로 전, 후진 선택적으로 이동시키는 이동수단(100)을 구성시키되, 온도 및 직경을 포함하는 수치를 제어부(70)에서 제어하면서 이동수단(100)을 이동시켜 필라멘트(80)의 직경을 오차범위 내에서 자동 제어가 되도록 한 것을 특징으로 한다.The device for automatically controlling the diameter change of the filament for a 3D printer of the present invention for achieving the above object is an
이때 상기 이동수단(100)이라 함은 수조(31)를 일정구간 왕복 이송시킬 수 있는 컨베이어 형(110) 또는 볼스크류 형(120) 또는 레일 형(130) 중 선택된 어느 하나에 의해 왕복 이동되는 것을 특징으로 한다.At this time, the moving
상기 제어부(70)는 레이저 측정기(50)에서 주기적 또는 실시간으로 측정한 직경 값과 제어부(70)에 기입력된 오차범위 값을 비교하여 상, 하 오차범위를 초과하기 직전에 이동수단(100)으로 지령을 전달하여 필라멘트의 직경 값에 따라 전, 후 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.The
상기와 같은 특징을 갖는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치는 필라멘트의 직경 변화를 작업자의 경험으로 제어 내지 관리하는 것이 아니라, 수치 제어에 의해 필라멘트의 직경을 균일하게 관리 내지 제어함으로써 양질의 제품을 대량생산할 수 있는 효과가 있다.The device for automatically controlling the diameter change of the filament for a 3D printer having the above characteristics does not control or manage the change in the diameter of the filament based on the operator's experience, but rather manages or controls the diameter of the filament uniformly by numerical control. can be mass-produced.
도 1은 종래 필라멘트 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 구성도
도 3, 4는 본 발명의 또 다른 일실시 예를 보인 구성도1 is a configuration diagram schematically showing a conventional filament manufacturing apparatus;
2 is a block diagram showing a preferred embodiment of the present invention;
3 and 4 are block diagrams showing another embodiment of the present invention;
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본 발명에서 제공하는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, an apparatus for automatically controlling a change in diameter of a filament for a 3D printer provided by the present invention according to the accompanying drawings and preferred embodiments will be described.
먼저, 본 발명에서 제공하는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치는 합성수지 칩을 용융시켜(melting) 소정 굵기를 가지는 로드(rod) 형태의 용융 합성수지로 압출하는 압출기(10)와, 압출된 합성수지를 공기 중에서 소정 거리 이송시킴으로써, 합성수지를 냉각시켜 필라멘트로 성형하는 공냉식 냉각구간(20) 및 공냉식 냉각구간을 통과하면서 냉각된 필라멘트를 물이 채워진 수조를 통과시켜 냉각되도록 하는 수냉식 냉각구간(30)이 구비되며, 수냉식 냉각구간을 통과한 필라멘트의 직경을 일정하게 성형시켜주는 연신기(40) 및 연신기를 통과한 필라멘트의 직경을 레이저로 측정하는 레이저 측정기(50), 그리고 레이저로 측정한 필라멘트를 300M(1롤) 규격으로 권취 하는 권취 롤러(60)로 구성되는 필라멘트 제조장치(S)에서, 상기 수냉식 냉각구간(30)의 수조(31) 저면에는 수조(31)를 압출기(10) 방향으로 전, 후진 선택적으로 이동시키는 이동수단(100)을 구성시키되, 온도 및 직경을 포함하는 수치를 제어부(70)에서 제어하면서 이동수단(100)을 이동시켜 필라멘트(80)의 직경을 오차범위 내에서 자동 제어가 되도록 한 것이다.First, the device for automatically controlling the diameter change of the filament for a 3D printer provided in the present invention is an
이때 상기 이동수단(100)이라 함은 수조(31)를 일정구간 왕복 이송시킬 수 있는 컨베이어 형(110) 또는 볼스크류 형(120) 또는 레일 형(130) 중 선택된 어느 하나에 의해 왕복 이동될 수 있다.At this time, the moving
보다 구체적으로 수조(31)를 컨베이어 형(110)으로 설치할 때는 스텝모터(111)에 의해 구동되는 구동기어(113)와 피동기어(114) 간 컨베이어벨트(112)를 구조적으로 연결 구성한 다음 그 컨베이어벨트(112)의 상단에 수조(31)를 일체형으로 고정 후 제어부(70)의 제어에 따라 스텝모터를 구동시켜 수조(31)를 압출기(10) 기준으로 전, 후 방향으로 왕복 이동시키게 되는 것이다.More specifically, when installing the
또한, 수조(31)를 볼스크류 형(120)으로 설치할 때는 스텝모터(121)에 의해 구동되는 스크류 볼트(122)의 회전에 따라 이동하는 이송 뭉치(123)와 수조(31)를 일체형으로 고정 후 제어부(70)의 제어에 따라 스텝모터를 구동시켜 수조(31)를 압출기(10) 기준으로 전, 후 방향으로 왕복 이동시키게 되는 것이다.In addition, when the
그리고 수조(31)를 레일 형(130)으로 설치할 때는 스텝모터(131)에 의해 구동되는 2쌍의 롤러(132)를 수조(31)의 저면에 일체형으로 고정 후 레일(133)의 상단에 안착시켜 제어부(70)의 제어에 따라 스텝모터를 구동시켜 수조(31)를 압출기(10) 기준으로 전, 후 방향으로 왕복 이동시키게 되는 것이다.And when installing the
한편, 상기 제어부(70)는 레이저 측정기(50)에서 주기적 또는 실시간으로 측정한 직경 값과 제어부(70)에 기입력된 오차범위 값을 비교하여 상, 하 오차범위를 초과하기 직전에 이동수단(100)으로 지령을 전달하여 필라멘트의 직경 값에 따라 전, 후 방향으로 이동시키게 된다.On the other hand, the
물론, 상기 언급된 이동 수단 이외에 실린더와 피스톤의 조합으로도 충분히 동일한 결과를 제공받을 수 있다.Of course, in addition to the above-mentioned moving means, a combination of a cylinder and a piston can also sufficiently provide the same result.
상기와 같은 특징을 갖는 본원 발명의 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치는 연신기(40)를 통해 연신된 필라멘트(80)를 레이저 측정기(50)에서 주기적 또는 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정한 직경 값은 실시간으로 제어부(70)로 정보를 전달하여 기입력된 오차범위 값과 비교연산을 하게 되는 것이며, 오차범위(예를 들어 직경이 가는 경우)를 벗어날 때는 필라멘트의 온도가 상승을 하여 연신율이 높아진 것이 원인이므로 제어부에서 이동수단의 스텝 모터로 지령을 전달하여 수조(31)를 압출기(10)로부터 좀더 이격시켜 필라멘트의 온도를 낮춰줌으로써 직경 관리가 용이하게 되는 것이다.The apparatus for automatically controlling the diameter change of the filament for a 3D printer of the present invention having the above characteristics can measure the
직경이 굵어진 경우에는 이와 반대의 방식으로 진행을 하게 되는바, 모든 것이 작업자의 수작업이 아닌 제어부의 수치 제어에 의해 자동으로 동작을 수행함으로써 양질의 제품을 대량으로 생산가능하게 되는 것이다.In the case of a thick diameter, the process is performed in the opposite manner, and everything is performed automatically by numerical control of the control unit rather than by the manual operation of the operator, so that high-quality products can be mass-produced.
본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성 요소의 부가, 변경 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can improve the present invention by adding, changing, deleting or adding components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes may be made, and this will also be included within the scope of the present invention.
S: 필라멘트 제조장치
10: 압출기 20: 공냉식 냉각구간
30: 수냉식 냉각구간 40: 연신기
50: 레이저 측정기 60: 권취롤러
70: 제어부 80: 필라멘트
100: 이동수단 110: 컨베이어 형
111,121,131: 스텝 모터
112: 컨베이어 벨트 113: 구동기어
113: 피동기어 120: 볼스크류 형
122: 스크류 볼트 123: 이송 뭉치
130: 레일 형 132: 롤러
133: 레일S: Filament manufacturing device
10: extruder 20: air cooling cooling section
30: water cooling cooling section 40: stretching machine
50: laser measuring device 60: winding roller
70: control unit 80: filament
100: moving means 110: conveyor type
111,121,131: stepper motor
112: conveyor belt 113: drive gear
113: driven gear 120: ball screw type
122: screw bolt 123: transfer assembly
130: rail type 132: roller
133: rail
Claims (3)
상기 수냉식 냉각구간(30)의 수조(31) 저면에는 수조(31)를 압출기(10) 방향으로 전, 후진 선택적으로 이동시키는 이동수단(100)을 구성시키되, 온도 및 직경을 포함하는 수치를 제어부(70)에서 제어하면서 이동수단(100)을 이동시켜 필라멘트(80)의 직경을 오차범위 내에서 자동 제어가 되도록 한 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치.
An extruder 10 that melts a synthetic resin chip and extrudes it into a molten synthetic resin in the form of a rod having a predetermined thickness, and air-cooled cooling in which the extruded synthetic resin is transported a predetermined distance in the air to cool the synthetic resin and mold it into a filament A water-cooled cooling section 30 is provided for cooling the filament cooled while passing through the section 20 and the air-cooled cooling section through a water tank filled with water, and the diameter of the filament passing through the water-cooled cooling section is uniformly molded Filament manufacturing composed of a stretching machine 40 and a laser measuring device 50 for measuring the diameter of the filament that has passed through the stretching machine with a laser, and a winding roller 60 for winding the filament measured with a laser in a 300M (1 roll) standard In the device (S),
On the lower surface of the water tank 31 of the water-cooled cooling section 30, a moving means 100 for selectively moving the water tank 31 forward and backward in the direction of the extruder 10 is configured. A device for automatically controlling a change in diameter of a filament for a 3D printer, characterized in that by moving the moving means 100 while controlling in (70), the diameter of the filament (80) is automatically controlled within an error range.
상기 이동수단(100)은 수조(31)를 일정구간 왕복 이송시킬 수 있는 컨베이어 형(110) 또는 볼스크류 형(120) 또는 레일 형(130) 중 선택된 어느 하나에 의해 왕복 이동되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치.
According to claim 1,
The moving means 100 is characterized in that it is reciprocally moved by any one selected from the conveyor type 110, the ball screw type 120, or the rail type 130 that can reciprocate the water tank 31 for a certain section. An automatic control device for changing the diameter of a filament for a 3D printer.
상기 제어부(70)는 레이저 측정기(50)에서 주기적 또는 실시간으로 측정한 직경 값과 제어부(70)에 기입력된 오차범위 값을 비교하여 상, 하 오차범위를 초과하기 직전에 이동수단(100)으로 지령을 전달하여 필라멘트의 직경 값에 따라 전, 후 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트의 직경 변화 자동 제어 장치.According to claim 1,
The control unit 70 compares the diameter value measured periodically or in real time by the laser measuring device 50 with the error range value input to the control unit 70 and moves the means 100 just before exceeding the upper and lower error ranges. An automatic control device for changing the diameter of a filament for a 3D printer, characterized in that it moves forward and backward according to the diameter value of the filament by transmitting a command to the
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