KR20220080845A - Manufacturing of pvb full mold using 3d printing technique - Google Patents

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Abstract

본 발명의 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법은, (가) 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계; (나) 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물을 위치시키는 단계; (다) 훈증기 내에서 상기 3D 프린팅 출력물을 훈증하는 단계; 및 (라) 훈증된 상기 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계;를 포함한다.
상기 열 가소성 폴리머는 PVB(polyvinyl butyral) 폴리머이고, 상기 3D 프린팅은 FDM 프린팅일 수 있다.
또한, 상기 3D 프린팅 출력물은 실리콘 오일에 중탕된 다음에 에탄올로 훈증될 수 있다.
The method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing of the present invention comprises: (A) 3D printing using a thermoplastic polymer; (B) placing the 3D printed output in the fumigator; (C) fumigating the 3D printing output in a fumigator; and (D) manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output.
The thermoplastic polymer may be a polyvinyl butyral (PVB) polymer, and the 3D printing may be FDM printing.
In addition, the 3D printed output may be immersed in silicone oil and then fumigated with ethanol.

Description

3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법{MANUFACTURING OF PVB FULL MOLD USING 3D PRINTING TECHNIQUE}PVB loss model mold manufacturing method using 3D printing {MANUFACTURING OF PVB FULL MOLD USING 3D PRINTING TECHNIQUE}

본 발명은 금형 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 3D 프린팅을 이용하여 PVB 소실 모형 금형을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a mold, and more particularly, to a method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing.

원하는 형상의 제품을 만들기 위한 다양한 방법이 존재한다.There are various methods for making a product of a desired shape.

그 중에서 모래(통상 주물사라고 함)를 이용하여 특정한 형상을 갖는 공간(즉, 주형 공간)을 형성하고 여기에 용융 금속을 주입하여 응고시키는 사형 주조법이 있다.Among them, there is a sand casting method in which a space having a specific shape (ie, a mold space) is formed using sand (commonly referred to as casting sand), and molten metal is injected thereto to solidify.

사형 주조법에서는, 특정한 형상을 갖는 공간을 형성하는 주조용 모형을 사용하여 이 특정한 형상의 공간을 형성하고 있었다.In the sand casting method, the space of this specific shape was formed using the casting model which forms the space which has a specific shape.

통상적으로, 주조용 모형은 성형이 용이한 스티로폼을 사용하여 제작되고 있었다.In general, the casting model was manufactured using easy-to-form Styrofoam.

그러나, 스티로폼으로 제작한 주조용 모형은 일회성으로 소실되므로 재활용이 곤란하며, 스티로폼 자체로도 환경적으로 큰 문제를 일으킬 우려가 있었다.However, since the casting model made of Styrofoam is lost once, it is difficult to recycle, and there is a concern that Styrofoam itself may cause a big environmental problem.

또한, 스티로폼을 이용한 모형 제작은 공정 자체가 매우 복잡하여 숙련된 작업자를 필요로 할 뿐만 아니라 수작업이 많이 요구되어 경제적인 측면에서도 바람직하지 않았다.In addition, model production using Styrofoam is not desirable from an economic point of view because the process itself is very complicated and requires a skilled worker as well as a lot of manual work.

최근에 들어와서, 3D 프린터를 이용하여 모형을 제작하려는 시도가 있었다.Recently, there has been an attempt to make a model using a 3D printer.

3D 프린터(3D printer)는 재료를 한 층씩 쌓으면서(Layer-by-layer deposition) 원하는 형상을 제작하는 적층 가공(Additive manufacturing, AM) 장치이다.A 3D printer is an additive manufacturing (AM) device that builds a desired shape by layer-by-layer deposition of materials.

원래 3D 프린팅 기술은 쾌속 조형(Rapid prototyping, RP)에서 유래하였으나, 최근 그 적용 분야가 시제품(prototype)을 벗어나 다양한 용도의 제품 제작까지 확대되고 있으며, 그 중의 하나가 3D 프린터를 이용하여 종래의 스티로폼을 이용한 주조용 모형을 대체하는 것이다.Originally, 3D printing technology originated from rapid prototyping (RP), but recently its application field has been expanded to produce products for various purposes beyond prototypes, and one of them is conventional Styrofoam using a 3D printer. It is to replace the casting model using

3D 프린팅 기술 중에서 FDM(Fused deposition modeling) 3D 프린터는 대중적으로 널리 보급되어 있는 프린터이며, 열 가소성(Thermoplastic) 폴리머를 고온 용융 압출(Press out extrude)하여 3 차원 형상을 제작하는 장치이다.Among 3D printing technologies, a fused deposition modeling (FDM) 3D printer is a printer that is popular and widely used, and is a device that produces a three-dimensional shape by hot melt extrusion of a thermoplastic polymer.

그런데, 이와 같이 재료를 녹여서 한층 한층 쌓아서 만드는 FDM 3D 프린팅 구조물(또는 FDM 3D 프린팅 출력물)은 도 2에 나타낸 바와 같이 적층 표면에 프린팅 선 간격(Line distance), 층간 높이(Layer height)에 의한 요철(Surface irregularity) 때문에 표면 거칠기(Surface roughness)가 크게 나타나는 구조적인 단점이 있다.By the way, the FDM 3D printing structure (or FDM 3D printing output) made by melting the material and stacking it layer by layer as shown in FIG. There is a structural disadvantage in that the surface roughness appears large due to surface irregularity.

따라서, 3D 프린팅으로 제조한 구조물의 표면 거칠기를 줄이기 위한 후가공(post-processing)이 필요하다.Therefore, post-processing is required to reduce the surface roughness of the structure manufactured by 3D printing.

예를 들어서, 일반적인 후가공 기법으로는 기계적인 마찰(즉, 절삭)에 의한 표면 요철 제거 방법이 있으나, 이는 많은 노력과 시간이 소요되는 단점이 상존하고 있다.For example, as a general post-processing technique, there is a method of removing surface irregularities by mechanical friction (ie, cutting), but this has the disadvantage that it takes a lot of effort and time.

기계적인 마찰에 의한 표면 요철 제거 방법의 단점을 해소하기 위해서 3D 프린팅 폴리머 구조물 표면에 형성된 요철을 효과적으로 제거할 수 있는 대표적인 방법으로 훈증(fumigation) 기법을 사용하여 3D 프린팅으로 제조한 구조물의 표면의 요철을 제거할 수 있다.In order to solve the disadvantages of the method of removing surface irregularities due to mechanical friction, as a representative method that can effectively remove irregularities formed on the surface of 3D printing polymer structures, fumigation is used to remove irregularities on the surface of structures manufactured by 3D printing. can be removed.

훈증 기법에 대해서 도 3과 도 4를 참조하여 간략하게 설명한다.The fumigation technique will be briefly described with reference to FIGS. 3 and 4 .

도 3은 통상적인 3D 프린팅 출력물에 있어서의 훈증에 의한 개략적인 표면 요철 제거 거동을 나타낸 도면이고, 도 4는 훈증에 의한 표면 요철 제거 공정에서의 3D 프린팅 출력물과 용매 분자의 반응 양상을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a schematic surface asperity removal behavior by fumigation in a typical 3D printing output, and FIG. 4 is a view showing a reaction aspect between a 3D printing output and a solvent molecule in a surface unevenness removal process by fumigation. .

먼저, 3D 프린팅으로 제조한 구조물을 폴리머를 용해시킬 수 있는 용매가 있는 챔버 내에 위치시킨다.First, the 3D-printed structure is placed in a chamber with a solvent capable of dissolving the polymer.

이 용매를 기화시키기 위해 챔버를 용매의 끓는점 이상으로 중탕한다.To vaporize this solvent, the chamber is bathed above the boiling point of the solvent.

챔버 내부 온도가 용매의 끓는점에 도달하게 되면, 챔버 내부는 용매의 기상(Gas phase)이 생성되기 시작하며 일정한 시간이 지난 후에는 일정량의 증기압을 가지게 된다.When the temperature inside the chamber reaches the boiling point of the solvent, a gas phase of the solvent starts to be generated inside the chamber, and after a certain amount of time has elapsed, it has a certain amount of vapor pressure.

이때, 증류 장치를 별도로 설치해 두어 내부 증기압을 유지하는 동시에 용매의 손실을 최소화한다.At this time, the distillation apparatus is separately installed to maintain the internal vapor pressure and at the same time minimize the loss of the solvent.

시간이 지남에 따라서 챔버 내부에 형성된 기상이 폴리머 구조물(3D 프린팅 출력물)과 접촉하는 동시에 액화되며, 폴리머 구조물 중의 폴리머와 반응한다.As time goes by, the vapor formed inside the chamber is liquefied at the same time as it comes into contact with the polymer structure (3D printed output), and reacts with the polymer in the polymer structure.

폴리머와 반응한 용매 분자(Solvent molecules)는 폴리머 사슬(Polymer chain) 사이에 침투하며, 그 결과 폴리머 사슬(Chain) 간 거리가 늘어나게 된다(도 4 참조).Solvent molecules reacted with the polymer penetrate between the polymer chains, and as a result, the distance between the polymer chains increases (see FIG. 4 ).

이때, 폴리머는 겔(gel)화되어 점도가 낮아지게 되며 중력에 의한 영향을 받아 주저 앉게 되며, 그 결과 요철이 사라지게 된다.At this time, the polymer is gelled, the viscosity is lowered, and it is affected by gravity to sink, and as a result, the unevenness disappears.

도 3에 따르면, 도면의 좌측으로부터 우측으로, 시간이 흐름에 따라서 표면의 요철이 점점 사라지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3 , from the left to the right of the drawing, it can be seen that the unevenness of the surface gradually disappears as time passes.

한편, 폴리머가 겔화되는 양은 챔버 내의 용매 기체의 증기압과 기체에 노출되는 시간과 비례한다.On the other hand, the amount of gelation of the polymer is proportional to the vapor pressure of the solvent gas in the chamber and the time it is exposed to the gas.

즉, 챔버가 중탕되는 온도와 중탕 시간이 훈증 공정에서 가장 중요한 요소로 알려져 있다.That is, it is known that the temperature at which the chamber is bathed and the bathing time are the most important factors in the fumigation process.

그런데, 훈증 공정에 사용되는 용매는 폴리머를 용해시킬 수 있는 액체로 선정되는 것이 바람직하며, 통상적으로, 폴리머를 용해시킬 수 있는 용매로는 아세톤, 톨루엔, 부탄올 등을 사용하고 있었으나, 이들 용매는 인체에 유해하여 사용하지 않는 것이 바람직하다.However, the solvent used in the fumigation process is preferably selected as a liquid capable of dissolving the polymer, and generally, acetone, toluene, butanol, etc. have been used as the solvent capable of dissolving the polymer, but these solvents are It is recommended not to use it as it is harmful to

특히, 이와 같은 용매는 훈증 과정에서 유출되어 기상 형태로 호흡기 내부로 침투할 수 있으며, 장기간 노출될 경우 인체에 악영향을 미칠 수 있어 사용하지 않는 것이 바람직하다고 하겠다.In particular, such a solvent may leak during the fumigation process and penetrate into the respiratory tract in a gaseous form.

즉, 훈증시 인체에 무해한 용매를 사용하는 것이 바람직하다.That is, it is preferable to use a solvent that is harmless to the human body during fumigation.

한편, PVB(Polyvinyl Butyral)는 FDM 3D 프린팅 적용이 가능한 재료 중 하나로 상술한 몇 가지 용매에도 용해되지만 비교적 인체에 무해한 에탄올(Ethanol)에서도 잘 용해된다는 특징을 가지고 있다.On the other hand, PVB (Polyvinyl Butyral) is one of the materials that can be applied to FDM 3D printing, and although it is soluble in several solvents described above, it has a characteristic that it dissolves well in ethanol, which is relatively harmless to the human body.

따라서 본 발명의 발명자들은 각고의 노력 끝에 기존 스티로폼을 대신하여 에탄올을 이용해 PVB 3D 프린팅 구조물을 훈증하여 그 표면 요철을 제거하고, 최종적으로는 3D 프린터를 사용한 3D 프린팅 기법을 이용하여 PVB 소실 모형 금형을 제조하는 방법을 창출하였다.Therefore, the inventors of the present invention, after much effort, fumigate the PVB 3D printing structure using ethanol instead of the existing Styrofoam to remove the surface irregularities, and finally, using a 3D printing technique using a 3D printer, a PVB loss model mold A manufacturing method was created.

대한민국 등록특허공보 제10-0942176호 (2010.02.11. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-0942176 (published on Feb. 11, 2010)

따라서, 본 발명의 과제는 스티로폼 모형을 사용하지 않고 3D 프린팅 기법을 이용하여 모형 제조 공정에 소요되는 시간을 단축시키는 것을 하나의 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce the time required for a model manufacturing process by using a 3D printing technique without using a styrofoam model.

또한, 본 발명의 과제는 해당 공정에 투입되는 인력을 줄여서 경제적으로 모형을 제작하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to economically manufacture the model by reducing the manpower input to the process.

또한, 본 발명의 과제는 스티로폼과 같은 일회성 주조 모형을 사용하지 않아 환경 문제를 줄이는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to reduce environmental problems by not using a one-time casting model such as Styrofoam.

또한, 본 발명의 과제는 스티로폼 가공에 비해서 더욱 정밀한 모형을 제작하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, it is another object of the present invention to produce a more precise model compared to styrofoam processing.

또한, 본 발명의 과제는 금형 가공에 사용되는 각종 절삭 공구의 마모를 최소화하여 경제성을 확보하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to secure economic feasibility by minimizing wear of various cutting tools used in mold processing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들) 역시 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자("통상의 기술자")라면 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned above is also a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description (" Those of ordinary skill in the art") will clearly understand.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명의 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법은, (가) 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계; (나) 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물을 위치시키는 단계; (다) 훈증기 내에서 상기 3D 프린팅 출력물을 훈증하는 단계; 및 (라) 훈증된 상기 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계;를 포함한다.In order to solve the above problems, according to a preferred embodiment of the present invention, the PVB loss model mold manufacturing method using 3D printing of the present invention, (A) 3D printing step using a thermoplastic polymer; (B) placing the 3D printed output in the fumigator; (C) fumigating the 3D printed output in a fumigator; and (D) manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 (가) 단계에서의 상기 열 가소성 폴리머는 PVB 폴리머인 것이 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the thermoplastic polymer in step (a) is preferably a PVB polymer.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 (가) 단계에서의 상기 3D 프린팅은 FDM 프린팅인 것이 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the 3D printing in step (a) is preferably FDM printing.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 (다) 단계에서의 상기 3D 프린팅 출력물은 중탕될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the 3D printing output in step (c) may be hot water.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 중탕은 실리콘 오일에 의해서 달성될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the bath may be achieved by silicone oil.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 오일의 온도는 80 ℃로 유지되는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment of the present invention, the temperature of the silicone oil is preferably maintained at 80 ℃.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 (다) 단계에서의 상기 훈증은 에탄올을 이용하여 수행될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the fumigation in step (c) may be performed using ethanol.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 훈증은 1 분 내지 50 분간 수행될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the fumigation may be performed for 1 minute to 50 minutes.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 훈증 이후에 상기 3D 프린팅 출력물을 열처리하는 단계를 더 수행할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the step of heat-treating the 3D printed output after the fumigation may be further performed.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 열처리는 80 ℃에서 수행될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at 80 °C.

기타 본 발명의 바람직한 실시예의 구체적인 내용은 이하의 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목 및 첨부 도면에 포함되어 있다.Other specific details of preferred embodiments of the present invention are included in the following "Details for carrying out the invention" item and accompanying drawings.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 첨부 도면을 참조하여 설명하고 있는 이하 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목의 각 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to each embodiment of the "Specific details for carrying out the invention" item described below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시예만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 각 실시예는 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 기술자에게 본 발명의 범위 및 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구 범위의 각 청구항의 범위에 의해 정의됨을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but can be implemented in various different forms, and each embodiment of the present invention only makes the disclosure of the present invention complete, and provides those of ordinary skill in the art It is to be understood that the present invention is only defined by the scope of each of the claims, which is provided only as a complete indication of the scope and scope.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 스티로폼 모형을 사용하지 않으므로 환경 문제를 최소화할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, since the Styrofoam model is not used, environmental problems can be minimized.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 3D 프린팅 기법을 통해 모형 제작에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the time required for model production can be reduced through the 3D printing technique.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 모형 제조 단가를 낮출 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to lower the manufacturing cost of the model.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 완성도 높은 모형을 제작할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a high-quality model.

본 발명의 효과는 상기한 효과만으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 다른 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited only to the above effects, and include all other effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법의 개략적인 공정 단계를 나타낸 순서도이다.
도 2는, FDM 3D 프린팅 출력물의 표면 거칠기 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 통상적인 3D 프린팅 출력물에 있어서의 훈증에 의한 개략적인 표면 요철 제거 거동을 나타낸 도면이다.
도 4는, 훈증에 의한 표면 요철 제거 공정에서의 3D 프린팅 출력물과 용매 분자의 반응 양상을 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 3D 프린팅 출력물을 훈증하기 위한 훈증기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a) 내지 도 6의 (f)는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 훈증된 3D 프린팅 출력물 시편을 훈증 시간에 따라서 현미경으로 관찰한 표면 사진으로, 각각, 도 6의 (a)는 훈증하지 않은 경우를, 도 6의 (b)는 1 분간, 도 6의 (c)는 5 분간, 도 6의 (d)는 10 분간, 도 6의 (e)는 30 분간, 및 도 6의 (f)는 50 분간 훈증 처리한 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은, 훈증하지 않은 3D 프린팅 출력물과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물을 각각의 시간대별로 훈증하기 전후의 인장 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 각각의 시간대별로 열처리하여 측정한 인장 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대한 시차 주사 열량계의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10의 (a)는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 공정 시간(Process time)에 따른 인장 강도를 나타낸 그래프이다.
도 10의 (b)는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 공정 시간(Process time)에 따른 연신율을 나타낸 그래프이다.
1 is a flowchart showing schematic process steps of a method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a view showing the surface roughness state of the FDM 3D printing output.
3 is a view showing a schematic surface asperity removal behavior by fumigation in a typical 3D printing output.
4 is a view showing the reaction aspect of the 3D printing output and solvent molecules in the surface asperity removal process by fumigation.
5 is a view showing an example of a fumigator for fumigating a 3D printed output according to a preferred embodiment of the present invention.
6 (a) to 6 (f) are surface photographs observed under a microscope according to a fumigation time of a fumigated 3D printed output specimen according to a preferred embodiment of the present invention, respectively, in Fig. 6 (a) ) is the case of no fumigation, Figure 6 (b) is for 1 minute, Figure 6 (c) is for 5 minutes, Figure 6 (d) is for 10 minutes, Figure 6 (e) is for 30 minutes, and Fig. 6(f) is a view showing the case of fumigation treatment for 50 minutes.
7 is a graph showing the tensile test results before and after fumigation of the 3D printed output without fumigation and the 3D printed output obtained according to a preferred embodiment of the present invention for each time period.
8 is a graph showing the tensile test results measured by heat treatment for each time period for the 3D printing output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a graph showing measurement results of a differential scanning calorimeter for a 3D printed output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 10 (a) is a graph showing the tensile strength according to the process time (Process time) for the 3D printing output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 10 (b) is a graph showing the elongation according to the process time (Process time) for the 3D printing output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 대해서 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor of the present invention must explain his invention in the best way. For this purpose, it should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of specifically limiting the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be noted that the term has been defined with consideration in mind.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 단수의 의미만을 가지는 것으로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in the present specification, the expression of the singular may include a plurality of expressions unless the context clearly indicates that it has only the meaning of the singular, and similarly, even if expressed in plural, the meaning of the singular may be included. you should know that there is

더욱이, 본 명세서 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 임의의 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 의미할 수 있다.Moreover, throughout this specification, when it is stated that a certain element "includes" another element, unless otherwise stated, other elements are not excluded, but other elements are added. It may mean that it can include

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되거나, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이때 제 3 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when it is described that a component is "exists in or is connected to" of another component, the component is directly connected to or installed in contact with another component, or at a certain distance It may be installed spaced apart, and in the case of being installed spaced apart at a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component may exist, in which case the third component or It should be noted that the description of the means may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 이 제 3 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~ 사이에"나 "바로 ~ 사이에", 또는 "~에 이웃하는"이나 "~에 직접 이웃하는" 등의 표현도 동일한 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between each component, such as "between" or "immediately between", or "neighboring to" or "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as having

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second", etc., if used, for one component, this single component It is used to be clearly distinguished from other components, and it should be understood that the meaning of the component is not limitedly used by such terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 관련 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 각 구성 요소의 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in the present specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", if used, should be understood as indicating a relative position in the related drawings with respect to the corresponding component, Unless an absolute position is specified with respect to their position, it should not be understood that these position-related terms refer to the absolute position of each component.

더욱이, 본 발명의 명세서에서, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 구성 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, “device”, etc., if used, mean a structural unit capable of processing one or more functions or operations, which It should be understood that it may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.

또한, 본 명세서에서는 첨부 도면에 나타낸 각각의 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호에 의해서 지시하고 있다.In addition, in this specification, in specifying the reference number for each component shown in the accompanying drawings, the same component has the same reference number even if it is shown in different drawings, that is, throughout the specification. Like elements are indicated by like reference numerals.

또한, 첨부 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In addition, in the accompanying drawings, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted to convey the spirit of the present invention sufficiently clearly or for convenience of explanation. There may be, and therefore the proportion or scale may not be exact.

또한, 본 명세서에 있어서 단계를 포함하는 방법의 기재는, 기재되는 경우, 각 단계의 표시를 위한 식별 부호(도면 부호)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것일 뿐이며, 이들 식별 부호는 각 단계의 순서를 확정적으로 지정하여 설명하는 것이 아니며, 문맥상 각 단계의 특정 순서를 명시적으로 기재하지 않는 이상 본 명세서에 기재된 단계의 순서와 상이하게 발생할 수도 있다.In addition, in the present specification, when the description of a method including steps is described, an identification code (reference numeral) for indicating each step is used only for convenience of description, and these identification codes indicate the order of each step. is not definitively designated and described, and may occur differently from the order of steps described herein unless a specific order of each step is explicitly described in context.

즉, 본 발명의 각 단계는 본 명세서에서 기재된 순서대로 발생할 수도 있고, 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며, 필요하다면 순차적으로 진행하는 것이 아니라 이와 정반대로 역방향의 순서대로 수행될 수도 있으며, 필요에 따라서 일부 단계를 생략한 채로 수행될 수도 있음을 알아야 한다.That is, each step of the present invention may occur in the order described herein, may be performed substantially simultaneously, if necessary, rather than proceeding sequentially, may be performed in the reverse order in the opposite direction. It should be noted that the step may be performed while omitting it.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 기타 통상의 기술자라면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 구성, 및 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 구성 등에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.In addition, in the following, in the description of the present invention, it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured, other configurations that can be technically inferred by those skilled in the art, and known techniques including the prior art. It should be noted that a detailed description of the configuration and the like may be omitted.

본 명세서의 첨부 도면을 참조하면서 본 명세서 중의 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 다양한 특징적인 구성 및 실시예를 참조하게 되면 본 발명 및 본 발명이 청구하고자 하는 범위를 완전히 이해할 수 있을 것이다.The present invention and the scope to be claimed by the present invention can be fully understood by referring to the various characteristic configurations and embodiments described in the "Specific details for carrying out the invention" item in the present specification while referring to the accompanying drawings of the present specification. .

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법의 개략적인 공정 단계를 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart showing schematic process steps of a method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법은 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계(S100), 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물을 위치시키는 단계(S200), 훈증기 내에서 3D 프린팅 출력물을 훈증하는 단계(S300), 및 훈증된 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.As can be seen from Figure 1, the PVB disappearance model mold manufacturing method using 3D printing according to a preferred embodiment of the present invention is a 3D printing step (S100) using a thermoplastic polymer, positioning the 3D printing output in the fumigator (S200), fumigating the 3D printing output in the fumigator (S300), and manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output (S400) may include.

먼저, 열 가소성 폴리머를 이용하여 3D 프린팅 출력물을 프린트할 수 있다(단계 S100).First, a 3D printing output may be printed using a thermoplastic polymer (step S100).

열 가소성 폴리머는 PVB(polyvinyl butyral) 폴리머인 것이 바람직하다.The thermoplastic polymer is preferably a polyvinyl butyral (PVB) polymer.

이 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계(S100)는 열 가소성 폴리머를 이용하여 3D 프린터에서 3D 프린팅 출력물을 프린트(인쇄)하는 단계이다.The 3D printing step (S100) using the thermoplastic polymer is a step of printing (printing) the 3D printing output in the 3D printer using the thermoplastic polymer.

그러나, 도 2에 나타낸 바와 같이, 3D 프린터로 출력한 3D 프린팅 출력물은 표면 거칠기가 상당하므로, 후가공이 필요하다.However, as shown in FIG. 2 , since the 3D printed output output by the 3D printer has a considerable surface roughness, post-processing is required.

본 발명에서는, 이 후가공으로 에탄올을 이용한 훈증 기법을 사용한다.In the present invention, a fumigation technique using ethanol is used as this post-processing.

훈증 기법을 사용하기 전에 FDM 3D 프린팅으로 얻은 시편 표면에 대한 훈증의 효과를 비교 분석하기 위하여 열가소성 PVB(polyvinyl butyral) 폴리머를 프린팅 재료로 선정하여 ASTM-D638 typeIVB에 따라 인장 측정용 시편(구체적인 형상이나 기타 제한 사항에 대해서는 해당 표준을 참조)을 갖도록 다수의 시편을 FDM 3D 프린팅 기법으로 제작하였다.Before using the fumigation technique, in order to compare and analyze the effect of fumigation on the surface of the specimen obtained by FDM 3D printing, a thermoplastic PVB (polyvinyl butyral) polymer was selected as a printing material and a specimen for tensile measurement (specific shape) according to ASTM-D638 typeIV B However, for other limitations, refer to the relevant standard), and a number of specimens were fabricated by FDM 3D printing technique.

시편 제작 조건 등은 다음 표 1과 같을 수 있다.Specimen production conditions may be as shown in Table 1 below.

Figure pat00001
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훈증을 위해서는, 먼저, 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물(시편)을 위치시킬 수 있다(단계, S200).For fumigation, first, a 3D printing output (specimen) may be placed in a fumigator (step, S200).

그리고, 훈증기 내에서 3D 프린팅 출력물을 훈증할 수 있다(단계 S300).And, it is possible to fumigate the 3D printing output in the fumigator (step S300).

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 3D 프린팅 출력물을 훈증하기 위한 훈증기의 일례를 나타낸 도면이다.5 is a view showing an example of a fumigator for fumigating a 3D printed output according to a preferred embodiment of the present invention.

프린팅 시편의 표면 처리를 위한 훈증기는 도 5에 나타낸 바와 같다.A fumigator for surface treatment of the printed specimen is shown in FIG. 5 .

도 5로부터, 일정한 온도에서 안정적으로 에탄올 증기를 발생 시키기 위해서 에탄올을 담은 용기를 비열이 높은 실리콘 오일(Saehan silichem oil)(도 5에서 도면 부호 6 참조)로 중탕하였다.From FIG. 5, in order to stably generate ethanol vapor at a constant temperature, a container containing ethanol was bathed with high specific heat silicone oil (Saehan silichem oil) (refer to reference numeral 6 in FIG. 5).

한편, 시편의 훈증에 사용된 에탄올은 95 %, DUKSAN 제품이며, 실리콘 오일의 온도는 80 ℃로 유지하면서 훈증을 진행하였다.On the other hand, the ethanol used for fumigation of the specimen was 95%, a product of DUKSAN, and fumigation was carried out while maintaining the temperature of the silicone oil at 80 °C.

또한, 훈증 용기(5) 내부의 에탄올의 손실을 억제하기 위해 증류 헤드를 이용하였으며, 이때 냉각수의 온도가 18 ℃를 유지하도록 하였다.In addition, a distillation head was used to suppress the loss of ethanol in the fumigation vessel 5, and at this time, the temperature of the cooling water was maintained at 18 °C.

표 1의 조건에 따라서 제작한 시편을 도 5에 나타낸 훈증기에 투입하고 각각 1, 5, 10, 30, 50 분 동안 훈증하였다.The specimens prepared according to the conditions of Table 1 were put into the fumigator shown in FIG. 5 and fumigated for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively.

훈증 후 각각의 시편을 상온에 두면서 5 일 동안 자연 건조하였다.After fumigation, each specimen was placed at room temperature and naturally dried for 5 days.

도 5에서, 도면 부호 1은 냉각수 순환 배관이고, 도면 부호 2는 냉각수 유입구, 도면 부호 3은 냉각수 배출구, 도면 부호 4는 커버, 도면 부호 5는 훈증 용기(Chamber, Ethanol vapor and air), 도면 부호 6은 실리콘 오일 용기, 도면 부호 7은 온도 측정용 온도계, 그리고 도면 부호 8은 핫 플레이트(Hot plate)이다.5, reference numeral 1 denotes a cooling water circulation pipe, reference numeral 2 denotes a cooling water inlet, reference numeral 3 denotes a cooling water outlet, reference numeral 4 denotes a cover, and reference numeral 5 denotes a fumigation vessel (Chamber, Ethanol vapor and air), reference numeral 6 is a silicone oil container, 7 is a thermometer for temperature measurement, and 8 is a hot plate.

마지막으로, 훈증된 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.Finally, it may include a step (S400) of manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output.

본 단계(S400)는 표 1과 관련하여 설명한 인장 측정용 시편이 아니라, 본 발명의 방법에 따라서 훈증 처리한 FDM 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계일 수 있다.This step (S400) may be a step of manufacturing a mold using the FDM 3D printing output fumigated according to the method of the present invention, not the tensile measurement specimen described in relation to Table 1.

본 발명의 발명자들은 상술한 각종 시편에 대해서, 시편의 에탄올 훈증 전/후, 그리고 훈증 시간에 따른 시편 표면의 변화 상태를 관찰하기 위하여 광학 현미경(MSP-8000 pro, DIGIBIRD, Korea)을 이용하여 시편의 끝부분을 150 배로 확대하여 관찰하였다.The inventors of the present invention for the various specimens described above, before / after ethanol fumigation of the specimen, and in order to observe the change state of the specimen surface according to the fumigation time using an optical microscope (MSP-8000 pro, DIGIBIRD, Korea) using a specimen The tip of the was observed at 150 times magnification.

도 6의 (a) 내지 도 6의 (f)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 훈증된 3D 프린팅 출력물 시편을 훈증 시간에 따라서 현미경으로 관찰한 표면 사진으로, 각각, 도 6의 (a)는 훈증하지 않은 경우를, 도 6의 (b)는 1 분간, 도 6의 (c)는 5 분간, 도 6의 (d)는 10 분간, 도 6의 (e)는 30 분간, 및 도 6의 (f)는 50 분간 훈증 처리한 경우를 나타낸 도면이다.6 (a) to 6 (f) are surface photographs observed under a microscope according to a fumigation time of a fumigated 3D printed output specimen according to a preferred embodiment of the present invention, respectively, in FIG. 6 (a) is a case of not fumigation, Figure 6 (b) is for 1 minute, Figure 6 (c) is for 5 minutes, Figure 6 (d) is for 10 minutes, Figure 6 (e) is for 30 minutes, and Figure 6 (f) is a diagram showing the case of 50 minutes of fumigation.

도 6의 (a) 내지 도 6의 (f)에 따르면, 훈증하지 않은 도 6의 (a)를 제외하고는 조금이라도 훈증한 모든 시편의 표면에서는 광택이 났으며, 특히 훈증 시간이 증가함에 따라 시편의 표면이 에탄올에 의한 겔화로 인해 점도가 낮아지면서 중력에 의한 영향으로 인해 표면 거칠기가 감소하는, 즉 표면의 요철이 점차 사라지는 것을 확인할 수 있다.According to (a) to (f) of Figure 6, except for the non-fumigation of Figure 6 (a), the surface of all the specimens fumigated even a little was shiny, especially as the fumigation time increased As the viscosity of the surface of the specimen decreases due to gelation by ethanol, it can be seen that the surface roughness decreases due to the effect of gravity, that is, the unevenness of the surface gradually disappears.

이는, PVB가 용매 증기에 노출되는 시간이 증가함에 따라 PVB 내부의 사슬 사이에 침투하는 에탄올 분자의 수가 증가하기 때문에 나타나는 현상이라고 판단된다.This is considered to be a phenomenon that occurs because the number of ethanol molecules penetrating between the chains inside the PVB increases as the exposure time of the PVB to the solvent vapor increases.

즉, PVB 내부로 침투한 에탄올 분자의 갯수가 증가함에 따라 각 사슬간의 거리가 증가하며 PVB는 점차 겔(gel)화 되어 점도가 낮아지게 되고, 그 결과, PVB 표면이 에탄올에 녹아 프린팅 선 간격(Line distance)의 틈을 메우게 되어 표면이 평탄해진다.That is, as the number of ethanol molecules penetrating into the PVB increases, the distance between each chain increases, and the PVB gradually becomes a gel and the viscosity decreases. Line distance) is filled and the surface becomes flat.

한편, 30 분 이상 훈증한 시편의 표면(도 6의 (e) 및 도 6의 (f))에서는 요철이 완벽히 사라졌으며, 특히 내부에 기포가 포획되어 있는 것을 관찰할 수 있다.On the other hand, it can be observed that the irregularities completely disappeared from the surface (FIG. 6(e) and FIG. 6(f)) of the specimen fumigated for more than 30 minutes, and in particular, it can be observed that air bubbles are trapped inside.

PVB 내부의 기포는 사슬 사이에 있었던 에탄올이 건조 과정에서 대기 중으로 확산 중에 포획되어 나타난 것으로 보이며, 포획된 기포의 수는 PVB의 점도 차이에 의해 나타났다고 판단된다.It seems that the bubbles inside the PVB were captured during the diffusion of ethanol into the atmosphere during the drying process, and the number of trapped bubbles was determined to be due to the difference in the viscosity of the PVB.

실험례experimental example

상술한 시편을 훈증하지 않은 경우와 훈증한 경우에 대해서 조도, 인장 강도, 연신율, 및 시편의 결정화 온도에 대해서 측정하였다.Roughness, tensile strength, elongation, and crystallization temperature of the specimen were measured for the non-fumigated and fumigated cases of the above-described specimens.

먼저 훈증 전/후 그리고 훈증 시간에 따른 시편 표면의 조도(Surface roughness)를 관찰하기 위하여 조도 측정기(SJ-210, Mitutoyo, Japan)를 이용하였다.First, a roughness meter (SJ-210, Mitutoyo, Japan) was used to observe the surface roughness of the specimen before/after fumigation and according to the fumigation time.

조도 측정 결과는 다음 표 2에 나타내었다.The roughness measurement results are shown in Table 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

표 2로부터, 훈증 시간이 증가함에 따라 표면 조도는 큰 폭으로 감소한다는 것을 알 수 있다.From Table 2, it can be seen that the surface roughness decreases significantly as the fumigation time increases.

즉, 훈증 전 조도와 훈증 후 조도에 대해서, Ra는 10.687 μm에서 0.197 μm로, Rq는 14.553 μm에서 0.234 μm로, 또한, Rz는 65.668 μm에서 0.932 μm로 모두 큰 폭으로 감소하였다.That is, for the illuminance before and after fumigation, Ra from 10.687 μm to 0.197 μm, Rq from 14.553 μm to 0.234 μm, and Rz from 65.668 μm to 0.932 μm, all significantly decreased.

특히 Rz는 Ra와 Rq에 비해 급속도로 감소하는 모습을 보이는데, 이는 유난히 볼록한 형상(Convex shape)이나 오목한 형상(Concave shape)이 먼저 사라진다는 것을 의미한다.In particular, Rz shows a rapid decrease compared to Ra and Rq, which means that the exceptionally convex shape or concave shape disappears first.

한편, 30 분 동안 훈증한 시편에서의 Rz 측정값이 증가하였음(10 분 훈증시의 4.001 μm에서 6.477 μm로 증가)을 알 수 있는데, 그 원인은 시편 표면에 형성되는 미세한 기포에 의한 것이라고 판단된다.On the other hand, it can be seen that the measured Rz value in the specimen fumigated for 30 minutes increased (increased from 4.001 μm to 6.477 μm at the time of fumigation for 10 minutes), and it is considered that the cause is due to the fine air bubbles formed on the surface of the specimen. .

이는, 50 분의 훈증 시간 동안 훈증한 시편에서의 Rz 측정값이 감소하는 것(10 분 훈증시의 4.001 μm → 0.932 μm)을 통해 추정 가능하다고 판단된다.It is considered that this can be estimated through the decrease in the Rz measurement value in the fumigated specimen for 50 minutes of fumigation (4.001 μm → 0.932 μm at 10 minutes of fumigation).

한편, 훈증 전과 후 그리고 훈증 시간대별 인장 시험 결과에 대해서 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, the tensile test results before and after fumigation and for each time period of fumigation will be described with reference to FIG. 7 .

인장 시험을 위해서 ASTM-D638 type IVB 규격에 따라 인장 측정용 시편을 3D 프린팅 제작하였으며, 훈증 전과 훈증 시간에 따른 시편의 응력-변형률은 만능 실험기(UTM 5569, Instron, America)를 이용해 0.1 mm/min 속도로 시편 당 각각 5 회의 인장 실험을 실시하여 평균값을 채택하였다.For the tensile test, a specimen for measuring tensile strength was produced by 3D printing according to ASTM-D638 type IV B standard, and the stress-strain rate of the specimen before fumigation and fumigation time was 0.1 mm/ Five tensile tests were performed per specimen at a min rate, respectively, and the average value was adopted.

도 7은 훈증하지 않은 3D 프린팅 출력물과 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물을 각각의 시간대별로 훈증하기 전후의 인장 시험 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the tensile test results before and after fumigation of the 3D printed output obtained without fumigation and the 3D printed output obtained according to a preferred embodiment of the present invention for each time period.

도 7로부터, 훈증 시간이 경과할수록 인장 강도(Tensile Stress)는 낮아지고 변형률(Strain)은 증가하는 경향을 보였다.7, as the fumigation time elapsed, the tensile strength (Tensile Stress) was lowered and the strain (Strain) showed a tendency to increase.

구체적으로, 훈증 전의 인장 강도는 35.2 MPa였으며, 훈증 시간이 1, 5, 10, 30, 50 분 경과됨에 따라 각각 28.5, 28.4, 20.1, 21.8, 18.9 MPa로 감소하였다.Specifically, the tensile strength before fumigation was 35.2 MPa and decreased to 28.5, 28.4, 20.1, 21.8, and 18.9 MPa as the fumigation time elapsed for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively.

한편, 변형률은 훈증 전의 4.28에 비해 훈증 시간이 1, 5, 10, 30, 50 분 경과됨에 따라 각각 4.57, 5.74, 8.28, 9.01, 12.77로 증가하였다.On the other hand, the strain increased to 4.57, 5.74, 8.28, 9.01, and 12.77 as fumigation time elapsed 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively, compared to 4.28 before fumigation.

이와 같은 경향은 도 4에 나타낸 바와 같이 훈증에 의해 에탄올 분자가 고분자 사슬 사이로 침투하여 고분자 사슬 간의 간격이 늘어나면서 발생하는 고분자 사슬간의 인력 감소에 기인하는 것이라고 판단된다.As shown in FIG. 4, it is judged that this tendency is due to the decrease in the attractive force between the polymer chains, which occurs as the ethanol molecules penetrate between the polymer chains by fumigation and the distance between the polymer chains increases.

즉, 멀어진 사슬간 거리는 건조 후에도 유지되어 폴리머의 인장 강도는 감소하고 연신율은 증가한다고 설명할 수 있다.That is, it can be explained that the separated interchain distance is maintained even after drying, so that the tensile strength of the polymer decreases and the elongation increases.

본 발명에서는, 훈증 전과 후의 시간대별 응력-변형률 선도에서 재료가 파괴되지 않고 에너지를 흡수하는 용량인 인성 계수를 사다리꼴 수치 적분법을 이용하여 구하였다.In the present invention, the toughness coefficient, which is the capacity to absorb energy without breaking the material, was obtained from the stress-strain diagram for each time period before and after fumigation using the trapezoidal numerical integration method.

인성 계수는 시편의 파괴점까지 단위 체적당 흡수된 에너지로 응력-변형률 선도 아래의 전체 면적을 의미한다.Toughness modulus refers to the total area under the stress-strain diagram as the energy absorbed per unit volume up to the point of failure of the specimen.

따라서, 훈증 시간이 늘어 날수록 인장 강도는 낮아지지만 인성은 증가하므로, 훈증 시간이 늘어나게 되면 시편에 취성(brittleness)이 발생하여 연성 파괴(ductile fracture)됨을 알 수 있다.Therefore, as the fumigation time increases, the tensile strength decreases but the toughness increases. Therefore, it can be seen that when the fumigation time is increased, brittleness occurs in the specimen, resulting in ductile fracture.

한편, 열처리가 PVB 시편의 기계적 물성에 영향을 미치는지 확인하기 위해서 동일한 규격의 시편을 80 ℃에서 각각 1, 5, 10, 30, 50 분간 열처리한 후 동일한 조건으로 인장 시험을 수행하였다.Meanwhile, in order to check whether heat treatment affects the mechanical properties of PVB specimens, specimens of the same specification were heat treated at 80 ° C. for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively, and then tensile tests were performed under the same conditions.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 각각의 시간대별로 열처리하여 측정한 인장 시험 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the tensile test results measured by heat treatment for each time period for the 3D printing output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.

도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 전의 인장 강도는 35.2 MPa 였으며, 열처리 시간이 각각 1, 5, 10, 30, 50 분 경과됨에 따라 37.1, 37.6, 37.5, 37.5, 39.1 MPa로 증가하였다.As can be seen from FIG. 8, the tensile strength before heat treatment was 35.2 MPa, and as the heat treatment time elapsed for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively, it increased to 37.1, 37.6, 37.5, 37.5, and 39.1 MPa.

또한, 변형률은 훈증 전의 4.28에 비해 열처리 시간이 각각 1, 5, 10, 30, 50 분 경과됨에 따라 각각 3.81, 3.61, 3.34, 3.15, 2.98로 감소하였다.In addition, the strain decreased to 3.81, 3.61, 3.34, 3.15, and 2.98, respectively, as the heat treatment time elapsed for 1, 5, 10, 30, and 50 minutes, respectively, compared to 4.28 before fumigation.

즉, 열처리 시간이 경과할수록 인장 강도는 증가하고 변형률은 감소하는 경향을 보였다.That is, as the heat treatment time elapsed, the tensile strength increased and the strain decreased.

한편, 3D 프린팅으로 제조한 PVB 시편의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 측정하였다.On the other hand, DSC (Differential Scanning Calorimetry) of the PVB specimen prepared by 3D printing was measured.

도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대한 시차 주사 열량계의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing measurement results of a differential scanning calorimeter for a 3D printed output obtained according to a preferred embodiment of the present invention.

DSC 측정은 시차 주사 열량계(DSC404 F1, NETZSCH, Germany)를 이용해 20 내지 240 ℃의 온도 구간에 대한 열 분석을 진행하였으며, 그 결과, 상술한 바와 같이, 해당 PVB 시편의 결정화 온도는 63.5 ℃임을 알 수 있다.For DSC measurement, thermal analysis was performed for a temperature range of 20 to 240 ° C using a differential scanning calorimeter (DSC404 F1, NETZSCH, Germany). can

따라서, 열처리에 따른 시편의 인장 강도가 증가하고, 변형률은 감소하는 경향은 PVB 시편이 결정화되었기 때문에 발생한 것이라고 추정할 수 있다.Therefore, it can be assumed that the tendency for the tensile strength of the specimen to increase and the strain to decrease according to the heat treatment is caused by the crystallization of the PVB specimen.

마지막으로, 훈증과 열처리 시간이 시편의 인장 강도, 연신율에 미치는 영향을 알아 보기 위해서 공정 시간(Process time)에 따른 인장 강도(Nomalized tensile stress)와 연신율(Nomalized strain)을 측정하였다.Finally, in order to investigate the effect of fumigation and heat treatment time on the tensile strength and elongation of the specimen, normalized tensile stress and normalized strain according to process time were measured.

도 10의 (a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 공정 시간(Process time)에 따른 인장 강도를 나타낸 그래프이고, 도 10의 (b)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라서 얻은 3D 프린팅 출력물에 대해서 공정 시간(Process time)에 따른 연신율을 나타낸 그래프이다.Figure 10 (a) is a graph showing the tensile strength according to the process time (Process time) for a 3D printing output obtained according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 10 (b) is a preferred embodiment of the present invention It is a graph showing the elongation according to the process time for the 3D printing output obtained according to the example.

도 10의 (a)에 따르면, 공정 시간이 증가함에 따라 훈증 시편(Fumigation)의 인장 강도(Nomalized tensile stress)는 0.81, 0.81, 0.57, 0.62, 0.54로 큰 폭(46 %)으로 감소하는 경향을 나타내며, 열처리 시편(Annealing)의 인장 강도(Nomalized tensile stress)은 1.05, 1.07, 1.07, 1.07, 1.11로 상대적으로 적은 폭(11 %)으로 증가하는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.According to (a) of Figure 10, as the process time increases, the tensile strength (Nomalized tensile stress) of the fumigation specimen is 0.81, 0.81, 0.57, 0.62, 0.54, a tendency to decrease to a large width (46%) It can be seen that the normalized tensile stress of the annealed specimen shows a tendency to increase with a relatively small width (11%) as 1.05, 1.07, 1.07, 1.07, 1.11.

한편, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 공정 시간이 증가함에 따라 훈증 시편(Fumigation)의 연신율(Normalized strain)은 1.07, 1.34, 1.93, 2.11, 2.98로 매우 큰 폭(298 %)으로 증가하였으며, 열처리 시편(Annealing)의 연신율(Normalized strain)은 0.89, 0.84, 0.78, 0.74, 0.70로 상대적으로 적은 폭으로 감소하였다.On the other hand, as shown in Figure 10 (b), as the process time increases, the elongation (Normalized strain) of the fumigation specimen is 1.07, 1.34, 1.93, 2.11, 2.98, which increases to a very large width (298%). The normalized strain of the annealed specimen was reduced to 0.89, 0.84, 0.78, 0.74, and 0.70 with relatively small widths.

도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 따르면, 훈증을 실시한 시편과 열처리를 진행한 시편의 기계적 물성에 미치는 영향은 훈증에 의한 기계적 물성 변화가 열처리에 의한 물성 변화보다 훨씬 컸으며, 훈증시 열처리에 의한 영향을 상대적으로 미비하다는 것을 알 수 있다.10 (a) and 10 (b), the effect on the mechanical properties of the specimen subjected to fumigation and the specimen subjected to heat treatment was much greater than the change in mechanical properties caused by fumigation was much greater than the change in physical properties caused by heat treatment, It can be seen that the effect of heat treatment upon fumigation is relatively insignificant.

지금까지 본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법에 관한 여러 가지 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능하다.So far, various specific embodiments of the method for manufacturing a PVB loss model mold using 3D printing according to the present invention have been described, but various implementation modifications are possible without departing from the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구 범위뿐만 아니라 이 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 청구 범위에 의하여 나타내어지며, 그 청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiment is illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their equivalents All changes or modifications derived from the concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

S100 : 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계
S200 : 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물을 위치시키는 단계
S300 : 훈증기 내에서 3D 프린팅 출력물을 훈증하는 단계
S400 : 훈증된 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계
S100: 3D printing step using a thermoplastic polymer
S200: Positioning the 3D printing output in the fumigator
S300: Step of fumigating the 3D printing output in the fumigator
S400: Manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output

Claims (10)

(가) 열 가소성 폴리머를 이용한 3D 프린팅 단계;
(나) 훈증기 내에 3D 프린팅 출력물을 위치시키는 단계;
(다) 훈증기 내에서 상기 3D 프린팅 출력물을 훈증하는 단계; 및
(라) 훈증된 상기 3D 프린팅 출력물을 이용하여 금형을 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
(A) 3D printing step using a thermoplastic polymer;
(B) placing the 3D printed output in the fumigator;
(C) fumigating the 3D printing output in a fumigator; and
(D) manufacturing a mold using the fumigated 3D printing output; characterized in that it comprises,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 1에 있어서,
상기 (가) 단계에서의 상기 열 가소성 폴리머는 PVB(polyvinyl butyral) 폴리머인 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
The method according to claim 1,
The thermoplastic polymer in step (a) is characterized in that the PVB (polyvinyl butyral) polymer,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 1에 있어서,
상기 (가) 단계에서의 상기 3D 프린팅은 FDM 프린팅인 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
The method according to claim 1,
The 3D printing in step (a) is characterized in that FDM printing,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 1에 있어서,
상기 (다) 단계에서의 상기 3D 프린팅 출력물은 중탕되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
The method according to claim 1,
The 3D printing output in step (c) is characterized in that the hot water,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 4에 있어서,
상기 중탕은 실리콘 오일에 의해서 달성되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
5. The method according to claim 4,
The bath is characterized in that achieved by silicone oil,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 5에 있어서,
상기 실리콘 오일의 온도는 80 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The temperature of the silicone oil is characterized in that it is maintained at 80 ℃,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 4에 있어서,
상기 (다) 단계에서의 상기 훈증은 에탄올을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
5. The method according to claim 4,
The fumigation in step (c) is characterized in that it is performed using ethanol,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 7에 있어서,
상기 훈증은 1 분 내지 50 분간 수행되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The fumigation is characterized in that it is carried out for 1 minute to 50 minutes,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 7에 있어서,
상기 훈증 이후에 상기 3D 프린팅 출력물을 열처리하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Characterized in that further performing the step of heat-treating the 3D printed output after the fumigation,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
청구항 9에 있어서,
상기 열처리는 80 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅을 이용한 PVB 소실 모형 금형 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The heat treatment is characterized in that performed at 80 ℃,
A method of manufacturing a PVB vanishing model mold using 3D printing.
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