KR20210034157A - 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법 - Google Patents

3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210034157A
KR20210034157A KR1020190115453A KR20190115453A KR20210034157A KR 20210034157 A KR20210034157 A KR 20210034157A KR 1020190115453 A KR1020190115453 A KR 1020190115453A KR 20190115453 A KR20190115453 A KR 20190115453A KR 20210034157 A KR20210034157 A KR 20210034157A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copolymer
elastic resin
base structure
molded article
butadiene
Prior art date
Application number
KR1020190115453A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102234110B1 (ko
Inventor
김동건
김효준
박건욱
유재근
전성표
유원호
심재륜
Original Assignee
한국신발피혁연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국신발피혁연구원 filed Critical 한국신발피혁연구원
Priority to KR1020190115453A priority Critical patent/KR102234110B1/ko
Publication of KR20210034157A publication Critical patent/KR20210034157A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102234110B1 publication Critical patent/KR102234110B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295—Heating elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/10—Thermosetting resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/48—Wearing apparel
    • B29L2031/50—Footwear, e.g. shoes or parts thereof
    • 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
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하는 제1 단계; 및 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시키는 제2 단계;를 포함하는 성형체의 제조방법을 제공한다.

Description

3D 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING AN ARTICLE USING A 3 DIMENSIONAL PRINTING}
본 발명은 3D 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 3D 프린팅을 이용하여 열경화성 탄성 수지로 이루어진 성형체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
3D 프린터란 3차원 도면(데이터)을 바탕으로 실물의 입체 모양을 그대로 인쇄(성형)하는 장치를 말한다. 즉, CAD 또는 3D 모델링 프로그램 등을 이용하여 3차원 도면을 완성한 후, 소정 데이터 인터페이스를 통해 해당 데이터가 프린터 측으로 전송되고, 이에, 3D 프린터는 전송된 도면 데이터를 기초로 해당 성형체를 만드는 과정을 수행하게 된다. 구체적으로, 해당 도면 데이터를 기초로 가상적인 단면을 만들어낸 후 금속 혹은 폴리머 등의 재료를 노즐을 통해 분사하면서 연속적인 층을 생성하고 융합함에 따라 해당 성형체가 제작된다.
3D 프린팅은 건축, 구조(AEC), 공업디자인, 자동차, 항공우주산업, 엔지니어링, 의료산업, 생물공학, 패션, 신발 등 다양한 제조업 분야에 적용되고 있다.
3D 프린팅 기술은 액체 기반 재료를 부분적으로 소결시켜 성형체를 제작하는 SLA(stereolithography) 방식과, 분말 기반 재료를 소결시켜 제작하는 SLS(selective laser sintering) 방식과, 고체 기반 재료를 토출시켜 성형체를 제작하는 FDM(fused deposition modeling) 등 다양한 방식이 있다.
특히, 가격이 저렴하고 크기가 작아 널리 보급된 FDM 방식의 3D 프린터는 품질 개선이 시급한 실정이다. FDM 방식의 3D 프린터는 플라스틱 필라멘트 등을 노즐의 열로 녹여 액체로 만든 후 이를 한 층씩 쌓아 입체 모형을 만드는 방식의 3D 프린터를 말한다. 이 같은 기술의 특성상 완성된 입체 모형의 강도가 약하다는 점은 향후 FDM 방식의 3D 프린팅 기술이 해결해야 할 과제 중 하나다. 3D 프린터의 기본 조형 원리는 모형을 아래부터 위로 한 층 한 층 쌓아 올리는 방식이다. 완성된 모형에 수직으로 가해지는 압력에는 잘 버틸 수 있지만, 수평으로 작용하는 충격이나 압력에는 쉽게 파손된다.
모형의 강도를 높이기 위해서는 적층되는 층의 두께를 가급적 얇게 하는 것이 유리하다. 모형의 밀도를 증가시킬 수 있기 때문이다. 하지만 이는 근본적인 문제를 해결해 주지 않는다. 아무리 높은 밀도로 모형을 만들어도, 소재의 특성에 따라 작은 충격에도 쉽게 파손될 수 있기 때문이다.
한편, 3D 프린팅 기술의 발달에 힘입어 한국등록특허 제10-1601688호 등과 같이 신발 제조에 3D 프린터를 적용한 기술이 현재 개발되고 있는데, 이 경우 맞춤형 신발을 제조하기 위한 시스템과 장치의 구성이 복잡하고, 신발창 등의 특정 부재에 제한적으로 적용되는 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열가소성 수지에 비해 미세하고 복잡한 베이스 구조를 간편하게 성형할 수 있고, 상기 베이스 구조를 이루는 층 간 결합력을 강화하여 수평 방향으로 작용하는 충격이나 압력에 대한 내구성을 개선할 수 있는 성형체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하는 제1 단계; 및 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시키는 제2 단계;를 포함하는 성형체의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 단계는 FDM(fused deposition modeling), SLS(selective laser sintering) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열처리는 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상의 온도에서 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 경화 온도는 90~250℃일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 단계는 각각 3D 프린터 및 상기 3D 프린터의 후단에 연결된 열처리 장치에서 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 단계는 노즐의 온도가 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상으로 조절된 FDM(fused deposition modeling)을 이용하여 단일 공정으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 성형체의 인장강도는 50~200kgf/cm2이고, 인열강도는 10~50kgf/cm이고, 영구압축줄음률은 50% 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열경화성 탄성 수지는 천연 고무, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔 코폴리머, 부타디엔-프로필렌 코폴리머, 부타디엔-에틸렌 코폴리머, 부타디엔-이소프렌 코폴리머, 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머, 브롬화 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔 코폴리머, 이소프렌-이소부틸렌 코폴리머, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-프로필렌 코폴리머, 염소화 및 클로로술폰화 폴리에틸렌, 실리콘 엘라스토머, 플루오로카본 엘라스토머, 아크릴 고무 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 성형체는 신발 부재일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 성형체의 제조방법은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형한 다음, 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시킴으로써, 열가소성 수지에 비해 미세하고 복잡한 베이스 구조를 간편하게 성형할 수 있고, 상기 베이스 구조를 이루는 층 간 결합력을 강화하여 수평 방향으로 작용하는 충격이나 압력에 대한 내구성을 개선할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 성형체의 제조방법을 도식화한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형체의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 성형체의 제조방법은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하는 제1 단계; 및 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시키는 제2 단계;를 포함할 수 있다.
상기 3D 프린팅은 제조하고자 하는 물체의 형상, 구조에 따라 구성된 패턴으로 복수의 층을 순차적으로 형성하여 물체를 형성하는 방법으로, 적층 가공이라고도 한다.
상기 제1 단계에서 상기 3D 프린팅은 FDM(fused deposition modeling), SLS(selective laser sintering) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 이루어질 수 있고, 바람직하게는, FDM에 의해 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 FDM을 이용하여 제조된 베이스 구조의 경우, 상기 베이스 구조를 이루는 각각의 층은 상기 열경화성 탄성 수지를 미리 정해진 온도로 예열된 노즐을 통해 디스펜싱하여 형성 및 적층될 수 있다.
통상적으로, 3D 프린팅과 같은 적층 가공에서, 경화성 수지 또는 그 조성물로 이루어진 베이스 구조 또는 성형체는 단일 공정으로 제조되며, 이러한 공정에서 얻어진 베이스 구조 또는 성형체의 화학적, 기계적 물성을 조절하기 어렵다.
종래 3D 프린팅을 통해 제조된 열경화성 탄성 수지로 이루어진 성형체는, 통상의 압출 성형을 통해 제조된 것에 비해 인장강도, 인열저항이 낮은 등 기계적 물성이 저하될 수 있고, 영구압축줄음률이 높아 탄성 회복속도가 느린 문제가 있다.
이에 대해, 본 발명의 일 측면에 따른 성형체의 제조방법은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하고, 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시킴으로써, 열경화성 탄성 수지를 이용하여 미세하고 복잡한 베이스 구조를 간편하게 성형할 수 있고, 상기 베이스 구조를 이루는 층 간 결합력을 강화하여 수평 방향으로 작용하는 충격이나 압력에 대한 내구성을 개선할 수 있으며, 영구압축줄음률을 감소시켜 탄성 회복속도를 현저히 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 방법에 의해 제조된 상기 성형체의 인장강도는 50~200kgf/cm2, 바람직하게는, 100~200kgf/cm2이고, 인열강도는 10~50kgf/cm, 바람직하게는, 20~50kgf/cm, 더 바람직하게는, 30~50kgf/cm이고, 영구압축줄음률은 50% 이하, 바람직하게는, 40% 이하, 더 바람직하게는, 5~40%일 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어, "열경화성 탄성 수지"는 고무 및 엘라스토머를 포함하는 것으로 해석될 수 있고, 특히, "열경화성"은 탄성 수지가 미리 정해진 열원 또는 그에 준하는 열 에너지에 노출시 상기 탄성 수지에 포함된 고분자가 상호 가교, 중합, 및/또는 가황되어 상기 탄성 수지가 응고되는 성질을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
상기 베이스 구조와 상기 성형체는 적어도 그 일부 또는 일부가 열경화성 탄성 수지로 이루어질 수 있다. 상기 열경화성 탄성 수지는, 열 에너지에 노출될 때 엘라스토머의 특성을 나타내는 경화성 재료를 제공할 수 있다.
상기 열경화성 탄성 수지는 탄성 고분자, 개시제, 가교제, 필러, 안료 등을 포함하는 조성물 또는 혼합물로 제공될 수 있다. 필요에 따라, 상기 조성물 또는 혼합물은 배합 및 가공을 용이하게 하는 공정 오일을 더 포함할 수 있고, 커플링제, 티타늄 또는 지르코늄 화합물, 항산화제, 오존방지제 등과 같은 다양한 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
상기 탄성 고분자는, 예를 들어, 폴리이소프렌 및 히비어(hevea) 및 구아율(guayule) 고무를 포함하는 천연 고무(NR), 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔 코폴리머(NBR 또는 니트릴부타디엔), 부타디엔-프로필렌 코폴리머, 부타디엔-에틸렌 코폴리머, 부타디엔-이소프렌 코폴리머, 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머(부틸 고무 또는 IIR), 브롬화 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머(브로모부틸고무), 에틸렌-프로필렌-시클로펜타디엔 터폴리머, 에틸렌-프로필렌-5-에틸리덴-노보넨 터폴리머, 에틸렌-프로필렌-1,4-헥사디엔 터폴리머와 같은 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 코폴리머, 이소프렌-이소부틸렌 코폴리머, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPR 또는 EPM), 염소화 및 클로로술폰화 폴리에틸렌(CM, CSM), 실리콘 엘라스토머, 플루오로카본 엘라스토머, 아크릴 고무 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 개시제는, 예를 들어, 디알킬퍼옥사이드, 디아실퍼옥사이드, 퍼옥시에스테르, 퍼옥시케탈, 퍼옥시디카보네이트, 퍼옥시모노카보네이트, 하이드로퍼옥사이드 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적절한 유기 퍼옥사이드는, 예를 들어, 디-테르트-아밀(di-tert-amyl) 퍼옥사이드, 디-테르트-부틸 퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(테르트-부틸퍼옥시)헥신-3, 테르트-부틸 퍼옥시벤조에이트, 테르트-아밀 퍼옥시아세테이트, 테르트-아밀퍼옥시 2-에틸헥실 카보네이트, 1,1-(디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산), 1,1-디(테르트-아밀퍼옥시)시클로헥산, 1,1-디(테르트-부틸퍼옥시)시클로헥산, 테르트-부틸 퍼옥시이소부티레이트, 테르트-부틸 퍼옥시디에틸아세테이트, 테르트-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 테르트-아밀 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 디벤조일 퍼옥사이드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 2,5-디메틸-2,5-디(에틸헥사노일퍼옥시)헥산, 디데카노일퍼옥사이드 및 이들 중 2 이상의 좋바으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가교제는, 예를 들어, 아연 디아크릴레이트 및 마그네슘 디메타크릴레이트와 같은 에틸렌 불포화산의 금속염; 폴리부타디엔 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 같은 폴리아크릴레이트 및 폴리메타크릴레이트; 트리알릴시아누에이트; 트리알릴 이소시아누 레이트; 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 필러(또는 충전제)는, 예를 들어, 실리카, 카본블랙, 점토, 활석, 황산칼슘, 규산칼슘, 흑연, 유리, 운모, 메타규산칼슘, 황산바륨, 황화아연, 수산화알루미늄, 규조토, 탄산염(탄산칼슘, 탄산마그네슘 등), 금속(티타늄, 텅스텐, 아연, 알루미늄, 비스무트, 니켈, 몰리브덴, 철, 구리, 황동, 붕소, 청동, 코발트, 베릴륨 및 이들의 합금 등), 금속 산화물(산화아연, 산화철, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화지르코늄 등), 입자상 합성 플라스틱(고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 이오노머 수지, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리이미드 등), 코튼 플록, 셀룰로오스 플록, 셀룰로오스 펄프, 피혁 섬유 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 안료는, 예를 들어, 카본블랙, 이산화티탄, 흑색 산화철 및 적색 산화철과 같은 산화철 안료, 산화아연, 모노아조 및 디아조 안료, 코발트 블루, 군청, 바나듐산 비스무트 옐로우, 아조 금속 착물, 구리 프탈로시아닌, 안트라퀴논, 퀴나크리돈, 디옥사진, 페릴렌 안료, 티오인디고 안료 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 단계에서, 상기 제1 단계에서 성형된 상기 베이스 구조를 열처리하여 상기 베이스 구조의 적어도 일부를 구성하는 상기 열경화성 탄성 수지에 포함된 고분자 사슬을 상호 가교, 중합 및/또는 가황시킬 수 있다.
즉, 상기 제1 단계에서 상기 열경화성 탄성 수지 및 상기 베이스 구조는 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상의 온도에 노출되지 않으므로 통상의 3D 프린팅을 통해 제조된 것과 유사한 수준의 화학적, 기계적 물성을 가지므로, 상기 베이스 구조에 수직으로 가해지는 압력에는 잘 버틸 수 있지만, 수평으로 작용하는 충격이나 압력에는 쉽게 파손될 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 베이스 구조를 열처리하여 상기 베이스 구조의 적어도 일부를 구성하는 상기 열경화성 탄성 수지에 포함된 고분자 사슬을 상호 가교, 중합 및/또는 가황시킴으로써, 열경화성 탄성 수지를 이용하여 미세하고 복잡한 베이스 구조를 간편하게 성형할 수 있고, 상기 베이스 구조를 이루는 층 간 결합력을 강화하여 수평 방향으로 작용하는 충격이나 압력에 대한 내구성을 개선할 수 있으며, 영구압축줄음률을 감소시켜 탄성 회복속도를 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 열처리는 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상의 온도에서 이루어질 수 있고, 상기 경화 온도는 90~250℃, 바람직하게는, 100~250℃, 더 바람직하게는, 130~250℃일 수 있다. 이에 따라, 상기 열경화성 탄성 수지의 종류는 그 경화 온도가 상기 범위를 만족하는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 제1 및 제2 단계는 각각 3D 프린터 및 상기 3D 프린터의 후단에 연결된 열처리 장치에서 이루어질 수 있다.
상기 열처리 장치는 열풍, 오븐, 챔버 또는 그와 유사한 것일 수 있고, 상기 열처리 장치에 포함된 열원의 종류 또한 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상의 온도로 조절할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 성형체의 제조방법을 도식화한 것이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 성형체의 제조방법은, 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하는 제1 단계; 및 상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시키는 제2 단계;를 포함하되, 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 단계는 노즐의 온도가 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상으로 조절된 FDM(fused deposition modeling)을 이용하여 단일 공정(single process)으로 이루어질 수 있다.
상기 FDM을 이용하여 제조된 베이스 구조의 경우, 상기 베이스 구조를 이루는 각각의 층은 상기 열경화성 탄성 수지를 미리 정해진 온도로 예열된 노즐을 통해 디스펜싱하여 형성 및 적층될 수 있다.
상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도는 90~250℃, 바람직하게는, 100~250℃, 더 바람직하게는, 130~250℃일 수 있고, 상기 노즐을 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상으로 예열한 상태에서 상기 열경화성 탄성 수지를 상기 노즐을 통해 디스펜싱하는 경우, 상기 열경화성 탄성 수지는 상기 노즐을 거치면서 용융, 가교될 수 있다. 상기 노즐로부터 디스펜싱된 상기 열경화성 탄성 수지는 가교된 상태이나, 베이스 구조 또는 성형체의 성형에 적합한 유동성 또는 흐름성을 가질 수 있다.
상기 단일 공정(single process)에 따르면, 상기 열경화성 탄성 수지는 용융 및 가교된 상태에서 상기 노즐로부터 디스펜싱되어 미리 정해진 형태와 구조를 가지도록 적층되고, 적층된 베이스 구조 또는 성형체에 대해 추가의 열처리가 이루어지지 않으므로, 베이스 구조 또는 성형체를 구성하는 층 간 결합력을 강화하기는 어려울 수 있다.
다만, 상기 층 간 결합력을 배제하더라도 상기 단일 공정에 의해 제조된 단일 층(single layer), 베이스 구조 또는 성형체의 인장강도, 인열강도, 영구압축줄음률은 통상의 FDM을 이용하여 제조된 것에 비해 현저히 향상될 수 있다. 또한, 상기 단일 공정(single process)은 별도의 열처리 장치를 필요로 하지 않으므로, 경제성 및 생산성의 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
하기 표 1의 조성비에 따라 각 성분을 배합한 후 100℃에서 압출하여 170℃에서 열경화되는 3D 프린팅용 탄성 필라멘트를 제조하였다. FDM 방식을 이용하여 상기 탄성 필라멘트를 노즐을 통해 토출시켜 성형체를 제조하였다. 이 때, 상기 노즐을 170℃로 예열하여 상기 성형체의 적층 및 경화가 동시에 이루어지도록 하였다.
성분 함량
스티렌-부타디엔 고무(SBR) 100
실리카 35
산화아연(ZnO) 5
실란 커플링제(Si-69) 2.5
황(S) 4
가황촉진제 1(디벤조티아질디술피드, DM) 3
가황촉진제 2(2-머캅토벤조티아졸, M) 1.5
스테아린산 1.5
(단위: 중량부)
실시예 2
상기 표 1의 조성비에 따라 각 성분을 배합한 후 100℃에서 압출하여 170℃에서 열경화되는 3D 프린팅용 탄성 필라멘트를 제조하였다. FDM 방식을 이용하여 상기 탄성 필라멘트를 노즐을 통해 토출시켜 1차 성형체를 제조하였다. 이 때, 상기 노즐을 150℃로 예열하여 상기 1차 성형체가 적층될 때 반경화되도록 하였다.
이후, 상기 1차 성형체를 170℃로 예열된 고온 챔버에 투입하고 5분 간 방치하여 완전 가교시킴으로써 최종 성형체를 얻었다.
비교예 1
상기 1차 성형체를 고온 챔버에 투입하지 않은 것을 제외하면, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 성형체를 제조하였다.
비교예 2
상기 표 1의 조성비에 따라 각 성분을 배합한 후 100℃에서 압출하여 170℃에서 열경화되는 3D 프린팅용 탄성 필라멘트를 제조하였다. FDM 방식을 이용하여 상기 탄성 필라멘트를 노즐을 통해 토출시켜 성형체를 제조하였다. 이 때, 상기 노즐을 130℃로 예열하여 상기 성형체가 적층될 때 반경화되도록 하였다.
실험예
실시예 및 비교예에서 제조된 성형체를 시험편으로 하여 하기 방법으로 물성을 측정, 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
-인장강도(kgf/cm2): KS M 6518에 준하여 인장강도를 측정하였다. 이 때, 동일 시험에 사용된 시험편은 5개로 하였다.
-인열강도(kgf/cm): KS M 6518에 준하여 인열강도를 측정하였다. 이 때, 동일 시험에 사용된 시험편은 5개로 하였다.
-영구압축변형률(%): 인열강도는 KS M 6518에 준하여 측정하였으며, 영구압축변형률은 시험편을 70℃에서 22시간 동안 25% 압축하여 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
노즐 온도(℃) 170 150 150 130
고온 챔버
열처리 조건		 - 170℃, 5분 - -
인장강도
(kgf/cm2)		 102 120 12.58 2.32
인열강도
(kgf/cm)		 33 40 7.4 1.4
영구압축변형률
(%)		 34 25 60 95
외관 물성 완전 가교된고무 성형체 완전 가교된
고무 성형체		 가교도가 낮은
고무 성형체		 가교되지 않음
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 열경화성 탄성 수지를 3D 프린팅하여 베이스 구조를 성형하는 제1 단계; 및
    상기 베이스 구조를 열처리하여 경화시키는 제2 단계;를 포함하는, 성형체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 FDM(fused deposition modeling), SLS(selective laser sintering) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 이루어지는, 성형체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열처리는 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상의 온도에서 이루어지는, 성형체의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경화 온도는 90~250℃인, 성형체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단계는 각각 3D 프린터 및 상기 3D 프린터의 후단에 연결된 열처리 장치에서 이루어지는, 성형체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단계는 노즐의 온도가 상기 열경화성 탄성 수지의 경화 온도 이상으로 조절된 FDM(fused deposition modeling)을 이용하여 단일 공정으로 이루어지는, 성형체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성형체의 인장강도는 50~200kgf/cm2이고, 인열강도는 10~50kgf/cm이고, 영구압축줄음률은 50% 이하인, 성형체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열경화성 탄성 수지는 천연 고무, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 아크릴로니트릴-부타디엔 코폴리머, 부타디엔-프로필렌 코폴리머, 부타디엔-에틸렌 코폴리머, 부타디엔-이소프렌 코폴리머, 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머, 브롬화 이소부틸렌-이소프렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔 코폴리머, 이소프렌-이소부틸렌 코폴리머, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-프로필렌 코폴리머, 염소화 및 클로로술폰화 폴리에틸렌, 실리콘 엘라스토머, 플루오로카본 엘라스토머, 아크릴 고무 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는, 성형체의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형체는 신발 부재인, 성형체의 제조방법.
KR1020190115453A 2019-09-19 2019-09-19 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법 KR102234110B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190115453A KR102234110B1 (ko) 2019-09-19 2019-09-19 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190115453A KR102234110B1 (ko) 2019-09-19 2019-09-19 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210034157A true KR20210034157A (ko) 2021-03-30
KR102234110B1 KR102234110B1 (ko) 2021-04-01

Family

ID=75265184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190115453A KR102234110B1 (ko) 2019-09-19 2019-09-19 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102234110B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104924611A (zh) * 2012-07-19 2015-09-23 耐克创新有限合伙公司 使用3d打印的鞋类组装方法
KR20170094274A (ko) * 2014-12-10 2017-08-17 나이키 이노베이트 씨.브이. 편조된 구성요소를 갖는 물품용 라스트 시스템
CN109532023A (zh) * 2018-11-27 2019-03-29 福建泉州匹克体育用品有限公司 一种匹配足形和区域密度可变的柔性3d打印鞋垫和打印方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104924611A (zh) * 2012-07-19 2015-09-23 耐克创新有限合伙公司 使用3d打印的鞋类组装方法
KR20170094274A (ko) * 2014-12-10 2017-08-17 나이키 이노베이트 씨.브이. 편조된 구성요소를 갖는 물품용 라스트 시스템
CN109532023A (zh) * 2018-11-27 2019-03-29 福建泉州匹克体育用品有限公司 一种匹配足形和区域密度可变的柔性3d打印鞋垫和打印方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102234110B1 (ko) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101699368B1 (ko) 골프공 또는 골프공 부분의 형성 방법, 및 이에 의해 얻어지는 골프공
US3538028A (en) Vulcanizater of compositions comprising a fluorine-containing copolymer and silicone gum
CN104031311A (zh) 橡塑合成交联体的配方和制备工艺
CN105001505A (zh) 三元橡塑合成交联体的配方和制备工艺
CN110437549A (zh) 一种过氧化物硫化热塑性弹性体材料及其制备方法
WO2004018177A1 (ja) 金型内被覆成形体およびその製造方法
KR102234110B1 (ko) 3d 프린팅을 이용한 성형체의 제조방법
KR102355159B1 (ko) 적층 가공을 이용한 성형품의 제조방법
CN109306107A (zh) 一种含再生eva的轻质减震橡塑交联体
CN114800985A (zh) 一种滚塑交联聚乙烯手模及其组合物和制备方法
KR20140021682A (ko) 낮은 전단 조건하에 성형 가능한 열가소성 엘라스토머
JP5603098B2 (ja) 成形体の製造方法および成形体
KR20230064068A (ko) 적층가공장치
KR101775158B1 (ko) 열가소성 탄성체 조성물 및 브레이크 시스템용 다이어프램
KR101570081B1 (ko) 동적 가교형 열가소성 탄성체 조성물을 이용한 신발창의 제조방법
KR102197007B1 (ko) 회전성형용 폴리에틸렌 가교수지 조성물의 제조 방법
CN109337180A (zh) 一种含再生eva的轻质耐磨橡塑交联体
CN109337182A (zh) 一种含再生eva的轻质高弹耐磨橡塑交联体
CN112280147A (zh) 一种聚乙烯材料的制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant