KR20240051361A - 3차원 프린팅 구조체 제조방법 및 이에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계; 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계; 상기 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 내측부는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하고, 상기 외측부는 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 이종의 복합 소재층이 결합된 구조체인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 3차원 프린팅 구조체 제조방법 및 이에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술은 3차원으로 디자인된 디지털 데이터로부터 2차원 단면으로 원하는 재료를 반복 적층하여 3차원의 입체형상을 제조하는 공정 기술이다. 디자인 설계나 수정이 매우 자유로우며 기존 절삭가공보다 재료의 소모가 적고 불필요한 제작 과정을 생략할 수 있어 제작 공정 비용 및 시간이 크게 절감되는 장점이 있다. 적층 방식에 따라 다양한 종류의 3D 프린팅 설비가 개발되어 왔으며 이에 상응하는 새로운 3D 프린팅용 재료의 개발에 대해서도 수요가 점점 증가하고 있다.
최근 3D 프린팅 기술은 기존 고분자 위주의 소재에서 벗어나 세라믹과 같이 물리, 화학적으로 뛰어난 성능을 나타내는 새로운 소재를 고분자와 복합화하여 3D 프린팅에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 지금까지 소재 산업에서는 수요산업에서 요구하는 높은 성능을 충족시키기 위한 신소재 개발에 집중해왔으나, 하지만 신소재 개발의 높은 비용과 상대적으로 느린 상용화 속도를 극복하기 위해 3D 프린팅과 같은 새로운 공정 기술과의 결합이 주목을 받고 있다. 3D 프린팅 기술의 종류로는 적층 방식과 활용 가능한 재료에 따라 SLS(Selective laser sintering), FDM(Fused deposition modeling), SLA(Stereo lithography apparatus), 잉크젯(Ink-jet), 바인더젯(Binder jet) 등으로 구분할 수 있다.
그러나, 종래에 사용되던 3D 프린터용 필라멘트는 합성수지로만 이루어져, 기계적 물성이 취약하며, 물성을 향상시키기 위해 금속 분말 등과 같은 충전제를 첨가하려는 시도가 이루어져 왔으나, 충전제와 합성수지의 혼합성이 저하되어 균일한 물성을 나타내는 3D 프린터용 필라멘트를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
한편, FDM 방식의 3D 프린팅 기술을 이용하여 서로 다른 두가지 재료를 사용하여 복합체 표면을 제작할 수 있다. 이렇게 제조된 복합체는 굽힘 및 접힘 등과 같은 유연성과 함께, 적당한 강성 및 도전성의 특성이 요구되며, 가전 제품, 웨어러블 시스템, 센서, 인공위성 등과 같은 다양한 제품군에 적용될 수 있다.
그러나, 이종 또는 다종 프린팅 재료로 제작된 복합체 표면은 각 재료의 물성 차이로 인하여 결합력이 낮으며 쉽게 분리되는 결함을 가진다. 그로 인해, 롤러블(Rollable) 또는 벤더블(Bendable) 제품을 비롯하여, 자유로운 형태 변형이 요구되는 제품군에 적용시의 결함 원인을 제공한다.
따라서, 서로 다른 재료들 사이의 결합력을 증대시키면서도 형태 변형에 유리한 복합체 제조에 대한 연구가 지속적으로 요구되고 있는 추세이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 3차원 프린팅 구조체 제조방법 및 이에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계; 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계; 상기 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 내측부는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하고, 상기 외측부는 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 이종의 복합 소재층이 결합된 구조체인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법을 제공한다.
상기 내측부와 외측부는 상기 3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 제어하여 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 노즐 온도는 210 ℃ 이상 230 ℃ 이하이고, 상기 쿨링 팬의 분당 회전수(rpm)는 120 rpm 이상 180 rpm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리머는 폴리락틱애씨드(PLA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리 카보네이트, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 하이 임펙트 폴리스티렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속은 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 복합필라멘트가 포함하는 금속과 상기 제2 복합필라멘트가 포함하는 세라믹은 각각 5 내지 25 vol%의 함량으로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태는, 상기 3차원 프린팅 구조체 제조방법에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체로서, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에서는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 인장 강도 및 압축 강도와 경도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 내측부를 형성함으로써, 인장 강도와 압축 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 외측부를 형성함으로써, 경도를 향상시킬 수 있다. 이로 인하여, 3차원 프린팅 구조체의 외측부의 내마모성이 향상될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 내측부의 인장 강도 및 압축 강도를 향상함과 동시에 외측부의 경도를 향상시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체의 경우 내측부와 외측부의 접합력이 문제될 수 있으나, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 제어함으로써, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다.
도 1(a)는 순수 폴리머와 스테인리스(SUS)와 폴리머 복합 소재의 스테인리스(SUS) 함량에 따른 압축응력-변형률 그래프이고, 도 1(b)는 금속 및 세라믹의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 3차원 프린팅 구조체의 예시를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 3차원 프린팅 구조체의 예시를 나타내는 사진이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 용어 "~하는 단계" 및 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계; 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계; 상기 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 내측부는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하고, 상기 외측부는 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 이종의 복합 소재층이 결합된 구조체인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 3차원 프린팅 구조체 제조방법은 우선 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계가 수행된다.
상기 폴리머는 폴리락틱애씨드(PLA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(ABS), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리 카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 및 하이 임펙트 폴리스티렌(HIPS)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속은 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속은 분말 형태로 상기 제1 복합 필라멘트에 포함될 수 있으며, 상기 금속 분말은 입자 크기가 0.1 내지 20 μm 일 수 있다.
상기 금속 분말은 가스 분무법이나 전기선 폭발법을 통해 상기 입자 크기를 갖는 구형으로 제조할 수 있으며, 상기 입자 크기를 나타내는 금속 분말을 상기 폴리머 내에 고르게 혼합되어 균일한 물성을 나타낼 수 있다.
상기 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련할 경우, 상기 금속은 충전제로 작용하여 제1 복합필라멘트의 인장 강도 및 압축 강도를 강화하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 복합필라멘트가 포함하는 금속과 상기 제2 복합필라멘트가 포함하는 세라믹은 각각 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트 전체에 대하여 5 내지 25 vol%의 함량으로 포함할 수 있다.
상기 제1 복합필라멘트를 마련하기 위하여 상기 폴리머 펠릿(Pellet)과 상기 금속을 볼밀을 사용해 상기 금속이 5 내지 25 vol%의 함량으로 혼합한다.
또한, 상기 제2 복합필라멘트를 마련하기 위하여 상기 폴리머 펠릿(Pellet)과 상기 세라믹을 볼밀을 사용해 상기 세라믹이 5 내지 25 vol%의 함량으로 혼합한다.
상기 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계는 스크류 사출 공정기를 이용하여 사출 공정을 진행함으로써 수행될 수 있다.
상기 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계는 약 180 ℃ 정도의 사출 온도에서 사출 성형을 진행하여 수행될 수 있다.
상기 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계는 약 210 ℃ 정도의 사출 온도에서 사출 성형을 진행하여 수행될 수 있다.
상기 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속과 폴리머를 혼합한 제1 복합필라멘트를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 내측부를 형성함으로써, 인장 강도와 압축 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 세라믹과 폴리머를 혼합한 제1 복합필라멘트를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 외측부를 형성함으로써, 경도를 향상시킬 수 있다. 이로 인하여, 3차원 프린팅 구조체의 외측부의 내마모성이 향상될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하는 단계 및 상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는 단계를 수행한다.
상기와 같이 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하고, 상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성함으로써, 상기 내측부는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하고, 상기 외측부는 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제조한다.
본 발명의 일 실시상태에서는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 인장 강도 및 압축 강도와 경도 등의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 내측부를 형성함으로써, 인장 강도와 압축 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 3차원 프린팅하여 3차원 프린팅 구조체의 외측부를 형성함으로써, 경도를 향상시킬 수 있다. 이로 인하여, 3차원 프린팅 구조체의 외측부의 내마모성이 향상될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 내측부의 인장 강도 및 압축 강도를 향상함과 동시에 외측부의 경도를 향상시킬 수 있다.
제1 복합필라멘트를 노즐에서 토출하여 내측부를 형성하고, 상기 제2 복합필라멘트를 노즐에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는데 이용하는 3차원 프린터(3D printer)는 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 일 실시상태에 따라 FDM 방식의 3D 프린팅이 가능한 3차원 프린터일 수 있다.
구체적으로, 상기 FDM 방식의 3D 프린팅이 가능한 3차원 프린터는 제어부, 압출부, 성형부, 헤더 및 베드를 포함할 수 있다.
상기 베드는 3D 프린터의 출력물이 놓이는 곳으로 헤더에 있는 노즐을 통 과한 상기 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트가 안착되면서 성형되는 곳일 수 있다. 상기 베드는 출력물의 성형을 위하여 성형부의 조작에 따라, X, Y, Z축 중 적어도 하나를 따라 이동할 수 있다. 일 실시 예에 따라 베드에는 일정한 열을 가지도록 가열될 수 있다.
상기 압출부는 3D 출력물의 재료가 되는 상기 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트를 노즐에 공급할 수 있다. 상기 압출부는 상기 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트를 헤더의 노즐로 제공할 수 있다.
상기 성형부는 설계 도면에 따라 출력물이 형성될 수 있도록 헤더의 노즐에서 용융되어 토출되는 소재가 안착하는 위치를 결정하기 위하여 헤더 또는 베드를 이송할 수 있다. 예를 들면 베드 아래에 있는 지지물을 모터를 이용하여 X, Y 또는 Z 방향으로 이송시킬 수 있다. 또는 헤더가 부착된 지지물을 모터를 이용하여 X, Y 또는 Z 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이송시킬 수 있다. 일 실시 예에 따라, 상기 성형부는 X축 방향으로의 이동을 수행하는 X축 모터, Y축 방향으로의 이동을 수행하는 Y축 모터, Z축 방향으로의 이동을 수행하는 Z축 모터를 구비할 수 있다.
상기 성형부는 카르테시안(cartesian) 제어, 델타(delta) 제어, 폴라(polar) 제어에 기초하여 제어될 수 있다.
상기 제어부는 상기 성형부 및 상기 압출부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 압출부의 복수의 압출 모터에 제어 신호를 전송하여 설계에 따라 상기 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트가 헤더의 노즐로 공급되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 추가적으로 사용자의 입력을 수신하고, 진행 상황 등을 제공할 수 있는 입출력 장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 입출력 장치는 터치 기능이 구비된 모니터일 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 상기 제어부는 퍼스널 컴퓨터일 수 있으며, 이 경우 입출력 장치는 퍼스널 컴퓨터에 부가되어 있는 것일 수 있다. 혹은, 상기 제어부는 노트북, 테블릿, 스마트폰일 수도 있다.
상기 헤더는 압출부로부터 공급받은 원료 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트를 가열해 용융하고 토출할 수 있다.
상기 헤더는 노즐부를 포함할 수 있다. 상기 노즐부는 노즐바디와 노즐캡으로 구성될 수 있다. 상기 노즐바디는 필라멘트 공급부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 복합필라멘트 및 제2 복합필라멘트가 상기 필라멘트 공급부를 통해 상기 노즐부로 공급될 수 있다.
상기 필라멘트 공급부를 통해 상기 노즐부로 공급된 상기 제1 복합필라멘트는 토출되어 상기 3차원 프린팅 구조체의 내측부를 형성하고, 상기 필라멘트 공급부를 통해 상기 노즐부로 공급된 상기 제2 복합필라멘트는 토출되어 상기 3차원 프린팅 구조체의 외측부를 형성한다.
한편, 이종 또는 다종 프린팅 재료로 제작된 복합체 표면은 각 재료의 물성 차이로 인하여 결합력이 낮으며 쉽게 분리되는 결함을 가진다. 그로 인해, 롤러블(Rollable) 또는 벤더블(Bendable) 제품을 비롯하여, 자유로운 형태 변형이 요구되는 제품군에 적용시의 결함 원인을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측부와 외측부는 상기 3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 제어하여 결합하는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 제어함으로써, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다.
상기 노즐 온도는 210 ℃ 이상 230 ℃ 이하이고, 상기 쿨링 팬의 분당 회전수(rpm)는 120 rpm 이상 180 rpm 이하인 것을 특징으로 한다.
3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 상기와 같이 제어함으로써, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다.
구체적으로, 상기 내측부가 포함하는 금속 소재의 출력 온도는 200 내지 220 ℃가 바람직하며, 상기 외측부가 포함하는 세라믹의 출력 온도는 220 내지 240 ℃가 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 노즐 온도를 210 ℃ 이상 230 ℃ 이하로 조절함으로써, 금속 소재와 세라믹 소재의 출력 온도의 공통 온도범위로 조절할 수 있어, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층의 접합력이 우수할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시상태에서는 상기 노즐 온도를 220 ℃로 조절함으로써, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다.
또한, 상기 쿨링 팬의 분당 회전수(rpm)를 120 rpm 이상 180 rpm 이하로 조절함으로써, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다. 상기 쿨링 팬의 분당 회전수(rpm)는 예를 들어 130 rpm 이상 170 rpm 이하, 바람직하게는 140 rpm 이상 160 rpm 이하, 보다 바람직하게는 150 rpm 일 수 있다.
그 외, 3차원 프린터의 구체적인 공정 조건은 층 두께는 0.2 mm, 노즐 반경 0.5 mm, 라인 스페이싱(Line spacing) 0.25 mm 및 베드(Bed) 온도 60 ℃로 적용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 내측부의 인장 강도 및 압축 강도를 향상함과 동시에 외측부의 경도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 내측부와 외측부의 접합력이 우수할 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태는, 상기 3차원 프린팅 구조체 제조방법에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체로서, 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체 제공한다.
상기와 같이 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체를 제공함으로써, 3차원 프린팅 구조체의 내측부의 인장 강도 및 압축 강도를 향상함과 동시에 외측부의 경도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Claims (8)
- 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제1 복합필라멘트를 마련하는 단계;
세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재로 제2 복합필라멘트를 마련하는 단계;
상기 제1 복합필라멘트를 3차원 프린터에서 토출하여 내측부를 형성하는 단계; 및
상기 제2 복합필라멘트를 상기 3차원 프린터에서 토출하여 상기 내측부 상에 외측부를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 내측부는 금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하고, 상기 외측부는 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 이종의 복합 소재층이 결합된 구조체인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내측부와 외측부는 상기 3차원 프린터의 노즐 온도 및 쿨링 팬의 분당 회전수(Revolutions per minute, rpm) 를 제어하여 결합하는 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 노즐 온도는 210 ℃ 이상 230 ℃ 이하이고, 상기 쿨링 팬의 분당 회전수(rpm)는 120 rpm 이상 180 rpm 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리락틱애씨드(PLA), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리 카보네이트, 폴리프로필렌, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌 및 하이 임펙트 폴리스티렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속은 구리(Cupper), 강철(Steel), 스테인리스(SUS), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상인 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹은 Al2O3, ZrO2, SiC, SiO2 및 TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 복합필라멘트가 포함하는 금속과 상기 제2 복합필라멘트가 포함하는 세라믹은 각각 5 내지 25 vol%의 함량으로 포함하는 3차원 프린팅 구조체 제조방법.
- 상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 3차원 프린팅 구조체 제조방법에 의해 제조된 3차원 프린팅 구조체로서,
금속과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 내측부와 세라믹과 폴리머를 혼합한 복합 소재를 포함하는 외측부의 이종의 복합 소재층이 결합된 3차원 프린팅 구조체.
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|---|---|---|---|---|
| KR20150098142A (ko) | 2014-02-19 | 2015-08-27 | (주)비앤케이 | 금속분말이 함유된 fdm 방식의 3d 프린터용 복합필라멘트 조성물 |
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2022
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