KR102291562B1 - 3d 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3d 프린터용 필라멘트 - Google Patents

3d 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3d 프린터용 필라멘트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3D 프린터용 필라멘트에 관한 것으로 미세하고 복잡한 조형물을 프린팅할 수 있는 장점을 가진다.

Description

3D 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3D 프린터용 필라멘트{Composition for 3D Printing and Filament for 3D Printer}
본 발명은 3차원 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3D 프린터용 필라멘트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 조형물 제조시 처짐 특성이 개선되어 복잡한 구조물 제조가 가능한 특징을 가진 3차원 프린팅용 필라멘트 조성물 및 이를 이용한 3차원 프린터용 필라멘트에 관한 것이다.
3D(3-Dimension, 3 차원) 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 3 차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이다. 최근 3D 프린팅 기술은 상당히 핫 이슈가 되고 있으며, 자동차, 의료, 예술, 교육분야로 확대되고 있으며, 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다. 3D프린터의 원리는 가장 크게 절삭형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 실제 적용되고 있는 3D프린터의 대부분은 재료 손실이 없는 적층형에 해당된다.
적층형 원리를 이용하는 방식도 약 20가지가 존재하지만, 이 가운데 가장 많이 사용되는 방식은 SLA(Stereolithography Apparatus), FDM(Fused Deposition Modeling) 혹은 FFF(Fused Filament Fabrication) 및 SLS(Selective Laser Sintering)방식이다.
SLA의 경우 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조안에 레이저 빔을 투사하여 조형하는 방식으로서, 광경화성 수지인 에폭시 타입의 포토 폴리머가 주로 사용된다. 반면, 투입된 필라멘트상의 재료가 Z, Y, Z 축으로 움직이는 프린터의 노즐에서 용융상태로 토출되면서 3차원으로 조형되는 방식인 FDM(혹는 FFF)는 열가소성 플라스틱을 주 재료로 사용한다. 한편, SLS은 금속, 플라스틱, 세라믹 분말 등의 파우더 상 재료가 담긴 수조에 레이저를 쏘아 선택적으로 소결하는 방식으로 3D프린팅을 구현한다.
상기 3가지 방식 중에서 열가소성 플라스틱을 필라멘트 형태로 제조하여 사용하는 FDM방식이 3D 프린터의 가격이 비교적 저렴하고 타 방식보다 프린팅 속도가 빠르기 때문에 가장 널리 대중화되어 있다. FDM방식에는 일반적으로 3D 조형물을 형상할 때 베드 접착력 및 층(layer)간 접착력이 우수하고, 형태안정성이 좋다는 이유로 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), HDPE, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등의 딱딱한 소재와 열가소성 탄성체와 같은 유연한 소재가 사용되고 있다.
하지만 상기 소재들은 딱딱한 특성을 가지고 있어, 인공혈관과 같은 복잡한 미세구조를 제작했을 때 지지층을 제거하는 단계 혹은 약한 힘에 의하여 파손이 발생하는 문제를 안고 있다. 그리고 출력시 냄새가 나거나, 인체에 유해한 성분이 나올 수 있다는 단점을 가지고 있다. 이에 반해 일반적으로 사용되는 폴리우레탄, 에스터계 열가소성 탄성체 등의 경우 유연한 특성 및 탄성과 같은 특징은 가지고 있으나, 3D 프린터로 출력 시 노즐에서 나오는 스트랜드의 고화 속도가 늦고 층층으로 올라가는 FDM 기술의 특성상 층 사이가 약간씩 무너짐으로 인해 표면 품질이 떨어 질 수 있는 문제를 가지고 있다. 또한 열가소성 탄성체의 경우 미세조형물 출력 후 후가공 및 운반 중에 파손이 되는 문제는 해결할 수 있으나, 노즐에서 나온 용융 스트렌드가 처짐으로서 원하는 모양을 출력하는데 한계가 있다.
대한민국 특허출원 제2013-0124881호, 제2013-0121601호, 제2013-0121602호, 제2014-0019306호, 제2014-0119109호, 제2014-0123892호, 제2014-0167714호 등에는 PLA 수지를 활용한 다양한 기능성을 부여하는 필라멘트 조성물을 개시하고 있으나, 유연한 탄성체를 얻는데는 한계가 있었다.
따라서 탄성을 가지고 있으며, 미세구조 출력시 원하는 모양이 나올 수 있는 소재 개발이 요구되는 실정이다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명을 통해 유연하고 탄성을 가진 열가소성 탄성체를 활용하여 혈관 및 나뭇가지 형태의 미세구조를 FDM용 프린터를 이용해 조형물을 출력함에 있어 스트랜드 속에서 구조체 역할을 할 수 있는 구형 비드의 활용을 통해 처짐을 최소화하고, 지지층(서포트)을 제거 혹은 운반 등의 작업시 파손이 발생하지 않는 필라멘트 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 바람직한 구현예는 열가소성 탄성체 및 구형의 비드를 포함하고, 상기 열가소성 탄성체는 Shore D 경도가 28 내지 63이고, 상기 구형의 비드는 지름이 1 내지 20㎛이고, 입자의 종횡비가 0.8 내지 1인 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공하는 것이다.
상기 열가소성 탄성체는 방향족 또는 지방족으로 구성되는 하드세그먼트와 폴리에스테르, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 하나의 소프트세그먼트를 포함하는 폴리우레탄; 폴리부틸렌테레프탈레이트의 하드세그먼트와 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 에스테르와 에테르의 가교형 구조 중에서 선택되는 하나 이상의 구조를 포함하는 탄성체; 나일론 엘라스토머; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 구형의 비드는 글래스비드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 실리케이트, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 폴리아미드(PA), 나일론계 비드, 아크릴레이트계 비드, 스티렌계 비드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물일 수 있다.
상기 구형의 비드는 열가소성 탄성체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물로부터 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 것이다.
상기 필라멘트는 직경이 0.8 ~ 4.0mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 FDM 용 3차원 프린터를 활용하여 미세하고 복잡한 구조체를 제공할 수 있는데 이는 FDM 용 3차원 프린터로 유연하고 탄성이 있는 필라멘트소재로 출력을 했을 때 나타날 수 있는 조형물의 무너짐으로 인한 표면품질 저하 그리고 출력 완료시 지지체를 제거 혹은 운반 등 기타 작업을 하면서 발생할 수 있는 조형물의 파손 등을 방지할 수 있는 3차원 FDM용 프린터용 필라멘트 조성물 및 이를 이용한 3차원 프린터용 필라멘트를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 상기 3차원 프린터용 필라멘트 조성물은 종횡비가 0.8 내지 1 인 것을 특징으로 하는 구형 비드를 적용함으로써 출력시 노즐을 통해 나오는 스트랜드 내에서 지지체 역할을 통해 무너짐 및 처짐을 향상시키고 이로 인하여 미세한 구조물을 출력함에 있어 안정적으로 조형물을 출력할 수 있다.
나아가, 최종 제조된 조형물이 유연하고 탄성을 보유한 인공혈관 등 미세 구조의 조형물을 출력할 수 있다. 이러한 조형물은 인체 내에 삽입되지 않는 인공 장기 출력 등에 유용하게 이용될 수 있으며, 경도가 낮아 사전에 수술 연습용으로 사용할 수 있는 특징으로, 실제 수술시 수술시간을 단축할 수 있고 결과적으로 수술 성공률을 향상 시킬 수 있을 것이다.
본 발명에 일 구현예에 따르면, 열가소성 탄성체 및 구형의 비드를 포함하고, 상기 열가소성 탄성체는 Shore D 경도가 28 내지 63이고, 상기 구형의 비드는 지름이 1 내지 20㎛이고, 입자의 종횡비가 0.8 내지 1인 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 열가소성 탄성체 소재에 구형의 비드(Bead)를 적용하여 FDM 용 3D 프린터용 필라멘트를 제공할 수 있으며, 이에 따라 미세한 구조를 출력할 수 있고, 인공혈관과 같은 미세하고 복잡한 구조와 같은 3D 조형물을 최종적으로 제조할 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 FMD 방식에 적용되는 필라멘트에 가장 적합하게 적용될 수 있다.
종래 3D 프린팅 소재로 널리 사용되고 있는 소재는 고경도의 고분자를 사용한 것이 대부분이며, 한편으로는 유연하고 탄성이 있는 소재를 사용할 수 있다. FDM 3D 프린터의 경우 SLS, SLA 방식의 3D 프린팅 방법과는 상이하게, 허공에 떠있는 조형물을 출력할 때는 별도의 지지층 소재를 사용하거나 같은 소재를 활용하여 지지층으로 사용하기도 한다. 이러한 특징은 고경도의 소재(예, ABS, PLA)를 사용할 경우의 경우 미세하고 복잡한 조형물을 출력한 후 동시에 출력된 지지층을 제거하는 과정에서 미세한 조형물이 파손 될 수 있는 문제가 발생할 수 있으며, 유연하고 탄성이 있는 소재를 사용할 경우 노즐에서 나오는 스트랜드의 강도가 낮아 흘러내림이나 출력물이 깔끔하게 조형이 되지 않는 등의 문제가 발생한다. 또한 이를 해결하기 위해 고경도 고분자 소재를 복합화 하여 사용하기도 하는데 이런 경우 조형물 전체의 경도가 동시에 올라가게 되어 유연하고 탄성이 있는 조형물을 구현할 수 없게 되거나 최종 조형물을 활용하여 사전 수술 등의 연습용으로 사용하기에는 한계가 있다.
그러나 본 발명의 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 통상 적용되고 있는 고경도의 고분자 소재보다는 유연하고 탄성의 성질을 가지고 있으며, 유연하고 탄성이 있는 고분자 내에서 약간의 지지체 특성을 부여하게 되어 흘러내림 등의 문제를 해결할 수 있고, 동시에 미세하고 복잡한 조형물을 출력한 후 지지층을 제거하는 단계에서 파손의 위험을 없애 주는 특징을 가지고 있다.
이하, 본 발명의 3D 프린터용 필라멘트 조성물 및 이를 이용한 FMD 방식의 3D 프린터용 필라멘트에 관하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 탄성체 및 구형의 비드를 포함하는 것으로서, 상기 열가소성 탄성체로는 방향족 또는 지방족으로 구성되는 하드세그먼트와 폴리에스테르, 폴리에테르 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 하나의 소프트세그먼트를 포함하는 폴리우레탄; 폴리부틸렌테레프탈레이트의 하드세그먼트와 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 에스테르와 에테르의 가교형 구조 중에서 선택되는 하나 이상의 구조를 포함하는 탄성체; 나일론 엘라스토머; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 좋다. 구체적인 일례를 들면, Hytrel®, PEBAX®, Neothan® 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 탄성체는 Shore D 경도계로 측정한 경도가 28 내지 63인 것으로서, 바람직하게는 35 내지 55일 수 있고 보다 바람직하게는 35 내지 45일 수 있다. 열가소성 탄성체의 Shore D 경도가 상기 범위를 만족할 경우 조형물에서 유연하고 탄성의 특성을 구현할 수 있으며, 이와 동시에 미세구조 및 복잡한 조형물을 출력한 후 동시에 출력이 된 지지층을 제거할 때 미세구조 및 복잡한 구조의 조형물의 파손을 최소화 할 수 있어, 인공혈관과 같은 미세구조 및 복잡한 구조의 조형물 출력에 유리하다.
한편, 본 발명에서는 상기 3D 프린팅용 조성물에 구형의 비드를 포함하는 것으로서, 이때 상기 조성물에 포함되는 구형의 비드는 글래스비드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 실리케이트, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 폴리아미드(PA), 나일론계 비드, 아크릴레이트계 비드, 구체적으로는 폴리메타메틸아크릴레이트(PMMA), 스티렌계 비드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 구형의 비드는 지름이 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 15㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 10㎛ 일 수 있다. 상기 구형의 비드 직경이 상기 범위를 만족할 경우 필라멘트 제조 단계에서 열가소성 탄성체 조성물의 분산이 순조롭게 진행될 수 있고, 메트릭스 내에 고르게 분산되어 필라멘트 형태 및 조형물에서 특정부위로 쏠림 등이 발생하지 않아 표면 품질이 고르게 되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 구형의 비드는 종횡 비가 0.8 내지 1, 바람직하게는 0.9 내지 1 일 수 있다. 상기 구형 비드의 종횡비가 상기 범위를 만족할 경우 유연하고 탄성이 있는 필라멘트 내에서 수지의 흐름성을 1차적으로 잡아 줄 수 있는 지지체 역할을 할 수 있으며, 또한 조형물 출력시 비드의 배향에 따라 출력물의 수축률이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
상기 구형의 비드는 열가소성 탄성체 100 중량부에 대해서 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 3 중량부로 포함될 수 있다.
상기 구형의 비드가 상기 함량 범위를 만족할 경우 미세구조 및 복잡한 구조물을 출력할 때 변형 및 층간 접착을 극대화 할 수 있다.
상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 구형의 비드 이외의 성분으로 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 이형제, 상용화제, 염료, 안료, 착색제, 가소제, 충격보강제, 안정제 및 활제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으나, 그 첨가량과 종류는 본 발명에서 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 조성물로부터 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출하여 필라멘트 상으로 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 본 발명의 3차원 프린터용 필라멘트는 직경이 바람직하게는 0.8 내지 4.0mm이며, 보다 바람직하게는 1.5 내지 3mm 일 수 있다. 상기 필라멘트의 직경이 0.8mm 미만이면 지나치게 가늘어 프린터 장치가 필라멘트를 용이하게 공급할 수 없거나 필라멘트가 눌려서 토출이 안될수 있으며, 인쇄 속도가 느려질 수 있다. 또한 필라멘트 직경이 4mm 초과이면 고화 속도가 늦고 필라멘트를 녹이는데 어려움이 있으며 프린팅 된 조형물의 정밀도가 떨어질 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
3D 프린터용 필라멘트는 하기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 표기된 조성물을 각각 사용하여, 스크류 직경 30mm, 스크류 길이 105mm의 단축압출기(single screw extruder)로 압출한 후 길이 3m의 냉각수조에서 냉각하고 권취하여 직경 1.75mm로 제조하였다.
필라멘트 제조에 적용한 조성물은 다음과 같으며, 각 조성물의 경도는 동일 조성물을 이용하여 사출성형을 통해 시편상으로 ASTM D 2240의 방법으로 측정하였다.
또한 필라멘트의 직경은 버니어 켈리퍼스를 이용하여 측정하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
TPEE 25D 0 0 0 100 0 0 0 0 0
TPEE 39D 100 0 100 0 0 0 0 100 100
TPEE 63D 0 100 0 0 0 0 0 0 0
TPEE 72D 0 0 0 0 100 0 0 0 0
PLA 0 0 0 0 0 100 0 0 0
ABS 0 0 0 0 0 0 100 0 0
PMMA 비드 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0
PMMA 비드 2 2 2 0 2 2 2 2 0 0
실리콘 비드 1 0 0 2 0 0 0 0 0 0
실리카 입자 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2
PMMA 비드 1: ASP 社 입자크기 30㎛ / 종횡비 1
PMMA 비드 2: ASP 社 입자크기 5㎛ / 종횡비 1
실리콘 비드 1: ASP 社 입자크기 5㎛ / 종횡비 1
실리카 입자 1: 에보닉 社 입자크기 1㎛ / 종횡비 0.5
TPEE: 열가소성 폴리에스테르 탄성체, 코오롱플라스틱 社
PLA: 네이처웍스 社 4032D
ABS: LG화학 社 HI121H
이어서 3차원 프린터(ALMOND, Opencreators 社)를 이용하여 정육면체의 3D 조형물을 제작하고, 하기와 같은 측정방법에 의해 물성을 측정하였다.
측정방법
(1) Shore D 경도: 최종 조성물의 Shore D 경도는 ASTM D 2240에 의해 측정하였다.
(2) 지지층 제거시 파손 여부: 필라멘트 조성물을 사용하여 조형물을 출력한 후, 상기 조형물 형성시의 지지층을 제거하여 지지층으로부터 분리되는 조형물의 파손여부를 확인하여 아래와 같은 기준으로 판단하였다.
양호: ○(미파손) 불량: ×(파손)
(3) 흘러내림 평가: 필라멘트 조성물을 사용하여 지름 30mm, 두께 2mm 및 높이 50mm의 원통형 조형물을 출력한 후 조형물의 표면을 육안으로 관찰하였을 때, 균일하게 적층되지 않고 흘러내림으로 인해 발생되는 돌기의 유무로 평가하였다.
양호: ○(돌기 없음) 불량: ×(돌기 있음)
(4) 프린팅 적합성 평가: 상기 2 ~ 4항목의 평가 내용을 바탕으로 모든 평가내용이 양호일 경우 프린팅이 적합하다고 판단하였고, 하나의 항목이라도 양호가 아니면 부적합으로 판단하였다.
(5) 필라멘트 투입 특성: 3D 프린터 구동시 필라멘트의 투입 특성에 따라 상태를 아래와 같은 기준으로 판단하였다.
필라멘트 조성물을 사용하여 조형물을 총 10회 출력한 후, 필라멘트 투입시 기어눌림 혹은 막히는 현상으로 인한 출력 실패 횟수를 백분율로 계산하여 아래와 같은 기준으로 평가하였다.
양호: ○(10% 미만), 보통: △(30% 미만), 불량: ×(30% 이상)
(6) 층간 접착력: 필라멘트를 사용하여 원통형 모양의 조형물을 3D 프린팅 한 후 손으로 잡아 당겨 떨어질 때까지의 필요한 힘이 높은 순서에서 낮은 순서로 A(손으로 90° 구부렸을 때 떨어지지 않음), B(손으로 90° 구부렸을 때 떨어짐), C(힘을 가하지 않아도 떨어진 구간이 있음), D(서로 붙지 않음)로 평가함.
단 A 급일 경우 양호: ○, 나머지 B, C, D 급일 경우 불량: × 로 표시하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
Shore D 39D 63D 39D 25D 72D 83D 70D 39D 39D
지지층
파손여부
O O O O X X X X O
흘러내림성
(표면특성)
O O O X O O O O X
필라멘트
투입특성
O O O X O O O O O
층간
접착력
O O O O X O O O X
프린팅
적합성
적합 적합 적합 부적합 부적합 부적합 부적합 부적합 부적합
상기 표 1의 결과를 통해 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 3과 같이 열가소성 폴리에스테르 탄성체의 Shore D 경도가 28 내지 63D 사이의 값을 갖고, 구형 비드 입자크기가 1 내지 20㎛ 이내이며, 구형 비드의 입자 종횡비가 0.8 내지 1 인 값을 가질 때 최종적으로 미세하고 복잡한 조형물의 제조가 가능한 것으로 확인 되었다. 반면 본 발명의 청구 범위를 벗어나는 경우 최종적으로 프린팅 적합성이 떨어지는 것을 확인 하였다.

Claims (6)

  1. 열가소성 탄성체 및 구형의 비드를 포함하고,
    상기 열가소성 탄성체는 Shore D 경도가 28 내지 63이고,
    상기 구형의 비드는 지름이 1 내지 20㎛이고, 입자의 종횡비가 0.8 내지 1 인 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 탄성체는 방향족 또는 지방족으로 구성되는 하드세그먼트와 폴리에스테르, 폴리에테르및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 하나의 소프트세그먼트를 포함하는 폴리우레탄; 폴리부틸렌테레프탈레이트의 하드세그먼트와 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 에스테르와 에테르의 가교형 구조 중에서 선택되는 하나 이상의 구조를 포함하는 탄성체; 나일론 엘라스토머; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구형의 비드는 글래스비드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 실리케이트, 지르코늄 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 폴리아미드(PA), 나일론계 비드, 아크릴레이트계 비드, 스티렌계 비드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구형의 비드는 열가소성 탄성체 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 제조된 3D 프린터용 필라멘트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 필라멘트는 직경이 0.8 ~ 4.0mm인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210299948A1 (en) * 2018-07-31 2021-09-30 Dow Global Technologies Llc Fused filament fabrication manufacturing method and polymer blend used therein
KR102473147B1 (ko) * 2019-09-27 2022-11-30 코오롱플라스틱 주식회사 3d 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3d 프린터용 필라멘트
KR102193679B1 (ko) * 2019-10-14 2020-12-21 한국화학연구원 3d 프린터용 필라멘트 조성물, 필라멘트 조성물을 이용한 필라멘트 제조방법, 이에 의해 제조된 필라멘트, 필라멘트를 이용하여 제조된 판재 및 직물

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101391293B1 (ko) 2013-11-04 2014-05-02 화인케미칼 주식회사 3차원 프린터 필라멘트용 조성물
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101780475B1 (ko) * 2014-10-14 2017-09-21 주식회사 셀루메드 필라멘트 형성에 이어 연속적으로 형상화가 가능한 3차원 프린팅 방법
KR102291563B1 (ko) * 2014-12-30 2021-08-19 코오롱플라스틱 주식회사 3d 프린팅용 조성물 및 이를 이용한 3d 프린터용 필라멘트
KR101757403B1 (ko) * 2015-05-18 2017-07-12 (주)비앤케이 유해물질 저감용 3d 프린터 필라멘트 조성물 및 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101391293B1 (ko) 2013-11-04 2014-05-02 화인케미칼 주식회사 3차원 프린터 필라멘트용 조성물
KR101394119B1 (ko) 2013-11-04 2014-05-14 화인케미칼 주식회사 3차원 프린터 필라멘트용 조성물

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