KR20150042660A - 에프디엠 방식의 쓰리디 프린터 용 세라믹/피엘에이 혼합 필라멘트 - Google Patents

에프디엠 방식의 쓰리디 프린터 용 세라믹/피엘에이 혼합 필라멘트 Download PDF

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KR20150042660A
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유석환
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Description

에프디엠 방식의 쓰리디 프린터 용 세라믹/피엘에이 혼합 필라멘트{Ceramic/PLA blended filament for FDM type 3D printer}
쓰리디 프린터의 소재 확장을 위해 고분자와 세라믹 성분을 물리적으로 배합해 원하는 재료의 형상으로 뽑는 기술
분말 형태의 세라믹은 기계적인 힘을 이용하여 큰 알갱이 형태의 세라믹 입자를 물리적으로 분새하는 방법을 사용한다. 분쇄기의 종류에 따라 원료 분말의 입자크기, 입자의 분포 형태 및 밀도 등을 조절할 수 있으며 보통 분쇄시간이 길어지면 입자의 크기를 고르게 만들 수 있다. 미립 분쇄는 주로 밀링 과정을 통해 이루어지며 이때 들어가는 재료는 밀링 기기와 다른 입자간의 접촉점에서 생기는 압축, 충격, 전단 응력을 받게된다. 이때 적용되는 응력의 크기가 입자의 강도가 버티는 범위를 초과하면 탄성 또는 비탄성 변형을 유발하고 분쇄가 일어난다. 가해준 기계적 응력은 새로운 표면적을 만들어내고 또한 입자내에서 비탄성 변형, 온도 증가 및 격자간격의 재배치 등 2차 변화를 유발한다. 표면 특성 변화와 같은 화학적인 특성 변화도 가능하다. PLA 수지와의 균일한 blending을 위해본 발명에서는 가공되는 세라믹 입자의 물성이 PLA 물성과 유사하게 만드는 것이 중요하다.
현재 가정용 3D printer는 주로 플라스틱 소재를 필라멘트로 사용한다. 가장 많이 쓰이는 소재는 PLA (PolyLactic Acid), ABS (Acrylonitirile Butadiene Styrene) 이며 물질 자체가 가지는 물성의 한계 (낮은 강도, 연성, 내열성, 내구성) 가 있으므로 기존의 세라믹 활용처인 도자기, 식기, 공예품 등을 만드는 소재로 쓰이기에는 부적합한 물성을 가지고 있다. 따라서 3D printer 의 사용처 확대와 이에따른 보급화를 가속시키기 위해 세라믹 공예 분야에서 쓰일 수 있는 소재의 개발이 필요하게 되었다. 세라믹은 진흙 덩어리 형태로 주로 쓰이므로 압력을 가해 물리적인 압출을 하여 filament 형태로 뽑아 낼 수 있지만 그러한 가공 방법을 쓸 경우 직경이 일정치 않고 적층되는 두께가 너무 두꺼워지는 단점이 있다. 따라서 노즐부위의 가열을 통해 재료를 100 마이크론 이하의 적층 두께를 가진 제품을 출력할 수 있는 소재의 가공 방법이 필요하게 되었다.
기존에 쓰이던 필라멘트 가열 방식을 그대로 적용하여 세라믹 소재의 물질을 출력하기 위해서는 세라믹 분말을 필라멘트 형태로 가공하여야 한다. 기본적으로 세라믹은 융점이 매우 높고 내열성이 좋아서 순수 세라믹을 가열하여 필라멘트 형태로 압출하는 것은 매우 어려우므로 기존에 쓰이던 PLA 와 물리적으로 혼합하여 융점을 낮추고 가공성을 용이하게 하는 방안을 선택하였다.
세라믹 파우더를 PLA 원재료를 녹인 상태에 더해줌으로써 필라멘트 표면의 질감이 회갈색 세라믹의 색상으로 표현되고 출력물을 뽑았을 때 표면상으로 세라믹 재질의 출력물을 제조한 느낌을 준다. 실제 세라믹 형태 및 양의 필라멘트로 제조 할 시 가공 상의 어려움과 재료비 면에서 상용성이 매우 떨어지나 PLA resin과 세라믹 파우더를 혼합하여 사용 시 가공 방법을 바꾸지 않고 출력물을 얻을 수 있고 순수한 세라믹 필라멘트 사용에 비해 비용도 절감되는 효과가 있다.
재료의 혼합을 위해 세라믹 가루과 피엘에이 용액을 일정한 비율로 섞어 필라멘트 형태로의 가공성을 테스트 한 후 출력 가능여부를 확인한다.

Claims (2)

  1. 3D printer의 재료인 필라멘트 소재의 확장을 통해 세라믹 재질의 출력물을 인쇄 가능하도록 할 필요가 있으나 실제 세라믹은 융점이 높고 가공성이 낮아 필라멘트 형태로 가공하기가 어려울 뿐 아니라 내열성이 매우 강해 직접 압출되게 하기 어려우므로 세라믹 파우더를 PLA 와 섞은 필라멘트를 가공하여 세라믹 느낌의 표면을 가진 출력물을 얻는 방안
  2. 제 1항에 있어서, 세라믹 표면 재질의 구현 및 색상의 조절은 섞어주는 질량을 기준으로 세라믹 파우더의 양과 PLA 양의 비율에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104494148A (zh) * 2014-11-19 2015-04-08 吉林大学 一种快速成型领域多材料的表达与转换方法
CN105331064A (zh) * 2015-11-05 2016-02-17 张晓军 一种多彩fdm 3d打印材料及其制备方法
KR20180039812A (ko) * 2016-10-10 2018-04-19 서혜진 금속 3d프린팅 필라멘트
KR20180101094A (ko) 2017-03-03 2018-09-12 이이엘씨이이주식회사 고분자 복합 재료를 활용한 3d 입체물 및 이의 제조 로봇 시스템
KR20180126186A (ko) 2017-05-17 2018-11-27 신안산대학교 산학협력단 변형 방지 노즐 구조를 구비한 3d 프린터
KR20190017462A (ko) 2017-08-11 2019-02-20 이이엘씨이이주식회사 고분자 복합 재료를 활용한 3d 입체물의 제조 로봇 시스템
KR20190054694A (ko) 2017-11-14 2019-05-22 이이엘씨이이주식회사 헤드 유닛
KR20190088105A (ko) 2018-01-02 2019-07-26 이이엘씨이이주식회사 3d 입체물 제조 로봇 시스템
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