KR20170079460A - 성형강도 향상기능을 갖는 fdm 방식의 3d 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법 - Google Patents

성형강도 향상기능을 갖는 fdm 방식의 3d 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출성형시 성형된 물체의 강도가 향상됨에 따라 내구성이 향상되는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

성형강도 향상기능을 갖는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법{Manufacturing method of filament for 3D printer and filament manufactured thereby}
본 발명은 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출성형시 성형된 물체의 강도가 향상됨에 따라 내구성이 향상되는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
21세기에 들어서면서 특정 물체를 3D로 모델링하여 3차원 도면화한 데이터를 이용하여 도면 데이터와 유사한 형태를 갖도록 3차원으로 성형 출력할 수 있는 3D 프린터의 사용이 점차 증가하고 있다.
상기의 3D 프린터는 과거에는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산가능한 제품의 성형 뿐만 아니라 의학 분야에서도 활용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있으며 향후 3D 프린터 시장은 급격하게 확대될 것으로 예상된다.
3D 프린터의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만들어가는 이른바 첨가형과, 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만들어가는 절삭형이 있다. 그리고 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 XYZ 세 방향으로 위치조절되는 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.
그러나, 종래에 사용되던 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지로만 이루어져, 기계적 물성이 취약하며, 응고시 성형물이 보다 견고하게 응고되지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1350993호(2014. 01. 07.) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0135567호(2015. 12. 03.)
따라서 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 압출성형시 성형된 물체의 강도가 향상됨에 따라 내구성이 향상되는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 것에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
3D 프린터용 필라멘트의 제조방법에 있어서,
PLA(PolyLactic Acid), ABS(Acrylonitile Poly-Butadiens Styrene), 폴리머 재생목재, PVA(PolyVinyl Alcohol), 규소수지(Silicone) 중 적어도 어느 하나의 주재료 100 중량부를 준비하는 주재료준비단계(S100)와;
선형의 천연섬유 또는 선형의 인조섬유 중 적어도 어느 하나 이상의 섬유 10 내지 40 중량부를 준비하는 부재료준비단계(S200)와;
상기 부재료준비단계(S200)에서 준비된 섬유를 분쇄하여 섬유분쇄물을 획득하는 섬유분쇄물획득단계(S300)와;
상기 주재료준비단계(S100)에서 준비된 주재료 100 중량부를 가열하여 용융시킴으로써 액화주재료를 획득하는 주재료용융단계(S400)와;
상기 섬유분쇄물획득단계(S300)에서 획득한 섬유분쇄물 10 내지 40 중량부를 상기 주재료용융단계(S400)에서 획득한 액화주재료 100 중량부에 투입하고, 고루 뒤섞어 혼합하여 혼합물을 획득하는 재료혼합단계(S500)와;
상기 재료혼합단계(S500)에서 획득한 혼합물을 압출하여 3D프린터용 필라멘트를 압출 제조하는 필라멘트압출제조단계(S600);를 포함하여 구성된다.
전술한 구성에 따른 본 발명은, 압출성형시 성형된 물체의 강도가 향상됨에 따라 내구성이 향상되는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 FDM 방식의 3D 프린터를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명 성형강도 향상기능을 갖는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트의 제조단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 제조단계를 통해 제조된 필라멘트의 제조예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트의 제조방법에 관한 것으로서, FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3D 프린터는 도 1에 도시된 바와 같이 열가소성 플라스틱을 노즐 안에서 녹여 적층하면서 물체를 성형하는 방식으로, 현재 가장 상용화되어 있는 방식이다.
도 2는 본 발명 성형강도 향상기능을 갖는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트의 제조단계를 나타내는 도면이며, 도 2를 참조하면 본 발명은, 크게 주재료준비단계(S100), 부재료준비단계(S200), 섬유분쇄물획득단계(S300), 주재료용융단계(S400), 재료혼합단계(S500), 필라멘트압출제조단계(S600)를 포함하여 구성된다.
더욱 상세하게는,
3D 프린터용 필라멘트의 제조방법에 있어서,
PLA(PolyLactic Acid), ABS(Acrylonitile Poly-Butadiens Styrene), 폴리머 재생목재, PVA(PolyVinyl Alcohol), 규소수지(Silicone) 중 적어도 어느 하나의 주재료 100 중량부를 준비하는 주재료준비단계(S100)와,
선형의 천연섬유 또는 선형의 인조섬유 중 적어도 어느 하나 이상의 섬유 10 내지 40 중량부를 준비하는 부재료준비단계(S200)와,
상기 부재료준비단계(S200)에서 준비된 섬유를 분쇄하여 섬유분쇄물을 획득하는 섬유분쇄물획득단계(S300)와,
상기 주재료준비단계(S100)에서 준비된 주재료 100 중량부를 가열하여 용융시킴으로써 액화주재료를 획득하는 주재료용융단계(S400)와,
상기 섬유분쇄물획득단계(S300)에서 획득한 섬유분쇄물 10 내지 40 중량부를 상기 주재료용융단계(S400)에서 획득한 액화주재료 100 중량부에 투입하고, 고루 뒤섞어 혼합하여 혼합물을 획득하는 재료혼합단계(S500)와,
상기 재료혼합단계(S500)에서 획득한 혼합물을 압출하여 3D프린터용 필라멘트를 압출 제조하는 필라멘트압출제조단계(S600)를 포함하여 구성된다.
상기 부재료준비단계(S200)에서, 천연섬유는 면화, 케이폭면, 코이어, 마닐라삼, 사이잘삼, 아마, 모시풀, 황마, 삼, 양모, 산양모, 낙타털, 캐시미어, 가잠견, 야잠견, 석면 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 제조된 섬유인 것이 바람직하고, 인조섬유는 금박사, 은박사, 유리섬유, 암석섬유, 광재섬유, 비스코스 레이온, 큐프라 레이온, 아세테이트, 트라이아세테이트, 나일론, 폴리에서터, 폴리우레탄, 폴리우레어, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐아코올, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리프로필렌 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 제조된 섬유인 것이 바람직하다.
상기 부재료준비단계(S200)에서, 천연섬유는 코코넛팜 섬유로 구성될 수도 있다.
상기 섬유분쇄물획득단계(S300)에서, 섬유분쇄물은 길이 5mm 이내인 것이 바람직하다.
도 3은 전술한 본 발명의 제조단계를 통해 제조된 필라멘트의 제조예를 나타내는 도면으로서, 필라멘트의 내부에 다수의 섬유분쇄물이 내포됨에 따라, 3D 프린터를 이용하여 필라멘트를 고온으로 용융 및 압출 성형하게 되면, 성형된 물체의 강도가 향상됨에 따라 내구성이 향상되는 효과를 갖게 된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 바를 바탕으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.
S100 : 주재료준비단계
S200 : 부재료준비단계
S300 : 섬유분쇄물획득단계
S400 : 주재료용융단계
S500 : 재료혼합단계
S600 : 필라멘트압출제조단계

Claims (2)

  1. 3D 프린터용 필라멘트의 제조방법에 있어서,
    PLA(PolyLactic Acid), ABS(Acrylonitile Poly-Butadiens Styrene), 폴리머 재생목재, PVA(PolyVinyl Alcohol), 규소수지(Silicone) 중 적어도 어느 하나의 주재료 100 중량부를 준비하는 주재료준비단계(S100)와;
    선형의 천연섬유 또는 선형의 인조섬유 중 적어도 어느 하나 이상의 섬유 10 내지 40 중량부를 준비하는 부재료준비단계(S200)와;
    상기 부재료준비단계(S200)에서 준비된 섬유를 분쇄하여 섬유분쇄물을 획득하는 섬유분쇄물획득단계(S300)와;
    상기 주재료준비단계(S100)에서 준비된 주재료 100 중량부를 가열하여 용융시킴으로써 액화주재료를 획득하는 주재료용융단계(S400)와;
    상기 섬유분쇄물획득단계(S300)에서 획득한 섬유분쇄물 10 내지 40 중량부를 상기 주재료용융단계(S400)에서 획득한 액화주재료 100 중량부에 투입하고, 고루 뒤섞어 혼합하여 혼합물을 획득하는 재료혼합단계(S500)와;
    상기 재료혼합단계(S500)에서 획득한 혼합물을 압출하여 3D프린터용 필라멘트를 압출 제조하는 필라멘트압출제조단계(S600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 성형강도 향상기능을 갖는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트의 제조방법.
  2. 제 1항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 성형강도 향상기능을 갖는 FDM 방식의 3D 프린터용 필라멘트.
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US20210060868A1 (en) * 2019-08-27 2021-03-04 Julie Rais Ellis Plastic fusion system

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