KR100583786B1 - Powders for selective laser sintering manufacturing method thereof and selective laser sintering method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 선택적 레이저 소결조형법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 혼입되어 있다. 본 발명의 선택적 레이저 소결조형법에 사용되는 고분자 분말들은 미세한 크기의 구형 비드이므로 이를 이용하여 레이저 소결조형된 시제품의 표면 평활도가 양호하여 정밀한 시제품 제조에 적합할 뿐만 아니라, 고분자 분말에 혼입된 미립자들이 시제품에 균일하게 분산되어 시제품의 강도를 보강하므로서 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a polymer powder for selective laser sintering, a method of manufacturing the same, and a selective laser sintering using the rapid molding machine directly from a three-dimensional CAD data. In the molding method, the polymer powder for selective laser sintering molding according to the present invention is mixed with one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles in spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 μm. have. Since the polymer powders used in the selective laser sintering molding method of the present invention are spherical beads having a fine size, the surface smoothness of the laser sintered prototype is good using the same, so that the fine particles are incorporated into the polymer powder. Since it is uniformly dispersed in the prototype to reinforce the strength of the prototype, it can be usefully used as a prototype of a mass production product that requires strength.

Description

선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 선택적 레이저 소결조형법{Powders for selective laser sintering, manufacturing method thereof and selective laser sintering method using the same}Polymer powder for selective laser sintering molding, manufacturing method thereof and selective laser sintering, manufacturing method etc. and selective laser sintering method using the same}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to

도 1은 본 발명에 따라 구상의 고분자 비드에 미립자가 혼합된 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말의 개략적인 단면도이고,1 is a schematic cross-sectional view of a polymer powder for selective laser sintering molding in which fine particles are mixed in spherical polymer beads according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따라 구상의 고분자 비드 표면에 금속 코팅층이 형성된 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말의 개략적인 단면도이고,2 is a schematic cross-sectional view of a polymer powder for selective laser sintering molding in which a metal coating layer is formed on a spherical polymer bead surface according to the present invention;

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말의 광학 현미경 사진이다.3 is an optical micrograph of a polymer powder for selective laser sintering molding prepared according to an embodiment of the present invention.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1.... 고분자 비드 2....미립자1 .... polymer beads 2 .... particulates

3....금속 코팅층 10...고분자 분말3 .... metal coating layer 10 ... polymer powder

본 발명은 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 선택적 레이저 소결조형법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer powder for selective laser sintering, a method of manufacturing the same, and a selective laser sintering using the rapid molding machine directly from a three-dimensional CAD data. It is about molding method.

자동차, 전자, 항공 등의 다양한 분야에 이용되는 사출금형 제작시, 제품 개발의 초기단계에서 설계상의 오류 및 디자인 검증을 위하여 일반적으로 시제품(prototype)을 제작한다. 시제품은 주로 나무, 플라스틱 등 가공하기 쉬운 재료를 이용하여 제작하는데, 이에는 적지 않은 시간과 비용이 소요되며 자유곡면 등은 정확하게 가공할 수 없다는 단점이 있다. When manufacturing injection molds used in various fields such as automotive, electronics, aviation, etc., prototypes are generally manufactured for design errors and design verification in the early stages of product development. Prototypes are mainly manufactured using materials that are easy to process, such as wood and plastic, which takes a lot of time and money, and has the disadvantage of not being able to accurately process freeform surfaces.

이러한 한계를 극복하기 위해 쾌속조형법(Rapid Prototyping, RP)이 설계 단계에서 활용되고 있는데, 쾌속조형법이란 종이, 왁스, 고분자 등의 여러 가지 비금속, 금속재료를 사용하여 3차원 CAD 데이터로부터 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 곧바로 신속하게 조형하는 방법을 일컫는다.To overcome this limitation, Rapid Prototyping (RP) is used at the design stage. Rapid Prototyping (RP) is a method that can be used directly from 3D CAD data using various non-metallic and metal materials such as paper, wax, and polymers. It refers to a method of rapidly forming a dimensional prototype or mold immediately.

쾌속조형법은 액체상태의 재료를 레이저 광선을 조사하여 경화시켜 3차원 형상을 제조하는 경화법과, 입상(粒狀) 또는 층상(層狀)으로 된 고체 소재를 원하는 형태로 접합시켜 만드는 방법 등 크게 두 가지로 나눌 수 있다.The rapid molding method is largely used to produce a three-dimensional shape by irradiating and curing a liquid material with a laser beam, and a method of joining granular or layered solid materials into a desired shape. It can be divided into two.

먼저, 상기의 경화법 중의 하나인 광조형법(stereolithography, SLA ; 3D Systems사)은 액체상태의 광경화성 수지(photo polymer)에 선택적으로 레이저빔을 조사하여 응고시키는 방식으로 한 층씩 계속적으로 적층해 나가는 방식이다. 이런 광조형법은 레이저빔을 국소적으로 조사하는 방법(3D Systems사-SLA, Quadrax사, Sony사, Dupont사 등)과, 자외선 램프를 이용하여 한꺼번에 한 층씩을 조사하는 방법(Cubital사-SGC, Light Sculpting사 등) 등 두 가지 방식이 있다. 그러나, 이런 광조형법은 작업공정 중 응고된 광경화성 수지가 경화시에 수축되고 이로 인해 뒤틀림 현상이 발생된다는 단점이 있다. 또한, 돌출부가 있는 제품을 제작할 경우에는 이런 돌출부를 형성하기 위해 사용되는 광경화성 수지가 아래로 떨어지지 않도록 지지하는 지지대가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 수지만 구성재료로 사용되므로 강도가 떨어져 기능성 재료로서의 이용이 어렵다는 단점이 있다. First, one of the above-mentioned curing methods (stereolithography, SLA; 3D Systems Co., Ltd.) continuously stacks one by one by selectively irradiating and solidifying a laser beam onto a liquid photopolymer. That's the way. Such optical molding method is a method of irradiating a laser beam locally (3D Systems-SLA, Quadrax, Sony, Dupont, etc.) and a method of irradiating one layer at a time by using an ultraviolet lamp (Cubital-SGC, There are two ways: Light Sculpting. However, this photoforming method has a disadvantage in that the cured photocurable resin shrinks during curing and a warping phenomenon occurs. In addition, when manufacturing a product having a protrusion, there is a disadvantage that a support for supporting the photocurable resin used to form such a protrusion does not fall down is required. In addition, since only the resin is used as a constituent material, there is a disadvantage that it is difficult to use as a functional material due to its low strength.

또한, 박판재료 적층법(laminated object manufacturing, LOM ; Helisys사)은 얇은 박판형상의 종이를 가열된 롤러를 사용하여 접착하고 레이저로 절단하는 과정을 반복하여 제품을 제작한다. 그러나, 이런 박판재료 적층법은 재료로 종이를 사용하므로 운영비가 저렴하다는 장점은 있지만, 제품 제작후 제품을 빼내는데 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다. In addition, laminated object manufacturing (LOM; Helisys) manufactures a product by repeating a process of bonding a thin sheet of paper using a heated roller and cutting it with a laser. However, such a laminate material lamination method has the advantage that the operating cost is low because paper is used as a material, but has a disadvantage that it takes a lot of time to remove the product after manufacturing the product.

한편, 분말재료를 이용하여 형상을 제조하는 방법에는, 3차원 프린팅법(three dimension printing ; Solingen사, Z Corp. 등 - MIT개발)과 선택적 레이저 소결조형법(selective laser sintering, SLS ; DTM사) 등이 있다.On the other hand, methods for producing shapes using powder materials include three-dimensional printing (three-dimensional printing; Solingen, Z Corp., etc.-MIT development) and selective laser sintering (SLS; DTM) Etc.

3차원 프린팅법은 도포된 분말에 액체상태의 결합제를 선택적으로 뿌려서 제품을 만든다. 즉, 이런 3차원 프린팅법을 이용함으로써, 세라믹 분말로부터 인베스 트먼트 케스팅(investment casting)용 세리믹쉘(ceramic shell)을 직접 만들거나, 녹말(starch)성분을 기본으로 하는 분말재료를 사용하여 제품을 제작할 수도 있다. 그러나, 이런 3차원 프린팅법은 제품의 밀도와 강도증가를 위해 후처리가 필수적이므로 열변형에 의한 수축이 발생한다는 단점이 있다. Three-dimensional printing produces a product by selectively spraying a liquid binder onto the applied powder. In other words, by using such a three-dimensional printing method, a ceramic shell for investment casting is directly made from ceramic powder, or a powder material based on starch component is used. You can also make. However, this three-dimensional printing method has a disadvantage in that shrinkage occurs due to thermal deformation because post-treatment is essential for increasing the density and strength of the product.

선택적 레이저 소결조형법은 고분자로 된 분말재료를 도포하고, 레이저빔을 조사하여 분말을 결합하는 방식으로 제품을 제작한다. 선택적 레이저 소결조형법에 사용되는 고분자 분말들은 통상 기계적인 분쇄방법에 의해 제조되므로, 입경이 보통 100㎛ 이상으로 크고 입자 형상이 불규칙하여 시제품의 표면 평활도가 저하되는 등 정밀도가 저하되는 문제점이 있다. 따라서 양산제품이 복잡한 기하학적 형상과 엄격한 정밀도를 요하는 경우에는 적용이 어렵다. 또한, 플라스틱 분말만으로 시제품이 제조되므로 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 제조하기에 적합지 않다는 문제점이 있다. The selective laser sintering molding method applies a powder material made of a polymer, and manufactures a product by combining the powder by irradiating a laser beam. Since the polymer powders used in the selective laser sintering molding method are usually manufactured by a mechanical grinding method, there is a problem in that the precision is lowered such that the particle size is usually larger than 100 μm and the particle shape is irregular and the surface smoothness of the prototype is reduced. Therefore, it is difficult to apply when mass-produced products require complicated geometric shapes and strict precision. In addition, since the prototype is manufactured using only plastic powder, there is a problem that it is not suitable for manufacturing a prototype of a mass production product which requires strength.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 소결조형된 시제품의 표면 평활도가 양호하여 정밀한 시제품 제조에 적합할 뿐만 아니라, 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 유용하게 사용될 수 있는 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, the surface smoothness of the laser sintered prototype is good, not only suitable for precise prototype manufacturing, but also useful as a prototype of a mass production product requiring strength It is to provide a polymer powder for selective laser sintering molding that can be.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 효율적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a manufacturing method capable of efficiently manufacturing the above-described polymer powder for selective laser sintering molding.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 전술한 전술한 선택적 레이 저 소결조형용 고분자 분말을 이용하여 정밀하고 강도가 양호한 시제품을 제조하는 선택적 레이저 소결조형법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a selective laser sintering molding method for producing a precise and good prototype using the above-described selective laser sintering molding polymer powder.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 본 발명의 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 혼입되어 있다.In order to achieve the above technical problem, the polymer powder for selective laser sintering of the present invention used to rapidly form a prototype or mold of a three-dimensional shape directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine has a particle size. At least 1 type of microparticles | fine-particles selected from the group which consists of metal microparticles | fine-particles, ceramic microparticles | fine-particles, and glass fiber microparticles | fine-particles are mixed in this spherical polymer bead of 1-100 micrometers.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면으로서, 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 본 발명의 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드 표면에 금속 코팅층이 형성되어 있다.In addition, as another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the selective laser sintering molding of the present invention used to rapidly prototype a three-dimensional prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine In the polymer powder for laser sintering, a metal coating layer is formed on the surface of a spherical polymer bead having a particle diameter of 1 to 100 µm.

전술한 본 발명의 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말들은 미세한 크기의 구형 비드이므로 이를 이용하여 레이저 소결조형된 시제품의 표면 평활도가 양호하여 정밀한 시제품 제조에 적합할 뿐만 아니라, 고분자 분말에 혼입된 미립자들이 시제품에 균일하게 분산되어 시제품의 강도를 보강하므로서 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 유용하게 사용될 수 있다.Since the above-described selective laser sintering polymer powders of the present invention are spherical beads of fine size, the surface smoothness of the laser sintering prototype is good using the same, so that the fine powder is not only suitable for precise production of prototypes, but also fine particles incorporated into the polymer powders are used in the prototypes. It can be usefully used as a prototype of mass-produced products that require strength by being uniformly dispersed to reinforce the strength of the prototype.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용 되는 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법은 (S1) 물과 분산제의 균질 용액에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자, 단량체 및 개시제의 혼합물을 투입하고 교반하는 단계; (S2) 상기 (S1)의 혼합액을 승온하고 현탁중합을 실시하여 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 혼입된 고분자 분말을 형성하는 단계; 및 (S3) 상기 고분자 분말을 세척 및 건조하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above another technical problem, the polymer powder for selective laser sintering according to the present invention used to rapidly form a prototype or mold of a three-dimensional shape directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine. Method for the preparation of (S1) in a homogeneous solution of water and a dispersant, adding and stirring a mixture of one or more fine particles, monomers and initiators selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles; (S2) The mixture of (S1) is heated and suspension polymerization is carried out so that one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles are mixed in spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 μm. Forming a polymer powder; And (S3) washing and drying the polymer powder.

또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면으로서, 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법은 (S1) 물과 분산제의 균질 용액에 단량체 및 개시제의 혼합물을 투입하고 교반하는 단계; (S2) 상기 (S1)의 혼합액을 승온하고 현탁중합을 실시하여 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드를 형성하는 단계; (S3) 상기 고분자 비드를 세척 및 건조하는 단계; 및 (S4) 상기 고분자 비드 표면에 무전해 도금을 실시하여 금속 코팅층이 형성된 고분자 분말을 얻는 단계를 포함한다.In addition, as another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, selective laser sintering molding according to the present invention used to rapidly mold a prototype or mold of a three-dimensional shape directly from the three-dimensional CAD data using a rapid molding machine Method for producing a polymer powder for (selective laser sintering) (S1) adding a mixture of monomer and initiator to a homogeneous solution of water and dispersant and stirring; (S2) heating the mixed solution of (S1) and performing suspension polymerization to form spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 µm; (S3) washing and drying the polymer beads; And (S4) performing electroless plating on the surface of the polymer beads to obtain a polymer powder having a metal coating layer formed thereon.

이하에서는 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 선택적 레이저 소결조형법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the polymer powder for selective laser sintering according to the present invention, a manufacturing method thereof, and a selective laser sintering molding method using the same will be described in detail.

3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 본 발명의 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말(10)은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드(1)에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자(2)들이 혼입되어 있다(도 1 참조).The polymer powder 10 for selective laser sintering of the present invention, which is used to rapidly form a three-dimensional prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine, has a particle diameter of 1 to 100 µm. The one or more kinds of fine particles 2 selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles are mixed in the spherical polymer beads 1 (see FIG. 1).

종래기술에서 언급한 바와 같이, 선택적 레이저 소결조형법은 고분자로 된 분말재료를 도포하고, 레이저빔을 조사하여 분말을 결합하는 방식으로 제품을 제작한다. 그런데, 선택적 레이저 소결조형법에 사용되는 종래의 고분자 분말들은 입경이 보통 100㎛ 이상으로 크고 입자 형상이 불규칙하며, 고분자만으로 된 분말을 사용하므로, 복잡한 기하학적 형상, 엄격한 정밀도와 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 제조하기에는 적합지 않다. As mentioned in the prior art, the selective laser sintering molding method applies a powder material made of a polymer, and manufactures a product by combining the powder by irradiating a laser beam. However, conventional polymer powders used in the selective laser sintering molding method have a particle size of usually 100 μm or more, irregular particle shapes, and use only polymer-only powders, and thus require mass production of complex geometric shapes, strict precision and strength. Not suitable for manufacturing prototypes.

본 발명자는 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자를 혼입시킨 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 제조하므로서 이러한 문제점을 해결하였다. 즉, 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말은 미세한 크기를 갖는 구형 분말이므로, 이를 이용하여 레이저 소결조형된 시제품은 표면 평활도가 양호하여 정밀한 시제품 제조에 적합하다. 또한, 고분자 분말에 혼입된 미립자들이 시제품에 균일하게 분산되어 시제품의 강도를 보강하므로서 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 유용하게 사용될 수 있다. 단순히 고분자만으로 된 분말과 시제품의 강도를 보강할 수 있는 금속 미립자 등을 혼합하여 레이저 소 결조형을 하는 경우에는 고분자 분말과 미립자의 비중 차이로 인하여 미립자가 균일하게 분산된 시제품을 제조하기 어려우나, 본 발명과 같이 고분자 비드 내에 미립자가 혼입된 고분자 분말을 사용하는 경우에는 미립자가 시제품에 균일하게 분산되므로 강도 보강의 목적을 원활하게 달성할 수 있다.The present inventors solved this problem by producing a polymer powder for selective laser sintering molding in which at least one particle selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles is mixed in spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 μm. . That is, since the polymer powder for selective laser sintering molding according to the present invention is a spherical powder having a fine size, the laser sintering prototype using the same has good surface smoothness and is suitable for producing a precise prototype. In addition, since the fine particles mixed in the polymer powder is uniformly dispersed in the prototype to reinforce the strength of the prototype, it can be usefully used as a prototype of a mass production product that requires strength. In the case of laser sintering by simply mixing a polymer-only powder and metal particles that can reinforce the strength of the prototype, it is difficult to produce a prototype in which the particles are uniformly dispersed due to the difference in specific gravity of the polymer powder and the particulate. In the case of using the polymer powder in which the fine particles are mixed in the polymer beads as in the present invention, the fine particles are uniformly dispersed in the prototype, thereby achieving the purpose of strength reinforcement smoothly.

고분자 비드 내에 혼입되는 미립자의 입경은 1 내지 20㎛인 것이 바람직하며, 미립자의 함량은 선택적 레이저 소결조형시 고분자 분말들 사이의 결착성 및 강도 보강의 효과를 고려할 때 고분자 비드 총 중량을 기준으로 10 내지 60중량%인 것이 바람직하다. 특히 양산 제품이 소정의 전기 또는 열 전도성이 필요한 경우에는 금속 미립자가 혼입되는 것이 바람직하다. 고분자 비드는 현탁중합법에 의하여 단량체가 중합되어 고분자 비드를 형성하는 고분자로서 PVC, PS, PMMA 등을 예시할 수 있다.The particle size of the fine particles incorporated in the polymer beads is preferably 1 to 20 μm, and the content of the fine particles is 10 based on the total weight of the polymer beads in consideration of the effect of binding and strength reinforcement between the polymer powders during selective laser sintering. It is preferable that it is to 60 weight%. In particular, when the mass production product requires a predetermined electrical or thermal conductivity, it is preferable that metal fine particles are incorporated. The polymer beads may be exemplified by PVC, PS, PMMA, etc. as a polymer in which monomers are polymerized by suspension polymerization to form polymer beads.

전술한 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.The above-described selective polymer powder for laser sintering molding can be prepared by the following method.

먼저, 물과 분산제의 균질 용액에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자, 단량체 및 개시제의 혼합물을 투입하고 교반한다(S1). First, a mixture of one or more fine particles, monomers and initiators selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles is added to a homogeneous solution of water and a dispersant and stirred (S1).

분산제로는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 메틸 셀룰로오스, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 나트륨 폴리아크릴레이트, 젤라틴, 트리칼슘포스페이트, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌옥사이드 등을 사용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. 분산제의 투입량은 예를 들어 단량체 100중량부를 기준으로 0.2 내지 10중량부 를 투입할 수 있다. 단량체로는 현탁중합에 의해 고분자 비드를 형성할 수 있는 것으로서, 예를 들어 방향족 비닐계 단량체, 탄소수 1 내지 20의 아크릴산 또는 메타크릴산 플루오로알킬에스테르 단량체 등이 사용될 수 있다. 개시제로는 벤조일퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스메틸부티로니트릴, 아조비스시클로헥사카르보니트릴 등을 사용할 수 있으며, 그 투입량은 예를 들어 단량체 100중량부를 기준으로 0.01 내지 5.0중량부를 투입할 수 있다. 투입되는 미립자의 입경은 1 내지 20㎛인 것이 바람직하다.The dispersant may be polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, methyl cellulose, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, sodium polyacrylate, gelatin, tricalcium phosphate, polyacrylamide, polyethylene oxide, and the like, but is not limited thereto. Do not. The amount of the dispersant may be added, for example, 0.2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer. As the monomer, polymer beads can be formed by suspension polymerization, for example, an aromatic vinyl monomer, acrylic acid or methacrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and the like can be used. As an initiator, benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile, azobismethylbutyronitrile, azobiscyclohexacarbonitrile, and the like can be used, and the dosage is, for example, 0.01 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer. It can be put in. It is preferable that the particle diameter of the microparticles | fine-particles injected is 1-20 micrometers.

(S1) 단계에서, 단량체는 물에 비상용성이므로, 수상 내에서 미립자와 함께 단량체 액적을 형성한다. 다만, 교반 중에 미립자가 단량체 액적에서 일부 이탈하여 미립자의 혼입율이 저하될 수 있는데, 미립자를 미리 유화제, 예를 들어 탄소수가 10 이상인 알킬기를 갖는 나트륨도데실설페이트로 표면처리하여 투입하면, 표면처리된 유화제로 인하여 단량체에 대한 미립자의 친화력이 향상되므로 미립자의 혼입율을 향상시킬 수 있다. In step (S1), the monomer is incompatible with water, thus forming monomer droplets together with the fine particles in the water phase. However, while the fine particles are partially separated from the monomer droplets during stirring, the mixing rate of the fine particles may be lowered. If the fine particles are surface-treated with an emulsifying agent, for example, sodium dodecyl sulfate having an alkyl group having 10 or more carbon atoms, the surface is treated. The emulsifier improves the affinity of the microparticles for the monomers, thereby improving the mixing rate of the microparticles.

이어서, 상기 (S1)의 혼합액을 예를 들어 60 ~ 90℃로 승온하고 현탁중합을 실시하여, 얻어지는 고분자 분말의 입경이 1 내지 100㎛가 되도록 조절한다. 현탁중합에 의해 얻어지는 고분자 분말은 구상의 고분자 비드로서, 고분자 비드에는 투입된 미립자들이 혼입되어 있다. 현탁중합을 이용하여 구상의 고분자 비드를 얻는 방법에 대해서는 잘 알려져 있으며, 예를 들어 미국특허 제4,017,670호, 제4,085,165호, 제4,129,705호 등에 개시되어 있는 것을 참조할 수 있다.Subsequently, the mixture of (S1) is heated to, for example, 60 to 90 ° C. and subjected to suspension polymerization, so that the particle diameter of the polymer powder obtained is adjusted to 1 to 100 μm. The polymer powder obtained by suspension polymerization is spherical polymer beads, and fine particles introduced into the polymer beads are mixed. Methods for obtaining spherical polymer beads using suspension polymerization are well known, and for example, those disclosed in US Pat. Nos. 4,017,670, 4,085,165, 4,129,705 and the like can be referred to.

그런 다음, 현탁중합에 의해 얻어진 고분자 분말을 세척 및 건조하면 목적하 는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말을 얻을 수 있다(S3).Then, washing and drying the polymer powder obtained by suspension polymerization to obtain the desired polymer powder for the selective laser sintering (S3).

한편, 전술한 본 발명에 따른 고분자 분말의 효과들은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드 표면(1)에 금속 코팅층(3)이 형성된 고분자 분말(10)로도 유사하게 달성할 수 있다(도 2 참조). 즉, 고분자 비드 표면에 금속 코팅층이 형성된 구상의 고분자 분말들을 이용하여 선택적 레이저 소결조형하는 경우, 레이저에 의해 고분자 비드 표면에 형성된 금속 코팅층이 파괴되어 고분자 분말들이 서로 결착하게 되므로, 결국 시제품에는 금속이 균일하게 분산되게 된다. 고분자 비드 표면에 형성되는 금속 코팅층의 두께는 1 내지 50㎛인 것이 바람직하며, 구상의 고분자 비드에는 전술한 방법에 의하여 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 더 혼입될 수 있다.On the other hand, the above-described effects of the polymer powder according to the present invention can be similarly achieved with the polymer powder 10 in which the metal coating layer 3 is formed on the spherical polymer bead surface 1 having a particle diameter of 1 to 100 μm (Fig. 2). That is, in the case of selective laser sintering using spherical polymer powder having a metal coating layer formed on the surface of the polymer bead, the metal coating layer formed on the surface of the polymer bead is destroyed by the laser, and the polymer powders bind to each other. It will be uniformly distributed. It is preferable that the thickness of the metal coating layer formed on the surface of the polymer bead is 1 to 50 µm, and the spherical polymer bead further comprises one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles by the above-described method. Can be incorporated.

이와 같은 금속 코팅 고분자 비드는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.Such metal-coated polymer beads can be prepared by the following method.

먼저, 물과 분산제의 균질 용액에 단량체 및 개시제의 혼합물을 투입하고 교반한다(S1). 이어서, 상기 (S1)의 혼합액을 승온하고 현탁중합을 실시하여 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드를 형성한다(S2). 그런 다음, (S3) 상기 고분자 비드를 세척 및 건조한다. 위 단계들은 미립자를 첨가하는 것을 제외하고는 전술한 고분자 분말의 제조방법과 동일한 방법으로 적용된다.First, a mixture of monomers and an initiator is added to a homogeneous solution of water and a dispersant and stirred (S1). Subsequently, the mixed liquid of (S1) is heated up and subjected to suspension polymerization to form spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 µm (S2). Then, (S3) the polymer beads are washed and dried. The above steps are applied in the same manner as the method for preparing the polymer powder, except that the fine particles are added.

이어서, 얻어진 고분자 비드 표면에 무전해 도금을 실시하면, 금속 코팅층이 형성된 고분자 분말을 얻는다(S4). 무전해 도금방법은 당업자에게 잘 알려진 기술이므로, 본 명세서에는 상술하지 않는다. 무전해 도금 전에 고분자 비드를 감수성 (sensitizer) 용액이나 활성화(activation) 용액을 처리할 수 있음은 물론이다.Subsequently, electroless plating is performed on the obtained polymer bead surface to obtain a polymer powder having a metal coating layer (S4). Since the electroless plating method is well known to those skilled in the art, it is not described in detail herein. Of course, the polymer beads may be treated with a sensitizer solution or an activation solution before the electroless plating.

이렇게 제조된 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말들은 이미 알려진 방법 즉, 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말을 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드로 조형할 수 있다.The polymer powder for selective laser sintering molding according to the present invention prepared as described above is a prototype or mold of a 3D shape by directly converting the polymer powder for selective laser sintering using a rapid molding machine from a known method, that is, 3D CAD data. It can be molded by.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help understand the present invention. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1Example 1

증류수 3000g, 폴리비닐알코올(n=500) 4.5g을 5L 반응기에 넣고 교반시켰다. 여기에 스티렌 단량체 600g, 벤조일퍼옥사이드 4g 및 평균입경이 10㎛인 침상형 순철(Fe) 미립자 120g으로 이루어진 혼합물을 첨가하였다. 내용물을 충분히 교반시킨 다음, 온도를 80℃로 승온시키고 300rpm으로 교반시키면서 7시간 동안 반응시켰다. 이어서, 탈수기에서 세척 및 탈수시킨 다음, 80℃에서 24시간 건조시켜 평균입경이 63㎛인 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 얻었다. 3000 g of distilled water and 4.5 g of polyvinyl alcohol (n = 500) were put into a 5 L reactor and stirred. To the mixture was added 600 g of styrene monomer, 4 g of benzoyl peroxide and 120 g of acicular fine iron (Fe) fine particles having an average particle diameter of 10 µm. After the contents were sufficiently stirred, the temperature was raised to 80 ° C. and reacted for 7 hours while stirring at 300 rpm. Subsequently, the resultant was washed and dehydrated in a dehydrator and then dried at 80 ° C. for 24 hours to obtain a polymer powder for selective laser sintering molding having an average particle diameter of 63 μm.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 얻은 고분자 분말을 사용하여 무전해 도금을 실시하였다. 전처 리 과정에서 감수성 용액은 SnCl2를 사용하였고, 활성화 용액은 PdCl2를 사용하였다. 전처리된 고분자 비드를 황산구리 용액을 사용하여 무전해 도금을 실시하였으며, 구리 도금된 비드를 세척하여 건조기에서 50℃에서 24시간 건조시켜 구리 코팅층 두께가 20㎛인 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 얻었다. Electroless plating was performed using the polymer powder obtained in Example 1. In the pretreatment process, SnCl 2 was used as a sensitive solution, and PdCl 2 was used as an activation solution. The pretreated polymer beads were electroless plated using a copper sulfate solution, and the copper plated beads were washed and dried at 50 ° C. for 24 hours in a dryer to obtain a polymer powder for selective laser sintering molding having a thickness of 20 μm.

실시예 3Example 3

순철 미립자를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하였다.The same procedure as in Example 2 was conducted except that no pure iron fine particles were added.

실시예 4Example 4

황산구리 용액 대신 염화니켈 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하하여 니켈 코팅층 두께가 20㎛인 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말을 얻었다.A nickel powder solution was used instead of the copper sulfate solution in the same manner as in Example 2 to obtain a polymer powder for selective laser sintering molding having a nickel coating layer having a thickness of 20 μm.

실시예 5Example 5

스티렌 모노머 대신 메틸메타크릴레이트 300g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 실시하였다. 얻어진 고분자 분말의 평균입경은 54㎛이었다. 이어서, 실시예 2와 동일한 방법으로 구리 코팅층을 형성하였다.The same procedure as in Example 1 was carried out except that 300 g of methyl methacrylate was used instead of the styrene monomer. The average particle diameter of the obtained polymer powder was 54 µm. Next, a copper coating layer was formed in the same manner as in Example 2.

실시예 6Example 6

순철 미립자에 미리 나트륨도데실벤젠설페이트 유화제를 처리하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 2 was carried out except that the pure iron fine particles were previously treated with a sodium dodecylbenzene sulfate emulsifier.

도 3은 실시예 1에 따라 제조된 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말의 광 학 현미경 사진이다. 구형의 고분자 비드에 금속 미립자가 혼입되어 있음을 알 수 있다.3 is an optical micrograph of a polymer powder for selective laser sintering molding prepared according to Example 1. FIG. It can be seen that the metal fine particles are mixed in the spherical polymer beads.

첫째, 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말은 미세한 크기를 갖는 구형 분말이므로, 이를 이용하여 레이저 소결조형된 시제품은 표면 평활도가 양호하여 정밀한 시제품 제조에 적합하다. 또한, 본 발명에 다른 고분자 분말을 이용하여 선택적 레이저 소결조형시, 고분자 비드에 혼입된 미립자들 또는 고분자 비드 표면에 코팅된 금속층이 시제품에 균일하게 분산되어 시제품의 강도를 보강하므로서 강도가 요구되는 양산제품의 시제품으로 유용하게 사용될 수 있다.First, since the polymer powder for selective laser sintering molding according to the present invention is a spherical powder having a fine size, the laser sintering prototype using the same has good surface smoothness and is suitable for producing a precise prototype. In addition, when the selective laser sintering molding using the polymer powder according to the present invention, the fine particles mixed in the polymer beads or the metal layer coated on the surface of the polymer beads is uniformly dispersed in the prototype to reinforce the strength of the prototype, thereby producing a mass produced. It can be usefully used as a prototype of the product.

둘째, 본 발명에 따른 선택적 레이저 소결조형용 고분자 분말의 제조방법에 따르면, 구형의 미세한 입경을 갖으며, 미립자가 혼입되거나 금속이 표면에 코팅된 고분자 분말을 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 유화제로 미립자를 미리 처리하는 경우, 고분자 비드 내에 미립자를 혼입하는 효율을 향상시킬 수 있다. Second, according to the method for producing a polymer powder for selective laser sintering molding according to the present invention, it is possible to easily produce a polymer powder having a spherical fine particle diameter, the fine particles are mixed or the metal is coated on the surface. In particular, when the fine particles are treated in advance with the emulsifier, the efficiency of incorporating the fine particles into the polymer beads can be improved.

Claims (9)

3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말로서, 상기 고분자 분말은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 혼입된 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말.Polymer powder for selective laser sintering, which is used to rapidly form a three-dimensional prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data by using a rapid molding machine, wherein the polymer powder has a particle diameter of 1 to 100 μm. A polymer powder for selective laser sintering, wherein spherical polymer beads are mixed with one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles. 제1항에 있어서, 상기 미립자의 평균입경이 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말.The polymer powder for selective laser sintering according to claim 1, wherein the fine particles have an average particle diameter of 1 to 20 µm. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 3 was abandoned when the setup registration fee was paid. 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말로서, 상기 고분자 분말은 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드 표면에 금속 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말.Polymer powder for selective laser sintering, which is used to rapidly form a three-dimensional prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data by using a rapid molding machine, wherein the polymer powder has a particle diameter of 1 to 100 μm. Polymer powder for selective laser sintering, characterized in that the metal coating layer is formed on the surface of the spherical polymer beads. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 4 was abandoned when the registration fee was paid. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 4 was abandoned when the registration fee was paid. 제3항에 있어서, 상기 금속 코팅층의 두께는 1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말.The polymer powder for selective laser sintering according to claim 3, wherein the metal coating layer has a thickness of 1 to 50 µm. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제3항에 있어서, 상기 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 더 혼입된 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말.4. The polymer powder for selective laser sintering according to claim 3, wherein the spherical polymer beads further contain one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles. . 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법으로서, A method for producing a polymer powder for selective laser sintering, which is used to rapidly prototype a three-dimensional shape prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine, (S1) 물과 분산제의 균질 용액에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자, 단량체 및 개시제의 혼합물을 투입하고 교반하는 단계;(S1) adding and stirring a mixture of one or more fine particles, monomers and initiators selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles to a homogeneous solution of water and a dispersant; (S2) 상기 (S1)의 혼합액을 승온하고 현탁중합을 실시하여 입경이 1 내지 100㎛인 구상의 고분자 비드에 금속 미립자, 세라믹 미립자 및 유리섬유 미립자로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 미립자들이 혼입된 고분자 분말을 형성하는 단계; 및(S2) The mixture of (S1) is heated and suspension polymerization is carried out so that one or more fine particles selected from the group consisting of metal fine particles, ceramic fine particles and glass fiber fine particles are mixed in spherical polymer beads having a particle diameter of 1 to 100 μm. Forming a polymer powder; And (S3) 상기 고분자 분말을 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법.(S3) A method for producing a polymer powder for selective laser sintering, characterized in that it comprises the step of washing and drying the polymer powder. 제6항에 있어서, 상기 (S1)단계의 미립자는 탄소수가 10 이상인 알킬기를 갖는 나트륨도데실설페이트 유화제로 표면처리된 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법.The method of claim 6, wherein the fine particles of step (S1) are surface-treated with a sodium dodecyl sulfate emulsifier having an alkyl group having 10 or more carbon atoms. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드를 신속하게 조형하는데 사용되는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법으로서, A method for producing a polymer powder for selective laser sintering, which is used to rapidly prototype a three-dimensional shape prototype or mold directly from a three-dimensional CAD data using a rapid molding machine, (S4) 상기 고분자 비드 표면에 무전해 도금을 실시하여 금속 코팅층이 형성된 고분자 분말을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말의 제조방법.(S4) A method for producing a polymer powder for selective laser sintering comprising the step of performing electroless plating on the surface of the polymer bead to obtain a polymer powder having a metal coating layer formed thereon. 3차원 CAD 데이터로부터 쾌속 조형기를 이용하여 제1항 또는 제2항의 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)용 고분자 분말을 직접 3차원 형상의 시제품 또는 몰드로 조형하는 것을 특징으로 하는 선택적 레이저 소결조형(selective laser sintering)법.Selective laser sintering molding, characterized in that the polymer powder for selective laser sintering of claim 1 or 2 is directly formed into a prototype or mold having a three-dimensional shape by using a rapid molding machine from the three-dimensional CAD data ( selective laser sintering).
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