KR102524621B1 - 경화성 단량체를 이용한 고안정성 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

경화성 단량체를 이용한 고안정성 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경화성 단량체를 이용한 고안정성 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조방법에 관한 발명으로, 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체 및 왁스가 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체를 제공한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 열가소성 패턴 구조체는 3D 프린팅으로 성형되어 복잡하고 다양한 형상으로 제조될 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용될 수 있다. 또한, 경화성 단량체 함침을 수행하여, 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

경화성 단량체를 이용한 고안정성 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조 방법{High stability thermoplastic pattern structure using curable monomer and method for manufacturing the same}
본 발명은 경화성 단량체를 이용한 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 주조법에서는 제조가 곤란한 형상의 것, 표면 정도가 높은 것, 재질이 치밀하고 안정한 강도 등이 특히 필요로 하는 것의 주조에는 각각의 특수한 주조법이 행해지고 있다. 이들 특수주조법에는 원심주조법, 다이캐스팅법, 저압주조법, 금형주조법(중력주조법), 연속주조법, 정밀주조법 등 여러 기술이 개발되고 있다.
특수주조법 중 정밀주조법은 주형으로 금형을 사용하지 않으며, 보통 주조법(사형주조)보다 특별히 치수 정밀도가 높은 제품을 만들 수 있는 주조법의 총칭이다. 정밀주조 제품은 정밀도가 요구되는 항공기, 자동차, 방산장비, 가전제품 등 산업 전 분야에서 널리 사용되고 있다.
정밀주조 제품은 일반적으로, 패턴을 통한 주형이 제작되며, 상기 주형 내부에 용탕이 주입되고 응고 및 후처리 공정을 거쳐 제조된다. 정밀주조에는 거의 대부분 왁스 패턴을 이용하는 인베스트먼트 주조법(로스트 왁스법)을 이용하고 있다. 이는 모두 일회용 주형을 사용하는 방법으로 이루어져 있다.
한편, 최근 들어 3D 프린팅에 대한 관심이 매우 높아지고 있다. 3D 프린팅 기술이란, 3차원으로 설계된 디지털 도면 정보에 따라 적층하여 제품을 제조하는 방식을 이용하여 입체적 형태를 출력하는 제작기술로, 2012년 이전에는 주로 연구자들에 의해서 주목을 받아왔으나, 그 후로는 일반 대중들에게도 널리 알려지고 있다. 특히, 주조산업에 있어 자동차, 항공, 조선을 비롯한 대형 사이즈의 주형 제품 및 복잡한 주형 제품을 목형 없이 바로 제작하여 원가를 절감할 수 있어, 이에 대한 관심이 높아지고 있다.
사형주조 및 정밀주조에 3D 프린팅을 적용하는 기술 개발이 계속되고 있고, 정밀주조를 위한 패턴 제조 과정에도 사출(injection molding) 공정 외에 3D 프린팅을 이용하여(SLA, SLS 등) 복잡하고 다양한 형상을 제조하고자 하는 연구가 이루어지고 있다.
본 발명자들은 사출 공정 대신 3D 프린팅으로, 왁스 대신 3D 프린팅에 적합한 열가소성 수지를 소재로 제조한 패턴 구조체를 제공하고자 하며, 구조체를 3D 프린팅하는 경우 내부 기공으로 발생할 수 있는 문제점을 해결하고자 연구한 결과 본 발명에 이르게 되었다.
대한민국 공개특허문헌 제10-2019-0060446호(2019.06.03)
본 발명은 경화성 단량체를 이용한 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에서는,
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체를 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면에서는,
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계; 및
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D 프린팅으로 성형되어 복잡하고 다양한 형상으로 제조될 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 3D 프린팅한 열가소성 패턴 구조체의 미세구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 왁스 함침 공정을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따른 패턴 구조체의 함침율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따른 패턴 구조체의 굴곡강도를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따른 패턴 구조체의 왁스 함침 전 후의 수분흡수율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 “포함”한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 일 측면에서
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체를 제공한다.
이하, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체를 각 구성별로 상세히 설명한다.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조된다.
본 발명의 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅으로 제조된 패턴 구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 비드 간 기공이 존재하여 강도가 저하되고 구조가 변형될 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서 제공되는 열가소성 패턴 구조체는 경화성 중합체 및 왁스가 함침되어, 내부 기공의 충진율을 개선할 뿐 아니라, 더 높은 강도 및 더 낮은 수분 흡수율을 갖도록 하여, 패턴 구조체의 보관성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것이다.
상기 경화성 중합체는 경화성 단량체의 함침 후 경화된 것일 수 있다.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 Isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, Trimethylolpropane triacrylate, acrylic acid의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 에폭시계 단량체는 Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 알켄계 단량체는 Hexene, Heptene, Nonene, Decene, Dodecene의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
상기 구조체는 추가로 왁스가 더 함침된 것일 수 있다.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 일 수 있다.
상기 경화성 중합체 및 왁스는 상기 구조체의 내부 기공에 포함될 수 있다.
상기 경화성 중합체는 주로 열가소성 패턴 구조체의 내부 기공 중 미세 기공에 포함되고, 상기 왁스는 구조체 내부 기공 중 경화성 중합체가 포함되지 않은 미세 기공 및 매크로 기공에 포함될 수 있다.
상기 구조체는 3% 미만의 수분흡수율을 가질 수 있고, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5% 미만, 가장 바람직하게는 0.3% 미만의 수분흡수율을 가질 수 있다.
상기 구조체는 10 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도, 더욱 바람직하게는 20 MPa 내지 25 MPa의 굴곡강도를 가질 수 있다.
상기 구조체는 75% 이상의 함침율을 가질 수 있고, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상의 함침율을 가질 수 있다.
상기 구조체는 정밀주조에 사용될 수 있다.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D 프린팅으로 성형되어 복잡하고 다양한 형상으로 제조될 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서는
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계; 및
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 각 단계별로 자세히 설명한다.
본 발명의 제조방법은 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명은 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅 한다. 열가소성 수지 비드가 아닌 필라멘트를 사용하면 내부 기공율이 줄어들 수는 있으나, 필라멘트는 FDM 방식으로 3D 프린팅 하므로, 산업 이용시 한계점이 있고, 별도 지지체가 요구되는 등 형상 제어가 어려운 문제점이 있다.
상기 3D 프린팅은 바인더 제팅(binder jetting) 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅으로 제조된 패턴 구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 비드 간 기공이 존재하여 강도가 저하되고 구조가 변형될 수 있는 문제점이 있다.
종래의 기술은 파라핀 왁스 함침을 통하여 PMMA 강도 향상 및 변형을 억제하고자 하나, 파라핀 왁스 함침 후에도 남아있는 미세 기공으로 패턴 구조체의 보관성 및 내구성이 떨어지는 한계가 있다. 미세기공이 존재로 인해 하중 인가시 PMMA 고분자의 슬립현상 및 수분 흡수에 의한 변형이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명을 통해 제공되는 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 경화성 단량체로 함침하는 단계를 수행하고, 추가로 왁스로 함침하는 단계를 수행하여, 함침율을 개선할 뿐 아니라, 더 높은 강도 및 더 낮은 수분 흡수율을 갖도록 하여, 종래 기술에 비해 패턴 구조체의 보관성 및 내구성이 향상되는 장점이 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 일 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계를 포함한다.
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계는,
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계; 및
상기 경화성 단량체로 함침된 구조체를 열을 가하거나 UV를 조사하여 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 Isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, Trimethylolpropane triacrylate, acrylic acid의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 에폭시계 단량체는 Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
구체적 예로서, 상기 알켄계 단량체는 Hexene, Heptene, Nonene, Decene, Dodecene의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.
상기 경화 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 열을 가하여 수행될 수 있다.
상기 경화 단계는 1 내지 3시간 동안 열을 가하여 수행될 수 있다.
상기 경화 단계는 1 내지 10 분간 UV 조사를 통하여 수행될 수 있다.
상기 방법은 상기 경화성 단량체 함침된 구조체를 추가로 왁스에 함침하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 왁스 함침 단계는 60 ℃ 내지 80 ℃의 온도로 수행될 수 있다. 상기 온도가 80℃를 초과하는 경우, 고온에서 패턴 구조체의 왜곡 및 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 상기 온도가 60℃ 미만인 경우, 왁스 함침율이 낮은 문제점이 있다.
상기 구조체는 정밀주조에 사용될 수 있다.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 3D 프린팅으로 구조체를 성형하여 복잡하고 다양한 형상으로 제조할 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅으로 성형하였다.
상기 성형된 열가소성 패턴 구조체를 상온에서 경화성 단량체인 IBA (Isobornyl methacrylate) 가 담긴 배트에 함침시켜, 구조체 내부 미세기공이 충진되도록 하였다. 이후, 5분간 UV 조사하여, 단량체를 경화하여, 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신에 HDDA (1,6-hexandiol diacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신 TMPTA (Trimethylolpropane triacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체 함침 및 경화 후 다음과 같이 왁스 함침을 추가로 수행한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
경화성 단량체 함침 후 경화한 구조체를 추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 딥 코팅(Dip coating) 방식으로 파라핀 왁스(paraffin wax)로 함침시켰다. 70oC 의 온도에서 2초 간 함침 후 300mm/min의 속도로 인출시킨 후 1분간 냉각하였다. 남은 매크로 기공이 충진되도록 하여, 최종적인 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 4에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신에 HDDA (1,6-hexandiol diacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 4에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신 TMPTA (Trimethylolpropane triacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<비교예 1>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅하여 제조하였다.
<비교예 2>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅으로 성형하였다.
상기 성형된 열가소성 패턴 구조체를 딥 코팅(Dip coating) 방식으로 70oC의 온도에서 2초 간 파라핀(paraffin) 왁스로 함침시켜, 남은 매크로 기공이 충진되도록 하여, 최종적인 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.
<실험예 1> 함침율
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 패턴 구조체의 함침율을 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
왁스 함침 전후 무게 변화 및 부피변화를 측정 후, 아래와 같이 내부 함침된 왁스량을 계산하였다.
내부 함침된 왁스량= 전체 함침된 왁스량 - 외부 코팅 된 왁스량
PMMA 구조체의 상대밀도 계산에 따른 기공율을 구하고, 하기와 같이 왁스 함침율을 계산하였다.
함침율(%)=(1- (기공 부피- 내부 함침된 왁스량/왁스밀도)/기공부피)*100(%)
상기 도 3에 나타난 바와 같이, 왁스 함침만 수행한 비교예 2는 71%의 함침율을 나타낸 반면, 경화성 단량체 함침 후 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6의 경우 80% 이상의 우수한 함침율을 나타내었다. 특히, IBA 함침한 실시예 4는 85%를 넘는 높은 함침율을 보였다.
<실험예 2> 강도
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체의 강도를 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다.
ASTM F394 장치를 이용하여 이축 굴곡강도(biaxial flexural strength)를 측정하였다. 25mm×2mm 규격의 펠렛 시편을 3D프린팅으로 제작하였다. 이축 굴곡 강도 측정에는 piston-on-3-ball 지그 및 만능시험기를 이용하여 loading rate 0.50 mm/min로 강도를 측정하였다. 해당 시편의 포아송 비는 0.4를 적용하였다. 해당 시편의 굴곡강도는 아래의 식을 기반으로 얻어졌다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
Figure 112020121943679-pat00001
Figure 112020121943679-pat00002
Figure 112020121943679-pat00003
σBFS: 굴곡강도 P: 최대강도, h: 시편 두께, v: 포아송 비, r1: 피스톤 반지름, r2: 지지원의 반지름, r3: 시편 반지름
상기 도 4에 나타난 바와 같이, 왁스 함침만 수행한 비교예 2의 경우, 10.1 MPa(비교예 1)에서 12.1 MPa로 강도가 약 1.2배 상승하였다. 반면, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6의 경우, 약 20 MPa 이상으로 약 2배 이상 향상되었다. 특히, IBA 단량체를 적용한 실시예 4의 구조체는 22.9 MPa로 가장 높은 강도를 나타내었다.
따라서, 본 발명에 따라 경화성 단량체 및 왁스 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 함침율이 우수할 뿐 아니라 높은 강도 특성이 있음을 알 수 있다.
<실험예 3> 수분흡수율
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체의 수분흡수율을 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체를 건조하여 시편으로 준비하였다.
건조한 각 시편을 물속에 1시간 방치한 후 표면 수분을 제거한 뒤 무게를 측정하였다. 수분흡수율은 다음과 같이 계산하였다.
수분흡수율(%) = (수분 흡수 후 무게 - 건조 무게) / 건조 무게 X 100
그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
상기 도 5을 살펴보면, 비교예 1의 PMMA 패턴은 많은 내부 기공으로 인해 수분흡수율이 53.2%로 매우 높은 것으로 확인되었다. 이후 경화성 단량체 함침만 수행한 실시예 1 내지 3의 구조체는 약 2%의 수분흡수율을 갖는 것으로 나타났다. 구체적으로, IBA는 1.8%, HDDA는 2.2%, TMPTA는 1.6%의 수분흡수율을 나타내었다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 추가로 왁스 함침을 수행한 비교예 2 및 실시예 4 내지 6의 구조체는 1% 미만의 수분흡수율을 나타내었다. 경화성 단량체 함침 후 추가 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6은 약 0.2%의 낮은 수분흡수율을 갖는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따라 경화성 단량체 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 수분흡수율이 우수하게 개선되고, 추가로 왁스 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 수분흡수율이 더욱 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예, 실험예를 통해 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체가 75 % 이상의 함침율로 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 추가로 왁스가 더 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경화성 중합체는 경화성 단량체의 함침 후 경화된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 3% 미만의 수분흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 10 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구조체는 정밀주조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
  11. 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계; 및
    상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하되, 상기 구조체의 함침율은 75 % 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방법은 상기 경화성 단량체 함침된 구조체를 추가로 왁스에 함침하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계는,
    상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계; 및
    상기 경화성 단량체로 함침된 구조체를 열을 가하거나 UV를 조사하여 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 경화 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 열을 가하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 왁스 함침 단계는 60 ℃ 내지 80 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 구조체는 정밀주조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.

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