KR20210037387A - Printing method of 3d printer - Google Patents

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KR20210037387A
KR20210037387A KR1020190119968A KR20190119968A KR20210037387A KR 20210037387 A KR20210037387 A KR 20210037387A KR 1020190119968 A KR1020190119968 A KR 1020190119968A KR 20190119968 A KR20190119968 A KR 20190119968A KR 20210037387 A KR20210037387 A KR 20210037387A
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윤주일
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한성대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a 3D printer printing method, the 3D printer printing method comprising the following steps of: filling the 3D printer with ABS material; after setting the 3D printer to a predetermined working state, laminating the ABS material on a mold plate; and repeating the lamination step repeatedly for a predetermined number of layers, wherein the lamination step is performed in a longitudinal direction in-plane output method, in a width direction in-plane output method, in a longitudinal direction out-of-plane output method or in a width direction out-of-plane output method. The problem to be solved by the present invention is to improve the characteristics of a 3D printed material using the ABS material.

Description

3D 프린터 인쇄방법{PRINTING METHOD OF 3D PRINTER}3D printer printing method{PRINTING METHOD OF 3D PRINTER}

본 발명은 3차원(3D) 인쇄방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 소재를 이용하고 인쇄물의 특성을 향상시키기 위한 3D 인쇄방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional (3D) printing method, and more particularly, to a 3D printing method for improving the characteristics of a print using an ABS (acrylonitrile butadiene styrene) material.

3D 프린팅이란 3D 컴퓨터 기반 설계(Computer Aided Design: CAD) 정보를 바탕으로 직접적으로 제품을 제조하는 기술을 일컫는다. 대부분의 3D 프린팅은 3차원 CAD 모델을 2차원 층(layer)으로 분절화 시키고 이를 적층기법으로 제작해내는 방식이다. 3D printing refers to a technology that directly manufactures products based on 3D computer-aided design (CAD) information. Most 3D printing is a method of segmenting a 3D CAD model into a 2D layer and producing it using a lamination technique.

3D 프린팅의 장점은 소량생산에 특화되어 있으며, 맞춤형 제작, 금형 없는 제품 생산이 가능하다는 점 등을 들 수 있다. 현재까지 개발되어 사용되고 있는 3D 프린팅의 종류에는 FDM(fused deposition modeling), SLS(selective laser sintering), DLP(digital light processing), SLA(stereolithography apparatus) 등이 있다.The advantage of 3D printing is that it is specialized in small-volume production, and it is possible to produce customized products and mold-free products. Types of 3D printing developed and used to date include fused deposition modeling (FDM), selective laser sintering (SLS), digital light processing (DLP), and stereolithography apparatus (SLA).

이 중 대표적인 3D 프린팅 기술인 FDM은 재료에 해당하는 필라멘트를 가열된 노즐에서 용융시키고 이를 빌드 플랫폼에 분사하여 형상을 제작하는 방식이다. FDM 기술은 폴리머 부품의 신속한 프로토 제작에 주로 사용되며, 재료의 선택은 제조물의 유형이나 특성에 따라 다양하다. Among them, FDM, a representative 3D printing technology, melts the filament corresponding to the material in a heated nozzle and sprays it on a build platform to create a shape. FDM technology is mainly used for rapid prototyping of polymer parts, and the choice of material varies depending on the type or nature of the product.

현재 일반적으로 사용되는 재료로는 튼튼하고 친환경적인 폴리락트산(PLA), 부드러운 제품용인 나일론, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 일반적인 강도가 있는 부품에 대한 솔루션인 아크릴로 니트릴 부타디엔스티렌(ABS)이 있다.Materials commonly used today include durable and environmentally friendly polylactic acid (PLA), nylon for soft products, high-density polyethylene (HDPE), and acrylonitrile butadiene styrene (ABS), a solution for parts with general strength.

다양한 장점에 힘입어 3D 프린팅은 바이오, 항공/우주 분야 등 폭넓은 산업분야로 사용분야가 확대되고 있다. 하지만 3D 프린팅의 단점으로 사출제품에 비하여 기계적 성질이 부족하다는 사실이 알려져 있다.Thanks to its various advantages, 3D printing is expanding its use field to a wide range of industrial fields such as bio and aerospace/space. However, it is known that it lacks mechanical properties compared to injection products as a disadvantage of 3D printing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 ABS 소재를 이용한 3D 인쇄물의 특성을 향상시키기 위한 것이다.The problem to be solved by the present invention is to improve the characteristics of a 3D printed material using an ABS material.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 3D 프린터 인쇄방법은 3D 프린터에 ABS 재료를 충진하는 단계, 3D 프린터를 정해진 작업 상태로 설정한 후, 조형판에 상기 ABS 재료를 적층하는 단계, 및 상기 적층 단계를 정해진 층수만큼 반복적으로 반복하는 단계를 포함하고, 상기 적충 단계는 길이 방향 면내 출력 방식, 폭방향 면내 출력 방식, 길이 방향 면외 출력 방식 또는 폭방향 면외 출력 방식으로 이루어진다.A 3D printer printing method according to one aspect of the present invention for solving the above problem includes the steps of filling an ABS material in a 3D printer, setting the 3D printer to a predetermined working state, and then laminating the ABS material on a modeling plate, And repeating the stacking step repeatedly for a predetermined number of layers, wherein the stacking step includes a longitudinal in-plane output method, a width direction in-plane output method, a lengthwise out-of-plane output method, or a width direction out-of-plane output method.

상기 조형판은 알루미늄으로 이루어질 수 있다 The molding plate may be made of aluminum.

상기 3D 프린터의 노즐 직경은 0.3 내지 0.5mm이고, 노즐 온도는 220 내지 240℃일 수 있다.The 3D printer may have a nozzle diameter of 0.3 to 0.5 mm, and a nozzle temperature of 220 to 240°C.

상기 3D 프린터의 인쇄 속도는 30 내지 40mm/s이고, 상기 인쇄 동작의 작업 온도는 100℃±2.5일 수 있다. The printing speed of the 3D printer may be 30 to 40 mm/s, and the working temperature of the printing operation may be 100° C.±2.5.

이러한 특징에 따르면, 인쇄물의 대한 인장 강도와 굽힘 강도가 향상된다.According to this feature, the tensile strength and bending strength of the printed material are improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 3D 인쇄물의 예로서, 길이방향 면내 출력 방식(Lin) 과 길이방향 면외 출력 방식(Lout)으로 인쇄된 인쇄물을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 3D 인쇄물의 예로서, 폭방향 면내 출력 방식(Win)과 폭방향 면외 출력 방식(Wout)으로 인쇄된 인쇄물을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 인쇄물에 대한 인장(tensile) 실험을 위한 시편의 샘플과 각 부분의 치수를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 인쇄물에 대한 굽힘(bending) 실험을 위한 시편의 샘플과 각 부분의 치수를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 한 실시예에 따라 3D 프린팅으로 인쇄된 시편에 대한 평균 인장 강도를 도시한 그래프이다.
도 5b는 4가지 시편에 대한 전형적인 응력 변형률 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 한 실시예에 따라 3D 프린팅으로 인쇄된 시편에 대한 평균 굽힘 강도를 도시한 그래프이다.
도 6b는 전형적인 3점 굽힘 시험에서의 응력 변형률 관계를 보여주고 있다.
도 7은 3D 프린팅으로 인쇄된 시편에 대한 인장 강도를 도시한 그래프이다.
1 is an example of a 3D printed material produced according to an embodiment of the present invention, and shows a printed material printed in a longitudinal direction in-plane output method (Lin) and a longitudinal direction out-of-plane output method (Lout).
2 is an example of a 3D printed material produced according to an embodiment of the present invention, and shows a printed material printed in a width direction in-plane output method (Win) and a width direction out-of-plane output method (Wout).
3 is a view showing a sample of a specimen for a tensile test on a printed product and dimensions of each part according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a sample of a specimen for a bending test on a printed product and dimensions of each part according to an embodiment of the present invention.
5A is a graph showing the average tensile strength of a specimen printed by 3D printing according to an embodiment of the present invention.
5B is a graph showing a typical stress strain relationship for four specimens.
6A is a graph showing an average bending strength of a specimen printed by 3D printing according to an embodiment of the present invention.
Figure 6b shows the stress strain relationship in a typical three-point bending test.
7 is a graph showing tensile strength for specimens printed by 3D printing.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that adding a detailed description of a technology or configuration already known in the relevant field may make the subject matter of the present invention unclear, some of these will be omitted from the detailed description. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express embodiments of the present invention, which may vary according to related people or customs in the field. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for reference only to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of'comprising' as used in the specification specifies a specific characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, action, element, component and/or group It does not exclude the existence or addition of

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 ABS 소재를 이용한 3D 인쇄방법에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a 3D printing method using an ABS material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여, 본 실시예에 따른 ABS 소재를 이용한 3D 인쇄물에 대하여 설명한다.First, a 3D printed material using an ABS material according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1 및 도 2를 참고하면, 제1 및 제2 인쇄물(101, 102)은 조형판(20) 위에 위치하고 있고, 조형판(50)에 평행한 상태로 두께 방향으로 적층되어 있는 면내(in plane) 출력 형태이다.1 and 2, the first and second printed matters 101 and 102 are positioned on the modeling plate 20, and are stacked in a thickness direction parallel to the modeling plate 50. ) Is the output format.

또한, 제2 및 제4 인쇄물(103, 104) 역시 조형판(20) 위에 위치하고 있고, 조형판(20)에서 벗어나 상태에서 적층되는 면외(out of plane) 출력 형태이다.In addition, the second and fourth printed matters 103 and 104 are also positioned on the modeling plate 20 and are in an out-of-plane output format that is stacked in a state away from the modeling plate 20.

이때, 제1 내지 제4 인쇄물(101-104)는 ABS 소재로 이루어질 수 있고, 조형판(20)은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.At this time, the first to fourth printed matters 101-104 may be made of ABS material, and the modeling plate 20 may be made of aluminum (Al).

따라서, 제1 내지 제4 인쇄물(101-104)를 인쇄하기 위해, 먼저, 3D 프린터에 ABS 재료를 충진한다.Therefore, in order to print the first to fourth printed matter 101-104, first, the 3D printer is filled with an ABS material.

그런 다음, 3D 프린터를 정해진 작업 상태로 설정한 후, 조형판에 상기 ABS 재료를 적층하고, 이러한 적층 동작은 정해진 층수만큼 반복적으로 반복하여 행해진다. Then, after setting the 3D printer to a predetermined working state, the ABS material is laminated on a modeling plate, and this lamination operation is repeatedly performed repeatedly for a predetermined number of layers.

제1 내지 제4 인쇄물(101-104)에서, 각 층의 높이는 0.1 내지 0.3m일 수 있고, 작업 온도[즉, 베드 온도(bed temperature)]는 100℃±2.5일 수 있고, 또한, 3D 프린터의 노즐 직경은 0.3 내지 0.5mm일 수 있고, 인쇄 속도는 30 내지 40mm/s일 수 있으며, 노즐 온도는 220 내지 240℃일 수 있다. In the first to fourth printed matters 101-104, the height of each layer may be 0.1 to 0.3 m, and the working temperature (ie, bed temperature) may be 100° C.±2.5, and, in addition, a 3D printer The nozzle diameter of may be 0.3 to 0.5mm, the printing speed may be 30 to 40mm/s, and the nozzle temperature may be 220 to 240°C.

따라서, 출력된 필라멘트는 100

Figure pat00001
도로 가열된 알루미늄의 조형판(20)에 조건에 따른 패턴으로 적층을 수행하였다Therefore, the printed filament is 100
Figure pat00001
Lamination was performed in a pattern according to conditions on the molded plate 20 of aluminum heated on the road.

제1 내지 제4 인쇄물(101-104)의 인쇄를 위해, 출력된 필라멘트는 100

Figure pat00002
도로 가열된 알루미늄 조형판(20)에 조건에 따른 패턴으로 적층 동작을 수행한다.For printing of the first to fourth printed matters 101-104, the printed filament is 100
Figure pat00002
A lamination operation is performed on the aluminum molding plate 20 heated again in a pattern according to conditions.

또한, 2 종류의 면내 출력으로 제조된 제1 및 제1 출력물(101, 102)은 각각 적층 방향이 인쇄물(101)의 길이방향과 동일한(즉 raster angle 90도) '길이방향 면내 출력(Length-direction in plane: Lin)'과 적층방향이 인쇄물(102)의 길이방향과 수직한 '폭방향 면내 출력 (width-direction in plane: Win)으로 구분된다.In addition, the first and first outputs 101 and 102 manufactured with two types of in-plane outputs have the same stacking direction as the length direction of the printed material 101 (that is, a raster angle of 90 degrees). direction in plane: Lin)' and the stacking direction are divided into'width-direction in plane: Win', which is perpendicular to the length direction of the printed material 102.

역시, 2 종류의 면외 출력으로 제조된 제3 및 제4 출력물(103, 104)은 적층 방향이 출력물(103)의 길이 방향과 동일한 '길이방향 면외 출력(Lout)"과 적층 방향이 인쇄물(104)의 길이 방향과 수직한 '폭방향 면외 출력(Wout)'으로 구분된다.Also, for the third and fourth outputs 103 and 104 manufactured with two types of out-of-plane outputs, the stacking direction is the same as the length direction of the output 103, and the stacking direction is the same as the'Longitudinal out-of-plane output (Lout)' and the stacking direction of the printed material 104 It is divided into'width direction out-of-plane output (Wout)' perpendicular to the length direction of ).

따라서, 본 실시예에 따른 인쇄물(101-104은 길이 방향 면내 출력 방식, 폭방향 면내 출력 방식, 길이 방향 면외 출력 방식 또는 폭방향 면외 출력 방식으로 이루어진다.Accordingly, the printed matters 101-104 according to the present embodiment are made of an in-plane output method in the longitudinal direction, an in-plane output method in the width direction, an out-of-plane output method in the length direction, or an out-of-plane output method in the width direction.

이러한 방식으로 제조된 출력물에 대한 인장 강도와 굽힘 강도의 실험 결과를 다음과 같다. The test results of tensile strength and bending strength for the printed product manufactured in this way are as follows.

도 3 및 4는 각각 인장(tensile) 실험을 위한 인장 시편(301)과 굽힘(bending) 실험을 위한 굽힘 시편(401)의 샘플과 이들에 대한 각 부분의 치수를 도시한 도면이다. 3 and 4 are diagrams showing samples of a tensile specimen 301 for a tensile test and a bent specimen 401 for a bending test, and the dimensions of each part thereof.

인장 시편(301)은 인장강도 측정 시편 규격 중 플라스틱의 인장성 측정 방법(ASTM 790-03)에 따라 제작되었고, 굽힘 시편(401)은 ASTM D 790-03을 적용하여 제작되었다. Tensile specimen 301 was manufactured according to the tensile strength measurement method (ASTM 790-03) of the tensile strength measurement specimen standards, and the bending specimen 401 was manufactured by applying ASTM D 790-03.

각각의 주어진 제조 조건(Win, Wout, Lin, Lout )에 대하여 5개의 시편에 대한 시험을 수행하였다. Five specimens were tested for each given manufacturing condition (Win, Wout, Lin, Lout).

제작된 인장 시편의 인장강도를 측정하기 위해 사용된 계측 장비는 MTS사의 858 Mini이며 주요 규격은 10kN/max이다. 적용 하중은 1kN 용량의 로드셀을 통하여 측정하였으며, 시편의 길이 방향 연신길이는 MTS사의 접촉식 신장계(extensometer)를 이용하여 정밀 측정하였다. 인장 시험 시의 변형률 속도는 1mm/min으로 설정하였다.The measuring equipment used to measure the tensile strength of the manufactured tensile specimen is MTS's 858 Mini, and the main standard is 10kN/max. The applied load was measured through a load cell of 1kN capacity, and the lengthwise elongation length of the specimen was precisely measured using a contact extensometer manufactured by MTS. The strain rate during the tensile test was set to 1 mm/min.

3점 굽힘 시험은 시험 대상물이 취성 특성이 있을 때 보다 정확한 기계적 성질을 파악할 수 있는 시험방법이다. The three-point bending test is a test method that allows more accurate mechanical properties to be grasped when the test object has brittle properties.

제작된 굽힙 시편의 굽힘 강도를 측정하기 위해 ASTM D 790-03규격에 따라 실험이 수행되었다. In order to measure the bending strength of the manufactured bent specimen, an experiment was performed according to ASTM D 790-03 standard.

이때 사용된 계측 장비는 MTS사의 insight 1이며 주요 규격으로 최대 하중은 1kN/max이다. 적용 하중은 250N 용량의 로드셀을 통하여 측정하였다.The measurement equipment used at this time is Insight 1 of MTS, and the maximum load is 1kN/max as the main standard. The applied load was measured through a load cell of 250N capacity.

굽힘 시험은 MTS사의 3점 굽힘 시험 지그(횡방향 Max길이: 100mm)를 이용하여 실험을 수행하였다. 굽힘 시험 시의 변형률 속도는 1mm/min으로 설정하였다. The bending test was performed using a three-point bending test jig of MTS (Max. length in transverse direction: 100mm). The strain rate during the bending test was set to 1 mm/min.

조건별로 제작된 인장 시편은 5개씩 준비하여 각각의 굽힘 강도(flexural strength)를 측정하였다. 이 때 굽힘 시험에 의한 최대 수직 응력은 [수학식 1]과 같다.Five tensile specimens prepared for each condition were prepared and each flexural strength was measured. At this time, the maximum vertical stress by the bending test is as shown in [Equation 1].

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, P는 하중, L은 3절 굽힘 시험기의 두 힌지 사이의 거리이며, b는 시편의 폭, d는 시편의 두께이다. 또한 시편의 중심부에서의 최대 변형률(εf)은 다음의 [수학식 2]로 주어진다.Here, P is the load, L is the distance between the two hinges of the 3-section bending tester, b is the width of the specimen, and d is the thickness of the specimen. In addition, the maximum strain (ε f ) at the center of the specimen is given by the following [Equation 2].

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서 δ는 시편의 중심부에서의 처짐이다.Where δ is the deflection at the center of the specimen.

도 5a는 3D 프린팅으로 인쇄된 시편에 대한 평균 인장 강도를 도시하고 있다. 길이방향으로 적층을 한 Lin과 Lout 두 경우 40MPa에 근접한 값을 보이며 횡방향 적층을 한 Win과 Wout 경우에 비하여 큰 인장강도를 보였다.5A shows the average tensile strength for specimens printed by 3D printing. Both Lin and Lout laminated in the longitudinal direction showed a value close to 40 MPa, and showed greater tensile strength than the Win and Wout cases laminated in the transverse direction.

이는 파이버(fiber) 복합재의 강성 메카니즘과 마찬가지로 적층 방향 단면층 간의 접합강도(interfacial strength)가 연속적으로 연결된 길이 방향 적층 단면내 결합력에 비하여 작기 때문인 것으로 파악된다.It is believed that this is because the interfacial strength between the cross-sectional layers in the stacking direction, like the rigid mechanism of the fiber composite material, is smaller than the bonding force in the longitudinal stacking cross-sections connected in succession.

반면, 조형판에 수평하게 적층하여 제조하는 방식인 면내 제조의 경우와 조형판에 수직하게 적층하여 면외 제조한 경우를 비교하면 약간의 차이로 면외 적층의 경우가 면내 적층보다 인장강도가 크다. On the other hand, when comparing the case of in-plane manufacturing, which is a method of manufacturing by stacking horizontally on the modeling plate, and the case of out-of-plane manufacturing by stacking vertically on the modeling plate, the tensile strength of the out-of-plane lamination is greater than that of in-plane lamination due to slight differences.

예를 들어 면내 길이방향 적층 경우(Lin)의 인장강도는 36.1MPa인 반면, 면외 길이 방향 적층인 경우(Lout)의 인장강도는 39.5MPa로 면외 적층이 우수하였다. 면외 적층의 경우 적층이 되면서 적층면내에 존재할 수 있는 결함이 수직하중에 의하여 제거되는 효과가 어느 정도 있었을 것으로 추정한다. For example, the tensile strength in the case of in-plane longitudinal lamination (Lin) was 36.1 MPa, while the tensile strength in the case of out-of-plane longitudinal lamination (Lout) was 39.5 MPa, which was excellent in out-of-plane lamination. In the case of out-of-plane lamination, it is estimated that the effect of removing defects that may exist in the lamination surface by the vertical load during lamination was to some extent.

또한 Lin과 Lout의 경우 인장 강도의 분산값이 비교적 큰 것을 확인할 수 있다.In addition, in the case of Lin and Lout, it can be seen that the dispersion value of the tensile strength is relatively large.

도 5b는 대표적인 4가지 시편에 대한 응력 변형률 관계를 보여주고 있다. 횡방향 적층 경우(Win, Wout) 시편이 최대 응력 후 변형 없이 파단되는 취성파괴 거동을 보이며, 이는 인장강도의 큰 분산값의 원인이다. 이에 반하여 Lout의 상대적으로 매우 큰 연신을 보이면서 파단이 일어났다.Figure 5b shows the stress strain relationship for four representative specimens. In the case of transverse lamination (Win, Wout), the specimen shows brittle fracture behavior in which it fractures without deformation after the maximum stress, which is the cause of the large dispersion value of the tensile strength. On the other hand, fracture occurred while showing relatively very large elongation of Lout.

다음 굽힘 시험에 대해 설명한다.The following describes the bending test.

적층 방향이 굽힘 특성에 미치는 영향을 연구하기 위하여 3점 굽힘 시험을 수행하였다. 4가지 시편에 대한 특성은 인장시험과 유사성을 보였으며, 가장 낮은 굽힘 강성은 Win의 경우로 32.5 MPa이었으며, 가장 큰 굽힘 강성은 Lout의 경우로 69.1 MPa이었다. A three-point bending test was performed to study the effect of the stacking direction on the bending properties. The characteristics of the four specimens were similar to those of the tensile test, and the lowest bending stiffness was 32.5 MPa in the case of Win, and the largest bending stiffness was 69.1 MPa in the case of Lout.

동일한 적층 방향의 경우(예: Win 과 Wout), 인장 강도의 차이는 크지 않았지만, 도 6a에 도시한 것처럼, 굽힘 시험의 경우 그 값의 차이가 유의미하게 발생하였다. 이는 Lin 과 Lout의 경우에도 마찬가지였다. 이는 인장시험과 달리 측면에서 하중을 가하는 굽힘 시험의 경우는 측면의 적층 방향도 굽힘 강성에 영향을 끼치는 것으로 판단된다. In the case of the same lamination direction (eg, Win and Wout), the difference in tensile strength was not large, but as shown in FIG. 6A, in the case of the bending test, the difference in value occurred significantly. This was the same for Lin and Lout. In contrast to the tensile test, in the case of a bending test in which a load is applied from the side, it is judged that the stacking direction of the side also affects the bending stiffness.

도 6b는 전형적인 3점 굽힘 시험에서의 응력 변형률 관계를 보여주고 있다. 인장 시험과 유사하게 Win 과 Wout은 급격히 파단 되는 취성 특성을 보여주고 있다.Figure 6b shows the stress strain relationship in a typical three-point bending test. Similar to the tensile test, Win and Wout show brittle properties that break rapidly.

위의 인장 실험과 굽힘 실험을 통하여 확인하였 듯이, 3D 프린팅으로 제조된 시편의 기계적 성질은 등방(isotropic)적이지 않고 이방(anisotropic)적이다.As confirmed through the above tensile and bending tests, the mechanical properties of the specimens manufactured by 3D printing are not isotropic but anisotropic.

특히나 적층 방향과 적층면에 수직적 관계가 있으므로 직교이방성(orthotropic)모델에 의하여 설명될 수 있다. In particular, since there is a vertical relationship between the stacking direction and the stacking surface, it can be explained by an orthotropic model.

직교이방성 모델이란 세 개의 상호 수직인 대칭 평면에 의하여 정의되고 연성 행렬에는 단지 9개의 독립 상수(Sijkl)로 구성된다.The orthotropic model is defined by three mutually perpendicular planes of symmetry and consists of only nine independent constants (S ijkl ) in the ductile matrix.

본 발명에서는 우선적으로 적층면에서의 물성 변화를 묘사할 수 있는 면내 직교이방성 모델을 수립하고자 한다. 비교적 얇은 플레이트의 경우, 9개의 독립 상수로 정의되는 직교 이방성 모델은 4개의 독립 상수로 정의되는 면내 직교 이방성 모델(in-plane orthotropic model)로 단순화될 수 있으며 다음 [수학식 3]과 같다. In the present invention, first, it is intended to establish an in-plane orthotropic model capable of describing the change in physical properties on the laminated surface. In the case of a relatively thin plate, an orthogonal anisotropy model defined by 9 independent constants can be simplified to an in-plane orthotropic model defined by 4 independent constants, and is shown in [Equation 3] below.

Figure pat00005
Figure pat00005

이 때, ei는 변형률, gij는 전단변형률, si는 수직응력, tij는 전단응력이다. 면내 직교 이방성 상수를 결정하기 위하여 적층이 45도로 이루어진 실험이 필요하며 이에 대한 추가적인 인장 실험을 수행하였다(도 5). 인장실험을 통하여 Ex, Ey를 구할 수 있으며, Gxy는 다음의 [수학식 4]에 도시한 관계식으로부터 구할 수 있다. Here, e i is the strain, g ij is the shear strain, s i is the normal stress, and t ij is the shear stress. In order to determine the in-plane orthogonal anisotropy constant, an experiment consisting of 45 degrees of lamination was required, and an additional tensile test was performed for this (FIG. 5). Ex and Ey can be obtained through a tensile test, and Gxy can be obtained from the relational expression shown in [Equation 4] below.

Figure pat00006
Figure pat00006

따라서 주어진 실험값으로부터 ABS의 직교 이방성 상수(coefficient of orthotropy stiff matrix)를 구하여 정리하면 다음의 [표 1]과 같다. Therefore, the coefficient of orthotropy stiff matrix of ABS is calculated from the given experimental values and summarized in [Table 1].

IsotropyIsotropy 면내 직교 이방성(In-plane orthotropy)In-plane orthotropy E 2.27GPaE 2.27 GPa E xE x 2.33GPa2.33GPa E yE y 2.22GPa2.22GPa G xyG xy 1.11GPa1.11GPa

이와 같이, ABS소재를 사용하여 FDM 3D 프린팅 제조 시 출력물의 비등방성 특성에 대한 실험 결론은 다음과 같을 수 있다. As such, the conclusion of the experiment on the anisotropic property of the printout when manufacturing FDM 3D printing using ABS material can be as follows.

첫 번째, 적층에 따른 인장 강도는 길이방향 면외 출력(Lout)이 가장 우수하였으며, 폭방향 면내 출력(Win )이 가장 낮은 값을 보였다. 특히, 폭방향 출력들의 경우 취성 파괴의 특성을 보이고, 인장강도의 큰 분산값의 원인으로 판단된다.First, the tensile strength according to the lamination showed the best out-of-plane output (Lout) in the longitudinal direction and the lowest in-plane output (Win) in the width direction. In particular, the outputs in the width direction show brittle fracture characteristics and are considered to be the cause of a large dispersion value of the tensile strength.

두 번째, 굽힘 강성 특성은 인장시험과 유사성을 보였으며, 결과적으로 가장 낮은 굽힘 강성은 폭방향 면내 출력(Win)의 경우다. 동일한 적층 방향의 경우(예: Win과 Wout), 굽힘 강성에서 유의미한 차이가 존재한다. 이는 인장시험과 달리 측면에서 하중을 가하는 굽힘 시험의 경우는 측면의 적층방향도 굽힘 강성에 영향을 끼치는 것으로 판단된다.Second, the bending stiffness characteristics showed similarity to that of the tensile test, and as a result, the lowest bending stiffness was the case of in-plane output (Win) in the width direction. For the same stacking direction (e.g. Win and Wout), there is a significant difference in bending stiffness. In contrast to the tensile test, in the case of a bending test in which a load is applied from the side, it is judged that the stacking direction of the side also affects the bending stiffness.

세 번째로, ABS의 면내 직교 이방성 상수를 결정하였으며, 이를 이용하면 3D 프린팅으로 설계하고자 하는 대상물 해석에 유용한 정보가 될 것으로 판단한다.Third, the in-plane orthogonal anisotropy constant of ABS was determined, and it is judged that this will be useful information for the analysis of the object to be designed by 3D printing.

이상, 본 발명의 ~의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the above, the embodiments of the present invention have been described. The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various modifications and variations are possible from the viewpoint of those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Therefore, the scope of the present invention should be defined by the claims of the present specification as well as those equivalents to the claims.

Claims (4)

3D 프린터에 ABS 재료를 충진하는 단계,
3D 프린터를 정해진 작업 상태로 설정한 후, 조형판에 상기 ABS 재료를 적층하는 단계, 및
상기 적층 단계를 정해진 층수만큼 반복적으로 반복하는 단계
를 포함하고,
상기 적충 단계는 길이 방향 면내 출력 방식, 폭방향 면내 출력 방식, 길이 방향 면외 출력 방식 또는 폭방향 면외 출력 방식으로 이루어지는
3D 프린터 인쇄방법.
Filling the 3D printer with ABS material,
After setting the 3D printer to a predetermined working state, laminating the ABS material on a modeling plate, and
Repeating the stacking step repeatedly for a predetermined number of layers
Including,
The loading step consists of a longitudinal direction in-plane output method, a width direction in-plane output method, a longitudinal direction out-of-plane output method, or a width direction out-of-plane output method.
3D printer printing method.
제1항에서,
상기 조형판은 알루미늄으로 이루어져 있는 3D 프린터 인쇄방법.
In claim 1,
The molding plate is a 3D printer printing method made of aluminum.
제1항에서,
상기 3D 프린터의 노즐 직경은 0.3 내지 0.5mm이고, 노즐 온도는 220 내지 240℃인 3D 프린터 인쇄방법.
In claim 1,
The nozzle diameter of the 3D printer is 0.3 to 0.5mm, the nozzle temperature is 220 to 240 ℃ 3D printer printing method.
제3항에서,
상기 3D 프린터의 인쇄 속도는 30 내지 40mm/s이고, 상기 인쇄 동작의 작업 온도는 100℃±2.5인 3D 프린터 인쇄방법.
In paragraph 3,
The printing speed of the 3D printer is 30 to 40mm/s, and the working temperature of the printing operation is 100°C±2.5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115366418A (en) * 2022-10-21 2022-11-22 成都大学 3D printer convenient to adjust ejection of compact speed

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