WO2016114450A1 - 3d 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3d 프린터, 상기 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법 - Google Patents

3d 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3d 프린터, 상기 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016114450A1
WO2016114450A1 PCT/KR2015/003339 KR2015003339W WO2016114450A1 WO 2016114450 A1 WO2016114450 A1 WO 2016114450A1 KR 2015003339 W KR2015003339 W KR 2015003339W WO 2016114450 A1 WO2016114450 A1 WO 2016114450A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass
print head
printer
wire
raw material
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/003339
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김형준
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020150003968A external-priority patent/KR101635768B1/ko
Priority claimed from KR1020150013918A external-priority patent/KR101660293B1/ko
Priority claimed from KR1020150013914A external-priority patent/KR101660288B1/ko
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to US15/543,037 priority Critical patent/US20180009696A1/en
Publication of WO2016114450A1 publication Critical patent/WO2016114450A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0006—Production methods
    • A61C13/0019—Production methods using three dimensional printing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/08—Artificial teeth; Making same
    • A61C13/081—Making teeth by casting or moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/02—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0018—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0027—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and monovalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3, Li2O as main constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0045—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3 and MgO as main constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
    • C03C3/112—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0007—Compositions for glass with special properties for biologically-compatible glass
    • C03C4/0021—Compositions for glass with special properties for biologically-compatible glass for dental use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B1/00—Preparing the batches
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/033—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by using resistance heaters above or in the glass bath, i.e. by indirect resistance heating
    • C03B5/0336—Shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/26—Outlets, e.g. drains, siphons; Overflows, e.g. for supplying the float tank, tweels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/42—Details of construction of furnace walls, e.g. to prevent corrosion; Use of materials for furnace walls
    • C03B5/43—Use of materials for furnace walls, e.g. fire-bricks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties

Definitions

  • the present invention relates to a printing head for a 3D printer, a 3D printer using the same, a manufacturing method of a molding using the 3D printer, a manufacturing method of artificial teeth, and a manufacturing method of a machinable glass ceramic molding, and more particularly to a thermoplastic resin.
  • Print head for 3D printer that can use glass wire as raw material, 3D printer which can produce moldings with excellent thermal durability, chemical durability, oxidation resistance and texture using glass wire as raw material, and 3D printer It relates to a method for producing a molded article, a method for manufacturing artificial teeth and a method for manufacturing a machinable glass ceramic molded article.
  • 3D printers that can shape target objects using three-dimensional (3D) data. It is expected that the market of 3D printers will grow very much in the future as it can be easily molded and manufactured according to the designed design of a complex structured product.
  • the general 3D printer melts and discharges a wire made of thermoplastic resin in a print head to form a two-dimensional plane, and laminates the melted thermoplastic resin through the print head on the two-dimensional plane to form a target three-dimensional shape. Is using.
  • the wire made of thermoplastic resin is supplied to the print head through a feed roll, etc., and the print head is designed to be movable by being mounted on a moving means whose position is adjusted in three directions of X, Y and Z.
  • the conventional 3D printer uses a thermoplastic resin as a raw material
  • the article finally formed is also a plastic product. Therefore, there is a limit that the use is limited only to articles that can be made of plastic.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a print head for a 3D printer that can be used as a raw material not only a thermoplastic resin but also a wire made of glass.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a 3D printer that can produce moldings having excellent thermal durability, chemical durability, oxidation resistance and excellent texture using glass wire as a raw material.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a molded product using the 3D printer.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing artificial teeth using the 3D printer.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a machinable glass ceramic molding using the 3D printer.
  • the present invention the inlet through which the glass wire as a raw material flows; Heating means for heating the glass wire introduced into the inlet; A melting furnace providing a space in which the glass wire is melted; And a nozzle connected to a lower part of the melting furnace to temporarily store molten glass or to discharge the molten glass by a desired amount, wherein the melting furnace includes an outer frame made of a heat-resistant material and a crucible-shaped inner frame.
  • 3D printer characterized in that the contact angle is made of platinum (Pt), platinum alloy or graphite, or a surface coated with platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC) to suppress the adhesion of the molten glass To provide a print head.
  • a raw material supply device for supplying a glass wire as a raw material
  • a conveying apparatus for conveying the glass wires supplied from the raw material supply apparatus
  • a print head for melting and discharging the glass wire conveyed by the conveying apparatus through a nozzle
  • a work table for providing a space in which molten glass discharged through the nozzle of the print head is sequentially stacked and shaped into a desired shape
  • a control device for independently controlling the operation of the transfer device and the print head, wherein the print head is positioned above the workbench, and the molding of the desired shape is adjusted in three dimensions while the position of the print head is adjusted. It provides a 3D printer, characterized in that the production.
  • a method of manufacturing a molding using the 3D printer comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 Glass is 5.0 to 10.0% by weight of Li 2 O, 15.0 to 20.0% by weight of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0% by weight of SiO 2 , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0% by weight of SnO 2 , and TiO 2 and ZrO 2
  • the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass is Li 2 O 2.0 to 5.0% by weight, MgO 3.0 to 5.0% by weight, 15.0 to 20.0 wt% of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0 wt% of SiO 2 , 1.0 to 3.0 wt% of ZnO, 1.0 to 5.0
  • the present invention also provides a method for manufacturing artificial teeth using the 3D printer, comprising: installing a glass wire as a raw material in a raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling operations of the transfer device and the print head through a control device, wherein the molding is performed as a three-dimensional artificial tooth molding while adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol% and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It provides a method for manufacturing an artificial tooth using a 3D printer comprising a lithium disilicate-based glass comprising.
  • a method of manufacturing a machinable glass ceramic molding using the 3D printer comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire includes MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% It provides a method for producing machinable glass ceramic molding using a 3D printer, characterized in that made of glass.
  • thermoplastic resin not only a thermoplastic resin but also the wire which consists of glass can be used as a raw material. Since a glass material may be used as a raw material, thermal durability, chemical durability, oxidation resistance, etc. of the molded body may be improved as compared with the case of using a thermoplastic resin.
  • a wire made of glass there is an advantage that the texture of the molded body is superior to the case of using a thermoplastic resin as a raw material.
  • the glass wire may be made of not only achromatic transparent glass but also a glass having a chromatic color. By forming in different colors, a molded article having various desired colors may be produced.
  • the wire which consists of glass can be used as a raw material. Since the glass material may be used as a raw material, thermal durability, chemical durability, oxidation resistance, etc. of the molding may be improved as compared with the case of using a thermoplastic resin.
  • a wire made of glass as a raw material there is an advantage that the texture of the molded product is superior to the case of using a thermoplastic resin as a raw material.
  • the glass wire may be made of achromatic colored glass as well as glass having an achromatic color, and by molding in different colors, a molded article having various desired colors may be manufactured.
  • the 3D printer of the present invention raw materials of different colors are supplied to the respective print heads through different transfer devices, and can be continuously molded in different colors for each target position under the control of the controller.
  • the machinable glass ceramic molding may be manufactured by determining the size and shape according to the order production method, and the machinable glass ceramic molding manufactured according to the present invention may be processed in shape according to the needs of the orderer. There is this.
  • 1 is a view schematically showing the configuration of a 3D printer.
  • FIG. 2 is a view showing a print head for a 3D printer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a print head for a 3D printer according to another preferred embodiment of the present invention.
  • feeder 20 feeder
  • tube tube 100 print head
  • the printing head for a 3D printer includes an inlet through which a glass wire as a raw material is introduced; Heating means for heating the glass wire introduced into the inlet; A melting furnace providing a space in which the glass wire is melted; And a nozzle connected to a lower part of the melting furnace to temporarily store molten glass or to discharge the molten glass by a desired amount, wherein the melting furnace includes an outer frame made of a heat-resistant material and a crucible-shaped inner frame.
  • the contact angle is made of platinum (Pt), platinum alloy or graphite, or a surface coated with platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC).
  • the nozzle may include an outer frame made of a heat-resistant material and an inner frame having a funnel shape, and the inner frame may be made of platinum (Pt), platinum alloy, or graphite having a low contact angle, in order to suppress the adhesion of the molten glass. It may be made of a material coated with platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC).
  • Pt platinum
  • DLC diamond like carbon
  • the outer frame of the melting furnace and the nozzle may be made of a refractory material, a ceramic fiber board or a ceramic blanket which is a ceramic material for heat shielding.
  • emitted from the said nozzle have a range of 10 ⁇ 2> -10 ⁇ 10> poise.
  • the heating means may include first heating means provided at a circumference of the melting furnace to melt glass wires in the melting furnace; And it may include a second heating means for adjusting the temperature and viscosity of the molten glass discharged provided around the nozzle.
  • a tube tube for guiding the inflow of the glass wire may be connected to the inlet.
  • the glass wire may be made of a glass material having a chromatic color.
  • a raw material supply device for supplying a glass wire as a raw material
  • a conveying apparatus for conveying the glass wires supplied from the raw material supply apparatus
  • a print head for melting and discharging the glass wire conveyed by the conveying apparatus through a nozzle
  • a work table for providing a space in which molten glass discharged through the nozzle of the print head is sequentially stacked and shaped into a desired shape
  • a control device for independently controlling the operation of the transfer device and the print head, wherein the print head is positioned above the workbench, and the molding of the desired shape is adjusted in three dimensions while the position of the print head is adjusted. Is produced by.
  • the raw material supply apparatus may be provided in plural, the transfer apparatus may include a plurality of pairs of feed rolls, and the print head may be provided in plural numbers according to the number of the pair of feed rolls and the number of the raw material feed apparatuses.
  • the plurality of print heads may be arranged in a group, and their positions may be adjusted, and at least one print head to be operated through the control of the controller may be selected and the molten glass may be discharged from the nozzle of the selected print head. Can be set.
  • the glass wire may be made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass, and the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 based glass is Li 2 O 5.0 ⁇ 10.0 wt%, Al 2 O 3 15.0 ⁇ 20.0% by weight, SiO 2 60.0 ⁇ 65.0 wt%, 1.0 ⁇ 3.0% by weight ZnO, SnO 2 1.0 ⁇ 5.0% by weight and, TiO 2 and ZrO It may be a glass containing 1.0 to 10.0% by weight of at least one oxide selected from 2 , wherein the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass is Li 2 O 2.0 to 5.0% by weight, MgO 3.0 to 5.0 1% to 20.0% by weight of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0% of SiO 2 , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0%
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 0.5% by weight of CoO, wherein the glass wire is blue It may be a glass wire having a color of.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further include 0.002 to 1.0 wt% of Cr 2 O 3 , wherein the glass
  • the wire may be a glass wire with a green color.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further include 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2 , wherein the glass wire It may be a glass wire having a purple color.
  • the glass wire includes Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol%, and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It may be made of disilicate glass.
  • the glass wire includes MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% It may be made of glass.
  • the glass wire may further comprise 5.0 to 10.0% by weight of ZrO 2 .
  • the glass wire may further include 0.005 to 0.5% by weight of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the glass wire may further include 0.005 to 1.0% by weight of Cr 2 O 3 , and the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the glass wire may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2 , the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • Method for producing a molding comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 Glass is 5.0 to 10.0% by weight of Li 2 O, 15.0 to 20.0% by weight of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0% by weight of SiO 2 , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0% by weight of SnO 2 , and TiO 2 and ZrO 2
  • the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass is Li 2 O 2.0 to 5.0% by weight, MgO 3.0 to 5.0% by weight, 15.0 to 20.0 wt% of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0 wt% of SiO 2 , 1.0 to 3.0 wt% of ZnO, 1.0 to 5.0
  • the heat treatment may include a first heat treatment performed at a temperature of 650 to 800 ° C. for crystallization and a second heat treatment performed at a temperature of 900 to 1100 ° C. for crystallization.
  • the raw material supply device is provided with a plurality
  • the conveying device comprises a plurality of a pair of feed rolls
  • the print head is provided with a plurality depending on the number of the pair of feed rolls, the number of the raw material supply device
  • the plurality of print heads form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head to be operated through the control of the control device may be selected and the molten glass may be discharged from the nozzle of the selected print head.
  • a method of manufacturing artificial teeth comprising: installing a glass wire as a raw material in a raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling operations of the transfer device and the print head through a control device, wherein the molding is performed as a three-dimensional artificial tooth molding while adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol% and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It consists of the lithium disilicate type glass containing.
  • the heat treatment may include a first heat treatment performed at a temperature of 460 to 540 ° C. for crystallization and a second heat treatment performed at a temperature of 850 to 930 ° C. for crystallization.
  • the raw material supply device is provided with a plurality
  • the conveying device comprises a plurality of a pair of feed rolls
  • the print head is provided with a plurality depending on the number of the pair of feed rolls, the number of the raw material supply device
  • the plurality of print heads form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head to be operated through the control of the control device may be selected and the molten glass may be discharged from the nozzle of the selected print head.
  • Method for producing a machinable glass ceramic molding comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire includes MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% Made of glass.
  • the heat treatment may include a first heat treatment performed at a temperature of 500 to 750 ° C. for crystallization and a second heat treatment performed at a temperature of 900 to 1100 ° C. for crystallization.
  • the raw material supply device is provided with a plurality
  • the conveying device comprises a plurality of a pair of feed rolls
  • the print head is provided with a plurality depending on the number of the pair of feed rolls, the number of the raw material supply device
  • the plurality of print heads form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head to be operated through the control of the control device may be selected and the molten glass may be discharged from the nozzle of the selected print head.
  • the X direction and the Y direction are perpendicular to each other in one plane, and the Z direction is used as the direction perpendicular to the X plane and the Y direction as the direction perpendicular to the one plane.
  • the printing head for a 3D printer includes an inlet through which a glass wire as a raw material flows in, a heating means for heating the glass wire introduced into the inlet, and a space in which the glass wire is fused.
  • the melting furnace includes an outer frame made of a heat-resistant material and a crucible inner frame, and the inner frame is made of platinum (Pt), platinum alloy or graphite having a low contact angle, or platinum ( Pt) or DLC (diamond like carbon).
  • a raw material supply device for supplying the glass wire as a raw material
  • a conveying device for conveying the glass wire supplied from the raw material supply device, and the glass conveyed by the conveying device
  • a work table that provides a print head for melting the wire and discharging it through the nozzle, a space in which molten glass discharged through the nozzle of the print head is sequentially stacked and shaped into a desired shape, and the transfer device and the print head It includes a control device for independently controlling the operation, wherein the print head is located on the upper surface of the workbench, the molding of the desired shape is produced in three dimensions while the position of the print head is adjusted.
  • Method for producing a molding comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 Glass is 5.0 to 10.0% by weight of Li 2 O, 15.0 to 20.0% by weight of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0% by weight of SiO 2 , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0% by weight of SnO 2 , and TiO 2 and ZrO 2
  • the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 glass is Li 2 O 2.0 to 5.0% by weight, MgO 3.0 to 5.0% by weight, 15.0 to 20.0 wt% of Al 2 O 3, 60.0 to 65.0 wt% of SiO 2 , 1.0 to 3.0 wt% of ZnO, 1.0 to 5.0
  • a method of manufacturing artificial teeth comprising: installing a glass wire as a raw material in a raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling operations of the transfer device and the print head through a control device, wherein the molding is performed as a three-dimensional artificial tooth molding while adjusting the position of the print head.
  • the glass wire is made of Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol% and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It consists of the lithium disilicate type glass containing.
  • Method for producing a machinable glass ceramic molding comprising the steps of: installing a glass wire as a raw material in the raw material supply device; Supplying the glass wire from the raw material supply device to the print head using a transfer device; Melting the glass wire supplied to the print head and discharging the molten glass through a nozzle; Molding the molten glass discharged through the nozzle of the print head in a work bench positioned below the print head so as to be sequentially stacked; And heat-treating the molded product, and independently controlling the operation of the transfer device and the print head through a control device, and the molding is made of a three-dimensional molded product by adjusting the position of the print head.
  • the glass wire includes MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% Made of glass.
  • a printing head for a 3D printer, a 3D printer using the same a manufacturing method of a molding using the 3D printer, a manufacturing method of artificial teeth, and a manufacturing method of a machinable glass ceramic molding according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a 3D printer
  • Figure 2 is a view showing a print head for a 3D printer according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 is according to another preferred embodiment of the present invention It is a figure which shows the print head for 3D printers.
  • the 3D printer includes a raw material supply device 10 for supplying a raw material such as a wire (glass wire) made of glass, and a transport for transporting the raw material supplied from the raw material supply device 10.
  • the worktable 30 provides a space in which the raw materials are sequentially stacked and molded into a desired shape, and a control device 40 for independently controlling the operations of the transfer device 20 and the print head 100.
  • the raw material includes a wire (glass wire) made of glass.
  • the glass wire can be made of soda-lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, phosphate glass, or the like.
  • Specific examples of glass include zinc oxide (ZnO) -boron oxide (B 2 O 3 ) -silicon oxide (SiO 2 ) -based, zinc oxide (ZnO) -boron oxide (B 2 O 3 ) -silicon oxide ( SiO 2 ) -aluminum oxide (Al 2 O 3 ) system, zinc oxide (ZnO)-boron oxide (B 2 O 3 )-silicon oxide (SiO 2 )-aluminum oxide (Al 2 O 3 ) system, zinc oxide (ZnO )-Boron oxide (B 2 O 3 )-Silicon oxide (SiO 2 )-Aluminum oxide (Al 2 O 3 )-Phosphoric acid (P 2 O 5 ) -based, Lead
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color. Since a glass material may be used as a raw material, thermal durability, chemical durability, oxidation resistance, etc. of the molded body may be improved as compared with the case of using a thermoplastic resin. In the case of using glass wire as a raw material, there is an advantage that the texture of the molded product is superior to that of using a thermoplastic resin as a raw material.
  • the glass wire may be made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass is Li 2 O 5.0 to 10.0% by weight, Al 2 O 3 15.0 to 20.0% by weight, SiO 2 60.0 to 65.0% by weight, ZnO 1.0 to 3.0% by weight, SnO 2 1.0 to 5.0% by weight, and may be a glass containing 1.0 to 10.0% by weight of at least one oxide selected from TiO 2 and ZrO 2 .
  • the Li 2 O serves to lower the glass transition temperature (T g ) while promoting meltability.
  • T g glass transition temperature
  • the components of such a Li 2 O is too large, it can degrade the stability of the glass and the wire, deteriorating the mechanical strength.
  • the Al 2 O 3 serves to improve the devitrification resistance and chemical durability of the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is too high, vitrification becomes difficult, and the glass transition temperature T g may increase.
  • the SiO 2 is a glass forming oxide, an essential component for forming the skeleton of glass.
  • SiO 2 is easy to control the viscosity of the glass by adjusting its content, and is an effective ingredient for improving the resistance to devitrification. If the content of SiO 2 is too small, the devitrification resistance may worsen, and the refractive index may be low. If the content of SiO 2 is too high, the glass transition temperature (T g ) or the viscosity of the glass tends to increase.
  • the ZnO acts as a flux or chemical stabilizer.
  • the SnO 2 serves as a clarification or crystallization aid.
  • the TiO 2 or the ZrO 2 serves as a crystallization aid to facilitate nucleation.
  • the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 0.5 wt% of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 1.0 wt% of Cr 2 O 3 , and the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2
  • the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass includes Li 2 O 2.0 to 5.0 wt%, MgO 3.0 to 5.0 wt%, Al 2 O 3 15.0 to 20.0 wt%, SiO 2 60.0 to 65.0 wt% , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0% by weight of SnO 2, and 1.0 to 10.0% by weight of one or more oxides selected from TiO 2 and ZrO 2 .
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 0.5 wt% of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 1.0 wt% of Cr 2 O 3
  • the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2
  • the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • the glass wire includes Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol%, and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It may be made of a lithium disilicate-based glass.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the Li 2 O serves to lower the glass transition temperature (T g ) while promoting meltability.
  • T g glass transition temperature
  • the components of such a Li 2 O is too large, it can degrade the stability of the glass and the wire, deteriorating the mechanical strength.
  • the SiO 2 is a glass forming oxide, an essential component for forming the skeleton of glass.
  • SiO 2 is easy to control the viscosity of the glass by adjusting its content, and is an effective ingredient for improving the resistance to devitrification. If the content of SiO 2 is too small, the devitrification resistance may worsen, and the refractive index may be low. If the content of SiO 2 is too high, the glass transition temperature (T g ) or the viscosity of the glass tends to increase.
  • K 2 O lowers the glass transition temperature and improves meltability. If the content of K 2 O is too high, devitrification resistance and chemical durability may worsen.
  • the ZnO acts as a flux or chemical stabilizer.
  • the glass wire is MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% It may be made of a glass containing.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the Al 2 O 3 serves to improve the devitrification resistance and chemical durability of the glass.
  • the content of Al 2 O 3 is too high, vitrification becomes difficult, and the glass transition temperature T g may increase.
  • the SiO 2 is a glass forming oxide, an essential component for forming the skeleton of glass.
  • SiO 2 is easy to control the viscosity of the glass by adjusting its content, and is an effective ingredient for improving the resistance to devitrification. If the content of SiO 2 is too small, the devitrification resistance may worsen, and the refractive index may be low. If the content of SiO 2 is too high, the glass transition temperature (T g ) or the viscosity of the glass tends to increase.
  • K 2 O lowers the glass transition temperature and improves meltability. If the content of K 2 O is too high, devitrification resistance and chemical durability may worsen.
  • the glass wire may further comprise 5.0 to 10.0% by weight of ZrO 2 .
  • the ZrO 2 may serve as a crystallization aid to facilitate nucleation.
  • the glass wire may further include 0.005 to 0.5% by weight of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the glass wire may further comprise 0.005 to 1.0% by weight of Cr 2 O 3 , the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the glass wire may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2 , the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • thermoplastic resin may be polylactic acid (PLA) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyvinyl chloride (PVC) resin, acrylonitrile butadiene styrene (ABS) ) Resins and the like.
  • the glass material may be used as a raw material of the 3D printer, the thermal durability, chemical durability, oxidation resistance, etc. of the molding may be improved as compared with the case of using the thermoplastic resin as the raw material.
  • the texture of the molded product is superior to that of using a thermoplastic resin as a raw material.
  • the raw material supply device 10 serves to supply a raw material such as glass wire and may be provided in plural.
  • the raw material supply device 10 may be provided in a reel form in which a raw material such as glass wire may be wound, and a plurality of reels of the raw material supply device 10 which may be supplied to the transfer device 20 by winding the raw material may be provided. Can be.
  • the transfer device 20 serves to transfer the raw material supplied from the raw material supply device 10 to the print head 100.
  • the transfer device 20 is provided with at least a pair of transfer rolls, the raw material may be supplied to the print head 100 by the transfer roll.
  • the raw material in the form of wire is fed forward by being engaged between the pair of feed rolls.
  • the pair of feed rolls may be provided in plurality. When a plurality of pairs of feed rolls is provided, each pair of feed rolls may be driven independently of each other.
  • the work table 30 provides a space in which molten raw materials (such as molten glass) discharged through the nozzle of the print head 100 are sequentially stacked and molded into a desired shape.
  • the work table 30 may be provided to be elevated (raised or lowered) in the Z direction by the moving means, or may be provided to reciprocate horizontally in the plane in the X and Y directions.
  • the print head 100 serves to melt the raw material conveyed by the conveying device 20 and discharge it through the nozzle 140 so that a molding of a desired shape can be produced.
  • the print head 100 is connected to a moving means (not shown), and the position of the print head 100 may be adjusted by the moving means.
  • the print head 100 may be provided to be reciprocated horizontally moved in a plane in the X direction and the Y direction by the moving means, or may be provided to be lifted (raised or lowered) in the Z direction.
  • the work table 30 is provided to be elevated in the Z direction
  • the print head 100 is provided to reciprocate horizontally in a plane in the X direction and the Y direction, and the work table 30 is in the X direction and the Y direction.
  • the print head 100 is provided to be elevated in the Z direction.
  • the print head 100 is provided to be reciprocated in the X direction, the Y direction and the Z direction by the moving means.
  • the print head 100 is positioned above the work table 30, and the molding of the target shape is manufactured in three dimensions while the position of the print head 100 is adjusted.
  • the shape and manner of the moving means for adjusting the position of the work table 30 or the print head 100 may vary. For example, a method of reciprocating along the guide guide in the X direction, reciprocating along the guide guide in the Y direction, and reciprocating along the guide guide in the Z direction.
  • the control device 40 serves to independently control the operation of the transfer device 20 and the print head 100.
  • the control device 40 may control the operation of the feeder 20 to adjust the feed rate of the raw material.
  • the controller 40 may adjust the position of the print head 100 and the like.
  • the control device 40 may serve to control the position of the work table 30 when the work table 30 is provided to be elevated in the Z direction or horizontally moved in a plane in the X direction and the Y direction. .
  • the controller 40 controls the moving means according to the 3D data of the object to be molded to adjust the position of the print head 100 or the work table 30.
  • the print head 100 includes an inlet 110 through which the raw material is introduced, heating means 120a and 120b for heating the raw material introduced into the inlet 110, and a melting furnace 130 that provides a space in which the raw material is melted. And a nozzle 140 connected to the lower part of the melting furnace 130 to temporarily store the raw material (melted glass in the case of using the glass wire as a raw material) melted in the melting furnace 130 or discharge the desired amount. do.
  • the print head 100 may be provided in plural numbers according to the number of pairs of feed rolls of the transfer device 20, the number of the raw material supply devices 10, and the like. When a plurality of print heads 100 are provided, the plurality of print heads 100 form a group to adjust their positions. As such, when a plurality of print heads 100 are provided, at least one print head 100 to be operated through the control of the control device 40 is selected and melted from the nozzle 140 of the selected print head 100.
  • the raw material can be set to be discharged.
  • the glass wire may be directly connected to the inlet 110 of the print head, but the tube tube 50 for guiding the inflow of the raw material may be connected to the inlet 110 as illustrated in FIGS. 2 and 3. More specifically, a tube tube 50 may be provided between the inlet 110 of the print head 100 and the transfer device 20 to guide the transfer path of the raw material.
  • the raw material such as glass wire is transferred to the inlet 110 of the print head 100 along the inside of the tube tube 50 according to the driving of the transfer device 20.
  • the transfer device 20 By controlling the transfer device 20 according to the control of the control device 40, the content, inflow rate, and the like of the raw material introduced through the inlet 110 of the print head 100 may be adjusted.
  • a plurality of pairs of feed rolls are provided in the transfer apparatus 20 and a plurality of print heads 100 are provided correspondingly, by selectively controlling the transfer apparatus 20 under the control of the control apparatus 40.
  • the raw material flowing into the inlet 110 of the print head 100 may be selectively supplied.
  • the target devices When raw materials of different colors are supplied to the respective print heads 100 through different transfer devices 20, the target devices may be continuously molded in different colors for each target position under the control of the control device 40. .
  • molding in different colors moldings such as artificial tooth moldings and machinable glass ceramic moldings having various desired colors can be produced.
  • the heating means 120a of the print head 100 is disposed around the melting furnace 130 and serves to heat and melt the raw material introduced into the inlet 110.
  • the heating temperature by the heating means 120a is appropriately selected and set in consideration of the physical properties of the raw materials, the characteristics of the molded body, and the like.
  • the raw material is heated to an appropriate temperature to be melted.
  • the heating means 120a and 120b may be configured in plural numbers.
  • the first heating means 120a is provided around the melting furnace 130 to melt the raw material in the melting furnace 130a, and around the nozzle 140 to adjust the temperature and viscosity of the molten glass discharged.
  • the second heating means 120b may be provided.
  • the temperature of the inside of the melting furnace 130a heated by the heating means is higher than the dilatometric softening point (T dsp ) of the glass wire as the raw material and the glass wire is sufficiently melted. It is preferred that the temperature be as low as possible.
  • the dilatometric softening point T dsp of the glass has an intrinsic value depending on the kind or component of the glass.
  • the temperature of the interior of the melting furnace 130a is appropriately adjusted according to the type of raw material to be melted, and the heating means 120a has a characteristic of controlling the temperature according to the characteristics of the raw material.
  • the raw material is introduced into the melting furnace 130 through the inlet 110, the melting furnace 130 serves to provide a space for melting the raw material by heating by the heating means 120a, the interior of the melting furnace 130a is a crucible It may be made in the shape of a shape.
  • the melting furnace 130 may include an outer frame 134 made of a heat resistant material and a crucible-shaped inner frame 132 therein.
  • the inner frame 132 of the smelting furnace 130 is preferably made of a material having a high surface strength and withstanding the melting temperature of the glass wire and having a low contact angle in order to suppress the adhesion of the molten glass.
  • platinum (Pt) It is preferably made of a material such as platinum alloy, graphite, or a material coated with a material such as platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC).
  • a metal such as iron (Fe) or titanium (Ti) or an alloy thereof or a surface such as tungsten carbide (WC) is coated with a material such as platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC) on an inner frame.
  • 132 can be used.
  • the outer frame 134 of the smelter 130 is to insulate the heat heated in the heating means (120a) to suppress the maximum heat loss, refractory, ceramic fiber board, ceramic blanket (Ceramic Blanket) It is preferable that the material is made of a material having a thermal barrier effect such as ceramic material.
  • the bottom surface of the melting furnace 130 is preferably inclined in terms of smoothly flowing to the nozzle 140. It is preferable that the viscosity of the molten glass discharged from the nozzle 140 is higher than the viscosity corresponding to the dilatometric softening point T dsp of the glass and has a range of 10 2 to 10 10 poise.
  • the raw material melted in the melting furnace 130 is introduced into the nozzle 140.
  • the nozzle 140 is connected to the lower part of the melting furnace 130 to temporarily store or discharge the molten raw material.
  • the nozzle 140 of the print head 100 is a portion for discharging the molten raw material to the target position in the worktable 30, as shown in Figure 2 to be provided in the same diameter along the direction in which the raw material is discharged It may be, as shown in Figure 3 may be provided in the form of funnel shape or the diameter becomes smaller along the direction in which the raw material is discharged.
  • the diameter of the nozzle 140 is appropriately selected and determined in consideration of the physical properties of the raw materials, the characteristics of the molded body, and the like.
  • the nozzle 140 may include an outer frame 144 made of a heat resistant material and an inner frame 142 having a funnel shape therein.
  • the inner frame 142 of the nozzle 140 has a high surface strength, can withstand the melting temperature of the glass wire, and is preferably made of a material having a low contact angle in order to suppress the adhesion of the molten glass.
  • platinum (Pt) It is preferably made of a material such as platinum alloy, graphite, or a material coated with a material such as platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC).
  • a metal such as iron (Fe) or titanium (Ti) or an alloy thereof or a surface such as tungsten carbide (WC) is coated with a material such as platinum (Pt) or diamond like carbon (DLC) on an inner frame. 142 can be used.
  • the outer frame 144 of the nozzle 140 is to insulate the heat heated in the heating means (120b) to suppress the heat loss as much as possible, refractory, ceramic fiber board (Ceramic Fiber Board), ceramic blanket (Ceramic Blanket) It is preferable that the material is made of a material having a thermal barrier effect such as ceramic material.
  • the melting furnace 130 and the nozzle 140 may not be separated from each other, but may be integrally formed.
  • the molten raw material is sprayed through the nozzle 140, and moldings such as artificial teeth moldings and machinable glass ceramic moldings of a desired shape are produced in three dimensions.
  • the glass wire as a raw material is installed in the raw material supply device 10.
  • the glass wire is made of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass or Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass is Li 2 O 5.0 to 10.0% by weight, Al 2 O 3 15.0 to 20.0% by weight, SiO 2 60.0 to 65.0% by weight, ZnO 1.0 to 3.0% by weight, SnO 2 1.0 to 5.0% by weight, and may be a glass containing 1.0 to 10.0% by weight of at least one oxide selected from TiO 2 and ZrO 2 .
  • the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 0.5 wt% of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 1.0 wt% of Cr 2 O 3 , and the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2
  • the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass includes Li 2 O 2.0 to 5.0 wt%, MgO 3.0 to 5.0 wt%, Al 2 O 3 15.0 to 20.0 wt%, SiO 2 60.0 to 65.0 wt% , 1.0 to 3.0% by weight of ZnO, 1.0 to 5.0% by weight of SnO 2, and 1.0 to 10.0% by weight of one or more oxides selected from TiO 2 and ZrO 2 .
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 0.5 wt% of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 —SiO 3 -based glass may further include 0.005 to 1.0 wt% of Cr 2 O 3
  • the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 3 -based glass may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2
  • the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • the glass wire is supplied from the raw material supply device 10 to the print head 100 using the transfer device 20.
  • Discharge temperature through the nozzle 140 is preferably about 1,000 to 1,600 °C.
  • the viscosity of the molten glass which is discharged from the nozzle 140 is preferred to have the 10 2-10 10 poise (poise) range.
  • the raw material supply device 10 is provided with a plurality, the conveying device 20 is to include a plurality of a pair of feed rolls, the print head 100 is the number of the pair of feed rolls, the raw material supply of the device (10) A plurality of print heads 100 are provided according to the number, and the plurality of print heads 100 form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head 100 to be operated through the control of the controller 40 is selected.
  • the molten glass may be discharged from the nozzle 140 of the selected print head.
  • the molten glass discharged through the nozzle 140 of the print head in the work bench 30 positioned below the print head 100 is sequentially stacked and molded.
  • the control device 40 independently controls the transfer device 20 and the print head 100.
  • the molding is produced in a three-dimensional molded article while adjusting the position of the print head 100.
  • Heat treatment may be performed on a molded article (molded article) manufactured in a three-dimensional form through the nozzle 140.
  • the molding may be crystallized through a heat treatment process.
  • the heat treatment may include a first heat treatment for nucleation of crystallization and a second heat treatment for crystallization.
  • the molded product is heated to a first temperature (eg, 650 to 800 ° C.) and maintained for a predetermined time (eg, 10 minutes to 12 hours) to form a nucleus for crystallization (first heat treatment step).
  • a first temperature eg, 650 to 800 ° C.
  • a predetermined time eg, 10 minutes to 12 hours
  • the TiO 2 or ZrO 2 component contained in the glass wire serves as a crystallization aid to facilitate nucleation.
  • the first heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • the molded product is heated to a second temperature (eg, 900 to 1100 ° C.) higher than the first temperature and held for a predetermined time (eg, 10 minutes to 24 hours) to allow crystallization (second heat treatment step).
  • the second heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • a cooling process of slowly cooling the heat-treated result is performed.
  • the reason for the slow cooling is to remove residual stress and to secure a stable position of the atomic structure during the cooling process.
  • the crystals produced may vary depending on the composition, content, and heat treatment of the glass wire used, such as beta-quartz, spodumene (LiAlSi 2 O 6 ), cordierite, and cordierite. Will be generated.
  • the molded article produced as described above has a dilatometric softening point of 800 to 1,000 ° C. and a coefficient of thermal expansion of 0.1 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 3 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the glass wire as a raw material is installed in the raw material supply device 10.
  • the glass wire includes Li 2 O 25.0 to 30.0 mol%, SiO 2 60.0 to 70.0 mol%, P 2 O 5 0.5 to 1.5 mol%, K 2 O 1.0 to 6.0 mol%, and ZnO 1.0 to 4.0 mol% It may be made of disilicate glass.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the glass wire is supplied from the raw material supply device 10 to the print head 100 using the transfer device 20.
  • the glass wire supplied to the print head 100 is melted, and the molten glass is discharged through the nozzle 140.
  • the discharge temperature through the nozzle 140 is preferably about 1000 ⁇ 1600 °C.
  • the viscosity of the molten glass which is discharged from the nozzle 140 is preferred to have the 10 2-10 10 poise (poise) range.
  • the raw material supply device 10 is provided with a plurality, the conveying device 20 is to include a plurality of a pair of feed rolls, the print head 100 is the number of the pair of feed rolls, the raw material supply of the device (10) A plurality of print heads 100 are provided according to the number, and the plurality of print heads 100 form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head 100 to be operated through the control of the controller 40 is selected.
  • the molten glass may be discharged from the nozzle 140 of the selected print head.
  • the molten glass discharged through the nozzle 140 of the print head in the work bench 30 positioned below the print head 100 is sequentially stacked and molded.
  • the control device 40 independently controls the transfer device 20 and the print head 100.
  • the molding is produced as a three-dimensional molded article for artificial teeth while adjusting the position of the print head 100.
  • Heat treatment may be performed on the molded article (molded product) for artificial teeth manufactured in a three-dimensional form through the nozzle 140.
  • the artificial tooth molding may be crystallized through a heat treatment process.
  • the heat treatment may include a first heat treatment for nucleation of crystallization and a second heat treatment for crystallization.
  • the molded article for artificial teeth is heated to a first temperature (eg, 460 to 540 ° C.) and maintained for a predetermined time (eg, 10 minutes to 12 hours) to form a nucleus for crystallization (first heat treatment step).
  • the first heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • the molded article for artificial teeth is heated to be heated to a second temperature higher than the first temperature (for example, 850 to 930 ° C) and held for a predetermined time (for example, 10 minutes to 24 hours) to allow crystallization (second heat treatment step).
  • the second heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • a cooling process of slowly cooling the heat-treated result is performed.
  • the reason for the slow cooling is to remove residual stress and to secure a stable position of the atomic structure during the cooling process.
  • the glass wire as a raw material is installed in the raw material supply device 10.
  • the glass wire includes MgO 10.0-15.0 wt%, Al 2 O 3 5.0-20.0 wt%, SiO 2 45.0-55.0 wt%, K 2 O 5.0-10.0 wt% and fluorine (F) 5.0-10.0 wt% It may be made of glass.
  • the glass wire may be made of an achromatic transparent glass material, or may be made of a glass material having a chromatic color.
  • the glass wire may further include 0.005 to 0.5% by weight of CoO, and the glass wire may be a glass wire having a blue color.
  • the CoO serves as a colorant expressing a blue color.
  • the glass wire may further comprise 0.005 to 1.0% by weight of Cr 2 O 3 , the glass wire may be a glass wire having a green color.
  • the Cr 2 O 3 serves as a colorant expressing a green color.
  • the glass wire may further comprise 0.05 to 1.0% by weight of MnO 2 , the glass wire may be a glass wire having a purple color.
  • the MnO 2 serves as a colorant expressing a purple color.
  • the glass wire is supplied from the raw material supply device 10 to the print head 100 using the transfer device 20.
  • Discharge temperature through the nozzle 140 is preferably about 1,000 to 1,600 °C.
  • the viscosity of the molten glass which is discharged from the nozzle 140 is preferred to have the 10 2-10 10 poise (poise) range.
  • the raw material supply device 10 is provided with a plurality, the conveying device 20 is to include a plurality of a pair of feed rolls, the print head 100 is the number of the pair of feed rolls, the raw material supply of the device (10) A plurality of print heads 100 are provided according to the number, and the plurality of print heads 100 form a group so that their positions are adjusted, and at least one print head 100 to be operated through the control of the controller 40 is selected.
  • the molten glass may be discharged from the nozzle 140 of the selected print head.
  • the molten glass discharged through the nozzle 140 of the print head in the work bench 30 positioned below the print head 100 is sequentially stacked and molded.
  • the control device 40 independently controls the transfer device 20 and the print head 100.
  • the molding is produced in a three-dimensional molded article while adjusting the position of the print head 100.
  • Heat treatment may be performed on a molded article (molded article) manufactured in a three-dimensional form through the nozzle 140.
  • the molding may be crystallized through a heat treatment process.
  • the heat treatment may include a first heat treatment for nucleation of crystallization and a second heat treatment for crystallization.
  • the molded product is heated to a first temperature (eg, 500 to 750 ° C.) and held for a predetermined time (eg, 10 minutes to 12 hours) to form a nucleus for crystallization (first heat treatment step).
  • the first heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • the molded product is heated to a second temperature (eg, 900 to 1100 ° C.) higher than the first temperature and held for a predetermined time (eg, 10 minutes to 24 hours) to allow crystallization (second heat treatment step).
  • the second heat treatment process is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as oxygen (O 2 ) or air.
  • a cooling process of slowly cooling the heat-treated result is performed.
  • the reason for the slow cooling is to remove residual stress and to secure a stable position of the atomic structure during the cooling process.
  • the machinable glass ceramic molding is manufactured by determining the size, shape, etc. according to the order production method.
  • the machinable glass ceramic molding thus produced has the advantage of being able to be shaped according to the needs of the orderer.
  • a glass wire is used as a raw material to produce moldings having excellent mechanical properties, thermal durability, chemical durability, oxidation resistance, and excellent texture, artificial teeth, and machinable glass ceramic moldings. There is availability.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은, 원료인 유리 와이어가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입된 유리 와이어를 가열하기 위한 가열수단; 상기 유리 와이어가 융융되는 공간을 제공하는 용융로; 및 상기 용융로 하부에 연결되어 용융 유리를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐을 포함하며, 상기 용융로는 내열재로 이루어진 외부 프레임과 도가니 모양의 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3D 프린터, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유리 와이어를 원료로 사용하여 기계적 특성(mechanical properties), 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물, 인조치아, 머시너블 유리 세라믹 성형물을 제작할 수가 있다.

Description

3D 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3D 프린터, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법
본 발명은 3D 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3D 프린터, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 수지뿐만 아니라 유리로 이루어진 와이어도 원료로 사용할 수 있는 3D 프린터용 인쇄 헤드와, 유리 와이어를 원료로 사용하여 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물을 제작할 수는 3D 프린터와, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 3차원(3 dimension; 3D) 데이터를 이용하여 목표하는 물건을 성형할 수 있는 3D 프린터에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 복잡한 구조의 제품을 기획한 디자인대로 손쉽게 성형하여 제작할 수 있어 앞으로 3D 프린터의 시장은 매우 커질 것으로 기대된다.
일반적인 3D 프린터는 열가소성 수지로 이루어진 와이어를 인쇄 헤드에서 용융시켜 배출하여 2차원 평면 형태로 제작하고 상기 2차원 평면 형태 위에 인쇄 헤드를 통해 융융된 열가소성 수지를 적층하여 목표하는 3차원 형태로 성형하는 방식을 이용하고 있다. 열가소성 수지로 이루어진 와이어는 이송롤 등을 통해 인쇄 헤드로 공급되고, 인쇄 헤드는 X, Y, Z의 세 방향으로 위치가 조절되는 이동수단에 장착되어 이동이 가능하도록 설계된다.
그러나, 종래의 3D 프린터는 열가소성 수지를 원료로 사용하기 때문에 최종적으로 형성되는 물품도 플라스틱 제품일 수밖에 없다. 따라서, 플라스틱으로 만들어질 수 있는 물품에만 그 용도가 한정되어 사용되는 한계가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허공보 10-2009-0014395
대한민국 등록특허공보 10-1346704
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열가소성 수지뿐만 아니라 유리로 이루어진 와이어(wire)도 원료로 사용할 수 있는 3D 프린터용 인쇄 헤드를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 유리 와이어를 원료로 사용하여 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물을 제작할 수는 3D 프린터를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 원료인 유리 와이어가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입된 유리 와이어를 가열하기 위한 가열수단; 상기 유리 와이어가 융융되는 공간을 제공하는 용융로; 및 상기 용융로 하부에 연결되어 용융 유리를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐을 포함하며, 상기 용융로는 내열재로 이루어진 외부 프레임과 도가니 모양의 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드를 제공한다.
또한, 본 발명은, 원료인 유리 와이어를 공급하기 위한 원료공급장치; 상기 원료공급장치로부터 공급되는 유리 와이어를 이송하기 위한 이송장치; 상기 이송장치에 의해 이송된 유리 와이어를 용융하여 노즐을 통해 배출하기 위한 인쇄 헤드; 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공하는 작업대; 및 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 작업대의 상부에 위치되고, 상기 인쇄 헤드의 위치가 조절되면서 목표하는 형태의 성형물이 3차원으로 제작되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어지고, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이고, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 인조치아용 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 3D 프린터용 인쇄 헤드에 의하면, 열가소성 수지뿐만 아니라 유리로 이루어진 와이어도 원료로 사용할 수 있다. 유리 재질을 원료로 사용할 수 있으므로 열가소성 수지를 사용하는 경우에 비하여 성형체의 열적 내구성, 화학적 내구성, 내산화성 등이 증진될 수 있다. 유리로 이루어진 와이어를 원료로 사용하는 경우에는 열가소성 수지를 원료로 사용하는 경우에 비하여 성형체의 질감이 뛰어나다는 장점이 있다.
본 발명의 3D 프린터용 인쇄 헤드에 의하면, 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리뿐만 아니라 유채색의 색상을 갖는 유리로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 색상으로 성형함으로써 원하는 다양한 색상을 갖는 성형체를 제작할 수 있다.
본 발명의 3D 프린터에 의하면, 유리로 이루어진 와이어를 원료로 사용할 수 있다. 유리 재질을 원료로 사용할 수 있으므로 열가소성 수지를 사용하는 경우에 비하여 성형물의 열적 내구성, 화학적 내구성, 내산화성 등이 증진될 수 있다. 유리로 이루어진 와이어를 원료로 사용하는 경우에는 열가소성 수지를 원료로 사용하는 경우에 비하여 성형물의 질감이 뛰어나다는 장점이 있다.
상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리뿐만 아니라 유채색의 색상을 갖는 유리로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 색상으로 성형함으로써 원하는 다양한 색상을 갖는 성형물을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 프린터는, 서로 다른 이송장치를 통해 서로 다른 색상의 원료가 각각의 인쇄 헤드로 공급되고 제어장치의 제어에 따라 목표하는 위치별로 서로 다른 색상으로 연속적으로 성형할 수가 있으며, 원하는 다양한 색상을 갖는 성형체를 제작할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 3D 프린터를 이용하게 되면, 기계적 특성(mechanical properties), 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물을 제작할 수가 있다.
본 발명의 3D 프린터를 이용하게 되면, 기계적 특성, 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 인공 치아를 제작할 수가 있다.
본 발명의 3D 프린터를 이용하게 되면, 기계적 특성, 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 머시너블 유리 세라믹 성형물을 제작할 수가 있다.
상기 머시너블 유리 세라믹(machinable glass ceramic) 성형물은 주문자 생산 방식에 따라 크기와 모양 등을 결정하여 제작할 수 있고, 본 발명에 의해 제조된 머시너블 유리 세라믹 성형물은 주문자의 필요에 따라 형상 가공이 가능한 장점이 있다.
도 1은 3D 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 도시한 도면이다.
[부호의 설명]
10: 원료공급장치 20: 이송장치
30: 작업대 40: 제어장치
50: 튜브관 100: 인쇄 헤드
110: 유입구 120a, 120b: 가열수단
130: 용융로 140: 노즐
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드는, 원료인 유리 와이어가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입된 유리 와이어를 가열하기 위한 가열수단; 상기 유리 와이어가 융융되는 공간을 제공하는 용융로; 및 상기 용융로 하부에 연결되어 용융 유리를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐을 포함하며, 상기 용융로는 내열재로 이루어진 외부 프레임과 도가니 모양의 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진다.
상기 노즐은 내열재로 이루어진 외부 프레임과 깔때기 모양의 내부 프레임을 포함할 수 있으며, 상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어질 수 있다.
상기 용융로 및 상기 노즐의 외부 프레임은 열차단을 위한 세라믹 재질인 내화물, 세라믹 섬유 보드(Ceramic Fiber Board) 또는 세라믹 블랭킷(Ceramic Blanket)으로 이루어질 수 있다.
상기 노즐로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.
상기 가열수단은, 상기 용융로의 둘레에 구비되어 용융로 내부의 유리 와이어를 용융시키기 위한 제1 가열수단; 및 상기 노즐의 둘레에 구비되어 배출되는 용융 유리의 온도와 점도를 조절하기 위한 제2 가열수단을 포함할 수 있다.
상기 유입구에 상기 유리 와이어의 유입을 안내하기 위한 튜브관이 연결되어 있을 수 있다.
상기 유리 와이어는 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터는, 원료인 유리 와이어를 공급하기 위한 원료공급장치; 상기 원료공급장치로부터 공급되는 유리 와이어를 이송하기 위한 이송장치; 상기 이송장치에 의해 이송된 유리 와이어를 용융하여 노즐을 통해 배출하기 위한 인쇄 헤드; 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공하는 작업대; 및 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 작업대의 상부에 위치되고, 상기 인쇄 헤드의 위치가 조절되면서 목표하는 형태의 성형물이 3차원으로 제작된다.
상기 원료공급장치는 복수 개 구비될 수 있고, 상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함할 수 있으며, 상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비될 수 있고, 복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절될 수 있으며, 상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어질 수 있으며, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있고, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다.
상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어질 수 있다.
상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 ZrO2 5.0∼10.0중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 유리 와이어는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 유리 와이어는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 유리 와이어는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형물의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어지고, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이고, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이다.
상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 650∼800℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 900∼1100℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함할 수 있다.
상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고, 상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인조치아의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 인조치아용 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어진다.
상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 460∼540℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 850∼930℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함할 수 있다.
상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고, 상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어진다.
상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 500∼750℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 900∼1100℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함할 수 있다.
상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고, 상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하에서, X 방향과 Y 방향은 일 평면에서 서로 수직하고, Z 방향은 상기 일 평면에 수직한 방향으로서 X 방향 및 Y 방향에 수직한 방향을 의미하는 것으로 사용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드는, 원료인 유리 와이어가 유입되는 유입구와, 상기 유입구로 유입된 유리 와이어를 가열하기 위한 가열수단과, 상기 유리 와이어가 융융되는 공간을 제공하는 용융로와, 상기 용융로 하부에 연결되어 용융 유리를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐을 포함한다. 상기 용융로는 내열재로 이루어진 외부 프레임과 도가니 모양의 내부 프레임을 포함하고, 상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터는, 원료인 유리 와이어를 공급하기 위한 원료공급장치와, 상기 원료공급장치로부터 공급되는 유리 와이어를 이송하기 위한 이송장치와, 상기 이송장치에 의해 이송된 유리 와이어를 용융하여 노즐을 통해 배출하기 위한 인쇄 헤드와, 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공하는 작업대와, 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 인쇄 헤드는 상기 작업대의 상부에 위치되고, 상기 인쇄 헤드의 위치가 조절되면서 목표하는 형태의 성형물이 3차원으로 제작된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형물의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어지고, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이고, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인조치아의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 인조치아용 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법은, 상기 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법으로서, 원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계; 이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계; 상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계; 상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및 성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며, 제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고, 상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며, 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어진다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3D 프린터, 상기 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 3D 프린터의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 3D 프린터용 인쇄 헤드를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 3D 프린터는 유리로 이루어진 와이어(유리 와이어)와 같은 원료를 공급하기 위한 원료공급장치(10)와, 원료공급장치(10)로부터 공급되는 원료를 이송하기 위한 이송장치(20)와, 이송장치(20)에 의해 이송된 원료를 용융하여 노즐(140)을 통해 배출하기 위한 인쇄 헤드(100)와, 인쇄 헤드(100)의 노즐(140)을 통해 배출되는 용융된 원료가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공하는 작업대(30)와, 이송장치(20)와 인쇄 헤드(100)의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 제어장치(40)를 포함한다.
상기 원료는 유리로 이루어진 와이어(유리 와이어)를 포함한다. 상기 유리 와이어는, 소다라임계 유리, 붕규산계 유리, 알루미노실리케이트계 유리, 인산염계 유리 등으로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 유리의 예를 구체적으로 들어보면, 산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)계, 산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계, 산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계, 산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)-인산(P2O5)계, 산화납(PbO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)계, 산화납(PbO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계, 산화납(PbO)-산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)계, 산화납(PbO)-산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계, 산화비스무트(Bi2O3)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)계, 산화비스무트(Bi2O3)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계, 산화비스무트(Bi2O3)-산화아연(ZnO)-산화붕소(B2O3)-산화규소(SiO2)-산화알루미늄(Al2O3)계 유리 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다. 유리 재질을 원료로 사용할 수 있으므로 열가소성 수지를 사용하는 경우에 비하여 성형체의 열적 내구성, 화학적 내구성, 내산화성 등이 증진될 수 있다. 유리 와이어를 원료로 사용하는 경우에는 열가소성 수지를 원료로 사용하는 경우에 비하여 성형체의 질감이 뛰어나다는 장점이 있다.
또한, 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있다.
상기 Li2O는 유리전이온도(Tg)를 낮추는 한편 용융성을 촉진하는 역할을 한다. 하지만 이러한 Li2O의 성분이 너무 많으면, 유리 와이어의 안정성을 저하시키고, 기계적 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 Al2O3은 유리의 내실투성, 화학적 내구성을 향상시키는 역할을 한다. Al2O3의 함량이 너무 많으면 유리화(vitrification)가 곤란해지기 쉽고, 유리전이온도(Tg)가 상승할 수 있다.
상기 SiO2는 유리를 형성하는 산화물이며, 유리의 골격을 형성하기 위한 필수성분이다. 또한 SiO2는 그 함량을 조절하여 유리의 점도를 조절하기가 쉽고, 내실투성(resistance to devitrification)을 향상시키기 위해서 유효한 성분이다. SiO2의 함량이 너무 작으면, 내실투성이 나빠질 수 있고, 굴절률이 낮아질 수 있다. SiO2의 함량이 너무 많으면, 유리전이온도(Tg)나 유리의 점도가 높아지기 쉽다.
상기 ZnO는 융제 또는 화학적 안정제의 역할을 한다.
상기 SnO2는 청징 또는 결정화 조제의 역할을 한다.
상기 TiO2나 상기 ZrO2는 결정화 조제로 사용되어 핵 형성을 용이하게 하는 역할을 한다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있다.
상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 Li2O는 유리전이온도(Tg)를 낮추는 한편 용융성을 촉진하는 역할을 한다. 하지만 이러한 Li2O의 성분이 너무 많으면, 유리 와이어의 안정성을 저하시키고, 기계적 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 SiO2는 유리를 형성하는 산화물이며, 유리의 골격을 형성하기 위한 필수성분이다. 또한 SiO2는 그 함량을 조절하여 유리의 점도를 조절하기가 쉽고, 내실투성(resistance to devitrification)을 향상시키기 위해서 유효한 성분이다. SiO2의 함량이 너무 작으면, 내실투성이 나빠질 수 있고, 굴절률이 낮아질 수 있다. SiO2의 함량이 너무 많으면, 유리전이온도(Tg)나 유리의 점도가 높아지기 쉽다.
K2O는 유리전이온도를 낮추고 용융성을 향상시키는 역할을 한다. K2O의 함량이 너무 많으면, 내실투성, 화학적 내구성이 나빠질 수 있다.
상기 ZnO는 융제 또는 화학적 안정제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 Al2O3은 유리의 내실투성, 화학적 내구성을 향상시키는 역할을 한다. Al2O3의 함량이 너무 많으면 유리화(vitrification)가 곤란해지기 쉽고, 유리전이온도(Tg)가 상승할 수 있다.
상기 SiO2는 유리를 형성하는 산화물이며, 유리의 골격을 형성하기 위한 필수성분이다. 또한 SiO2는 그 함량을 조절하여 유리의 점도를 조절하기가 쉽고, 내실투성(resistance to devitrification)을 향상시키기 위해서 유효한 성분이다. SiO2의 함량이 너무 작으면, 내실투성이 나빠질 수 있고, 굴절률이 낮아질 수 있다. SiO2의 함량이 너무 많으면, 유리전이온도(Tg)나 유리의 점도가 높아지기 쉽다.
K2O는 유리전이온도를 낮추고 용융성을 향상시키는 역할을 한다. K2O의 함량이 너무 많으면, 내실투성, 화학적 내구성이 나빠질 수 있다.
상기 유리 와이어는 ZrO2 5.0∼10.0중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 ZrO2는 결정화 조제로 사용되어 핵 형성을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다.
상기 유리 와이어는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
유리 와이어 이외에도 열가소성 수지로 이루어진 와이어(또는 필라멘트)도 사용할 수 있음은 물론이다. 상기 열가소성 수지로는 폴리락틱산(polylactic acid; PLA) 수지, 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide; PPS) 수지, 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 수지, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; ABS) 수지 등을 그 예로 들 수 있다.
3D 프린터의 원료로 유리 재질을 사용할 수 있으므로 열가소성 수지를 원료로 사용하는 경우에 비하여 성형물의 열적 내구성, 화학적 내구성, 내산화성 등이 증진될 수 있다. 유리 와이어를 원료로 사용하는 경우에는 열가소성 수지를 원료로 사용하는 경우에 비하여 성형물의 질감이 뛰어나다는 장점이 있다.
원료공급장치(10)는 유리 와이어와 같은 원료를 공급하는 역할을 하며, 복수 개 구비될 수 있다. 원료공급장치(10)는 유리 와이어와 같은 원료가 감겨질 수 있는 릴 형태로 구비될 수 있으며, 원료가 감겨져서 이송장치(20)로 공급할 수 있는 원료공급장치(10)의 릴은 복수 개 구비될 수 있다.
이송장치(20)는 원료공급장치(10)로부터 공급되는 원료를 인쇄 헤드(100)로 이송시키는 역할을 한다. 이송장치(20)에는 적어도 한쌍의 이송롤이 구비되며, 이송롤에 의해 원료는 인쇄 헤드(100)로 공급될 수 있다. 와이어 형태의 원료는 한쌍의 이송롤의 사이에 맞물려서 전진 이송되게 된다. 상기 한쌍의 이송롤은 복수 개 구비될 수 있다. 한쌍의 이송롤이 복수 개 구비되는 경우에 각각의 한쌍의 이송롤은 서로 독립적으로 구동될 수 있다.
작업대(30)는 인쇄 헤드(100)의 노즐을 통해 배출되는 용융된 원료(용융 유리 등)가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공한다. 작업대(30)는 이동수단에 의해 Z 방향으로 승강(상승 또는 하강)될 수 있게 구비되거나, X 방향과 Y 방향으로 평면상에서 왕복 수평이동되게 구비될 수 있다.
인쇄 헤드(100)는 이송장치(20)에 의해 이송된 원료를 용융하여 노즐(140)을 통해 배출하여 목표하는 형태의 성형물이 제작될 수 있게 하는 역할을 한다. 인쇄 헤드(100)는 이동수단(미도시)에 연결되어 있으며, 상기 이동수단에 의해 인쇄 헤드(100)의 위치가 조절될 수 있다. 인쇄 헤드(100)는 상기 이동수단에 의해 X 방향과 Y 방향으로 평면상에서 왕복 수평이동되게 구비되거나, Z 방향으로 승강(상승 또는 하강)될 수 있게 구비될 수 있다. 예컨대, 작업대(30)가 Z 방향으로 승강될 수 있게 구비되는 경우에 인쇄 헤드(100)는 X 방향과 Y 방향으로 평면상에서 왕복 수평이동되게 구비되며, 작업대(30)가 X 방향과 Y 방향으로 평면상에서 왕복 수평이동되게 구비되는 경우에 인쇄 헤드(100)는 Z 방향으로 승강될 수 있게 구비된다. 작업대(30)가 고정되는 경우에는 인쇄 헤드(100)는 이동수단에 의해 X 방향, Y 방향 및 Z 방향으로 왕복 이동될 수 있게 구비된다. 인쇄 헤드(100)는 작업대(30)의 상부에 위치되고, 인쇄 헤드(100)의 위치가 조절되면서 목표하는 형태의 성형물이 3차원으로 제작되게 된다.
작업대(30) 또는 인쇄 헤드(100)의 위치를 조절하는 이동수단의 형태와 방식은 다양할 수 있다. 예컨대, X 방향의 안내가이드를 따라 왕복 이동되고, Y 방향의 안내가이드를 따라 왕복 이동되며, Z 방향의 안내가이드를 따라 왕복 이동되는 방식을 그 예로 들 수 있다.
제어장치(40)는 이송장치(20)와 인쇄 헤드(100)의 동작을 독립적으로 제어하는 역할을 한다. 제어장치(40)는 이송장치(20)의 동작을 제어하여 원료의 이송 속도 등을 조절할 수 있다. 또한, 제어장치(40)는 인쇄 헤드(100)의 위치 등을 조절할 수 있다. 또한, 제어장치(40)는 작업대(30)가 Z 방향으로 승강되게 구비되거나, X 방향과 Y 방향으로 평면상에서 수평이동되게 구비되는 경우에 작업대(30)의 위치를 제어하는 역할을 할 수도 있다. 제어장치(40)는 성형할 물체의 3D 데이터에 따라 이동수단을 제어하여 인쇄 헤드(100)나 작업대(30)의 위치를 조절한다.
인쇄 헤드(100)는 원료가 유입되는 유입구(110)와, 유입구(110)로 유입된 원료를 가열하기 위한 가열수단(120a, 120b)과, 상기 원료가 용융되는 공간을 제공하는 용융로(130)와, 용융로(130) 하부에 연결되어 용융로(130)에서 용융된 원료(유리 와이어를 원료로 사용하는 경우에는 용융 유리)를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐(140)을 포함한다. 이러한 인쇄 헤드(100)는 이송장치(20)의 한쌍의 이송롤 수, 원료공급장치(10)의 수 등에 따라 복수 개 구비될 수 있다. 인쇄 헤드(100)가 복수 개 구비되는 경우에 복수 개의 인쇄 헤드(100)는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 된다. 이와 같이 인쇄 헤드(100)가 복수 개 구비되는 경우에 제어장치(40)의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드(100)를 선택하고 선택된 인쇄 헤드(100)의 노즐(140)로부터 융융된 원료가 배출되게 설정할 수 있다.
유리 와이어는 인쇄 헤드의 유입구(110)로 직접 연결될 수도 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 유입구(110)에 원료의 유입을 안내하기 위한 튜브관(50)이 연결되어 있을 수 있다. 더욱 구체적으로는, 인쇄 헤드(100)의 유입구(110)와 이송장치(20) 사이에는 원료의 이송 경로를 안내하는 튜브관(50)이 구비될 수 있다. 유리 와이어와 같은 원료는 이송장치(20)의 구동에 따라 튜브관(50)의 내부를 따라 인쇄 헤드(100)의 유입구(110)로 이송된다.
제어장치(40)의 제어에 따라 이송장치(20)를 제어함으로써 인쇄 헤드(100)의 유입구(110)를 통해 유입되는 원료의 함량, 유입 속도 등을 조절할 수 있다. 이송장치(20)에서 한쌍의 이송롤이 복수 개 구비되고 이에 대응하여 인쇄 헤드(100)가 복수 개 구비되는 경우에, 제어장치(40)의 제어에 따라 이송장치(20)를 선택적으로 제어함으로써 인쇄 헤드(100)의 유입구(110)로 유입되는 원료를 선택적으로 공급할 수도 있다. 서로 다른 이송장치(20)를 통해 서로 다른 색상의 원료가 각각의 인쇄 헤드(100)로 공급되는 경우에 제어장치(40)의 제어에 따라 목표하는 위치별로 서로 다른 색상으로 연속적으로 성형할 수가 있다. 서로 다른 색상으로 성형함으로써 원하는 다양한 색상을 갖는 인조치아용 성형물, 머시너블 유리 세라믹 성형물 등의 성형물을 제작할 수 있다.
인쇄 헤드(100)의 가열수단(120a)은 용융로(130)의 둘레에 배치되며, 유입구(110)로 유입된 원료를 가열하여 용융시키는 역할을 한다. 가열수단(120a)에 의한 가열온도는 원료의 물성이나 성형체의 특성 등을 고려하여 적절하게 선택하여 설정한다. 용융로(130)에서 원료는 적절한 온도로 가열되어 용융되게 된다. 가열수단(120a, 120b)은 복수 개로 구성될 수도 있다. 예컨대, 용융로 내부(130a)의 원료를 용융시키기 위하여 용융로(130)의 둘레에 제1 가열수단(120a)이 구비되고, 배출되는 용융 유리의 온도와 점도를 조절하기 위하여 노즐(140)의 둘레에 제2 가열수단(120b)이 구비될 수 있다.
유리 와이어를 원료로 사용하는 경우에, 가열수단에 의해 가열되는 용융로 내부(130a)의 온도는 원료인 유리 와이어의 딜라토메트릭 연화점(dilatometric softening point; Tdsp) 보다 높은 온도로서 유리 와이어가 충분히 용융될 수 있는 온도인 것이 바람직하다. 유리의 딜라토메트릭 연화점(Tdsp)은 유리의 종류 또는 성분 등에 따라 고유값을 가진다. 용융로 내부(130a) 온도는 용융되는 원료의 종류에 따라 온도를 적절하게 조절하며, 가열수단(120a)은 원료의 특성에 따라 온도를 제어할 수 있는 특징을 가진다.
유입구(110)를 통해 원료가 용융로(130)에 투입되고, 용융로(130)는 가열수단(120a)에 의한 가열에 의해 원료를 용융시키는 공간을 제공하는 역할을 하며, 용융로 내부(130a)는 도가니 모양의 형상으로 이루어질 수 있다. 용융로(130)는 내열재로 이루어진 외부 프레임(134)과 그 내부에 도가니 모양의 내부 프레임(132)을 포함할 수 있다. 용융로(130)의 내부 프레임(132)은 표면 강도가 높고 유리 와이어의 용융 온도에서도 견딜 수 있으며 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 이를 위해 백금(Pt), 백금합금, 흑연과 같은 물질로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)와 같은 물질로 표면이 코팅된 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 철(Fe), 티타늄(Ti)과 같은 금속 또는 이들의 합금이나 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 초경소재 표면에 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)와 같은 물질이 코팅된 것을 내부 프레임(132)으로 사용할 수 있다. 용융로(130)의 외부 프레임(134)은 가열수단(120a)에서 가열된 열을 단열하여 최대한 열 손실을 억제하는 작용을 하는 것으로, 내화물, 세라믹 섬유 보드(Ceramic Fiber Board), 세라믹 블랭킷(Ceramic Blanket) 등의 세라믹 재질의 열 차단 효과가 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 용융로(130)의 바닥면은 경사형으로 이루어지는 것이 노즐(140)로의 흐름을 원활하게 하는 측면에서 바람직하다. 상기 노즐(140)로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 유리의 딜라토메트릭 연화점(Tdsp)에 해당하는 점도보다 높은 점도로서 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.
용융로(130)에서 용융된 원료는 노즐(140)로 유입되게 된다. 노즐(140)은 용융로(130) 하부에 연결되어 용융된 원료를 일시적으로 저장하거나 배출하는 역할을 한다. 인쇄 헤드(100)의 노즐(140)은 작업대(30) 내의 목표하는 위치로 용융된 원료를 배출하는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 원료가 배출되는 방향을 따라 직경이 동일한 형태로 구비될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 깔때기 형상으로 이루어지거나 원료가 배출되는 방향을 따라 직경이 점점 작아지는 형태로 구비될 수도 있다. 노즐(140)의 직경은 원료의 물성이나 성형체의 특성 등을 고려하여 적절하게 선택하여 결정한다. 노즐(140)은 내열재로 이루어진 외부 프레임(144)과 그 내부에 깔때기 모양의 내부 프레임(142)을 포함할 수 있다. 노즐(140)의 내부 프레임(142)은 표면 강도가 높고 유리 와이어의 용융 온도에서도 견딜 수 있으며 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 이를 위해 백금(Pt), 백금합금, 흑연과 같은 물질로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)와 같은 물질로 표면이 코팅된 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 철(Fe), 티타늄(Ti)과 같은 금속 또는 이들의 합금이나 텅스텐 카바이드(WC)와 같은 초경소재 표면에 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)와 같은 물질이 코팅된 것을 내부 프레임(142)으로 사용할 수 있다. 노즐(140)의 외부 프레임(144)은 가열수단(120b)에서 가열된 열을 단열하여 최대한 열 손실을 억제하는 작용을 하는 것으로, 내화물, 세라믹 섬유 보드(Ceramic Fiber Board), 세라믹 블랭킷(Ceramic Blanket) 등의 세라믹 재질의 열 차단 효과가 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 용융로(130)와 노즐(140)은 서로 구분되어 있는 것이 아니라 일체형으로 형성되어 있을 수도 있다.
융융된 원료가 노즐(140)을 통해 분사되어 목표하는 형태의 인조치아용 성형물, 머시너블 유리 세라믹 성형물 등의 성형물이 3차원으로 제작되게 된다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
원료인 유리 와이어를 원료공급장치(10)에 설치한다. 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어진다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있다.
상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리일 수 있다.
상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
이송장치(20)를 이용하여 원료공급장치(10)로부터 인쇄 헤드(100)로 상기 유리 와이어를 공급한다.
인쇄 헤드(100)로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐(140)을 통해 배출한다. 노즐(140)을 통한 토출 온도는 1,000∼1,600℃ 정도인 것이 바람직하다. 노즐(140)로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.
원료공급장치(10)는 복수 개 구비되게 하고, 이송장치(20)는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 인쇄 헤드(100)는 상기 한쌍의 이송롤 수, 원료공급장치(10)의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드(100)는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 제어장치(40)의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드(100)를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐(140)로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
인쇄 헤드(100)의 하부에 위치된 작업대(30) 내에서 인쇄 헤드의 노즐(140)을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형한다. 제어장치(40)를 통해 이송장치(20)와 인쇄 헤드(100)의 동작을 독립적으로 제어한다. 상기 성형은 인쇄 헤드(100)의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작한다.
노즐(140)을 통해 3차원 형태로 제작된 성형물(성형체)에 열처리를 수행할 수 있다. 상기 성형물은 열처리 공정을 통해 결정화될 수 있다. 상기 열처리는 결정화의 핵 형성을 위한 제1 열처리와, 결정화를 위한 수행하는 제2 열처리를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 열처리 공정을 설명한다.
성형물을 가열하여 제1 온도(예컨대, 650∼800℃)로 승온시키고 소정시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 유지하여 결정화를 위한 핵이 형성되도록 한다(제1 열처리 공정). 유리 와이어에 함유된 TiO2나 ZrO2 성분은 결정화 조제로 사용되어 핵 형성을 용이하게 하는 역할을 한다. 제1 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
성형물을 가열하여 제1 온도보다 높은 제2 온도(예컨대, 900∼1100℃)로 승온하고 소정시간(예컨대, 10분∼24시간) 동안 유지하여 결정화되게 한다(제2 열처리 공정). 제2 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
열처리된 결과물을 서냉시키는 냉각 공정을 진행한다. 서냉시키는 이유는 잔류 응력을 제거하고, 냉각 과정 중 원자구조의 안정적 위치를 확보하기 위한 것이다.
사용되는 유리 와이어의 조성 성분, 함량, 열처리 등에 따라 생성되는 결정이 달라질 수 있는데, 베타 쿼츠(beta-quartz), 스포듀민(spodumene)(LiAlSi2O6), 코디어라이트(cordierite)와 같은 결정상이 생성되게 된다.
상기와 같이 제작된 성형물은 800∼1,000℃의 딜라토메트릭 연화점을 갖고, 0.1×10-6/℃∼3×10-6/℃의 열팽창계수를 갖게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용하게 되면, 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물을 제작할 수가 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
원료인 유리 와이어를 원료공급장치(10)에 설치한다. 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
이송장치(20)를 이용하여 원료공급장치(10)로부터 인쇄 헤드(100)로 상기 유리 와이어를 공급한다.
인쇄 헤드(100)로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐(140)을 통해 배출한다. 노즐(140)을 통한 토출 온도는 1000∼1600℃ 정도인 것이 바람직하다. 노즐(140)로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.
원료공급장치(10)는 복수 개 구비되게 하고, 이송장치(20)는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 인쇄 헤드(100)는 상기 한쌍의 이송롤 수, 원료공급장치(10)의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드(100)는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 제어장치(40)의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드(100)를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐(140)로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
인쇄 헤드(100)의 하부에 위치된 작업대(30) 내에서 인쇄 헤드의 노즐(140)을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형한다. 제어장치(40)를 통해 이송장치(20)와 인쇄 헤드(100)의 동작을 독립적으로 제어한다. 상기 성형은 인쇄 헤드(100)의 위치를 조절하면서 3차원의 인조치아용 성형물로 제작한다.
노즐(140)을 통해 3차원 형태로 제작된 인조치아용 성형물(성형체)에 열처리를 수행할 수 있다. 상기 인조치아용 성형물은 열처리 공정을 통해 결정화될 수 있다. 상기 열처리는 결정화의 핵 형성을 위한 제1 열처리와, 결정화를 위한 제2 열처리를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 열처리 공정을 설명한다.
인조치아용 성형물을 가열하여 제1 온도(예컨대, 460∼540℃)로 승온시키고 소정시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 유지하여 결정화를 위한 핵이 형성되도록 한다(제1 열처리 공정). 제1 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
인조치아용 성형물을 가열하여 제1 온도보다 높은 제2 온도(예컨대, 850∼930℃)로 승온하고 소정시간(예컨대, 10분∼24시간) 동안 유지하여 결정화되게 한다(제2 열처리 공정). 제2 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
열처리된 결과물을 서냉시키는 냉각 공정을 진행한다. 서냉시키는 이유는 잔류 응력을 제거하고, 냉각 과정 중 원자구조의 안정적 위치를 확보하기 위한 것이다.
상기와 같은 공정을 통해 주결정상이 리튬 디실리케이트(lithium disilicate)(Li2Si2O5)를 이루는 인조치아를 얻을 수가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용하게 되면, 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 인조치아를 제작할 수가 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
원료인 유리 와이어를 원료공급장치(10)에 설치한다. 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어질 수 있다. 상기 유리 와이어는 무채색의 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있으며, 또한 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 유리 와이어는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 CoO는 파란색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 Cr2O3는 녹색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
또한, 상기 유리 와이어는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함할 수 있고, 상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어일 수 있다. 상기 MnO2는 자색의 색상을 발현하는 착색제의 역할을 한다.
이송장치(20)를 이용하여 원료공급장치(10)로부터 인쇄 헤드(100)로 상기 유리 와이어를 공급한다.
인쇄 헤드(100)로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐(140)을 통해 배출한다. 노즐(140)을 통한 토출 온도는 1,000∼1,600℃ 정도인 것이 바람직하다. 노즐(140)로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.
원료공급장치(10)는 복수 개 구비되게 하고, 이송장치(20)는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며, 인쇄 헤드(100)는 상기 한쌍의 이송롤 수, 원료공급장치(10)의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고, 복수 개의 인쇄 헤드(100)는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며, 제어장치(40)의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드(100)를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐(140)로부터 융융 유리가 배출되게 설정할 수 있다.
인쇄 헤드(100)의 하부에 위치된 작업대(30) 내에서 인쇄 헤드의 노즐(140)을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형한다. 제어장치(40)를 통해 이송장치(20)와 인쇄 헤드(100)의 동작을 독립적으로 제어한다. 상기 성형은 인쇄 헤드(100)의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작한다.
노즐(140)을 통해 3차원 형태로 제작된 성형물(성형체)에 열처리를 수행할 수 있다. 상기 성형물은 열처리 공정을 통해 결정화될 수 있다. 상기 열처리는 결정화의 핵 형성을 위한 제1 열처리와, 결정화를 위한 제2 열처리를 포함할 수 있다.
이하에서, 상기 열처리 공정을 설명한다.
성형물을 가열하여 제1 온도(예컨대, 500∼750℃)로 승온시키고 소정시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 유지하여 결정화를 위한 핵이 형성되도록 한다(제1 열처리 공정). 제1 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
성형물을 가열하여 제1 온도보다 높은 제2 온도(예컨대, 900∼1100℃)로 승온하고 소정시간(예컨대, 10분∼24시간) 동안 유지하여 결정화되게 한다(제2 열처리 공정). 제2 열처리 공정은 산소(O2), 공기(air)와 같은 산화 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
열처리된 결과물을 서냉시키는 냉각 공정을 진행한다. 서냉시키는 이유는 잔류 응력을 제거하고, 냉각 과정 중 원자구조의 안정적 위치를 확보하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3D 프린터를 이용하게 되면, 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 머시너블 유리 세라믹 성형물을 제작할 수가 있다.
상기 머시너블 유리 세라믹(machinable glass ceramic) 성형물은 주문자 생산 방식에 따라 크기와 모양 등을 결정하여 제작한다. 이렇게 제조된 머시너블 유리 세라믹 성형물은 주문자의 필요에 따라 형상 가공이 가능한 장점이 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
본 발명에 의하면, 유리 와이어를 원료로 사용하여 기계적 특성(mechanical properties), 열적 내구성, 화학적 내구성 및 내산화성이 우수하고 질감이 뛰어난 성형물, 인조치아, 머시너블 유리 세라믹 성형물을 제작할 수가 있으며, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (28)

  1. 원료인 유리 와이어가 유입되는 유입구;
    상기 유입구로 유입된 유리 와이어를 가열하기 위한 가열수단;
    상기 유리 와이어가 융융되는 공간을 제공하는 용융로; 및
    상기 용융로 하부에 연결되어 용융 유리를 일시적으로 저장하기나 목표하는 양만큼 배출하기 위한 노즐을 포함하며,
    상기 용융로는 내열재로 이루어진 외부 프레임과 도가니 모양의 내부 프레임을 포함하고,
    상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 내열재로 이루어진 외부 프레임과 깔때기 모양의 내부 프레임을 포함하며,
    상기 내부 프레임은 용융 유리가 붙는 현상을 억제하기 위하여 접촉각이 낮은 백금(Pt), 백금합금 또는 흑연으로 이루어지거나, 백금(Pt) 또는 DLC(diamond like carbon)로 표면이 코팅된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융로 및 상기 노즐의 외부 프레임은 열차단을 위한 세라믹 재질인 내화물, 세라믹 섬유 보드(Ceramic Fiber Board) 또는 세라믹 블랭킷(Ceramic Blanket)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 노즐로부터 배출되는 용융 유리의 점도는 102∼1010 포이즈(poise) 범위를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가열수단은,
    상기 용융로의 둘레에 구비되어 용융로 내부의 유리 와이어를 용융시키기 위한 제1 가열수단; 및
    상기 노즐의 둘레에 구비되어 배출되는 용융 유리의 온도와 점도를 조절하기 위한 제2 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유입구에 상기 유리 와이어의 유입을 안내하기 위한 튜브관이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유리 와이어는 유채색의 색상을 갖는 유리 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 인쇄 헤드.
  8. 원료인 유리 와이어를 공급하기 위한 원료공급장치;
    상기 원료공급장치로부터 공급되는 유리 와이어를 이송하기 위한 이송장치;
    상기 이송장치에 의해 이송된 유리 와이어를 용융하여 노즐을 통해 배출하기 위한 인쇄 헤드;
    상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되어 목표하는 형태로 성형되는 공간을 제공하는 작업대; 및
    상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 제어장치를 포함하며,
    상기 인쇄 헤드는 상기 작업대의 상부에 위치되고,
    상기 인쇄 헤드의 위치가 조절되면서 목표하는 형태의 성형물이 3차원으로 제작되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 원료공급장치는 복수 개 구비되고,
    상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하며,
    상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되고,
    복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되며,
    상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어지고,
    상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이고,
    상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  13. 제10항에 있어서, 상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  14. 제8항에 있어서, 상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  15. 제8항에 있어서, 상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유리 와이어는 ZrO2 5.0∼10.0중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  17. 제15항에 있어서, 상기 유리 와이어는 CoO 0.005∼0.5중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 파란색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  18. 제15항에 있어서, 상기 유리 와이어는 Cr2O3 0.005∼1.0중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 녹색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  19. 제15항에 있어서, 상기 유리 와이어는 MnO2 0.05∼1.0중량%를 더 포함하고,
    상기 유리 와이어는 자색의 색상을 갖는 유리 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  20. 제8항에 기재된 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법으로서,
    원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계;
    이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계;
    상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계;
    상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및
    성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며,
    제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고,
    상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며,
    상기 유리 와이어는 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리 또는 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리로 이루어지고,
    상기 Li2O-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 5.0∼10.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리이고,
    상기 Li2O-MgO-Al2O3-SiO3계 유리는 Li2O 2.0∼5.0중량%, MgO 3.0∼5.0중량%, Al2O3 15.0∼20.0중량%, SiO2 60.0∼65.0중량%, ZnO 1.0∼3.0중량%, SnO2 1.0∼5.0중량% 및, TiO2 및 ZrO2 중에서 선택된 1종 이상의 산화물 1.0∼10.0중량%를 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 650∼800℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 900∼1100℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고,
    상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며,
    상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고,
    복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며,
    상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 성형물의 제조방법.
  23. 제8항에 기재된 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법으로서,
    원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계;
    이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계;
    상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계;
    상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및
    성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며,
    제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고,
    상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 인조치아용 성형물로 제작하며,
    상기 유리 와이어는 Li2O 25.0∼30.0몰%, SiO2 60.0∼70.0몰%, P2O5 0.5∼1.5몰%, K2O 1.0∼6.0몰% 및 ZnO 1.0∼4.0몰%를 포함하는 리튬 디실리케이트계 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 460∼540℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 850∼930℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고,
    상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며,
    상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고,
    복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며,
    상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 인조치아의 제조방법.
  26. 제8항에 기재된 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법으로서,
    원료인 유리 와이어를 원료공급장치에 설치하는 단계;
    이송장치를 이용하여 상기 원료공급장치로부터 인쇄 헤드로 상기 유리 와이어를 공급하는 단계;
    상기 인쇄 헤드로 공급된 유리 와이어를 용융시키고, 용융 유리를 노즐을 통해 배출하는 단계;
    상기 인쇄 헤드의 하부에 위치된 작업대 내에서 상기 인쇄 헤드의 노즐을 통해 배출되는 용융 유리가 순차 적층되게 하여 성형하는 단계; 및
    성형된 결과물을 열처리하는 단계를 포함하며,
    제어장치를 통해 상기 이송장치와 상기 인쇄 헤드의 동작을 독립적으로 제어하고,
    상기 성형은 상기 인쇄 헤드의 위치를 조절하면서 3차원의 성형물로 제작하며,
    상기 유리 와이어는 MgO 10.0∼15.0중량%, Al2O3 5.0∼20.0중량%, SiO2 45.0∼55.0중량%, K2O 5.0∼10.0중량% 및 플루오린(F) 5.0∼10.0중량%를 포함하는 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 열처리는 결정화를 위한 핵 형성을 위해 500∼750℃의 온도에서 수행하는 제1 열처리와, 결정화를 위해 900∼1100℃의 온도에서 수행하는 제2 열처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 원료공급장치는 복수 개 구비되게 하고,
    상기 이송장치는 복수 개의 한쌍의 이송롤을 포함하게 하며,
    상기 인쇄 헤드는 상기 한쌍의 이송롤 수, 상기 원료공급장치의 수에 따라 복수 개 구비되게 하고,
    복수 개의 인쇄 헤드는 하나의 군을 이루어 그 위치가 조절되게 하며,
    상기 제어장치의 제어를 통해 동작시킬 적어도 하나의 인쇄 헤드를 선택하고 선택된 인쇄 헤드의 노즐로부터 융융 유리가 배출되게 설정하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법.
PCT/KR2015/003339 2015-01-12 2015-04-03 3d 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3d 프린터, 상기 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법 WO2016114450A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/543,037 US20180009696A1 (en) 2015-01-12 2015-04-03 3d printer printhead, 3d printer using same, method for manufacturing molded product by using 3d printer, method for manufacturing artificial tooth by using 3d printer, and method for manufacturing machinable glass ceramic molded product by using 3d printer

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150003968A KR101635768B1 (ko) 2015-01-12 2015-01-12 3d 프린터 및 이를 이용한 인조치아의 제조방법
KR10-2015-0003968 2015-01-12
KR10-2015-0013918 2015-01-29
KR1020150013918A KR101660293B1 (ko) 2015-01-29 2015-01-29 3d 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법
KR10-2015-0013914 2015-01-29
KR1020150013914A KR101660288B1 (ko) 2015-01-29 2015-01-29 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016114450A1 true WO2016114450A1 (ko) 2016-07-21

Family

ID=56405982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/003339 WO2016114450A1 (ko) 2015-01-12 2015-04-03 3d 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3d 프린터, 상기 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20180009696A1 (ko)
WO (1) WO2016114450A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618235C1 (ru) * 2016-04-04 2017-05-03 Ануар Райханович Кулмагамбетов Способ трехмерной печати зданий (варианты) и устройство для его осуществления
CN107673585B (zh) * 2017-11-16 2023-10-13 海南海控特玻科技有限公司 一种3d玻璃打印机及打印方法
US20220144682A1 (en) * 2019-02-13 2022-05-12 Corning Incorporated Additive manufacturing system, method, and article
US11975997B2 (en) 2020-03-31 2024-05-07 Corning Incorporated Multi-composition glass structures via 3D printing
CN113415999B (zh) * 2021-05-25 2022-11-18 赵凤宇 一种供液态打印机使用的微玻金属3d打印微粉

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000060365A (ko) * 1999-03-15 2000-10-16 윤덕용 가변 용착 적층식 쾌속조형방법 및 쾌속조형장치
JP2003183031A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Nippon Electric Glass Co Ltd ガラス繊維製造用電気溶融炉及び繊維用ガラスの溶融方法
JP2004315287A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Nippon Electric Glass Co Ltd 板ガラスの成形装置
JP2009078931A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Ohara Inc 球状体製造装置および球状体の製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02275729A (ja) * 1989-04-14 1990-11-09 Nitto Boseki Co Ltd ガラス繊維紡糸用ノズルプレート
US5121329A (en) * 1989-10-30 1992-06-09 Stratasys, Inc. Apparatus and method for creating three-dimensional objects
US6129872A (en) * 1998-08-29 2000-10-10 Jang; Justin Process and apparatus for creating a colorful three-dimensional object
JP4318542B2 (ja) * 2003-12-22 2009-08-26 株式会社オハラ 球状ガラス製造装置及び球状ガラスの製造方法
US9022769B2 (en) * 2010-07-22 2015-05-05 Stratasys, Inc. Multiple-zone liquefier assembly for extrusion-based additive manufacturing systems
US8815141B2 (en) * 2010-09-22 2014-08-26 Stratasys, Inc. Method for building three-dimensional models with extrusion-based additive manufacturing systems
US8512024B2 (en) * 2011-01-20 2013-08-20 Makerbot Industries, Llc Multi-extruder
US9469071B2 (en) * 2013-08-01 2016-10-18 Douglass Innovations, Inc. Fused filament fabrication system and method
US20150084222A1 (en) * 2013-09-24 2015-03-26 Fenner, U.S., Inc. Filament for fused deposit modeling
US20150307385A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for additive manufacturing of glass
US10766802B2 (en) * 2014-11-29 2020-09-08 National Tsing Hua University Flexible 3D freeform techniques
JP6324632B2 (ja) * 2015-01-06 2018-05-16 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ ３ｄ印刷用のプリンタヘッド

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000060365A (ko) * 1999-03-15 2000-10-16 윤덕용 가변 용착 적층식 쾌속조형방법 및 쾌속조형장치
JP2003183031A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Nippon Electric Glass Co Ltd ガラス繊維製造用電気溶融炉及び繊維用ガラスの溶融方法
JP2004315287A (ja) * 2003-04-16 2004-11-11 Nippon Electric Glass Co Ltd 板ガラスの成形装置
JP2009078931A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Ohara Inc 球状体製造装置および球状体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180009696A1 (en) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016114450A1 (ko) 3d 프린터용 인쇄 헤드, 이를 이용한 3d 프린터, 상기 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법, 인조치아의 제조방법 및 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법
KR20210091179A (ko) 낮은 리튬 함량을 갖는 투명한 β-석영 유리-세라믹
KR20200049778A (ko) 무알칼리 유리 기판의 제조 방법 및 무알칼리 유리 기판
US5618764A (en) Colored ceramic composition and method for producing curved glass plate using the same
CN107056016A (zh) 硫系玻璃及其制备方法和装置
JP6951661B2 (ja) ガラス物品の製造方法及び製造装置
WO2011105688A2 (en) A composition for preparing ceramic fiber and a biosoluble ceramic fiber prepared therefrom for heat insulating material at high temperature
TWI752378B (zh) 大型熔融石英錠的線上退火
JP2010503601A5 (ja) シート形状のガラスセラミック材料の製造方法、このようにして得られるシート及びその使用方法
US7161117B2 (en) Window glass for vehicles equipped with a conductor and its production process
US10328459B2 (en) Selective color striking of color-strikable articles
KR101660288B1 (ko) 3d 프린터를 이용한 성형물의 제조방법
KR102094686B1 (ko) 유리 용융 증착형 3d 프린터용 노즐 및 이를 이용한 유리 용융 증착형 3d 프린터
KR101660293B1 (ko) 3d 프린터를 이용한 머시너블 유리 세라믹 성형물의 제조방법
KR101635768B1 (ko) 3d 프린터 및 이를 이용한 인조치아의 제조방법
DE3463491D1 (en) A process for manufacturing ceramic fibres consisting mainly of alumina and silica
WO2022235053A1 (ko) 3d 프린팅용 고강도 알루미늄 합금 및 이의 제조방법
KR20150085211A (ko) 3d 프린터용 인쇄 헤드 및 이를 이용한 3d 프린터
US3532524A (en) Glazing compositions and process
WO2023140554A1 (ko) 세라믹 글라스 및 이를 적용한 쿡탑
US3734704A (en) Method of making glass articles
JPS6272539A (ja) 結晶化ガラスの製造方法
SU1689316A1 (ru) Способ получени изделий из стекла системы L @ О - А @ О @ - S @ О @ с покрытием
JPS62202836A (ja) 光フアイバ線引用加熱炉
WO2022164186A1 (ko) 법랑 조성물 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 조리기기

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15878096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15543037

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15878096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1