KR102644773B1 - 압출 기반 적층 제조 시스템을 위한 마킹 첨가제를 포함하는 필라멘트 재료 - Google Patents

압출 기반 적층 제조 시스템을 위한 마킹 첨가제를 포함하는 필라멘트 재료 Download PDF

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Abstract

필라멘트 재료 및 이의 제조 방법이 개시된다. 예를 들어, 필라멘트 재료는 압출 기반 인쇄 공정과 상용성(compatible)인 중합체 수지, 및 필라멘트 재료의 선택적 부분이 광에 노출될 때 색이 변하게 하는 마킹 첨가제를 포함하며, 마킹 첨가제는 대략 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)로 첨가된다.

Description

압출 기반 적층 제조 시스템을 위한 마킹 첨가제를 포함하는 필라멘트 재료{FILAMENT MATERIALS COMPRISING MARKING ADDITIVES FOR EXTRUSION-BASED ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 필라멘트 재료에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 압출 기반 적층 제조 시스템을 위한 마킹 첨가제를 포함하는 필라멘트 재료에 관한 것이다.
3차원(3D) 인쇄는 CAD(computer-aided design) 파일을 사용하여 3D 물체를 제어된 내부 및 외부 기하학적 형상으로 층층이(layer-by-layer) 인쇄하는 기술이다. 예를 들어, 출발 재료를 사용하고 선택적으로 용융 및 접합시켜 3D 물체를 형성할 수 있다. 오늘날 상이한 유형의 3D 프린터가 이용가능하다. 상이한 유형의 3D 프린터는 상이한 유형의 적층 인쇄를 수행할 수 있다. 3D 인쇄 기술의 예에는 용융 침착 모델링(fused deposition modeling, FDM)으로도 알려진 용융 필라멘트 제조(fused filament fabrication, FFF), 선택적 레이저 소결(selective laser sintering, SLS), 선택적 레이저 용융(selective laser melting, SLM), 전자 빔 용융(electronic beam melting, EBM), 디지털 광 처리(digital light processing, DLP), 스테레오리소그래피(stereolithography, SLA), 적층 물체 제조(laminated object manufacturing, LOM), 결합제 분사(binder jetting) 등과 같은 압출 기반 인쇄가 포함될 수 있다.
본 명세서에 예시된 태양에 따르면, 압출 기반 프린터에 사용하기 위한 필라멘트 재료가 제공된다. 실시 형태의 한 가지 개시된 특징은 필라멘트 재료이며, 이 필라멘트 재료는 압출 기반 인쇄 공정과 상용성(compatible)인 중합체 수지, 및 필라멘트 재료의 선택적 부분이 광에 노출될 때 색이 변하게 하는 마킹 첨가제를 포함하고, 이 마킹 첨가제는 대략 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)로 첨가된다.
실시 형태의 다른 개시된 특징은 용융 침착 모델링(FDM) 프린터를 위한 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 제조하는 방법이다. 이 방법은 FDM 프린터와 상용성인 중합체 수지를 제공하는 단계, 중합체 수지 내에 마킹 첨가제를 대략 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)의 양으로 혼합하여 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 형성하는 단계, 및 필라멘트 재료의 선택적 부분을 광에 노출시켜 필라멘트 재료의 표면 상에 마크를 형성하는 단계를 포함하며, 선택적 부분에서 중합체 수지 내에 혼합된 마킹 첨가제는 광을 흡수하여 색이 변하고 마크를 형성한다.
실시 형태의 다른 개시된 특징은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄된 3차원(3D) 인쇄물을 마킹하는 방법이다. 이 방법은, 3D 인쇄물을 인쇄하도록 하는 명령어를 프로세서가 수신하는 단계, 명령어에 따라 3D 인쇄물을 인쇄하도록 프로세서가 압출 기반 프린터를 제어하는 단계로서, 3D 인쇄물은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄되고, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료는 중합체 수지 및 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량)의 마킹 첨가제를 포함하는, 상기 단계, 3D 인쇄물에 대한 마킹과 관련된 마킹 명령어를 프로세서가 수신하는 단계, 및 마킹 명령어에 따라 3D 인쇄물의 표면의 부분을 노출시켜 3D 인쇄물의 표면의 부분의 색을 변화시켜 3D 인쇄물의 표면 상에 마킹을 표기하도록 프로세서가 레이저를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 교시는 첨부 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 사용하는 용융 침착 모델링(FDM) 프린터의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 마킹된 필라멘트 재료의 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄된 마킹된 물체를 도시한다.
도 4는 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 마킹하는 예시적인 공정 흐름도를 도시한다.
도 5는 FDM 프린터를 위한 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄된 3D 인쇄물을 마킹하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통인 동일한 요소를 표기하는 데에 동일한 도면 부호가 사용되었다.
본 발명은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 사용하여 3D 물체를 인쇄하고 3D 물체의 표면의 선택적 부분의 색을 변화시킴으로써 3D 물체를 마킹할 수 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 오늘날 다양한 3D 인쇄 기술이 사용된다. 그러나, 3D 물체가 인쇄된 후에, 물체의 식별, 라벨링 정보, 보안 정보 등을 제공하기 위해 마킹 재료가 부가될 수 있다.
3D 인쇄물을 마킹하는 현재 이용가능한 방식은 많은 단점을 갖는다. 예를 들어, 별도로 인쇄된 라벨이 물체에 적용될 수 있다. 그러나, 라벨은 쉽게 제거되거나 손상될 수 있다. 다른 예는 인쇄 공정의 일부로서 라벨을 물체에 물리적으로 인쇄하는 것일 수 있다. 다시 말하면, 원하는 마크를 3D 인쇄물에 물리적으로 인쇄할 수 있다(예를 들어, 원하는 문자가 3D 물체의 표면 상에 융기된 부분이다). 다른 예는 예를 들어 레이저 인그레이빙(laser engraving)을 사용하여 3D 인쇄물의 부분을 에칭 제거하거나 용융 제거하는 것일 수 있다. 그러나, 대부분의 3D 인쇄물은 표면 텍스처가 거칠기 때문에, 이들 해결책은 많은 응용 분야에서 높은 콘트라스트 마킹을 달성하기에 적합하지 않을 수 있다. 또한, 이들 해결책은 추가적인 복잡성, 재료의 물리적 특성 등으로 인한 작은 마킹을 인쇄할 수 있는 방법에 대한 제한 등의 어려움이 있을 수 있다.
본 발명은 FFF 또는 FDM 3D 프린터와 같은 압출 기반 3D 프린터에 사용할 수 있는 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 제공한다. 마킹 첨가제는 광을 흡수하여 필라멘트 재료의 광학 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 소정의 마킹 첨가제는 적외광에 노출될 때 필라멘트 재료의 광학적 변화 또는 색 변화를 초래할 수 있다.
따라서, 표면 상의 원하는 위치를 광원에 노출시켜 필라멘트 또는 3D 인쇄물의 표면에 마킹을 직접 표기할 수 있다. 광원에 노출되는 부분은 색이 변할 수 있고, 필라멘트 또는 3D 인쇄물의 표면 상에 마킹이 표기될 수 있다. 마킹은 임의의 원하는 크기로 표기될 수 있다. 또한, 마킹 첨가제는 최대 8 미터/초의 속도로 광에 노출될 때 색이 변할 수 있기 때문에 비교적 신속하게 마킹이 부가될 수 있다. 따라서, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료에 의해 생성된 마킹은 현재 이용가능한 마킹 방법보다 더 영구적이고 확실할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)(본 명세서에서 필라멘트 재료(110)로도 지칭됨)를 사용하는 용융 침착 모델링(FDM) 프린터(100)의 예를 도시한다. 도 1은 특정 유형의 압출 기반 프린터를 예로서 도시하지만, 필라멘트 재료(110)는 임의의 유형의 압출 기반 프린터 또는 인쇄 공정과 함께 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 일 실시 형태에서, FDM 프린터(100)는 프린트헤드(112)를 통해 공급되는 필라멘트 재료(110)의 연속 롤을 가질 수 있다. 프린트헤드(112)는 필라멘트 재료(110)를 용융시켜서 필라멘트 재료(110)를 압출하는 히터를 가질 수 있다.
필라멘트 재료(110)를 층층이 압출하여 3D 인쇄물(114)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 재료(110)를 이동식 플랫폼(116) 상에 인쇄할 수 있다. 3D 인쇄물(114)의 각 층이 인쇄된 후에, 플랫폼(116)을 낮출 수 있고, 3D 인쇄물(114)이 완전히 인쇄될 때까지 3D 인쇄물(114)의 다음 층을 인쇄할 수 있다. 일 실시 형태에서, 프린트헤드(112)는 2차원 좌표계 상에서 (예를 들어, 페이지를 따라 좌우로 및 페이지 안팎으로) 이동가능할 수 있다.
일 실시 형태에서, FDM 프린터(100)는 프린트헤드(112) 및 필라멘트 재료(110)의 롤러(118)에 통신가능하게 결합된 프로세서(102)에 의해 제어될 수 있다. FDM 프린터(100)는 프로세서(102)에 통신가능하게 결합된 메모리(104)를 또한 포함할 수 있다. 메모리(104)는 임의의 유형의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 랜덤 액세스 메모리, 읽기 전용 메모리 등일 수 있다.
일 실시 형태에서, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 실행되는 명령어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 인쇄 명령어(106) 및 마킹 명령어(108)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 프로세서(102)는 필라멘트 재료(110)의 공급을 제어할 수 있으며, 3D 물체(114)를 인쇄하도록 인쇄 명령어(106)에 따라 프린트헤드(112)의 이동을 통해 필라멘트 재료(110)의 분배를 제어할 수 있다.
일 실시 형태에서, 프로세서(102)는 또한 3D 인쇄물(114) 또는 필라멘트 재료(110) 그 자체를 마킹하도록 광원(120)을 제어할 수 있다. 도 1에는 광원(120)이 FDM 프린터(100)의 일부인 것으로 도시되어 있지만, 광원(120)은 다른 제어기 또는 프로세서에 의해 독립적으로 제어되는 별개의 장치 또는 구성요소일 수 있음에 유의하여야 한다. 다시 말하면, 3D 인쇄물(114) 또는 필라멘트 재료(110)가 완성되고, 이어서 광원을 갖는 장치로 전달되어 마킹을 위한 광을 받을 수 있다.
일 실시 형태에서, 프로세서(102)는 마킹 명령어(108)에 따라 3D 인쇄물(114) 또는 필라멘트 재료(110)를 마킹할 수 있다. 광원(120)은 대략 700 나노미터(nm) 내지 10.6 마이크로미터(μm) 범위의 적외선 영역 내의 파장에서 작동될 수 있는 레이저일 수 있다. 레이저의 예는 솔리드 스테이트 레이저, 다이오드 또는 다이오드 어레이 레이저, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 레이저, 섬유 레이저, 이산화탄소(CO2) 레이저 등을 포함할 수 있다. 광원(120)은 펄스형 모드 또는 연속 모드로 작동될 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 필라멘트 재료(110)는 마킹 첨가제를 포함할 수 있다. 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)가 광원(120)으로부터의 소정 파장의 광에 노출될 때, 광에 노출되는 필라멘트 재료(110) 또는 3D 인쇄물(114)의 표면은 색이 변할 수 있다. 따라서, 마킹은 광원(120)에 의해 필라멘트 재료(110) 또는 3D 인쇄물(114) 상에 직접 "표기"될 수 있다. 특히, 마킹은 에칭되거나 필라멘트 재료(110)의 추가 인쇄에 의해 물리적으로 형성되지 않는다. 오히려, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)의 물리적 특성이 변하여 마킹을 생성할 것이다. 그 결과, 마킹은 3D 인쇄물에 마킹을 부가하기 위해 현재의 방법을 사용하여 생성될 수 있는 것보다 더 확실하고 영구적일 수 있다.
일 실시 형태에서, 필라멘트 재료(110)는 중합체 수지를 마킹 첨가제와 혼합함으로써 제형화되거나 생성될 수 있다. 중합체 수지는 FDM 프린터(100)와 상용성인 임의의 유형의 중합체 수지일 수 있다. 예를 들어, 중합체 수지는 FDM 프린터(100)가 중합체 수지의 분배 방식을 제어할 수 있게 하는 용융 온도 또는 연화 온도 및 점도를 가질 수 있다. 중합체 수지는 결정질, 반결정질, 또는 비정질 중합체 수지를 포함하는 열가소성 물질일 수 있다. 사용될 수 있는 중합체 수지의 예에는 아크릴 수지; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 생성되는 중합체 또는 공중합체; 폴리올레핀; 폴리에스테르; 폴리카르보네이트; 폴리락트산; 열가소성 폴리우레탄; 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리설폰; 폴리(아릴 에테르); 폴리(아릴 에테르 케톤); 폴리(아릴 에테르 설폰); 폴리(에테르 이미드); 폴리아릴렌설파이드, 폴리(비닐 알코올), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 중합체 수지의 구체적인 예는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 수지, 나일론-6, 나일론-12, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리락트산(PLA), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등, 또는 이들의 임의의 조합이다.
일 실시 형태에서, 본 발명의 필라멘트 재료(110)에 사용되는 마킹 첨가제는 양호한 내광성(light fastness) 및 내후성을 가져야 한다. 또한, 마킹 첨가제는 필라멘트 재료(110)의 제조 공정 및 본 명세서에 기재된 3D 인쇄 공정과 상용성이어야 한다. 예를 들어, 마킹 첨가제는 필라멘트 재료(110)의 융점 또는 연화 온도 이상인 온도에서 양호한 열 안정성을 가질 수 있다. 더욱이, 마킹 첨가제는 필라멘트 재료(110)에 사용되는 중합체 수지와 상용성일 수 있으며, 환경 친화적이고, 용이하게 입수가능하고, 무독성일 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 적외광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다. 마킹 첨가제는 FDM 프린터(100)의 파장 영역 내에서 광 방사선을 효율적으로 흡수할 수 있다. 마킹 첨가제는 FDM 프린터(100)의 파장 영역 내에서 광 방사선을 효율적으로 흡수할 수 있다. 마킹 첨가제는 대략 0.01 중량 퍼센트(중량%) 내지 25.00 중량%로 중합체 수지에 첨가되거나 그와 혼합될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 0.10 중량% 내지 10.00 중량%로 첨가될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 0.50 중량% 내지 5.00 중량%로 첨가될 수 있다. 중량 백분율은 필라멘트 재료의 총 중량에 대한 마킹 첨가제의 비일 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 마킹 첨가제의 양은 중합체 수지가 FDM 프린터(100)에서 양호한 인쇄성을 유지하도록 할 수 있다. 추가적으로, 마킹 첨가제의 양은, 마킹 첨가제가 없는 중합체 수지에 비하여 동일하게 중합체 수지가 3D 인쇄물(114)의 기계적 강도를 유지하게 하는 양일 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 광원(120)에 의해 방출된 광에 노출될 때 색이 변하거나 반응하는 첨가제일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 700 나노미터(nm) 내지 11,000 nm의 파장을 흡수하는 적외선 흡수 성분을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 780 nm 내지 약 2500 nm의 파장을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 광은 전술된 바와 같이 연속적으로 방출되거나 펄스화된 반도체 레이저 빔에 의해 방출될 수 있다. 일 실시 형태에서, 적외선 흡수 성분의 예에는 금속 산화물, 비-화학량론적 금속 산화물, 금속 수산화물, 구리 하이드록시포스페이트, 구리 파이로포스페이트; 염기성 탄산구리, 암모늄 옥타몰리브데이트, 할로겐화은, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 산화흑연, 산화그래핀, 카본 블랙, 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
금속 산화물 또는 비-화학량론적 금속 산화물을 위한 금속의 예에는 주석, 안티몬, 비스무트, 붕소, 티타늄, 인듐, 철, 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있다. 금속 산화물 또는 비-화학량론적 금속 산화물의 예에는 산화티타늄, 붕소 무수물, 산화주석, 산화비스무트, 산화구리, 산화철, 산화몰리브덴, 산화바나듐, 안티몬-도핑된 산화주석, 안티몬-도핑된 산화인듐주석, 환원된 산화인듐주석, 산소-결핍 산화비스무트, 금속 수산화물, 또는 이들의 임의의 조합이 포함될 수 있다. 금속 수산화물의 예에는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화구리, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 프탈로시아닌의 예에는 금속-무함유 프탈로시아닌 및 금속 프탈로시아닌, 예를 들어 구리 프탈로시아닌이 포함된다. 유사하게는, 나프탈로시아닌의 예에는 금속-무함유 또는 금속 나프탈로시아닌이 포함될 수 있다.
일 실시 형태에서, 필라멘트 재료(110)는 근적외선 레이저에 의해 방출되는 대략 780 nm 내지 2500 nm의 파장에서 광을 흡수하는 마킹 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근적외선 레이저는 대략 1064 nm의 파장에서 작동하는 YAG 레이저일 수 있다. 일 실시 형태에서, 필라멘트 재료(110)는 대략 10.6 μm에서 작동하는 CO2 레이저를 사용하여 2500 nm 초과의 파장에서 광을 흡수하는 마킹 첨가제를 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 필라멘트 재료(110)에 사용되는 마킹 첨가제는 현색제(developer) 성분을 추가로 포함할 수 있다. 현색제 성분 그 자체는 광원(120)에 의해 방출되는 방사선에 민감하지 않을 수 있다. 그러나, 전술된 마킹 첨가제(예를 들어, 금속 산화물, 금속 염, 및/또는 금속 화합물, 카본 블랙, 산화그래핀, 또는 이들의 임의의 조합)와 조합되어 사용될 때, 현색제 성분은 필라멘트 재료(110)의 색 변화를 보조하도록 반응성일 수 있다. 적합한 현색제 성분은 폴리페놀, 멜라민 수지, 다당류, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 미립자 형태로 제공될 수 있다. 마킹 첨가제는 평균 직경이 대략 10 nm 내지 5000 nm인 입자일 수 있다. 일 실시 형태에서, 입자는 평균 직경이 대략 10 nm 내지 1000 nm일 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 또한 불활성 지지 재료를 포함할 수 있다. 불활성 지지 재료의 예에는 실리카, 알루미나, 산화티타늄, 산화아연, 운모, 탄산칼슘, 카올린, 활석, 세라믹 등이 포함될 수 있다.
일 실시 형태에서, 필라멘트 재료(110)는 또한 안료 또는 착색제를 포함할 수 있다. 안료 또는 착색제는 마킹 공정 동안 받는 방사선에 대해 불활성일 수 있다. 그러나, 안료 또는 착색제는 마킹 콘트라스트 또는 가시성을 향상시키기 위한 배경을 제공할 수 있다. 사용될 수 있는 안료 또는 착색제의 예에는 산화티타늄, 산화아연, 산화철, 카본 블랙, 유기 안료 등이 포함된다.
일 실시 형태에서, 중합체 수지 및 마킹 첨가제를 함께 혼합하여 혼합물을 형성한 후에, 혼합물을 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)의 리본 또는 코드(cord)로 성형할 수 있다. 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)의 연속 코드를, 상기에 논의된 바와 같이, 압출을 위해 프린트헤드(112)를 통해 공급되도록 롤러(118) 상에 저장할 수 있다.
생성될 수 있는 필라멘트 재료(110)의 예가 하기에 제공된다.
실시예 1.
레이저 마킹 첨가제 조성물을 갖는 필라멘트 재료의 제조를 위해 필라봇(Filabot) EX6 압출기(필봇 컴퍼니(Filbot Company)로부터 구매함)를 사용한다. 100부의 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) 수지 펠릿을 3부의 산화그래핀과 블렌딩하고, 필라봇 EX6 압출기 내로 공급한다. 판매처 권장 압출 설정 하에서, 수지 블렌드를 밝은 갈색의 2.85 mm 필라멘트로 압출하였다.
생성된 필라멘트를, FDM 프린터를 사용하는 3D 인쇄에 사용할 수 있다. 인쇄된 부품을, 10.6 μm에서 작동하는 CO2 레이저를 갖는 마킹 장비를 사용해 마킹하여 어두운 마크를 노출된 표면 상에 인쇄할 수 있다.
실시예 2.
폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 중합체 수지로서 선택하고 구리 하이드록시포스페이트를 마킹 첨가제 조성물로서 선택한 점을 제외하고는, 실시예 1에 따라 유사한 방식으로 필라멘트 재료를 제조한다.
생성된 필라멘트를, FDM 프린터를 사용하는 3D 인쇄에 사용할 수 있다. 인쇄된 부품을, 1064 nm에서 작동하는 YAG 레이저를 갖는 마킹 장비를 사용해 마킹하여 어두운 마크를 노출된 표면 상에 인쇄할 수 있다.
실시예 3.
구리 하이드록시포스페이트와 암모늄 옥타몰리브데이트의 혼합물을 마킹 첨가제 조성물로서 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1에 따라 유사한 방식으로 필라멘트 재료를 제조한다.
생성된 필라멘트를, FDM 프린터를 사용하는 3D 인쇄에 사용할 수 있다. 인쇄된 부품을, 1064 nm에서 작동하는 YAG 레이저 또는 CO2 레이저를 갖는 마킹 장비를 사용해 마킹하여 어두운 마크를 노출된 표면 상에 인쇄할 수 있다.
도 2는 마킹 첨가제를 갖는 마킹된 필라멘트 재료(110)의 예를 도시한다. 예를 들어, 광원(120)을 사용하여 마킹(202)을 갖는 필라멘트 재료(110)의 표면의 부분을 노출시킬 수 있다. 광원(120)에 의해 필라멘트 재료(110)의 표면의 선택된 부분의 색을 변화시킴으로써 마킹(202)을 생성할 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹(202)은 문자/숫자 혼용 텍스트(alphanumeric text)일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹(202)은 심볼 또는 그래픽일 수 있다. 예를 들어, 마킹(202)은 스캐너로 판독할 수 있는 바코드 또는 신속 응답(quick response, QR) 코드일 수 있다. 필라멘트 재료(110) 상의 마킹(202)은 FDM 프린터(100)에서 사용될 때 필라멘트 재료(110)에 대한 처리 파라미터를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 마킹(202)을 판독 또는 스캐닝하여, 압출을 위해 필라멘트 재료(110)를 용융시키기에 적절한 온도로 히터를 자동으로 설정할 수 있다.
도 3은 마킹된 3D 인쇄물(114)의 예를 도시한다. 예를 들어, 광원(120)을 사용하여 마킹(302)을 갖는 3D 인쇄물(114)의 표면의 부분을 노출시킬 수 있다. 광원(120)에 의해 3D 인쇄물의 표면의 선택된 부분의 색을 변화시킴으로써 마킹(302)을 생성할 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹(302)은 문자/숫자 혼용 텍스트일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹(302)은 심볼 또는 그래픽일 수 있다. 예를 들어, 마킹(302)은 스캐너로 판독할 수 있는 바코드 또는 신속 응답(QR) 코드일 수 있다. 3D 인쇄물(114) 상의 마킹(302)은 3D 인쇄물(114)과 관련된 식별 정보, 보안 정보, 제품 정보 등을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)로 인쇄된 3D 인쇄물(114)을 마킹하는 예시적인 공정 흐름도(400)를 도시한다. 공정 흐름도(400)는 또한 필라멘트 재료(110) 그 자체를 마킹하는 데 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
블록(402)에서, 완성된 3D 인쇄물(114)이 제공될 수 있다. 블록(404)에서, 광원(410)이 3D 인쇄물(114)의 표면 상으로 광(412)을 방출할 수 있다. 광원(410)과 광원(120)은 동일할 수 있다. 예를 들어, 광원(410)은 펄스형 레이저 광 또는 연속 레이저 광을 제공하는 레이저 광원일 수 있다. 광(412)은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)의 노출된 부분이 반응하여 색이 변하게 하는 파장으로 방출될 수 있다. 일 실시 형태에서, 광(412)은 대략 1060 nm 내지 1070 nm의 파장으로 방출될 수 있다.
블록(406)에서, 마킹(302)이 완성될 때까지 광원(410)을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 광원(410)을 마킹 명령어(108)에 따라 이동시킬 수 있거나, 3D 인쇄물(114)을 마킹 명령어(108)에 따라 광원(410) 아래에서 이동시킬 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)는 광원(410)에 의해 효율적으로 마킹될 수 있다. 예를 들어, 마킹(302)은 최대 8 미터/초(8 m/s)의 속도로 표기될 수 있다. 따라서, 광원(410)은 초당 1,000개 초과의 문자/숫자 혼용 문자를 "표기"할 수 있다. 따라서, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)는 3D 인쇄물(114) 및/또는 필라멘트 재료 그 자체가 현재 사용되는 다른 마킹 방법(예를 들어, 에칭, 추가적인 3D 인쇄 등)보다 효율적으로 또는 더 신속하게 마킹되게 한다.
또한, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)는 마킹(302)을 표기할 때 더 미세한 정밀도를 가능하게 한다. 이에 의해 마킹(302)은 현재의 방법을 사용하여 가능한 것보다 훨씬 더 작은 크기의 폰트로 표기될 수 있다. 예를 들어, 에칭 시에는, 재료가 용융될 수 있으며 문자를 너무 작게 표기하는 경우 판독하기 어려울 수 있다. 대안적으로, 프린터는 너무 작은 마킹(예를 들어, 마킹은 프린터의 복셀(voxel) 인쇄 크기보다 작을 수 있음)을 인쇄하는 것이 불가능할 수 있다. 따라서, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료(110)는 마킹(302)이 인쇄될 수 있는 크기 및 위치에 있어서 더 큰 유연성을 제공한다.
도 5는 본 발명의 압출 기반 프린터(예를 들어, 도 1에 도시된 FDM 프린터(100))를 위한 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 제조하기 위한 예시적인 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 방법(500)은 프로세서의 제어 하에서 공구에 의해 수행될 수 있다.
블록(502)에서, 방법(500)이 시작된다. 블록(504)에서, 방법(500)은 압출 기반 프린터와 상용성인 중합체 수지를 제공한다. 중합체 수지는 압출 기반 프린터와 상용성인 임의의 유형의 중합체 수지일 수 있다. 예를 들어, 중합체 수지는 압출 기반 프린터가 중합체 수지의 분배 방식을 제어할 수 있게 하는 용융 온도 및 점도를 가질 수 있다. 사용될 수 있는 중합체 수지의 예에는 아크릴 수지; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 생성되는 중합체 또는 공중합체; 폴리올레핀; 폴리에스테르; 폴리카르보네이트; 폴리락트산; 열가소성 폴리우레탄; 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리설폰; 폴리(아릴 에테르); 폴리(아릴 에테르 케톤); 폴리(아릴 에테르 설폰); 폴리(에테르 이미드); 폴리아릴렌설파이드, 폴리(비닐 알코올), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 중합체 수지의 구체적인 예는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 수지, 나일론-6, 나일론-12, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리락트산(PLA), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등, 또는 이들의 임의의 조합이다.
블록(506)에서, 방법(500)은 중합체 수지 내에 마킹 첨가제를 대략 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)의 양으로 혼합하여 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료를 형성한다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 적외광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 마킹 첨가제의 양은 중합체 수지가 FDM 프린터에서 양호한 인쇄성을 유지하도록 할 수 있다. 또한, 마킹 첨가제의 양은, 마킹 첨가제가 없는 중합체 수지에 비하여 동일하게 중합체 수지가 3D 인쇄물의 기계적 강도를 유지하게 할 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 780 나노미터(nm) 내지 11,000 nm의 파장으로 방출되는 광에 의해 색이 변하거나 그와 반응하는 첨가제일 수 있다. 예를 들어, 광은 연속적으로 방출되거나 펄스화되는 반도체 레이저 빔에 의해 방출될 수 있다. 적합한 마킹 첨가제의 예에는 금속 산화물, 비-화학량론적 금속 산화물, 금속 수산화물, 구리 하이드록시포스페이트, 구리 파이로포스페이트; 염기성 탄산구리, 암모늄 옥타몰리브데이트, 할로겐화은, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 산화흑연, 산화그래핀, 카본 블랙, 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
일 실시 형태에서, 중합체 수지 및 마킹 첨가제를 함께 혼합하여 혼합물을 형성한 후에, 혼합물을 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료의 리본 또는 코드로 성형할 수 있다. 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료의 연속 코드를, 상기에 논의된 바와 같이, 압출을 위해 프린트헤드를 통해 공급되도록 롤러 상에 저장할 수 있다.
블록(508)에서, 방법(500)은 필라멘트 재료의 선택적 부분을 광에 노출시켜 필라멘트 재료의 표면 상에 마크를 형성하며, 선택적 부분에서 중합체 수지 내에 혼합된 마킹 첨가제는 광을 흡수하여 색이 변하고 마크를 형성한다. 예를 들어, 펄스형 레이저 광 또는 연속 레이저 광을 제공하는 레이저 광원을 필라멘트 재료의 선택적 부분에 적용할 수 있다. 광은 대략 780 nm 내지 11,000 nm의 파장으로 방출될 수 있다. 광원을 이동시키거나, 필라멘트 재료를 이동시키거나, 또는 광원과 필라멘트 재료 둘 모두를 이동시켜 필라멘트 재료의 표면 상에 마크를 "표기"할 수 있다. 마크는 필라멘트 재료 내의 마킹 첨가제가 광에 반응하여 형성될 수 있다. 반응은 마킹 첨가제가 필라멘트 재료의 색을 변화시키게 할 수 있다. 블록(510)에서, 방법(500)이 종료된다.
도 6은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄된 3D 인쇄물을 마킹하는 예시적인 방법(600)의 흐름도를 도시한다. 방법(600)은 전술된 FDM 프린터(100) 또는 프로세서(102)에 의해 수행될 수 있다.
블록(602)에서, 방법(600)이 시작된다. 블록(604)에서, 방법(600)은 3D 인쇄물을 인쇄하도록 하는 명령어를 수신한다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스에서 실행되는 CAD(computer aided drawing) 프로그램)에서 3D 인쇄물의 설계를 생성할 수 있다. 설계는 얼마나 많은 필라멘트 재료가 X-Y 좌표계를 따라 각 층 상에 분배되는지에 대한 파라미터를 포함할 수 있다. FDM 프린터에 제공되고 FDM 프린터 내의 메모리에 저장되는 인쇄 명령어로서 설계를 저장할 수 있다.
블록(606)에서, 방법(600)은 명령어에 따라 3D 인쇄물을 인쇄하도록 압출 기반 프린터를 제어하며, 3D 인쇄물은 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료로 인쇄되고, 마킹 첨가제를 갖는 필라멘트 재료는 중합체 수지 및 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량)의 마킹 첨가제를 포함한다. 필라멘트 재료는 마킹 첨가제와 혼합된 중합체 수지를 포함할 수 있다. 중합체 수지는 압출 기반 프린터와 상용성인 임의의 유형의 중합체 수지일 수 있다. 예를 들어, 중합체 수지는 압출 기반 프린터가 중합체 수지의 분배 방식을 제어할 수 있게 하는 용융 온도 및 점도를 가질 수 있다. 사용될 수 있는 중합체 수지의 예에는 아크릴 수지; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체로부터 생성되는 중합체 또는 공중합체; 폴리올레핀; 폴리에스테르; 폴리카르보네이트; 폴리락트산; 열가소성 폴리우레탄; 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리설폰; 폴리(아릴 에테르); 폴리(아릴 에테르 케톤); 폴리(아릴 에테르 설폰); 폴리(에테르 이미드); 폴리아릴렌설파이드, 폴리(비닐 알코올), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 또는 이들의 임의의 조합이 포함된다. 중합체 수지의 구체적인 예는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 수지, 나일론-6, 나일론-12, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌, 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리락트산(PLA), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 등, 또는 이들의 임의의 조합이다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 적외광 흡수 마킹 첨가제일 수 있다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 마킹 첨가제의 양은 중합체 수지가 압출 기반 프린터에서 양호한 인쇄성을 유지하도록 할 수 있다. 또한, 마킹 첨가제의 양은, 마킹 첨가제가 없는 중합체 수지에 비하여 동일하게 중합체 수지가 3D 인쇄물의 기계적 강도를 유지하게 할 수 있다.
일 실시 형태에서, 마킹 첨가제는 대략 780 나노미터(nm) 내지 11,000 nm의 파장으로 방출되는 광에 의해 색이 변하거나 그와 반응하는 첨가제일 수 있다. 예를 들어, 광은 연속적으로 방출되거나 펄스화되는 반도체 레이저 빔에 의해 방출될 수 있다. 적합한 마킹 첨가제의 예에는 금속 산화물, 비-화학량론적 금속 산화물, 금속 수산화물, 구리 하이드록시포스페이트, 구리 파이로포스페이트; 염기성 탄산구리, 암모늄 옥타몰리브데이트, 할로겐화은, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 산화흑연, 산화그래핀, 카본 블랙, 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
필라멘트 재료를 압출 기반 프린터에 의해 용융시키고 프린트헤드를 통해 압출할 수 있다. 필라멘트 재료를 인쇄 명령어에 따라 층층이 분배하여 3D 인쇄물을 인쇄할 수 있다.
블록(608)에서, 방법(600)은 3D 인쇄물을 위한 마킹과 관련된 마킹 명령어를 수신한다. 일 실시 형태에서, 압출 기반 프린터의 사용자 인터페이스를 통해 마킹 명령어를 제공할 수 있다. 일 실시 형태에서, 마킹 명령어를 별개의 컴퓨팅 디바이스에서 생성하고, 압출 기반 프린터로 전송하고, 메모리에 저장할 수 있다.
3D 인쇄물을 위한 마킹은 문자/숫자 혼용 텍스트, 그래픽, 이미지, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 마킹은 압출 기반 프린터에 대한 공정 파라미터(예를 들어, 필라멘트 재료 그 자체 상에 있는 경우), 식별 정보, 보안 정보, 제품 정보 등을 포함할 수 있다. 마킹은 판독기로 스캐닝할 수 있는 바코드 또는 QR 코드일 수 있다. 마킹은 회사 로고 등일 수 있다.
블록(610)에서, 방법(600)은 마킹 명령어에 따라 3D 인쇄물의 표면의 부분을 노출시켜 3D 인쇄물의 표면의 부분의 색을 변화시켜 3D 인쇄물의 표면 상에 마킹을 표기하도록 레이저를 제어한다. 일 실시 형태에서, 압출 기반 프린터는 마킹 명령어에 따라 마킹을 생성하는 레이저를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 압출 기반 프린터를 제어하는 프로세서는 레이저에 통신가능하게 결합될 수 있다. 일 실시 형태에서, 3D 인쇄물을 압출 기반 프린터로부터 레이저를 포함하는 마킹 장치로 이동시킬 수 있다.
일 실시 형태에서, 레이저는 필라멘트 재료의 선택적 부분에 적용될 수 있는 펄스형 레이저 광 또는 연속 레이저 광을 제공할 수 있다. 광은 대략 780 nm 내지 11,000 nm의 파장으로 방출될 수 있다. 레이저를 이동시키거나, 3D 인쇄물을 이동시키거나, 또는 레이저와 3D 인쇄물 둘 모두를 이동시켜 3D 인쇄물의 표면 상에 마킹을 "표기"할 수 있다. 마킹은 필라멘트 재료 내의 마킹 첨가제가 레이저에 의해 방출되는 광에 반응하여 형성될 수 있다. 반응은 마킹 첨가제가 필라멘트 재료의 색을 변화시키게 할 수 있다. 블록(612)에서, 방법(600)이 종료된다.
다양한 상기에 개시된 특징부 및 기능 그리고 다른 특징부 및 기능, 또는 이들의 대안이 다수의 다른 상이한 시스템 또는 응용에 조합될 수 있음이 이해될 것이다. 다양한 현재 예측되지 않거나 예상되지 않는 이의 대안, 변형, 변경, 또는 개선이 당업자에 의해 후속하여 이루어질 수 있고, 이는 또한 하기 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 압출 기반 인쇄 공정과 상용성(compatible)인 중합체 수지; 및
    필라멘트 재료의 선택적 부분이 광에 노출될 때 색상이 변하게 하는 마킹 첨가제; 및
    폴리페놀, 멜라민 수지, 또는 다당류 중 적어도 하나를 포함하는 현색제(developer) 성분;을 포함하는 필라멘트 재료로서,
    상기 마킹 첨가제는 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)로 첨가되는 필라멘트 재료.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합체 수지는 아크릴로니트릴로부터 생성된 중합체 또는 공중합체를 포함하는 필라멘트 재료.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마킹 첨가제는 780 나노미터(nm) 내지 11000 nm의 파장에서 상기 광을 흡수하는 적외선 흡수 성분을 포함하는 필라멘트 재료.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 마킹 첨가제는 산화그래핀을 포함하는 필라멘트 재료.
  5. 청구항 1에 있어서,
    실리카, 알루미나, 산화티타늄, 운모, 카올린, 산화아연, 탄산칼슘, 활석, 또는 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 지지 재료를 추가로 포함하는 필라멘트 재료.
  6. 청구항 1에 있어서,
    안료 또는 착색제를 추가로 포함하는 필라멘트 재료.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 필라멘트 재료는 용융 침착 모델링(fused deposition modeling) 프린터용 필라멘트로 성형되는 필라멘트 재료.
  8. 압출 기반 인쇄 공정과 상용성인 중합체 수지; 및
    필라멘트 재료의 선택적 부분이 광에 노출될 때 색상이 변하게 하는 마킹 첨가제; 및
    실리카, 알루미나, 산화티타늄, 운모, 카올린, 산화아연, 탄산칼슘, 활석, 또는 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 지지 재료;를 포함하는 필라멘트 재료로서,
    상기 마킹 첨가제는 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)로 첨가되는 필라멘트 재료.
  9. 압출 기반 인쇄 공정과 상용성인 중합체 수지; 및
    필라멘트 재료의 선택적 부분이 광에 노출될 때 색상이 변하게 하는 마킹 첨가제; 및
    안료 또는 착색제;를 포함하는 필라멘트 재료로서,
    상기 마킹 첨가제는 0.01 내지 25.00 중량 퍼센트(중량%)로 첨가되는 필라멘트 재료.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130188003A1 (en) 2012-01-23 2013-07-25 Jagdip Thaker Doped Oxide powders in laser markings and methods of use
US20160115293A1 (en) 2013-05-14 2016-04-28 Vorbeck Materials Corporation Graphene dispersions
WO2017161120A1 (en) 2016-03-17 2017-09-21 Qed Labs Inc. Articles with improved flame retardancy and/or melt dripping properties
WO2018052899A1 (en) 2016-09-14 2018-03-22 Sabic Global Technologies B.V. Additive manufacturing process using printing material of unequal composition, and article obtainable by said process
US20180273730A1 (en) 2014-11-05 2018-09-27 Merck Patent Gmbh Laser-markable and laser-weldable polymeric materials

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3024495B2 (ja) 1994-10-21 2000-03-21 ジェイエスアール株式会社 レーザーマーキング用樹脂組成物
US6482511B1 (en) 1999-08-06 2002-11-19 E.I. Du Pont De Nemours & Company Laser markable monofilaments
KR20160059302A (ko) * 2014-11-18 2016-05-26 한국세라믹기술원 Fdm-3d 프린트용 필라멘트 수지 조성물, 이를 포함하는 fdm-3d 프린트용 필라멘트 및 이를 이용하여 제조한 fdm-3d 프린팅 성형물
US9626608B2 (en) 2014-12-01 2017-04-18 Savannah River Nuclear Solutions, Llc. Additive manufactured serialization
ES2813575T3 (es) * 2015-03-06 2021-03-24 Signify Holding Bv Impresión 3D de materiales compuestos de grafeno (óxido)
JP6552727B2 (ja) 2015-09-04 2019-07-31 サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ 粉末組成物、粉末組成物からの物品およびコーティングの調製方法、およびそれから調製される物品
US11518095B2 (en) 2018-05-07 2022-12-06 Signify Holding B.V. Color mixing nozzle
EP3802078A1 (en) 2018-05-25 2021-04-14 Signify Holding B.V. Heat conducting composite printed by fdm and strategies for effective heat sinking
US20200102453A1 (en) * 2018-10-02 2020-04-02 Lockheed Martin Corporation Conductive thermoplastic polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene (pc/abs) polymer with nanomaterials and articles and methods thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130188003A1 (en) 2012-01-23 2013-07-25 Jagdip Thaker Doped Oxide powders in laser markings and methods of use
US20160115293A1 (en) 2013-05-14 2016-04-28 Vorbeck Materials Corporation Graphene dispersions
US20180273730A1 (en) 2014-11-05 2018-09-27 Merck Patent Gmbh Laser-markable and laser-weldable polymeric materials
WO2017161120A1 (en) 2016-03-17 2017-09-21 Qed Labs Inc. Articles with improved flame retardancy and/or melt dripping properties
US20190048188A1 (en) 2016-03-17 2019-02-14 Qed Labs Inc. Articles with improved flame retardancy and/or melt dripping properties
WO2018052899A1 (en) 2016-09-14 2018-03-22 Sabic Global Technologies B.V. Additive manufacturing process using printing material of unequal composition, and article obtainable by said process

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