KR101610218B1 - 금속분말이 함유된 fdm 방식의 3d 프린터용 복합필라멘트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성수지, 금속분말, 안료 및 첨가제로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물은 금속분말이 함유되어 기계적 물성이 우수하며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산과 같은 첨가제 성분이 함유되어 금속분말과 합성수지의 혼합성 향상을 통해 균일한 물성을 나타낸다.

Description

금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물 {COMPLEX FILAMENT COMPOSITION FOR FDM TYPE 3D PRINTER CONTAINING METAL POWDER}

본 발명은 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속분말이 함유되어 기계적 물성이 우수하며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산과 같은 첨가제 성분이 함유되어 금속분말과 합성수지의 혼합성 향상을 통해 균일한 물성을 나타내는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물에 관한 것이다.

최근에는 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 물체와 동일 또는 유사한 형태를 갖도록 3차원으로 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다.

상기의 3D 프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있으며 향후 3D 프린터 시장은 급격하게 확대될 것으로 예상된다.

3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다. 그리고 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치조절되는 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

그러나, 종래에 사용되던 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지로만 이루어져, 기계적 물성이 취약하며, 물성을 향상시키기 위해 금속분말 등과 같은 충전제를 첨가하려는 시도가 이루어져 왔으나, 충전제와 합성수지의 혼합성이 저하되어 균일한 물성을 나타내는 3D 프린터용 필라멘트를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 금속분말이 함유되어 기계적 물성이 우수하며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산과 같은 첨가제 성분이 함유되어 금속분말과 합성수지의 혼합성 향상을 통해 균일한 물성을 나타내는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 합성수지, 금속분말, 안료 및 첨가제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물은 합성수지 100 중량부, 금속분말 1 내지 15 중량부, 안료 1 내지 3 중량부 및 첨가제 1 내지 3 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 합성수지는 폴리락틱엑시드, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 하이 임펙트 폴리스티렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 금속분말은 스테인리스, 니켈, 알루미늄 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 금속분말은 입자크기가 0.1 내지 20㎛인 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 첨가제는 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물은 금속분말이 함유되어 기계적 물성이 우수하며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산과 같은 첨가제 성분이 함유되어 금속분말과 합성수지의 혼합성 향상을 통해 균일한 물성을 나타내는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물은 합성수지, 금속분말, 안료 및 첨가제로 이루어지며, 합성수지 100 중량부, 금속분말 1 내지 15 중량부, 안료 1 내지 3 중량부 및 첨가제 1 내지 3 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 합성수지는 본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물의 주재료가 되는 성분으로, 폴리락틱엑시드, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 하이 임펙트 폴리스티렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.

상기 폴리락틱엑시드(PLA, Polylactic acid)는 옥수수 및 감자의 전분 등과 같이 100% 재생가능한 자원이며, 우수한 생분해성을 나타내기 때문에 폐기처분시에 환경오염을 유발하지 않는데, 180 내지 220℃의 온도에서 압출가공이 가능하다.

상기 아크릴리니트릴부타디엔스티렌 공줍합체(ABS, Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer)는 범용으로 사용되는 열가소성 고분자로 215 내지 250℃의 온도에서 압출가공이 가능하며, 2차 가공이 용이한 물성을 나타낸다.

상기 폴리아미드(PA, Polyamide)는 엔지니어링 플라스틱의 하나로, 인장강도, 내마모성, 내약품성, 내열성 및 기계적 강도가 우수하며, 상기 안료의 사용을 통해 다양한 색상을 나타내는 필라멘트 조성물로 제조가 가능할 뿐만 아니라, 우수한 표면조도를 나타낸다.

상기 폴리비닐알코올(PVA, Poly Vinyl Alcohol)은 우수한 생분해성을 나타내며, 빠른 용해가 가능하며 200℃ 내외의 온도에서 압출성형이 가능하고, 항장력, 인장강도, 신장도 및 내마모성이 우수하다.

상기 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate)는 열가소성 플라스틱으로 내충격성이 우수하여 자동차, 우주항공, 의료 및 전기부품 등과 같이 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 치수안정성이 우수하고 고내열성을 나타내며, 높은 장력과 유연성 및 기계적 강도를 나타낸다.

상기 고밀도폴리에틸렌(HDPE, High Density Polyethylene)은 용융온도가 110℃ 정도로 낮기 때문에 가공이 용이하며, 내구성이 우수하고 가격이 저렴하다.

상기 하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS, High Impact Polystyrene)은 내충격성이 우수하다.

상기 금속분말은 1 내지 15 중량부가 함유되며, 스테인리스, 니켈, 알루미늄 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기 합성수지 성분에 함유되면 충전제로 작용하여 본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 금속분말의 함량이 1 중량부 미만이면, 복합필라멘트 조성물의 내충격성 향상효과가 미미하며, 상기 금속분말의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 합성수지의 양이 줄어들기 때문에 복합필라멘트 조성물의 물성이 저하되며, 제조비용을 증가시키게 된다.

또한, 상기 금속분말은 가스 분무법이나 전기선 폭발법을 통해 0.1 내지 20㎛의 입자크기를 갖는 구형으로 제조되는데, 상기의 입자크기를 나타내는 금속분말은 상기 합성수지에 고르게 혼합되어 균일한 물성을 나타내는 복합필라멘트 조성물을 제공하는 역할을 한다.

상기 안료는 1 내지 3 중량부가 함유되며, 상기 합성수지 성분에 함유되어 색상을 나타낼 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하다.

상기 안료의 함량이 1 중량부 미만이면 본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물이 고른색을 나타내지 못하며, 상기 안료의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면, 제조비용을 증가시키게 된다.

상기 첨가제는 1 내지 3 중량부가 함유되며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는데, 상기 금속분말의 표면에 코팅되어 금속분말의 표면을 활성화하기 때문에, 상기 금속분말이 상기 합성수지에 고르게 혼합되도록 하는 역할을 한다.

이때, 상기 첨가제의 함량이 1 중량부 미만이면 금속분말의 표면을 활성화하는 효율성이 저하되며, 상기 첨가제의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면 제조비용을 증가시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물은 금속분말이 함유되어 기계적 물성이 우수하며, 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산과 같은 첨가제 성분이 함유되어 금속분말과 합성수지의 혼합성 향상을 통해 균일한 물성을 나타내는 복합필라멘트 조성물을 제공한다.

Claims (6)

1. 합성수지 100 중량부, 금속분말 1 내지 15 중량부, 안료 1 내지 3 중량부 및 첨가제 1 내지 3 중량부로 이루어지며,
   상기 합성수지는 폴리락틱엑시드, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 하이 임펙트 폴리스티렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지고,
   상기 금속분말은 스테인리스, 니켈, 알루미늄 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속분말은 입자크기가 0.1 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 첨가제는 티탄산염, 실란, 인산염 및 스테아린산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물.