KR20220056292A - 3d 프린터용 금속 분말 함유 조성물 및 이를 이용한 필라멘트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리아세탈 3.5 내지 10중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 3.5 내지 10중량%, 가소제 2 내지 6중량%, 윤활제 1 내지 4 중량% 및 금속 분말 70~90중량%를 포함하는 3D 프린터용 조성물과 이를 이용한 3D 프린터용 필라멘트, 및 상기 필라멘트를 이용한 금속 강제품의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 높은 함량의 금속 분말을 포함하면서도, 필라멘트 표면에 피복을 감싸는 등의 추가적인 공정이 필요하지 않고, 제조된 필라멘트는 유연함을 가지고 있어 상온, 상압에서 지름 45㎜ 이상의 원통을 내경으로 하는 보빈에 부러지거나 끊김이 없이 감을 수 있고, 탈지 조건과 소결 조건을 최적화시켜 일반적으로 널리 보급된 압출형 3D 프린터(FDM 방식)를 통해 실제 사용되는 금속 강제품을 효과적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 3D 프린터용 금속 분말 함유 조성물 및 이를 이용한 필라멘트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고 함량의 금속 분말을 함유한 3D 프린터용 조성물 및 이를 이용한 필라멘트에 관한 것이다.
3D(3-Dimension, 3차원) 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 3차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이다. 최근 3D 프린팅 기술은 상당히 핫 이슈가 되고 있으며, 자동차, 의료, 예술, 교육분야로 확대되고 있으며, 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다.
3DP 시장 중 가장 많이 보급된 3D 프린터는 압출형식의 3D 프린터로, FDM(필라멘트 압출) 방식의 프린터로 불리기도 한다. FDM 방식의 프린터에 사용되는 소재는 대부분 PLA, PC, ABS 등의 일반 플라스틱으로 실제 고강도의 부품으로 사용 될 수 없어, 교육용 혹은 시제품 제작에 주로 사용이 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 몇몇 기업 혹은 연구소에서는 금속분말을 함유하는 소재를 프린팅하여 최종적으로 금속의 출력물을 제조하는 기술을 개발하였다. 한국등록특허 제1761649호는 오스테나이트계 스테인레스 금속 분말 90.0~94.0중량%, 폴리에틸렌 결합제 3.0~5.0중량%, 파라핀 왁스 가소제 2.5~3.5중량% 및 스테아린산 윤활제 0.5~1.5중량%를 포함하는 3차원 프린팅용 금속 분말 함유 조성물을 개시하였다.
하지만 상기 특허의 경우 고함량의 금속 분말을 함유하는 플라스틱 소재의 경우 필라멘트 형태로 만들 수 없어 Chip 또는 Granule 타입으로 이용되고, Chip 또는 Granule 타입은 압출 카트리지가 장착되어 있는 3D 프린터를 통해서만 출력해야 하는 번거로움이 있다.
통상적으로 금속 분말을 함유하는 플라스틱 소재를 필라멘트 형태로 만들기 위해서는 이중압출을 통해 필라멘트 표면에 피복을 감싸는 추가적인 공정이 필요하므로 결과적으로 필라멘트의 단가가 올라가거나, 품질관리에 문제가 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 폴리올레핀엘라스토머(POE)를 적용하여 금속 분말을 높은 함량으로 포함하더라도 필라멘트 제조가 가능한 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 압출시켜 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 제공하는 데도 있다.
추가로 본 발명은 상기 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 탈지 조건 및 소결 조건을 조절함으로써 범용 압출형 3D 프린터를 통해 필라멘트를 제작하였을 때 보빈에 문제없이 감을 수 있고(부러지거나 끊김 없음), 3D 프린터 투입시 노즐부위의 압출기(톱니바퀴 형태로 밀어주는 방식)에서 부러짐이 없는 금속 강제품의 제조방법을 제공하는 데도 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물은 폴리아세탈 3.5 내지 10 중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 3.5 내지 10 중량%, 가소제 2 내지 6 중량%, 및 윤활제 1 내지 4 중량%로 포함하는 고분자 바인더 10~30중량%; 및 금속 분말 70~90중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 폴리아세탈은 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독 중합체이거나, 옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머 쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 폴리아세탈 공중합체, 또는 삼원 공중합체가 바람직하다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머는 탄소의 개수를 n개로 구성할 때 2~12로 구성된 선형, 브렌치, 그라프트 형태로 구성되는 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 복합체 형태의 고분자 수지가 바람직하다.
상기 금속 분말은 스테인레스계, 티타늄계, 니켈합금계 및 비정질합금계로 구성된 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 혼합 금속 분말일 수 있다.
상기 가소제는 파라핀왁스, 카나우바왁스, 마이크로크리스탈린왁스, 비즈왁스, 몬탄왁스 중 하나 혹은 둘 이상이 선택되어 이루어진 것일 수 있다.
상기 윤활제는 스테아린산, Zn-Stearate, Ca-Srearate, EBS(ethylene bis stearamide) 중 하나 혹은 둘 이상이 선택되어 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물을 압출시켜 제조한 3D 프린터용 필라멘트를 제공한다.
상기 3D 프린터용 필라멘트는 직경이 1.5~3.0㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 3D 프린터용 필라멘트를 용융시켜 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트층이 연속적으로 적층된 형태의 반제품을 형성하는 단계, 상기 반제품에서 고분자 바인더 성분을 제거하기 위하여 110-120℃, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지시키는 단계, 1350~1380℃의 고온에서 소결시켜 금속 소결체를 제조하는 단계, 및 상기 금속 소결체를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함하는 금속 강제품의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 높은 함량의 금속 분말을 포함하면서도, 필라멘트 표면에 피복을 감싸는 등의 추가적인 공정이 필요하지 않고, 제조된 필라멘트는 유연함을 가지고 있어 상온, 상압에서 지름 45㎜ 이상의 원통을 내경으로 하는 보빈에 부러지거나 끊김이 없이 감을 수 있고, 탈지 조건과 소결 조건을 최적화시켜 일반적으로 널리 보급된 압출형 3D 프린터(FDM 방식)를 통해 실제 사용되는 금속 강제품을 효과적으로 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물과 이를 이용하여 압출시킨 필라멘트, 및 상기 필라멘트를 이용한 금속 강제품의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물은 폴리아세탈 3.5 내지 10중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 3.5 내지 10중량%, 가소제 2 내지 6중량%, 윤활제 1 내지 4 중량% 및 금속 분말 70~90중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 필라멘트 조성물에 포함되는 상기 폴리아세탈은 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독 중합체이거나, 옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머 쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 폴리아세탈 공중합체, 또는 삼원 공중합체가 바람직하다.
이러한 폴리아세탈은 전체 조성물 중 3.5 내지 10중량%로 포함되며, 폴리아세탈이 3.5중량% 미만일 경우 탈지 후 소결 공정 전에 출력물이 파손될 우려가 있고, 10중량% 초과일 경우 필라멘트의 유연함이 떨어져 보빈에 감을 때 부러지거나 끊김이 발생할 수 있고 탈지 공정에서 시간이 길어지거나 소결시 파손될 우려가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 탄소의 개수를 n개로 구성할 때 2~12로 구성된 선형, 브렌치, 그라프트 형태로 구성되는 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 복합체 형태의 고분자 수지가 바람직하다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머는 전체 조성물 중 3.5 내지 10중량%로 포함되며, 그 함량이 3.5중량% 미만일 경우 필라멘트가 딱딱해져 필라멘트를 보빈에 감을 수 없는 문제가 생길 수 있고, 10중량% 초과일 경우 필라멘트가 너무 유연해져 3D 프린터의 노즐로 압출 될 수 없는 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가소제는 3D 프린팅시 성형가공을 용이하게 하기 위한 것으로서, 파라핀 왁스, 카나우바 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스, 비즈 왁스, 지방산 왁스, 천연 왁스 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 가소제는 전체 조성물 중 2~6중량%인 것이 바람직하다. 상기 가소제의 함량이 2중량% 미만인 경우에는 필라멘트 제조시 흐름성이 낮아져 필라멘트 제조가 어려워질 수 있으며, 6중량%를 초과할 경우에는 필라멘트 제조시 흐름성이 높아져 필라멘트 제조가 어려워질 수 있다.
상기 윤활제는 3D 프린팅시 성형가공을 용이하게 하기 위한 것으로서, 스테아린산, 팔미트산, 부티르산, 라우르산, 리놀레산, 올레산, 리시놀레산 및 미리스트산 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 윤활제는 전체 조성물 중 1~4중량%인 것이 바람직하다. 상기 윤활제의 함량이 1중량% 미만인 경우에는 금속 분말과 고분자 바인더와의 상호작용이 떨어져 고르게 분산이 되지 않을 수 있고, 4중량%를 초과할 경우에는 필라멘트 제조시 흐름성이 올라가 필라멘트 제조가 어려워 질 수 있으며, 탈지 시 출력물이 파손될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물에는 금속 분말로서 스테인레스계, 티타늄계, 니켈합금계 및 비정질합금계로 구성된 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 혼합물을 전체 조성물 중 70~90중량% 포함할 수 있다.
상기 금속분말의 함량이 70중량% 미만인 경우에는 최종 출력물을 이용하여 탈지 및 소결을 진행할 때 고분자 바인더의 함량이 너무 많아 탈지 시간이 길어지고, 탈지 및 소결 공정에서 출력물의 변형 및 크랙이 발생할 수 있는 문제가 있고, 90중량%를 초과할 경우에는, 필라멘트 제조시 유연한 특성을 가진 고분자 바인더가 들어간다고 하더라도 금속 및 고분자 바인더간의 결합력이 감소하여 필라멘트를 보빈에 감을 수 없을 만큼 부러지는 문제가 있다.
본 발명에서는 상기 금속 분말과 폴리아세탈, 폴리올레핀 엘라스토머, 가소제 및 윤활제를 단축압출기, 이축압출기, 롤밀(Roll-mills), 니더(Kneader) 또는 밤바리 믹서(Banbury mixer) 등과 같은 배합 가공기기를 이용하여 혼련시켜 3D 프린팅용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 프린터용 필라멘트는 상기 3D 프린터용 금속 분말 함유 조성물을 1단계 공정 또는 2단계 공정을 통해 제조될 수 있다. 1단계 공정은 (1) 단축압출기, 이축압출기, 롤밀(Roll-mills), 니더(Kneader), 밤바리 믹서(Banbury mixer) 등의 배합 가공기기를 이용하여 혼련과 동시에 단축 압출기로 압출시켜 3D 프린터용 필라멘트로 제조할 수 있고, 2단계 공정은 (1) 단축압출기, 이축압출기, 롤밀(Roll-mills), 니더(Kneader), 밤바리 믹서(Banbury mixer) 등의 배합 가공기기를 이용하여 혼련한 후 분쇄 또는 펠렛화하고, (2) 다시 단축압출기로 압출시켜 3D 프린터용 필라멘트를 제조할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트는 직경이 1.5~3.0㎜인 것이 바람직하다.
상기 필라멘트의 직경이 1.5㎜ 미만이면 직경이 작아 유연한 특성이 더욱 극대화 되어 3D 프린팅 할 때 노즐로 투입이 어려울 수 있고, 필라멘트 직경이 3.0㎜를 초과할 경우에는 3D 프린터 노즐에서 짧은 시간에 모두 용융이 되지 않아 출력이 어려울 수 있는 문제가 있다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트는 금속 분말을 고 함량 함유하지만, 유연함을 가지고 있어 지름 45㎜의 원통을 내경으로 하는 보빈에 감을 수 있고, 일반적으로 널리 보급된 압출형 3D 프린터(FDM 방식)를 통해 실제 사용되는 금속 부품으로 제조될 수 있다.
본 발명의 3D 프린터용 필라멘트는 프린터 노즐에서 용융된 후, 3D 프린터의 플레이트 표면으로 토출되어 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트 층이 연속적으로 적층됨으로써 반제품을 형성하게 된다. 그 후 성형된 반제품은 용매 및 열간 탈지 방식에 의해 고분자 바인더 성분이 제거되고, 고온으로 소결된 후 상온까지 냉각되어 고밀도의 금속 소결체인 최종 강(製)제품으로 제조될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 상기 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 용융시켜 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트층이 연속적으로 적층된 형태의 반제품을 형성하는 단계, 상기 반제품에서 고분자 바인더 성분을 제거하기 위하여 110~120℃, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지시키는 단계, 1350~1380℃의 고온에서 소결시켜 금속 소결체를 제조하는 단계, 및 상기 금속 소결체를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함하는 금속 강제품의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 공정 중, 반제품에서 고분자 바인더 성분을 제거하기 위한 탈지 단계에서 온도 범위가 110℃ 미만에서는 질산에 의한 폴리아세탈의 분해가 원활하지 않고, 120℃를 초과할 경우 현저히 빠른 속도로 질산에 의한 폴리아세탈 분해가 일어나는 문제가 있으며, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지시키는 것이 탈지 및 소결 공정에서 한 면에서 가장 바람직하다.
또한, 상기 소결 온도는 1350~1380℃의 고온에서 이루어지는 것이 바람직하며, 소결 온도가 상기 범위를 벗어나는 경우 미소결이 일어날 수 있고 또는 과소결이 일어날 수 있는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
본 발명에서는 상기 조성물을 압출시켜 3D 프린터용 필라멘트를 제조한 다음, 보빈에 필라멘트를 권취하고, 필라멘트를 이용하여 3D 프린터에서 조형물과 시편으로 출력시켰다. 그 결과 제조된 필라멘트는 보빈에 끊김없이 권취되고, 시편의 탈지특성, 소결특성, 베드 부착력 및 조형물의 모서리 수축률이 우수하고, 노즐의 막힘없이 3D 프린팅이 순조롭게 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 및 비교예 : 3D 프린터용 필라멘트 조성물 및 필라멘트 제조
하기 표 1의 금속분말, 폴리아세탈, 폴리올레핀엘라스토머, 가소제(파라핀 왁스) 및 윤활제(스테아린산)을 포함하는 조성물을 제조하였다.
상기 제조된 각 조성물을 단축압출기(Single screw extruder, 스크류 직경 30㎜)로 혼련 및 압출한 후 길이 3m의 냉각수조에서 냉각하고 권취하여 직경 1.75㎜의 3D 프린터용 필라멘트로 제조하였다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| A | 90 | 85 | 70 | 65 | 92 | 80 | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 |
| B | 3.5 | 5.5 | 10 | 12.5 | 2.5 | 5 | 7 | 11 | 0 | 5.5 | 5.5 |
| C | 3.5 | 5.5 | 10 | 12.5 | 2.5 | 5 | 7 | 0 | 11 | 5.5 | 5.5 |
| D | 2 | 3 | 6 | 6 | 2 | 10 | 0 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| E | 1 | 1 | 4 | 4 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
A: 금속분말(Apson Atmix SUS316L PF-15F)B: 폴리아세탈 공중합체(코오롱플라스틱 K300)
C: 폴리올레핀엘라스토머(LG화학 LC180)
D: 가소제(Seiro 파라핀왁스)
E: 윤활제(LG화학 스테아린산)
실험예 1 : 3D 프린터용 필라멘트의 특성 평가
제조된 필라멘트 특성 평가를 위하여, 상온, 상압에서 지름 45㎜의 원기둥에 필라멘트를 감았을 때 필라멘트의 끊김이 없으면 양호, 끊기거나 부러지면 미흡으로 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실험예 2 : 3D 프린터용 필라멘트를 이용한 3D 조형물의 특성 평가
상기 실시예 및 비교예의 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 3D 프린터(Opencreator 社 ALMOND)로 조형물(가로 50㎜, 세로 50㎜, 높이 20㎜)로 출력한 다음 물성 평가를 실시하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 조형물은 프린팅 속도: 10㎜/sec ~ 100㎜/sec, 노즐 온도: 170~220℃, 노즐 직경: 0.4~0.6㎜, Bed 온도: 0~60℃, 내부채움: 100% 조건으로 세팅하여 출력하였다.
탈지 특성은 전용 탈지로에 조형물을 넣고, 120℃에서 냉각포함하여 총 6~10시간 동안 탈지 후 형상이 변형이 생기거나 크랙이 발생하면 미흡, 아무런 변화 없으면 양호로 평가하였다. 실시예에서는 120℃, 질산 98% 이상의 조건에서 8시간 동안 탈지시키는 단계를 수행하였다.
비교예 7은 100℃이하, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지하고, 1350~1380℃의 고온에서 소결시키고, 상온까지 냉각시켜 제조하였다.
비교예 8은 130℃이상, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지하고, 1350~1380℃의 고온에서 소결시키고, 상온까지 냉각시켜 제조하였다.
소결 특성은 진공 분위기에서 1000℃까지 승온 후 아르곤 Gas 분위기에서 도면 1의 3단계와 같이 1350℃ 까지 승온 및 냉각 후 조형물에 변형, 크랙이 발견되면 미흡, 아무런 변화 없으면 양호로 평가하였다.
베드 부착력은 3D 프린팅 시 조형물이 바닥에 부착이 잘되고 떨어지지 않으면 양호, 잘 부착되지 않고 떨어지거나 변형이 생기면 미흡으로 평가하였다.
3D 프린팅 특성은 조형물 출력 후 모서리 들뜸이 발생되거나, 출력시 노즐이 막히면 미흡, 그렇지 않고 프린팅이 순조롭게 진행되면 양호로 평가하였다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 필라멘트 특성 | 양호 | 양호 | 양호 | 양호 | 미흡 | 양호 | 양호 | 미흡 | 미흡 | 양호 | 양호 |
| 탈지특성 | 양호 | 양호 | 양호 | 미흡 | - | 미흡 | 미흡 | - | - | 미흡 | 미흡 |
| 소결특성 | 양호 | 양호 | 양호 | 미흡 | - | 미흡 | 미흡 | - | - | 미흡 | 미흡 |
| 베드 부착력 | 양호 | 양호 | 양호 | 미흡 | - | 미흡 | 미흡 | - | - | 양호 | 양호 |
| 프린팅 특성 | 양호 | 양호 | 양호 | 미흡 | - | 미흡 | 양호 | - | - | 양호 | 양호 |
상기 표 2를 참조하면, 본 발명 각 실시예에 따라 제조된 필라멘트의 경우 지름 45㎜의 원기둥에 필라멘트를 감았을 때 끊어짐이 없는 것으로 확인되었으나, 비교예에 따라 제조된 필라멘트의 본 발명의 조성 범위를 벗어나는 경우 필라멘트 특성이 다소 떨어지는 것으로 확인되었다.
또한, 상기 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 제조된 3D 조형물의 물성 특성을 비교하면, 본 발명 각 실시예에 따라 제조된 필라멘트를 이용한 3D 조형물의 경우 탈지, 소결, 베드 부착력, 프린팅 특성 전반에 걸쳐 우수한 물성을 가짐을 확인하였다.
그러나, 비교예에 따라 제조된 필라멘트를 이용한 3D 조형물의 경우 탈지, 소결, 베드 부착력, 프린팅 특성 전반에 걸쳐 물성이 떨어짐을 확인하였다.
특히 금속 분말의 함량이나 폴리아세탈, 폴리올레핀 엘라스토머의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 2, 5, 6의 경우 필라멘트 제조 자체가 불가능하여 탈지, 소결, 베드 부착력, 프린팅 특성 등의 물성 측정이 불가하였다.
또한, 탈지, 및 소결 과정이 본 발명과 상이한 과정으로 진행된 비교예 7과 8의 경우 탈지, 및 소결 특성이 미흡한 것으로 확인되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (9)
- 폴리아세탈 3.5 내지 10 중량%, 폴리올레핀 엘라스토머 3.5 내지 10 중량%, 가소제 2 내지 6 중량%, 및 윤활제 1 내지 4 중량%로 포함하는 고분자 바인더 10~30중량%; 및
금속 분말 70~90중량%를 포함하는 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리아세탈은 반복 단위로서 옥시메틸렌 -(OCH2)n- 기를 포함하고, 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 옥시메틸렌 단독 중합체이거나,
옥시메틸렌 모노머 단위로 이루어진 폴리머 쇄 중에 탄소수 2~10의 옥시알킬렌 단위가 랜덤하게 삽입되고, 중합체의 양 말단이 에스테르 또는 에테르기에 의해 봉쇄된 폴리아세탈 공중합체, 또는 삼원 공중합체인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 엘라스토머는 탄소의 개수를 n개로 구성할 때 2~12로 구성된 선형, 브렌치, 그라프트 형태로 구성되는 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 복합체 형태의 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 분말은 스테인레스계, 티타늄계, 니켈합금계 및 비정질합금계로 구성된 군에서 선택되는 하나이거나 2 이상의 혼합 금속 분말인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가소제는 파라핀왁스, 카나우바왁스, 마이크로크리스탈린왁스, 비즈왁스, 몬탄왁스 중 하나 혹은 둘 이상이 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 윤활제는 스테아린산, Zn-Stearate, Ca-Srearate, EBS(ethylene bis stearamide) 중 하나 혹은 둘 이상이 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항 내지 6항 중 어느 한 항의 3D 프린터용 금속 분말 함유 필라멘트 조성물을 압출시켜 제조한 3D 프린터용 필라멘트.
- 제7항에 있어서, 상기 3D 프린터용 필라멘트는 직경이 1.5~3.0㎜인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트.
- 제7항에 따른 3D 프린터용 필라멘트를 용융시켜 인쇄하고자 하는 대상의 3차원 형상으로 프린트층이 연속적으로 적층된 형태의 반제품을 형성하는 단계,
상기 반제품에서 고분자 바인더 성분을 제거하기 위하여 110-120℃, 질산 98% 이상의 조건에서 6~10시간 동안 탈지시키는 단계,
1350~1380℃의 고온에서 소결시켜 금속 소결체를 제조하는 단계, 및
상기 금속 소결체를 상온까지 냉각시키는 단계를 포함하는 금속 강제품의 제조방법.
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