KR20160121771A - 3d 프린팅용 금속 소재, 그 제조 방법, 및 그를 이용한 3d 프린팅 방법 - Google Patents
3d 프린팅용 금속 소재, 그 제조 방법, 및 그를 이용한 3d 프린팅 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160121771A KR20160121771A KR1020150188759A KR20150188759A KR20160121771A KR 20160121771 A KR20160121771 A KR 20160121771A KR 1020150188759 A KR1020150188759 A KR 1020150188759A KR 20150188759 A KR20150188759 A KR 20150188759A KR 20160121771 A KR20160121771 A KR 20160121771A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tin
- weight
- alloy
- indium
- silver
- Prior art date
Links
- 239000007769 metal material Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 70
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 135
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 135
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 82
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 82
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 55
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 241
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 141
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 132
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 74
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 69
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 69
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 64
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 60
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 55
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 36
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 36
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 33
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 17
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 7
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 4
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 4
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 4
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 3
- 229910001152 Bi alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Ag].[Sn] Chemical compound [Cu].[Ag].[Sn] PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PSMFTUMUGZHOOU-UHFFFAOYSA-N [In].[Sn].[Bi] Chemical compound [In].[Sn].[Bi] PSMFTUMUGZHOOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PICOUKGVAGTEEW-UHFFFAOYSA-N [In][Ag][Sn] Chemical compound [In][Ag][Sn] PICOUKGVAGTEEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N antimony tin Chemical compound [Sn].[Sb] GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- YZASAXHKAQYPEH-UHFFFAOYSA-N indium silver Chemical compound [Ag].[In] YZASAXHKAQYPEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N lead tin Chemical compound [Sn].[Pb] LQBJWKCYZGMFEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N tin zinc Chemical compound [Zn].[Sn] GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000969 tin-silver-copper Inorganic materials 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001245 Sb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- SPAHBIMNXMGCMI-UHFFFAOYSA-N [Ga].[In] Chemical compound [Ga].[In] SPAHBIMNXMGCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OLXNZDBHNLWCNK-UHFFFAOYSA-N [Pb].[Sn].[Ag] Chemical compound [Pb].[Sn].[Ag] OLXNZDBHNLWCNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NNECNOOMFZAJEP-UHFFFAOYSA-N [Sn].[Sn].[Pb] Chemical compound [Sn].[Sn].[Pb] NNECNOOMFZAJEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002140 antimony alloy Substances 0.000 description 1
- JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N bismuth tin Chemical compound [Sn].[Bi] JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B22F1/0003—
-
- B22F1/0018—
-
- B22F1/02—
-
- B22F1/025—
-
- B22F3/1055—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
-
- B29C67/0088—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- B22F2003/1057—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
3D 프린팅용 금속 소재는 공융 금속(eutectic metal)을 포함하는 얼로이(alloy), 및 금속 입자를 포함하며, 얼로이의 융점은 100 ℃ 내지 300 ℃이며, 금속 입자의 융점은 300 ℃ 초과이다.
Description
본 발명은 3D 프린팅 소재에 관한 것으로, 구체적으로는 3D 프린팅용 금속 소재에 관한 것이다.
최근에 많이 개발되고 있는 3D 프린팅 방법은 3D 프린터를 이용하여 3D로 디자인 된 정보를 입력 받아 입체적인 형태로 출력하는 것으로 3D 프린터는 디지털로 된 도면을 이용해 비교적 간편하게 입체적인 물건을 만들어 낼 수 있다. 3D 인쇄를 위한 3D 도면을 작성할 수 있는 3D 캐드(CAD)와 같은 프로그램을 통해 3D 도면을 그린다. 처음부터 모형을 창작하기도 하지만 템플릿을 이용해 기본 형태를 수정하여 만들기도 한다. 일부 3D 프린팅 서비스 기업에서는 일반인들도 쉽게 3D 도면을 만들 수 있는 도구를 온라인 상에서 제공한다. 또한 도면을 그리지 않고, 3D 스캐너만을 이용하거나 사진을 찍어서 기계적인 방법으로 3D 도면을 만들어내기도 한다.
이미 산업계에서는 3D 프린터를 제조 과정에서 일부 활용하고 있으며, 최근에는 3D 프린팅의 맞춤형 다품종 소량 생산 과정을 적용하여 액세서리 등의 목업 상품의 새로운 시장에 대한 기대 및 요구가 커지는 중이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 3D 프린팅용 플라스틱 소재와 함께 용융 적층될 수 있는 3D 프린팅용 금속 소재를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 금속 소재의 용융시 금속 소재의 용융점의 변화가 적은 3D 프린팅용 금속 소재를 제공하는 것에 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재는 공융 금속(eutectic metal)을 포함하는 얼로이(alloy); 및 금속 입자를 포함하며, 상기 얼로이의 융점은 100 ℃ 내지 300 ℃이며, 상기 금속 입자의 융점은 300 ℃ 초과일 수 있다.
일 예에서, 상기 공융 금속은 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이, 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이, 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이, 인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이, 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이, 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이, 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이, 및 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이 중 어느 하나일 수 있다.
일 예에서, 상기 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이는 주석을 95.6 중량%, 은을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유하고, 상기 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이는 납을 38.1 중량%, 주석을 51.9 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 인듐을 97 중량%, 은을 3 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 52 중량%, 주석을 48 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이는 주석을 91 중량%, 아연을 9 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이는 주석을 95 중량%, 안티모니는 5 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 주석을 77.2 중량%, 인듐을 20 중량%, 은을 2.8 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이는 주석을 62.5 중량%, 납을 36.1 중량%, 은을 1.4 중량% 함유하고, 그리고 상기 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 51 중량%, 비스무스를 32.5 중량%, 주석을 16.5 중량% 함유할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터일 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 및 백금(Pb) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하되, 상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 쉘(shell)은 상기 금속 입자에 포함되는 물질보다 상기 얼로이의 용융점을 적게 변화시키는 물질을 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 쉘(shell)의 물질은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 카본(C), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 3D 프린팅용 금속 소재는 파우더(powder), 과립(granular), 또는 필라멘트(filament) 형상을 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법은 공융 금속(eutectic metal) 시료들을 제1 열처리하여 제1 액체 얼로이(alloy)를 형성하는 것; 상기 제1 액체 얼로이를 제1 냉각하여 고체 얼로이를 형성하는 것; 상기 고체 얼로이를 제2 열처리하여 제2 액체 얼로이를 형성하는 것; 상기 제2 액체 얼로이에 금속 입자를 혼합하여 얼로이-입자 혼합물을 형성하는 것; 및 상기 얼로이-입자 혼합물을 제2 냉각하여 3D(dimension) 프린팅용 소재를 형성하는 것을 포함하며, 상기 제1 열처리 온도는 상기 공융 금속 시료들의 공융점보다 높고, 상기 제2 열처리의 온도는 100 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다.
일 예에서, 고체 얼로이는 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이, 주석(Sn)은(Ag)-구리(Cu) 얼로이, 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이, 인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이, 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이, 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이, 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이, 및 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이 중 어느 하나 3D 프린팅용 금속 소재일 수 있다.
일 예에서, 상기 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이는 주석을 95.6 중량%, 은을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유하고, 상기 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이는 납을 38.1 중량%, 주석을 51.9 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 인듐을 97 중량%, 은을 3 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 52 중량%, 주석을 48 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이는 주석을 91 중량%, 아연을 9 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이는 주석을 95 중량%, 안티모니는 5 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 주석을 77.2 중량%, 인듐을 20 중량%, 은을 2.8 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이는 주석을 62.5 중량%, 납을 36.1 중량%, 은을 1.4 중량% 함유하고, 그리고 상기 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 51 중량%, 비스무스를 32.5 중량%, 주석을 16.5 중량% 함유할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자는 상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하되, 상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 제1 열처리는 진공 분위기, 포밍(forming) 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 수행될 수 있다.
일 예에서, 상기 제1 냉각은 1분당 50 ℃ 내지 200 ℃의 온도 하강률을 가지는 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법은 금속 소재를 100 ℃ 내지 300 ℃에서 용융시키는 것; 및 상기 용융된 금속 소재를 적층하는 것을 포함하되, 상기 금속 소재는 공융 금속(eutectic metal)을 포함하는 얼로이(alloy)와 금속 입자의 혼합물이며, 상기 얼로이의 융점은 100 ℃ 내지 300 ℃이며, 상기 금속 입자의 융점은 300 ℃ 초과인 금속 소재를 이용할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 소재를 용융시키는 공정은 진공 분위기, 포밍 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 수행될 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터일 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하며, 상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 쉘(shell)은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 카본(C), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예에서, 플라스틱 소재를 용융하여 적층하는 것을 더 포함하되, 상기 금속 소재와 상기 플라스틱 소재는 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용되어, 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 및 백금(Pb) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하며, 상기 얼로이가 상기 쉘의 물질을 제1 중량% 더 함유하는 상태의 용융점이 상기 얼로이가 상기 금속 입자의 물질을 제1 중량% 더 함유하는 상태의 용융점보다 낮을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 용융점이 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃인 3D 프린팅용 금속 소재가 제공될 수 있다. 이에 따라, 금속 소재는 플라스틱 소재와 함께 용융 적층될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코어쉘 구조를 가지는 금속 입자와 공융 금속이 혼합된 3D 프린팅용 금속 소재가 제공될 수 있다. 이에 따라, 금속 소재는 도전성을 가질 수 있고, 금속 입자가 첨가되어도 용융점의 변화가 적을 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코어쉘 입자 설명하기 위한 확대도로서, 도 1의 A 부분에 따른다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재를 이용하는 프린터를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 구리(Cu)를 함유하는 얼로이 및 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 은(Ag)을 함유하는 얼로이의 상 다이어그램(phase diagram)들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코어쉘 입자 설명하기 위한 확대도로서, 도 1의 A 부분에 따른다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재를 이용하는 프린터를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 구리(Cu)를 함유하는 얼로이 및 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 은(Ag)을 함유하는 얼로이의 상 다이어그램(phase diagram)들이다.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 사시도, 확대도, 및/또는 순서도 등을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코어쉘 입자 설명하기 위한 확대도로서, 도 1의 A 부분에 따른다. 필라멘트(filament)형 3D 프린팅용 금속 소재만 도시되었지만, 금속 소재의 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3D 프린팅용 금속 소재는 파우더(powder)나 과립(granular) 형일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 필라멘트형 3D 프린팅용 금속 소재(10)(이하, 금속 필라멘트)가 제공될 수 있다. 금속 필라멘트(10)는 후술되는 3D 프린터의 노즐에서 용융되어 프린팅에 사용될 수 있다. 상기 프린팅 방식은 용융 적층 방식, FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, ME(material extrusion)법, MJ(material jetting)법, SLS(selective laser sintering)법, 고에너지 직접조사 방식(direct energy deposition, DED), 분말적층용융 방식(power bed fusion, PBF) 및 hot-melt 방식 등으로 지칭될 수 있다. 금속 필라멘트(10)는 얼로이(alloy)(12)와 금속 입자(metal particle)(16)를 포함할 수 있다.
얼로이(12)는 공융 금속(eutectic metal)(또는 공융 합금(eutectic alloy))을 포함할 수 있다. 공융 금속은 일정한 녹는점을 가질 수 있다. 고체 상태의 공융 금속의 조성은 용융된 공융 금속의 조성과 동일할 수 있다. 얼로이(12)의 융점은 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn)과 비스무스(Bi)를 함유할 수 있다. 주석과 비스무스의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 얼로이(12)는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-비스무스 얼로이의 융점은 약 144 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn), 은(Ag), 및 구리(Cu)를 함유할 수 있다. 주석, 은, 및 구리의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 주석-은-구리 얼로이는 주석을 95.6 중량%, 은을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-은-구리 얼로이의 융점은 약 220 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 인듐(In)과 은(Ag)을 함유할 수 있다. 인듐과 은의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 인듐-은 얼로이는 인듐을 97 중량%, 은을 3 중량% 함유할 수 있다. 이때, 인듐-은 얼로이의 융점은 약 146 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 납(Pb)과 주석(Sn)을 함유할 수 있다. 납과 주석의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 납-주석 얼로이는 납을 38.1 중량%, 주석은 51.9 중량% 함유할 수 있다. 이때, 납-주석 얼로이의 융점은 약 183 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 인듐(In)과 주석(Sn)을 함유할 수 있다. 인듐과 주석의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 인듐-주석 얼로이는 인듐을 52 중량%, 주석을 48 중량% 함유할 수 있다. 이때, 인듐-주석 얼로이의 융점은 약 118 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn)과 아연(Zn)을 함유할 수 있다. 주석과 아연의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 주석-아연 얼로이는 주석을 91 중량%, 아연을 9 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-아연 얼로이의 융점은 약 199 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn)과 안티모니(Sb)를 함유할 수 있다. 주석과 안티모니의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 주석-안티모니 얼로이는 주석을 95 중량%, 안티모니를 5 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-안티모니 얼로이의 융점은 약 235 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn), 인듐(In), 및 은(Ag)을 함유할 수 있다. 주석, 인듐, 및 은의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 주석-인듐-은 얼로이는 주석을 77.2 중량%, 인듐을 20 중량%, 은을 2.8 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-인듐-은 얼로이의 융점은 약 175 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)을 함유할 수 있다. 주석, 납, 및 은의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 주석-납-은 얼로이는 주석을 62.5 중량%, 납을 36.1 중량%, 은을 1.4 중량% 함유할 수 있다. 이때, 주석-납-은 얼로이의 융점은 약 179 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 인듐(In), 비스무스(Bi), 및 주석(Sn)을 함유할 수 있다. 인듐, 비스무스, 및 주석의 질량비가 조절되어, 얼로이(12)는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 인듐-비스무스-주석 얼로이는 인듐을 51 중량%, 비스무스를 32.5 중량%, 주석을 16.5 중량% 함유할 수 있다. 이때, 인듐-비스무스-주석 얼로이의 융점은 약 60 ℃일 수 있다.
일 예에서, 얼로이(12)는 상온 부근의 융점을 갖는 갈륨(Ga)-인듐(In)-주석(Sn) 계, 갈륨(Ga)-인듐(In)계 공융 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 갈륨-인듐-주석 계 공융 금속 또는 갈륨-인듐 계 공융 금속을 포함하는 얼로이(12)의 용융점은 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다.
금속 필라멘트(10) 내에 금속 입자(16)가 제공될 수 있다. 일 예에서, 금속 입자(16)는 금속 입자는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 및 백금(Pb) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속 입자(16)의 용융점은 얼로이(12)의 용융점보다 높을 수 있다. 일 예에서, 금속 입자(16)의 용융점은 300 ℃보다 높을 수 있다. 예를 들어, 구리(Cu) 입자의 용융점은 1084.9 ℃이고, 알루미늄(Al) 입자의 용융점은 660.3 ℃일 수 있다.
일 실시예에서, 금속 입자(16)의 표면에 쉘(14)이 제공될 수 있다. 쉘(14)은 금속 입자(16)의 표면에 코팅될 수 있다. 금속 입자(16)와 쉘(14)은 코어-쉘(core-shell) 구조를 형성할 수 있다. 코어-쉘 구조는 중심에 코어가 있고, 코어를 쉘이 감싸는 구조이다. 이때, 금속 입자(16)는 코어일 수 있다. 금속 입자(16)는 마이크로 입자 또는 나노 입자를 포함할 수 있다. 즉, 금속 입자(16)의 크기는 수 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(μm)일 수 있다.
쉘(14)은 단일 쉘 또는 복수 쉘을 포함할 수 있다. 복수 쉘은 서로 다른 물질을 포함하는 쉘들일 수 있다. 쉘(14)에 포함되는 물질은 금속 입자(16)에 포함되는 물질보다 얼로이(12)의 용융점을 덜 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 주석(Sn)-비스무스(Bi)-은(Ag) 얼로이에 동일 질량의 구리(Cu) 또는 은(Ag)이 용융된 경우, 주석-비스무스-은 얼로이의 용융점은 은이 용융된 상태에서 덜 상승될 수 있다. 일 예에서, 코어는 구리(Cu)이고, 쉘은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 카본(C), 탄소나노튜브(CNT), C60, 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나일 수 있다. 일 예에서, 코어는 알루미늄(Al) 입자이고, 쉘은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 카본(C), 탄소나노튜브(CNT), C60, 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 3D 프린터의 노즐은 금속 입자(16)의 용융점과 얼로이(12)의 용융점 사이의 온도로 금속 필라멘트(10)를 용융하여, 노즐 외부로 토출할 수 있다. 예를 들어, 3D 프린터의 노즐은 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃로 금속 필라멘트(10)를 용융하여 토출할 수 있다. 이때, 용융된 금속 필라멘트(10)는 금속 입자(16)를 포함할 수 있다. 토출된 금속 필라멘트(10)는 냉각되어, 경화될 수 있다. 다른 금속 필라멘트(10)가 용융되어, 상기 경화된 금속 필라멘트(10) 상에 토출될 수 있다. 상기 과정이 반복되어 금속 소재를 이용한 3차원 구조체가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5 및 도 6은 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 구리(Cu)를 함유하는 얼로이 및 주석(Sn), 비스무스(Bi), 및 은(Ag)을 함유하는 얼로이의 상 다이어그램(phase diagram)들이다. 설명의 간결함을 위하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 것은 설명이 생략될 수 있다.
도 3을 참조하면, 챔버 내에 주석(Sn) 및 비스무스(Bi) 시료가 제공될 수 있다.(S110) 일 예에서, 주석 및 비스무스 시료는 파우더(powder)나 과립(granular) 형태로 챔버 내에 제공될 수 있다. 일 예에서, 챔버의 내부는 진공분위기일 수 있다. 일 예에서, 챔버의 내부는 포밍(forming) 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기일 수 있다. 예를 들어, 포밍 가스는 아르곤과 수소의 혼합 가스 및/또는 질소와 수소의 혼합 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 아르곤 가스 및/또는 질소 가스를 포함할 수 있다. 주석(Sn) 및 비스무스(Bi) 시료는 진공 분위기, 포밍 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 산화되지 않거나, 최소화될 수 있다.
주석(Sn) 시료 및 비스무스(Bi) 시료를 제1 열처리하여, 제1 액체 얼로이가 형성될 수 있다.(S120) 일 예에서, 주석 시료 및 비스무스 시료는 진공 분위기, 포밍 가스 분위기, 또는 불활성 가스 분위기에서 제1 열처리될 수 있다. 주석 시료 및 비스무스 시료는 제1 열처리 공정을 통해 용융될 수 있다. 제1 열처리 공정은 챔버 내부의 온도를 상승시켜, 제1 열처리 온도에 이르게 한 후, 일정 시간동안 유지하는 것일 수 있다. 일 예에서, 챔버 내부의 온도는 약 5 ℃/min 내지 약 50 ℃/min의 승온율로 상승하여, 제1 열처리 온도에 이를 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리 온도는 주석 및 비스무스의 공융점보다 높을 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 주석의 용융점 및 비스무스의 용융점보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 열처리 온도는 약 800 ℃ 내지 약 1200 ℃일 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리 공정은 약 30분 이상 수행될 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리 공정은 아르곤 가스, 질소 가스, 아르곤과 수소(약 3 내지 약 5 %)의 혼합 가스, 및/또는 질소와 수소(약 3 내지 약 5 %)의 혼합 가스 분위기에서 수행될 수 있다.
제1 액체 얼로이를 제1 냉각하여, 고체 얼로이가 형성될 수 있다.(S130) 일 예에서, 제1 액체 얼로이는 자연 냉각 또는 급속 냉각(??칭(quenching) 냉각)될 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 얼로이는 온도 하강률이 1분당 약 50 ℃ 내지 약 200 ℃인 ??칭(quenching) 냉각을 통해 냉각될 수 있다. 이에 따라, 주석(Sn) 및 비스무스(Bi)를 함유하는 고체 얼로이가 형성될 수 있다. 고체 얼로이는 비정질(amorphous) 또는 결정 상태를 가질 수 있다. 고체 얼로이의 용융점은 약 300 ℃ 이하일 수 있다. 일 예에서, 고체 얼로이의 용융점은 약 130 ℃ 내지 약 230 ℃일 수 있다. 예를 들어, 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하는 고체 얼로이의 용융점은 약 144 ℃ 일 수 있다.
고체 얼로이를 제2 열처리하여, 제2 액체 얼로이가 형성될 수 있다.(S140) 제2 열처리는 약 300 ℃ 이하에서 수행될 수 있다. 일 예에서, 주석(Sn) 시료 및 비스무스(Bi)를 함유하는 고체 얼로이는 진공 분위기, 포밍 가스 분위기, 또는 불활성 가스 분위기에서 제2 열처리될 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기는 아르곤 가스 분위기 또는 질소 가스 분위기일 수 있고, 포밍 가스는 아르곤과 수소(약 3 % 내지 약 5 %)의 혼합 가스 또는 질소와 수소(약 3 % 내지 약 5 %)의 혼합 가스를 포함할 수 있다. 일 예에서, 제2 열처리 온도는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 예를 들어, 제2 열처리의 온도는 약 144 ℃ 내지 약 194 ℃일 수 있다. 제2 열처리 공정을 통해 고체 얼로이는 용융될 수 있다.
제2 액체 얼로이에 금속 입자를 혼합하여, 얼로이-입자 혼합물이 형성될 수 있다.(S150) 일 예에서, 금속 입자는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 및 백금(Pb) 입자 중 적어도 하나일 수 있다. 금속 입자는 쉘(shell)로 둘러싸일 수 있다. 일 예에서, 쉘은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al)(단, 금속 입자가 알루미늄(Al)인 경우는 제외), 카본(C), 탄소나노튜브(CNT), C60, 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 얼로이-입자 혼합물은 약 5 중량% 내지 약 90 중량%의 금속 입자를 포함할 수 있다. 금속 입자가 혼합되어, 3D 프린팅용 금속 소재의 전기 전도도가 커질 수 있다.
얼로이-입자 혼합물의 점성은 제2 액체 얼로이의 점성보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하는 제2 액체 얼로이의 점도는 약 10 cP일 수 있다. 이때, 제2 액체 얼로이는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하는 고체 얼로이를 150 ℃ 부근에서 녹인 것일 수 있다. 제2 액체 얼로이에 은(Ag)이 코팅된 구리(Cu) 입자를 20 중량% 혼합한 얼로이-입자 혼합물의 점도는 약 4000 cP일 수 있다. 예를 들어, 약 5 마이크로미터(μm)의 크기를 갖는 구리 입자는 수~수백 나노미터(nm) 두께의 은으로 코팅될 수 있다. 이때, 구리 입자의 형태는 플레이크(flake)형일 수 있다. 일 예에서, 얼로이-입자 혼합물과 제2 액체 얼로이는 실질적으로 동일한 온도에서 고체로 변할 수 있다. 즉, 고체 상태의 얼로이-입자 혼합물의 융점은 고체 얼로이의 융점과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 코어-쉘 구조의 효과가 설명될 수 있다. 일 예에서, 도 3을 참조하여 설명된 주석(Sn)-비스무스(Bi) 제2 액체 얼로이에 구리(Cu) 입자가 혼합될 수 있다. 제2 액체 얼로이는 주석(Sn)을 42.95 중량%, 비스무스(Bi)를 57.05 중량% 함유할 수 있다. 제2 액체 얼로이의 용융점은 약 144 ℃일 수 있다. 제2 열처리 공정에서 구리(Cu) 입자가 일부 용융될 수 있고, 그에 따라 주석(Sn)-비스무스(Bi)-구리(Cu) 얼로이가 형성될 수 있다. 구리(Cu)가 0.4 중량%인 경우, 주석(Sn)-비스무스(bi)-구리(Cu) 얼로이의 용융점은 약 300 ℃일 수 있다. 구리(Cu) 입자가 은(Ag) 쉘(shell)로 둘러싸일 수 있다. 구리(Cu) 대신 은(Ag)이 일부 용융될 수 있고, 그에 따라 주석(Sn)-비스무스(Bi)-은(Ag) 얼로이가 형성될 수 있다. 은(Ag)이 6.5 중량%인 경우, 주석(Sn)-비스무스(Bi)-은(Ag) 얼로이의 용융점이 약 300 ℃일 수 있다. 즉, 동일 질량의 구리(Cu)와 은(Ag)이 용융된 경우, 얼로이의 용융점은 은(Ag)이 용융된 상태에서 덜 상승될 수 있다.
얼로이-입자 혼합물을 제2 냉각한 후 가공하여, 3D 프린팅용 금속 소재가 형성될 수 있다.(S160) 일 예에서, 3D 프린팅용 금속 소재는 필라멘트 형태, 과립 형태, 또는 파우더 형태를 가질 수 있다. 3D 프린팅용 금속 소재는 약 300 ℃이하에서 용융될 수 있다. 일 예에서, 3D 프린팅용 금속 소재는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃에서 용융될 수 있다. 예를 들어, 3D 프린팅용 금속 소재는 약 144 ℃ 내지 약 194 ℃에서 용융될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재(예를 들어, PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene))와 함께 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용될 수 있다. 이때, 3D 프린팅 공정은 용융 적층 방식(FDM 방식 또는 hot-melt 방식)일 수 있다. 즉, 3D 프린팅용 금속 소재와 플라스틱 소재가 교대로 또는 동시에 용융 토출되어 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 3차원 구조체 상에 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재가 용융 적층될 수 있다. 이때, 3D 프린팅용 금속 소재가 갖는 열은 플라스틱 3차원 구조체를 녹일 정도로 높지 않을 수 있다. 따라서, 3D 프린팅용 금속 소재와 플라스틱 소재는 함께 용융 적층되어, 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 있다. 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재와 함께 3D 프린팅될 수 있으므로, 제품을 만드는 시간이 절감될 수 있다. 또한, 3D 프린팅된 금속을 2차 가공할 필요가 없으므로, 시간 및 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 3을 참조하여 설명된 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법의 주석(Sn) 및 비스무스(Bi) 시료는 인듐(In) 및 은(Ag) 시료로 대체될 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 인듐과 은의 공융 온도보다 높을 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 인듐(In)의 융점 및 은(Ag)의 융점보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 열처리의 온도는 인듐(In) 보다 높은 용융점을 가지는 은(Ag)의 용융점인 약 962 ℃ 이상일 수 있다. 제2 열처리의 온도는 약 300 ℃ 이하일 수 있다. 일 예에서, 제2 열처리의 온도는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃ 일 수 있다. 예를 들어, 고체 얼로이가 인듐(In)을 97 중량%, 은(Ag)을 3 중량% 함유하는 경우, 제2 열처리의 온도는 약 144 ℃내지 약 250 ℃일 수 있다. 이에 따라, 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃에서 용융 적층될 수 있는 3D 프린팅용 금속 소재가 제공될 수 있다. 본 발명의 개념에 따르면, 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재와 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용될 수 있다. 이때, 3D 프린팅 공정은 용융 적층 방식(FDM 방식, hot-melt 방식)일 수 있다.
일 예에서, 도 3을 참조하여 설명된 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법의 주석(Sn) 및 비스무스(Bi) 시료는 주석(Sn), 은(Ag), 및 구리(Cu) 시료로 대체될 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 주석, 은, 및 구리의 공융 온도보다 높을 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 주석(Sn)의 융점, 은(Ag)의 융점, 및 구리(Cu)의 융점보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 열처리의 온도는 주석(Sn) 및 은(Ag)보다 높은 용융점을 가지는 구리(Cu)의 용융점인 약 1084.6 ℃ 이상일 수 있다. 제2 열처리의 온도는 약 300 ℃ 이하일 수 있다. 일 예에서, 제2 열처리의 온도는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 예를 들어, 고체 얼로이가 주석(Sn)을 95.6 중량%, 은(Ag)을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유한 경우, 제2 열처리의 온도는 약 220 ℃ 내지 약 270 ℃일 수 있다. 이에 따라, 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃에서 용융 적층될 수 있는 3D 프린팅용 금속 소재가 제공될 수 있다. 본 발명의 개념에 따르면, 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재와 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용될 수 있다. 이때, 3D 프린팅 공정은 용융 적층 방식(FDM 방식, hot-melt 방식)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 3을 참조하여 설명된 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법의 주석(Sn) 및 비스무스(Bi) 시료는 납(Pb) 및 주석(Sn) 시료로 대체될 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 납 및 주석의 공융 온도보다 높을 수 있다. 일 예에서, 제1 열처리의 온도는 납(Pb)의 융점 및 주석(Sn)의 융점보다 높을 수 있다. 이에 따라, 제1 열처리의 온도는 주석(Sn)보다 높은 용융점을 가지는 납(Pb)의 용융점인 약 327.5 ℃이상일 수 있다. 제2 열처리의 온도는 약 300 ℃이하일 수 있다. 일 예에서, 제2 열처리 온도는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 예를 들어, 고체 얼로이는 납(Pb)을 38.1 중량%, 주석(Sn)을 51.9 중량% 함유하는 경우, 제2 열처리의 온도는 약 183 ℃ 내지 약 233 ℃일 수 있다. 이에 따라, 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃에서 용융 적층될 수 있는 3D 프린팅용 금속 소재가 제공될 수 있다. 본 발명의 개념에 따르면, 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재와 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용될 수 있다. 이때, 3D 프린팅 공정은 용융 적층 방식(FDM 방식, hot-melt 방식)일 수 있다.
이하에서, 필라멘트 형태를 가지는 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재의 프린팅 방법에 대해, 3D 프린터의 구조와 함께 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅용 금속 소재를 이용하는 프린터를 나타내는 도면이다. 3D 프린팅용 금속 소재가 필라멘트인 경우가 도시되지만, 이는 예시적인 것이다. 다른 예에서, 3D 프린팅용 금속 소재는 파우더 형태를 가질 수 있다. 설명의 간결함을 위하여, 상기 도 1 내지 도 3, 도 5, 및 도 6을 참조하여 설명된 내용과 실질적으로 동일한 것은 설명되지 않는다.
도 4를 참조하면, 지지 기판(100)이 제공될 수 있다. 지지 기판(100)은 금속 소재가 적층되는 영역을 제공할 수 있다. 금속 소재는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 3D 프린팅용 금속 소재와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명의 금속 소재는 용융 적층법(FDM법, hot-melt법)을 통해 적층될 수 있다. 지지 기판(100)은 지지 기판(100)의 상면에 평행한 방향으로 이동할 수 있다. 지지 기판(100)의 이동은 제어부(500)에 의해 조절될 수 있다. 지지 기판(100) 상에 서셉터(suseptor)(또는 히팅/쿨링 플레이트(heating/cooling plate))(110)가 제공될 수 있다. 서셉터(110)는 금속 소재가 적층되는 영역을 제공할 수 있다.
서셉터(110)의 상면으로부터 이격되어 금속 소재 토출 노즐(210), 플라스틱 소재 토출 노즐(310), 및 가열부(220)가 제공될 수 있다. 노즐들(210, 310)은 가열부(220)의 하부에서 서셉터(110)의 상면을 향하여 돌출될 수 있다. 일 예에서, 노즐들(210, 310) 및 가열부(220)는 비금속 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 노즐들(210, 310) 및 가열부(220)는 세라믹, 테프론, 유리, 쿼츠(quartz), 아노다이징된 표면을 가지는 알루미늄을 포함할 수 있다. 금속 소재 토출 노즐(210)은 서셉터(110)의 상면에 본 발명의 금속 소재를 토출할 수 있다. 플라스틱 소재 토출 노즐(310)은 서셉터(110)의 상면에 플라스틱 소재를 토출할 수 있다. 노즐들(210, 310) 및 가열부(220)는 지지 기판(100)의 상면에 평행한 방향 및 지지 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로 함께 움직일 수 있다. 노즐들(210, 310) 및 가열부(220)의 이동은 제어부(500)에 의해 조절될 수 있다.
가열부(220)는 금속 소재 필라멘트(230) 및 플라스틱 소재(예를 들어, PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)) 필라멘트(320)를 가열할 수 있다. 일 예에서, 가열부(220)는 필라멘트들(230, 320)을 동일한 온도로 가열할 수 있다. 다른 예에서, 가열부(220)는 필라멘트들(230, 320)을 서로 다른 온도로 가열할 수 있다. 가열부(220)를 통해 필라멘트들(230, 320)은 용융될 수 있다. 가열부(220)의 온도는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 일 예에서, 금속 소재 필라멘트(230)는 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이를 포함할 수 있다. 이때, 가열부(220)의 온도는 약 144 ℃ 내지 약 300 ℃ 일 수 있다. 일 예에서, 금속 소재 필라멘트(230)는 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이를 포함할 수 있다. 이때, 가열부(220)의 온도는 약 220 ℃ 내지 약 300 ℃일 수 있다. 일 예에서, 금속 소재 필라멘트(230)는 인듐(In)-은(Ag) 얼로이를 포함할 수 있다. 이때, 가열부(220)의 온도는 약 144 ℃ 내지 약 250 ℃ 일 수 있다. 일 예에서, 금속 소재 필라멘트(230)는 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이를 포함할 수 있다. 이때, 가열부(220)의 온도는 약 183 ℃ 내지 약 300 ℃ 일 수 있다. 일 예에서, 노즐들(210, 310) 및/또는 가열부(220) 내부는 진공 분위기일 수 있다. 일 예에서, 노즐들(210, 310) 및/또는 가열부(220) 내부는 포밍 가스 분위기 및/또는 불활성 가스 분위기일 수 있다.
노즐들(210, 310)에 필라멘트들(230, 320)을 공급하는 공급부(400)가 제공될 수 있다. 공급부(400)는 혼합 금속 소재 공급부(410) 및 플라스틱 소재 공급부(420)를 포함할 수 있다. 공급부(400)는 혼합 금속 소재 공급부(410)와 플라스틱 소재 공급부(420)를 분류하기 위해 사용되었다. 공급부(400)는 혼합 금속 소재 공급부(410)와 플라스틱 소재 공급부(420)의 위치를 제한하지 않는다. 일 예에서, 혼합 금속 소재 공급부(410) 및 플라스틱 소재 공급부(420)는 필라멘트 롤(filament roll)일 수 있다. 필라멘트형 금속 소재 및 플라스틱 소재는 공급부들(410, 420)로부터 노즐들(210, 310)에 각각 제공될 수 있다. 필라멘트들(230, 320)은 가열부(220)를 통해 용융될 수 있다. 용융된 소재들은 노즐들(210, 310)을 통해 서셉터(110)의 상면에 토출된 후, 경화될 수 있다.
일반적으로, 금속의 융점과 플라스틱의 융점의 차이가 커서, 단일한 용융 적층 공정을 통해 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 없다. 예를 들어, 플라스틱 구조체 상에 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 소재를 용융하여 적층할 경우, 플라스틱 구조체는 구리 또는 알루미늄의 열로 인해 변형될 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 금속 소재 필라멘트(230)는 플라스틱 소재 필라멘트(320)와 함께 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용될 수 있다. 이때, 3D 프린팅 공정은 용융 적층 방식(FDM 방식 또는 hot-melt 방식)일 수 있다. 즉, 금속 소재 필라멘트(230)와 플라스틱 소재 필라멘트(320)가 교대로 또는 동시에 용융 토출되어 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 3차원 구조체 상에 본 발명의 금속 소재 필라멘트(230)가 용융 적층될 수 있다. 이때, 금속 소재가 갖는 열은 플라스틱 3차원 구조체를 녹일 정도로 높지 않을 수 있다. 따라서, 3D 프린팅용 금속 소재와 플라스틱 소재는 함께 용융 적층되어, 하나의 3차원 구조체를 형성할 수 있다. 본 발명의 3D 프린팅용 금속 소재는 플라스틱 소재와 함께 3D 프린팅될 수 있으므로, 제품을 만드는 시간이 절감될 수 있다. 또한, 3D 프린팅된 금속을 2차 가공할 필요가 없으므로, 시간 및 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10 : 3D 프린팅용 금속 소재
12 : 얼로이
14 : 쉘 16 : 금속 입자
100 : 지지 기판 110 : 서셉터
210 : 금속 소재 토출 노즐 220 : 가열부
230 : 금속 소재 필라멘트 310 : 플라스틱 소재 토출 노즐
320 : 플라스틱 소재 필라멘트 400 : 공급부
410 : 혼합 금속 소재 공급부 420 : 플라스틱 소재 공급부
500 : 제어부
14 : 쉘 16 : 금속 입자
100 : 지지 기판 110 : 서셉터
210 : 금속 소재 토출 노즐 220 : 가열부
230 : 금속 소재 필라멘트 310 : 플라스틱 소재 토출 노즐
320 : 플라스틱 소재 필라멘트 400 : 공급부
410 : 혼합 금속 소재 공급부 420 : 플라스틱 소재 공급부
500 : 제어부
Claims (20)
- 공융 금속(eutectic metal)을 포함하는 얼로이(alloy); 및
금속 입자를 포함하며,
상기 얼로이의 융점은 100 ℃ 내지 300 ℃이며,
상기 금속 입자의 융점은 300 ℃ 초과인 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 공융 금속은 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이, 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이, 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이, 인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이, 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이, 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이, 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이, 및 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이 중 어느 하나인 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 2 항에 있어서,
상기 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이는 주석을 95.6 중량%, 은을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유하고, 상기 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이는 납을 38.1 중량%, 주석을 51.9 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 인듐을 97 중량%, 은을 3 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 52 중량%, 주석을 48 중량%함유하고, 상기 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이는 주석을 91 중량%, 아연을 9 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이는 주석을 95 중량%, 안티모니는 5 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 주석을 77.2 중량%, 인듐을 20 중량%, 은을 2.8 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이는 주석을 62.5 중량%, 납을 36.1 중량%, 은을 1.4 중량% 함유하고, 그리고 상기 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 51 중량%, 비스무스를 32.5 중량%, 주석을 16.5 중량% 함유하는 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터인 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 및 백금(Pb) 중 어느 하나를 포함하는 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하되,
상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함하는 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 6 항에 있어서,
상기 쉘(shell)은 상기 금속 입자에 포함되는 물질보다 상기 얼로이의 용융점을 적게 변화시키는 물질을 포함하는 3D 프린팅용 금속 소재. - 제 6 항에 있어서,
상기 쉘(shell)의 물질은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 카본(C), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나를 포함하는 3D 프린팅용 금속 소재. - 공융 금속(eutectic metal) 시료들을 제1 열처리하여 제1 액체 얼로이(alloy)를 형성하는 것;
상기 제1 액체 얼로이를 제1 냉각하여 고체 얼로이를 형성하는 것;
상기 고체 얼로이를 제2 열처리하여 제2 액체 얼로이를 형성하는 것;
상기 제2 액체 얼로이에 금속 입자를 혼합하여 얼로이-입자 혼합물을 형성하는 것; 및
상기 얼로이-입자 혼합물을 제2 냉각하여 3D(dimension) 프린팅용 소재를 형성하는 것을 포함하며,
상기 제1 열처리 온도는 상기 공융 금속 시료들의 공융점보다 높고,
상기 제2 열처리의 온도는 100 ℃ 내지 300 ℃인 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
고체 얼로이는 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이, 주석(Sn)은(Ag)-구리(Cu) 얼로이, 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이, 인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이, 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이, 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이, 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이, 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이, 및 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이 중 어느 하나 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 주석(Sn)-비스무스(Bi) 얼로이는 주석을 42.95 중량%, 비스무스를 57.05 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 얼로이는 주석을 95.6 중량%, 은을 3.5 중량%, 구리를 0.9 중량% 함유하고, 상기 납(Pb)-주석(Sn) 얼로이는 납을 38.1 중량%, 주석을 51.9 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 인듐을 97 중량%, 은을 3 중량% 함유하고, 상기 인듐(In)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 52 중량%, 주석을 48 중량%함유하고, 상기 주석(Sn)-아연(Zn) 얼로이는 주석을 91 중량%, 아연을 9 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-안티모니(Sb) 얼로이는 주석을 95 중량%, 안티모니는 5 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-인듐(In)-은(Ag) 얼로이는 주석을 77.2 중량%, 인듐을 20 중량%, 은을 2.8 중량% 함유하고, 상기 주석(Sn)-납(Pb)-은(Ag) 얼로이는 주석을 62.5 중량%, 납을 36.1 중량%, 은을 1.4 중량% 함유하고, 그리고 상기 인듐(In)-비스무스(bi)-주석(Sn) 얼로이는 인듐을 51 중량%, 비스무스를 32.5 중량%, 주석을 16.5 중량% 함유하는 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 금속 입자는 상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하되,
상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함하는 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 열처리는 진공 분위기, 포밍(forming) 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 수행되는 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 냉각은 1분당 50 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 하강률을 가지는 3D 프린팅용 금속 소재의 제조 방법. - 금속 소재를 100 ℃ 내지 300 ℃에서 용융시키는 것; 및
상기 용융된 금속 소재를 적층하는 것을 포함하되,
상기 금속 소재는 공융 금속(eutectic metal)을 포함하는 얼로이(alloy)와
금속 입자의 혼합물이며,
상기 얼로이의 융점은 100 ℃ 내지 300 ℃이며,
상기 금속 입자의 융점은 300 ℃ 초과인 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 금속 소재를 용융시키는 공정은 진공 분위기, 포밍 가스 분위기, 불활성 가스 분위기, 또는 포밍 가스와 불활성 가스가 혼합된 가스 분위기에서 수행되는 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 금속 입자의 크기는 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터인 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 금속 입자의 표면에 코팅되는 쉘(shell)을 더 포함하며,
상기 쉘은 상기 금속 입자와 서로 다른 물질을 포함하는 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 쉘(shell)은 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 실리콘(Si), 텅스텐(W), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 카본(C), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법. - 제 15 항에 있어서,
플라스틱 소재를 용융하여 적층하는 것을 더 포함하되,
상기 금속 소재와 상기 플라스틱 소재는 단일한 3D 프린팅 공정에서 사용되어, 하나의 3차원 구조체를 형성하는 금속 소재를 이용하는 3D 프린팅 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/094,643 US10563292B2 (en) | 2015-04-09 | 2016-04-08 | Metal material for 3-dimensional printing, method for manufacturing the same, and method for 3-dimensional printing using the same |
| CN201610474316.3A CN106041086B (zh) | 2015-04-09 | 2016-04-11 | 用于三维打印的金属材料、其制法和用其的三维打印方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150050146 | 2015-04-09 | ||
| KR20150050146 | 2015-04-09 | ||
| KR1020150053268 | 2015-04-15 | ||
| KR20150053268 | 2015-04-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160121771A true KR20160121771A (ko) | 2016-10-20 |
| KR101873491B1 KR101873491B1 (ko) | 2018-08-03 |
Family
ID=57251237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150188759A KR101873491B1 (ko) | 2015-04-09 | 2015-12-29 | 3d 프린팅용 금속 소재, 그 제조 방법, 및 그를 이용하는 3d 프린터 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101873491B1 (ko) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108043A1 (ko) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 선문대학교 산학협력단 | 표면 처리된 적층 제조 물품의 제조방법 |
| KR20200087346A (ko) | 2018-12-31 | 2020-07-21 | 경북대학교 산학협력단 | 3d 프린팅 장치의 이종 재료 접합 구조 또는 결합 구조형 베이스 플레이트 및 그 제조방법 |
| CN111451501A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-28 | 季华实验室 | 一种基于共晶反应的激光增材制造钨零件的制备方法 |
| KR102321854B1 (ko) * | 2020-12-17 | 2021-11-04 | (주)아이작리서치 | 고강도 성형물을 위한3d 프린팅용 금속소재 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN114799065A (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-29 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种低熔点金属的3d复印方法 |
| KR102473151B1 (ko) * | 2021-07-08 | 2022-12-02 | 한국과학기술원 | 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말 |
| WO2023139022A1 (en) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | Signify Holding B.V. | A method for fused deposition modelling of a 3d item |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013168628A (ja) * | 2012-01-20 | 2013-08-29 | Kyocera Corp | 実装基板および半導体装置ならびに半導体装置の製造方法 |
| JP2014167915A (ja) * | 2009-04-02 | 2014-09-11 | Ormet Circuits Inc | 混合された合金フィラーを含む伝導性組成物 |
| CN203992400U (zh) * | 2014-08-05 | 2014-12-10 | 北京依米康科技发展有限公司 | 一种低熔点金属3d打印装置 |
-
2015
- 2015-12-29 KR KR1020150188759A patent/KR101873491B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014167915A (ja) * | 2009-04-02 | 2014-09-11 | Ormet Circuits Inc | 混合された合金フィラーを含む伝導性組成物 |
| JP2013168628A (ja) * | 2012-01-20 | 2013-08-29 | Kyocera Corp | 実装基板および半導体装置ならびに半導体装置の製造方法 |
| CN203992400U (zh) * | 2014-08-05 | 2014-12-10 | 北京依米康科技发展有限公司 | 一种低熔点金属3d打印装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019108043A1 (ko) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 선문대학교 산학협력단 | 표면 처리된 적층 제조 물품의 제조방법 |
| KR20200087346A (ko) | 2018-12-31 | 2020-07-21 | 경북대학교 산학협력단 | 3d 프린팅 장치의 이종 재료 접합 구조 또는 결합 구조형 베이스 플레이트 및 그 제조방법 |
| CN111451501A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-28 | 季华实验室 | 一种基于共晶反应的激光增材制造钨零件的制备方法 |
| CN111451501B (zh) * | 2020-04-03 | 2021-12-21 | 季华实验室 | 一种基于共晶反应的激光增材制造钨零件的制备方法 |
| KR102321854B1 (ko) * | 2020-12-17 | 2021-11-04 | (주)아이작리서치 | 고강도 성형물을 위한3d 프린팅용 금속소재 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법 |
| CN114799065A (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-29 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种低熔点金属的3d复印方法 |
| KR102473151B1 (ko) * | 2021-07-08 | 2022-12-02 | 한국과학기술원 | 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말 |
| WO2023139022A1 (en) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | Signify Holding B.V. | A method for fused deposition modelling of a 3d item |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101873491B1 (ko) | 2018-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101873491B1 (ko) | 3d 프린팅용 금속 소재, 그 제조 방법, 및 그를 이용하는 3d 프린터 | |
| US10563292B2 (en) | Metal material for 3-dimensional printing, method for manufacturing the same, and method for 3-dimensional printing using the same | |
| US10612112B2 (en) | Noble metal material for 3-dimensional printing, method for manufacturing the same, and method for 3-dimensional printing using the same | |
| TWI612156B (zh) | 球焊用貴金屬被覆銅線 | |
| TWI798480B (zh) | 利用積層製造製備金屬部件及其所用之含鎢重金屬合金粉末 | |
| CN104668807B (zh) | 一种低熔点钎料球形粉末的制造方法 | |
| US20180056435A1 (en) | Multi-scale manufacturing of carbon nanotube composites | |
| CN109843479B (zh) | 金属增材制造用金属粉以及使用该金属粉制作的成型物 | |
| JP2009540537A (ja) | 金属間マイクロフレーク粒子による高処理能力の半導体前駆体層印刷 | |
| CN107579053B (zh) | 多层预成型片材 | |
| JP2013033987A (ja) | 金属間ナノフレーク粒子による高処理能力の半導体前駆体層印刷 | |
| CN113070605B (zh) | 一种焊接材料及其制备方法和用途 | |
| CN107868880A (zh) | 银金属氧化物合金及其制备方法 | |
| TW201542038A (zh) | 製造核－殼型金屬奈米粒子之方法及裝置 | |
| US11377358B2 (en) | Method for producing porous carbon material | |
| KR101839876B1 (ko) | 3d 프린팅용 귀금속 소재, 그 제조 방법, 및 그 소재를 이용한 3d 프린팅 방법 | |
| JP6234577B2 (ja) | 熱電材料の堆積方法 | |
| CN103887421A (zh) | 热电材料及其制造方法 | |
| CN106694893B (zh) | 增材制造用工具钢粉末、工具钢及该工具钢的制备方法 | |
| US11351601B2 (en) | Copper alloy powder having excellent laser absorptivity | |
| JP2021098887A (ja) | 積層造形用金属粉末及び該金属粉末を用いて作製した積層造形物 | |
| Yang et al. | Metal-based composite nanomaterials | |
| CN108885948B (zh) | 制备基于银氧化锡或银氧化锌的触点材料的方法及触点材料 | |
| EP3425073A1 (en) | Method for producing carbon composite material, and carbon composite material | |
| JP2019025540A (ja) | 金属粒子および接合構造部 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |