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펫푸드 사료성형기 익스트루더 고압력 식품 제조기계
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KR101441030B1 – 3d 프린터의 익스트루더
– Google Patents

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    본 발명에 의한 3D 프린터의 익스트루더는, 회전동력을 발생하는 동력발생기와, 상기 동력발생기의 일측과 결합하여 지지하는 바디와, 필라멘트가 상기 바디 내부로 안내하는 안내관과, 상기 바디 내부를 경유하는 필라멘트를 동력발생기와 연동하여 이송 강제하는 기어드라이브와, 상기 필라멘트 및 기어드라이브에 탄성복원력을 제공하여 필라멘트와 기어드라이브의 마찰력을 증가시키는 탄성가압수단과, 상기 바디를 관통한 필라멘트를 용융하는 히터카트리지와, 상기 히터카트리지에서 용융된 필라멘트를 사출하는 노즐을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

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B — PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING

B29 — WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL

B29C — SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING

B29C64/00 — Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering

B29C64/10 — Processes of additive manufacturing

B29C64/106 — Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material

익스트루더(Extruder,압출기)

익스트루더(Extruder,압출기)는 원료 필라멘트를 노즐에 공급하고 베드에 필라멘트를 녹여 안착시키는 중요한 역할을 담당한다.

압출기는 두 부분으로 구성된다.

– 콜등 엔드 (차가운 끝 부분)

– 핫 엔드 (뜨거운 끝 부분)

콜드 엔드는 절연체 또는 써멀 브레이크(열 틈)을 통해 핫 엔드로 연결되어 있다.

필라멘트를 밀어주는 방식에는 다이렉트 방식과 보우덴 방식이 있다.

다이렉트(Direct) 방식

압출모터가 노즐 바로 위에 위치하고 있고, 필라멘트를 다이렉트로 밀어내 주는 방식이다.

장점 : 밀라멘트와 노즐 사이의 거리가 짧아 필라멘트를 안정적으로 공급해 준다. 출력 품질이 좋은 편이다. 제작이 간단하다.

단점 : 압출 모터가 헤드부에 장착되어 있어 구동부가 무거우며 고속출력에 무리가 온다. 다색 출력용 노즐 제작시 무게가 가중되며 공간의 많이 사용하게 된다.

보우덴(Bowden)방식

필라멘트를 공급하는 장치를 노즐에서 외부로 분리하고 필라멘트의 공급을 위해 테프론 튜브로 헤드부와 압출부를 연결한 방식이다.

장점 : 압출 모터와 헤드부가 분리되어 있어 구동부가 가벼우며 고속으로 이동이 가능하다. 공간의 제약을 덜 받으므로 다색 노즐 개발이 수월하다.

단점 : 헤드부와 압출부의 거리로 인해 압출기 모터의 부하가 많으며 필라멘트의 공급이 불안전성이 있어 품질 저하가 발생한다.

콜드 엔드

콜드 엔드는 압출기에서 많은 부위를 차지하는 부분이며 필라멘트를 핫 엔드에 보내는 역할을 하는 부분이다.

핫 엔드

핫 엔드는 압출기에서 원료 필라멘트를 가열해 녹여내는 부분이다. 핫 엔드는 금속 케이스와 함께 플라시틱을 녹일수 있는 고온에 견딜 수 있는 레지스터(저항체)다. 또한 금속관의 온도를 측정하는 서미스터(thermistor)를 가지고 있다.

온도에 따라 전기 저항치가 달라지는 반도체 회로 소자전자 부품은 기본적으로 레지스터를 통과한 원료의 양을 변화 시킴으로써 온도를 올리거나 낮춘 다음, 서비스터를 통해 온도를 모니터링하게 된다.

– J헤드 – http://www.reprap.org/wiki/J-head

– 부다쉬노즐(budaschnozzle) – http://www.reprap.org/wiki/LulzBot/Budaschnozzle

예제)

3D프린터의 익스트루더에 대해 알아보자

안녕하세요. 공방나즌입니다.

이번에는 3D프린터의 익스트루더에 대해 알아보도록 하겠습니다. 우리는 이제 3d프린터, FDM프린터가 열가소성 수지로 만들어진 필라멘트를 녹여 노즐을 통해 베드 위에 한 층씩 적층하는 기계라는 것을 알고 있습니다. 그렇다면 필라멘트를 베드위에 올리는 과정에 대해 알아보아야 할 것입니다. 위의 아주 간단한 설명에서 알 수 있듯이 이 과정은 3d프린팅에 있어 매우 핵심적인 과정입니다. 그리고 이를 담당하는 부품이 바로 익스트루더(extruder)입니다.

흔히 익스트루더를 얘기할 때 필라멘트를 공급하기 위해 밀고 당기는 모터 및 부품들만을 칭하기도 합니다만, 사실 이 부분은 익스트루더의 필라멘트 공급 파트인 콜드엔드(Cold End)에 해당하는 부분만을 나타냅니다. 익스트루더에는 이 밖에도 필라멘트를 녹여서 사출해내는 핫엔드(Hot End)가 존재합니다. 이름에서도 알 수 있듯이 핫엔드는 동작과정에서 열이 발생하는 부분을 의미하고 콜드엔드는 그렇지 않은 부분을 의미합니다. 오늘은 콜드엔드 부분의 종류에 대해서만 이야기 할 예정입니다.

출처 : all3dp.com

콜드엔드는 직결 방식과 보우덴 방식이 있습니다. 직결 방식은 핫엔드와 콜드엔드가 헤드에 같이 포함되어있는 형태입니다. 많은 프린터들이 직결 방식을 이용하고 있습니다. 직결방식의 장점은 콜드엔드와 핫엔드사이의 간격이 짧아 필라멘트의 공급이 안정적이라는 점입니다. 필라멘트의 공급이 안정적으로 꾸준히 이루어져야 출력물의 퀄리티가 보장되기 때문에 이는 매우 중요한 점이라고 할 수 있습니다. 또, 필라멘트를 교체할 때 헤드에서만 분리해서 갈아 끼우면 되기 때문에 교체가 편리하다는 장점도 있습니다. 하지만 킹룬 KP3s를 주문할 때에도 설명해드렸다시피, 직결방식 익스트루더는 헤드에 콜드엔드와 핫엔드가 모두 포함되기 때문에 헤드의 무게와 크기가 비대해진다는 약점이 있습니다. 제가 타이탄헤드를 추가주문 했던 이유도 바로 이 때문이죠. 헤드의 무게가 증가하면 출력과정에서 노즐이 이동할 때 무게에 의한 반동이 크게 발생하면서 출력물에 결함을 불러올 확률이 높아집니다. 그래서 될 수 있으면 직결방식을 택할 것이라면 헤드 무게를 가볍게 하는 것이 좋습니다.

출처 : all3dp.com

보우덴 방식은 위와 같은 직결 방식의 단점을 해소하기 위해 콜드엔드와 핫엔드를 분리시킨 익스트루더 방식입니다. 이렇게 했을 때, 실제로 움직이는 헤드 부분의 무게가 작아지기 때문에 보우덴 방식은 헤드의 무게에 의한 반동으로부터 보다 자유로울 수 있습니다. 그렇기 때문에 출력의 속도를 조금 더 빠르게 할 수 있는 여지가 생깁니다. 하지만 콜드엔드와 핫엔드의 거리가 매우 멀어지기 때문에 직결방식에 비해 필라멘트 공급 안정성이 떨어진다는 치명적인 단점이 있습니다. 이렇게 멀어진 거리 때문에 자칫 잘못하면 필라멘트 공급과정에서 필라멘트가 접히거나 부러지는 등의 문제들이 발생할 수 있습니다. 탄성이 약한 재료들이 더 큰 영향을 받겠죠. 그래서 보우덴 방식은 사용할 수 있는 필라멘트의 선택폭이 줄어들게 됩니다.

각각의 장단점이 있기에 취향에 맞게 잘 선택하면 되겠지만 초심자에게는 직결방식이 더 선호되는 방식이라고 합니다.

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