KR20160063877A - Manufacturing Method of Filament for 3D Print and Filament - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3D 프린트용 필라멘트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNT를 첨가하여, 기계적강도가 향상된 3D 프린트용 필라멘트를 제공한다.The present invention relates to a filament for 3D printing and a method for producing the filament, and more particularly, to a filament for 3D printing having improved mechanical strength by adding CNT.
3차원의 물체를 성형할 수 있는 3D 프린터의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린터의 제품성형방식은 광경화성 재료에 레이저 광선을 주사하여 광주사된 부분을 물체로 성형하는 방식, 성형재료를 절삭하여 성형하는 방식, 열가소성 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식(FDM 방식) 등이 있다.The use of a 3D printer capable of forming a three-dimensional object is increasing. The product molding method of such a 3D printer includes a method of forming a photographed portion by an irradiation of a laser beam with a photocurable material into an object, a molding method by cutting a molding material, a method of melting and laminating a thermoplastic filament (FDM method), and the like .
이러한 방식 중에서 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식의 3D 프린터가 다른 방식의 3D 프린터에 비해 생산 단가가 저렴한데, 이러한 이유로 인해 필라멘트를 이용하는 3D 프린터가 가정용, 공업용으로 대중화되고 있는 추세이다. Among these methods, a 3D printer in which filaments are melted and laminated is inexpensive to manufacture compared to other types of 3D printers. For this reason, 3D printers using filaments are becoming popular for home and industrial use.
한편, 이러한 3D 프린터용 필라멘트는 열가소성 수지로 이루어지는데, 인체 및 환경에 무해한 PLA가 필라멘트 소재로 각광받고 있다. 그러나 인장강도가 낮은 단점 때문에 조형물이나 피규어 등 간단한 시제품 생산용으로만 사용되고 있다. 자동차부품 등 고강도 부품에 적용하기 위해서는 강도를 향상시킨 복합재료가 요구된다.On the other hand, such a filament for a 3D printer is made of a thermoplastic resin, and PLA which is harmless to the human body and the environment is attracting attention as a filament material. However, due to the drawbacks of low tensile strength, it is used only for the production of simple prototypes such as sculptures and figures. In order to be applied to high-strength parts such as automobile parts, a composite material having improved strength is required.
CNT는 표면적이 크고 종횡비(aspect ratio)가 높고 강도와 탄성율이 탁월하여 고분자 복합재료의 유망한 강화재로 적용되고 있다. 본 발명자는 FDM 3D프린터에 가장 많이 적용되고 있는 열가소성 수지에 CNT를 강화재로 적용하여 기계적 물성을 향상시킨 CNT 강화 필라멘트를 개발하였다. CNT has a large surface area, high aspect ratio, excellent strength and elasticity, and is applied as a promising reinforcement material for polymer composite materials. The present inventors have developed CNT reinforced filaments which have improved mechanical properties by applying CNT as a reinforcing material to a thermoplastic resin most commonly applied to FDM 3D printers.
본 발명의 목적은 종횡비(aspect ratio)가 높고 강도와 탄성율이 탁월한 CNT를 첨가하여, 기계적 물성을 향상시킨3D 프린트용 필라멘트를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a filament for 3D printing having improved mechanical properties by adding CNT having high aspect ratio and excellent strength and elastic modulus.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a) 열가소성 수지와 카본 나노 튜브(carbon nano tube, CNT)를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와 (b) 상기 혼합물을 압출하여 성형물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 성형물을 와인딩하는 단계를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a molded article, comprising the steps of: (a) preparing a mixture by mixing a thermoplastic resin and a carbon nano tube (CNT), (b) And winding the molded product. The present invention also provides a method for manufacturing a filament for a 3D printer.
상기 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법에서 상기 열가소성 수지는 폴리 락트산(Poly lactic Acid, PLA) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS)일 수 있다.In the method for manufacturing a filament for a 3D printer, the thermoplastic resin may be poly lactic acid (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
상기 열가소성 수지가 PLA인 경우, 압출단계의 온도는 170 내지 215℃ 일 수 있다. 상기 열가소성 수지가 ABS인 경우, 압출단계의 온도는 190 내지 245℃ 일 수 있다.When the thermoplastic resin is PLA, the temperature of the extrusion step may be 170 to 215 캜. When the thermoplastic resin is ABS, the temperature of the extrusion step may be 190 to 245 ° C.
상기 열가소성 수지가 PLA인 경우, 상기 압출단계의 온도가 170 내지 180℃ 인 1단계, 180 내지 190℃ 인 2단계, 190 내지 200℃ 인 3단계, 190 내지 200℃ 인 4단계, 180 내지 190℃ 인 5단계, 170 내지 180℃ 인 6단계일 수 있다.If the thermoplastic resin is PLA, the extrusion step may be carried out in one step at a temperature of 170 to 180 ° C, in two steps at 180 to 190 ° C, at three steps at 190 to 200 ° C, at four steps at 190 to 200 ° C, 5, and 170 to 180 < 0 > C.
상기 열가소성 수지가 ABS인 경우, 상기 압출 단계의 온도가 200 내지 210℃인 1단계, 210 내지 220℃ 인 2단계, 220 내지 230℃인 3단계, 220 내지 230℃ 인 4단계, 210내지 220℃ 인 5단계, 200 내지 210℃ 인 6단계일 수 있다. If the thermoplastic resin is ABS, the extrusion step may be carried out in one step at a temperature of 200 to 210 ° C, in two steps at 210 to 220 ° C, at three steps at 220 to 230 ° C, at four steps at 220 to 230 ° C, 5, 200 to 210 < 0 > C.
상기 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법에서, 상기 CNT는 초음파 및 산용액을 이용하여 고순도로 정제된 것 일 수 있다. 상기 산용액은 물 : 염산 : 질산이 중량비 5 ~ 7 : 1.2 ~ 1.8 : 0.4 ~ 0.6으로 혼합되어 제조된 것일 수 있다. In the method for manufacturing a filament for a 3D printer, the CNT may be purified with high purity using an ultrasonic wave and an acid solution. The acid solution may be prepared by mixing water: hydrochloric acid: nitric acid at a weight ratio of 5-7: 1.2-1.8: 0.4-0.6.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트는 열가소성 수지와 CNT를 포함한다.상기 3D 프린터용 필라멘트는 전체 중량에 대하여 상기 열가소성 수지를 99.9 내지 95 중량%로 포함하고, 상기 CNT를 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.The filament for a 3D printer according to another exemplary embodiment of the present invention includes a thermoplastic resin and CNT. The filament for a 3D printer includes the thermoplastic resin in an amount of 99.9 to 95 wt% based on the total weight, 5% by weight.
본 발명을 따르면, 기계적 물성을 향상시킨3D 프린트용 필라멘트를 제조할 수 있다.According to the present invention, a filament for 3D printing with improved mechanical properties can be produced.
도 1은 실시예 1에서 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 제조된 인장시편의 사진이다.
도 2는 비교예 1에서 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 제조된 인장시편의 사진이다.Fig. 1 is a photograph of a tensile specimen manufactured using the filament for 3D printer manufactured in Example 1. Fig.
Fig. 2 is a photograph of a tensile specimen produced using the filament for 3D printer manufactured in Comparative Example 1. Fig.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments and is intended to illustrate and describe the specific embodiments in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as comprise, having, or the like are intended to designate the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and may include one or more other features, , But do not preclude the presence or addition of one or more other features, elements, components, components, or combinations thereof.
본 발명은 (a) 열가소성 수지와 CNT를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와 (b) 상기 혼합물을 압출하여 성형물을 제조하는 단계 및 (c) 상기 성형물을 와인딩하는 단계를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to a process for producing a filament for a 3D printer, comprising the steps of (a) mixing a thermoplastic resin and CNT to prepare a mixture, (b) extruding the mixture to produce a molded product, and (c) ≪ / RTI >
우선, 열가소성 수지와 CNT를 혼합하여 혼합물을 제조한다.First, a mixture is prepared by mixing a thermoplastic resin and CNT.
상기 열가소성 수지는 가열하면 물러졌다가 냉각하면 다시 굳어지는 폴리에틸렌이나 폴리염화비닐과 같은 중합체를 의미한다. 이러한 물질은 가열에 의하여 여러 가지 형태로 모양을 바꿀 수 있다. 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하면 형태를 변형시킬 수 있어 압출성형 또는 사출성형에 의해 능률적으로 가공할 수 있다. 열가소성 수지에는 결정성 열가소성수지와 비결정성 열가소성수지가 있는데, 결정성 열가소성수지에는 폴리에틸렌, 나일론, 폴리아세탈수지 등이 포함되고 유백색이다. 비결정성 열가소성수지에는 염화비닐수지, 폴리스타이렌, ABS(Acrylonitrile Butadien Styrene)수지, 아크릴수지 등의 투명한 것이 많다. The thermoplastic resin means a polymer such as polyethylene or polyvinyl chloride, which recovers when heated and hardens again upon cooling. These materials can be shaped into various shapes by heating. When heat is applied after heat treatment, it can be deformed by heat again, so that it can be efficiently processed by extrusion molding or injection molding. The thermoplastic resin includes a crystalline thermoplastic resin and an amorphous thermoplastic resin, and the crystalline thermoplastic resin includes polyethylene, nylon, and polyacetal resin, and is milky white. Amorphous thermoplastic resins are transparent such as vinyl chloride resin, polystyrene, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin, acrylic resin and the like.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법에서 상기 열가소성 수지는 PLA(Poly lactic Acid) 또는 ABS(Acrylonitrile Butadien Styrene)일 수 있다. PLA(Poly lactic Acid)는 유산이라고 하는 생체 내 등에 존재하는 저분자량 화합물(모노머)의 중합체로 천연에는 존재하지 않는다. 일반적으로 물에 의해 가수분해돼 저분자화한 후 미생물에 의하여 분해된다고 알려져 있다. 즉, PLA의 가장 큰 장점은 일반 플라스틱, 합성섬유와 달리 땅에서 분해될 수 있다. 때문에 최근 들어 플라스틱 요기 대체 소재로 각광받고 있다. 3D 프린트 원료 분야에서는 PLA원료는 녹은 뒤 다시 식어서 다시 굳는 시간이 오래걸려 수축이 거의 일어나지 않는 장점이 있다. ABS(Acrylonitrile Butadien Styrene)는 비결정성의 스틸렌계 열가소성 수지로, 내충격성, 강성, 유동성 등이 뛰어나며, 치수안정성, 성형가공성, 내약품성 등의 제반특성도 매우 뛰어나다. 초기에는 ABS는 NBR과 AS 수지를 혼합한 브렌드형이 대부분 이었으나, 최근 폴리부타디엔에 스틸렌, 아크릴로 모노머를 그래프트중합 시키는 방법이 많이 사용된다. In the method for manufacturing a filament for a 3D printer according to an embodiment of the present invention, the thermoplastic resin may be PLA (poly lactic acid) or ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene). PLA (Poly lactic acid) is a polymer of a low molecular weight compound (monomer) existing in vivo, called lactic acid, and does not exist in nature. It is generally known that water is hydrolyzed by water and decomposed by microorganisms. In other words, the biggest advantage of PLA is that it can be decomposed in the land, unlike ordinary plastics and synthetic fibers. Recently, it has been attracting attention as a substitute material for plastic yogi. In the field of 3D printing materials, PLA raw materials are melted and then cooled again, so that it takes a long time to harden and there is little shrinkage. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is an amorphous styrene thermoplastic resin with excellent impact resistance, rigidity and fluidity. It also has excellent dimensional stability, molding processability, and chemical resistance. In the early stage, most of the ABSs were blended with NBR and AS resin. Recently, graft polymerization of styrene and acrylonitrile with polybutadiene has been widely used.
CNT(carbon nano tube)의 형태는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 관의 지름이 수 나노미터에서 수십 나노미터에 불과하여 탄소나노튜브라고 일컬어지게 되었다. 나노미터는 10억 분의 1m로 보통 머리카락의 1만 분의 1 굵기이다. 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1％만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15％가 변형되어도 견딜 수 있다.The shape of the CNT (carbon nano tube) consists of six carbon hexagons connected together to form a tube. The diameter of the tube is from a few nanometers to a few tens of nanometers, which is called carbon nanotubes. The nanometer is 1/10 billionth of a meter, usually one-tenth the thickness of hair. Its electrical conductivity is similar to that of copper, its thermal conductivity is the highest in nature, and its strength is 100 times better than steel. Carbon fibers can be broken even if they are deformed by only 1%, while carbon nanotubes can withstand 15% deformation.
본 발명에서, 상기 CNT는 초음파 및 산용액을 동시에 이용하여 표면처리 및 정제된 것 일 수 있다. In the present invention, the CNT may be surface-treated and purified using both an ultrasonic wave and an acid solution at the same time.
초음파는 AP grade로 CNT 3g을40분 이상 처리했을 때 순도 98 중량%를 얻었고, 60분 이상 처리해줄 때 순도 99 중량%를 얻을 수 있으나, 초음파 처리시간은 CNT의 양에 따라 처리시간을 달리해 줄 수 있다. 본 발명에서 CNT의 순도는 95 중량% 이상인 것이 바람직하다. 순도가 95 중량% 미만이면 CNT를 합성하기 위해 사용된 금속 촉매에 의한 촉매반응에 의해 고분자 사슬이 끊기거나, 원하지 않는 반응을 추가적으로 유발할 수 있어, 바람직하지 않다.Ultrasonic waves were obtained with a purity of 98% by weight when treating 3 g of CNT with AP grade for more than 40 minutes and 99% by weight when treated for 60 minutes or more. However, ultrasonic treatment time varies depending on the amount of CNT You can give. In the present invention, the purity of the CNT is preferably 95 wt% or more. If the purity is less than 95% by weight, the chain of the polymer may be broken due to the catalytic reaction by the metal catalyst used to synthesize the CNT, or an undesired reaction may additionally be caused, which is not preferable.
상기 산용액은 물 : 염산 : 질산이 중량비 5 ~ 7 : 1.2 ~ 1.8 : 0.4 ~ 0.6으로 혼합되어 제조된 것일 수 있다. 물에 대하여 산의 중량비가 너무 낮으면 CNT 표면에 고분자와 결합을 위한 관능기가 형성이 안되거나, 불순물의 제거가 일어나지 않게 될 수 있다. 산의 중량비가 너무 높으면 산에 의해 CNT의 파괴가 일어날 수 있다. The acid solution may be prepared by mixing water: hydrochloric acid: nitric acid at a weight ratio of 5-7: 1.2-1.8: 0.4-0.6. If the weight ratio of the acid to water is too low, a functional group for bonding with the polymer may not be formed on the CNT surface, or impurities may not be removed. If the weight ratio of the acid is too high, the destruction of the CNT by the acid may occur.
상기 열가소성 수지와 상기 CNT를 혼합시 혼합 스크류의 회전 속도는 15 내지 17 RPM일 수 있다. 상기 혼합 스크류의 회전 속도가 15 RPM 미만인 경우 필라멘트의 두께가 두꺼워져 프린팅시 막힘의 문제가 있을 수 있고, 17 RPM을 초과하는 경우 필라멘트의 두께가 얇아 프린터에 삽입이 안되는 문제가 있을 수 있다.When mixing the thermoplastic resin and the CNT, the rotation speed of the mixing screw may be 15 to 17 RPM. If the rotation speed of the mixing screw is less than 15 RPM, the thickness of the filament may become thick, which may result in clogging during printing. If the rotation speed is higher than 17 RPM, the filament may not be inserted into the printer because the filament is thin.
다음으로, 상기 제조된 혼합물을 압출하여 성형물을 제조한다.Next, the produced mixture is extruded to produce a molded product.
상기 열가소성 수지가 PLA인 경우, 압출단계의 온도는 170 내지 215℃ 일 수 있다. 상기 압출단계의 온도가 170℃ 미만이거나, 215℃ 이상일 경우 필라멘트가 완전 액체이거나 완전 고체로 압출이 안될 수 있다.When the thermoplastic resin is PLA, the temperature of the extrusion step may be 170 to 215 캜. If the temperature of the extrusion step is less than 170 ° C or more than 215 ° C, the filament may be completely liquid or may not be extruded into a completely solid body.
상기 열가소성 수지가 ABS인 경우, 압출단계의 온도는 190 내지 245℃ 일 수 있다. 상기 압출단계의 온도가 190℃ 미만이거나, 245℃ 이상일 경우 필라멘트가 완전 액체이거나 완전 고체로 압출이 안될 수 있다.When the thermoplastic resin is ABS, the temperature of the extrusion step may be 190 to 245 ° C. If the temperature of the extrusion step is less than 190 캜 or more than 245 캜, the filament may be completely liquid or may not be extruded into a completely solid body.
상기 열가소성 수지가 PLA인 경우, 상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계의 온도가 170 내지 180℃ 인 1단계, 180 내지 190℃ 인 2단계, 190 내지 200℃ 인 3단계, 190 내지 200℃ 인 4단계, 180 내지 190℃ 인 5단계, 170 내지 180℃ 인 6단계일 수 있다. 상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계의 온도를 6단계로 나누어 진행하는 경우 고분자 수지가 액체와 고체의 중간 타입인 반용융 상태에서 압출시 필라멘트의 표면과 직경이 일정해진다는 점에서 바람직하다.In the case where the thermoplastic resin is PLA, the step of preparing the extruded molded product may be one step at a temperature of 170 to 180 ° C, two steps of 180 to 190 ° C, three steps of 190 to 200 ° C, , 180 ° C to 190 ° C for 5 steps, and 170 ° C to 180 ° C for 6 steps. When the temperature of the step of extruding the molded product is divided into 6 steps, it is preferable that the polymer resin is in a semi-molten state which is an intermediate type of liquid and solid, and the diameters and the surface of the filaments are constant when extruded.
상기 열가소성 수지가 ABS인 경우, 상기 압출단계의 온도가 200 내지 210℃인 1단계, 210 내지 220℃ 인 2단계, 220 내지 230℃인 3단계, 220 내지 230℃ 인 4단계, 210내지 220℃ 인 5단계, 200 내지 210℃ 인 6단계일 수 있다. 상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계의 온도를 6단계로 나누어 진행하는 경우 고분자 수지가 액체와 고체의 중간 타입인 반용융 상태에서 압출시 필라멘트의 표면과 직경이 일정하다는 점에서 바람직하다.If the thermoplastic resin is ABS, the extrusion step may be carried out in one step at a temperature of 200 to 210 ° C, in two steps at 210 to 220 ° C, at three steps at 220 to 230 ° C, at four steps at 220 to 230 ° C, 5, 200 to 210 < 0 > C. When the temperature of the step of preparing the extruded product is divided into 6 steps, it is preferable that the polymer resin is in the semi-molten state, which is an intermediate type of liquid and solid, and the diameter of the filament is constant during extrusion.
상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계에서 압출 속도는 0.4 내지 1 RPM일 수 있다. 상기 압출 속도가 0.4 RPM 미만인 경우 고분자 수지가 트윈 압출기에 느리게 들어가 고분자 수지가 압출 될 시 필라멘트의 두께가 얇게 압출되는 문제가 있을 수 있고, 1 RPM을 초과하는 경우 고분자 수지가 빠르게 들어감으로써 트윈 압출시 수지가 넘치는 문제가 있을 수 있다.The extrusion speed in the step of extruding the molded product may be 0.4 to 1 RPM. When the extrusion speed is less than 0.4 RPM, the polymer resin may slowly enter the twin extruder, and when the polymer resin is extruded, the filament thickness may be thinly extruded. If the extrusion speed is more than 1 RPM, There is a problem that the resin is overflowing.
마지막으로, 압출하여 제조된 성형물을 와인딩하면 3D 프린터용 필라멘트를 제조할 수 있다.Finally, a filament for a 3D printer can be manufactured by winding a molded product produced by extrusion.
압출기에서 배출되는 성형물을 일정한 간격을 두고 떨어져 있는 두 롤러 사이로 통과시키면서 와인딩하면 일정한 굵기를 가지는 필라멘트를 제조할 수 있다.A filament having a certain thickness can be produced by winding a molded product discharged from an extruder while passing through a gap between two rollers spaced apart at regular intervals.
이때, 상기 와인딩시 상기 롤러를 회전시키는 모터의 속도는 15 내지 22 RPM일 수 있다. 다만, 상기 열가소성 수지가 ABS인 경우 상기 모터의 속도는 15 내지 17 RPM일 수 있다. 상기 모터의 속도가 15 RPM 미만인 경우 필라멘트의 직경이 기본 직경에 비해 두꺼워지는 문제가 있을 수 있고, 22 RPM을 초과하는 경우 필라멘트의 직경이 기본 직경보다 얇아지는 문제가 있을 수 있다.At this time, the speed of the motor for rotating the roller when winding can be 15 to 22 RPM. However, if the thermoplastic resin is ABS, the speed of the motor may be 15 to 17 RPM. If the speed of the motor is less than 15 RPM, there may be a problem that the diameter of the filament becomes thicker than the basic diameter, and when the speed exceeds 22 RPM, the diameter of the filament may become thinner than the basic diameter.
상기 제조된 필라멘트의 평균 직경은 PLA 열가소성 수지의 경우 1.6 내지 1.8mm일 수 있고, ABS 열가소성 수지의 경우 1.6 내지 1.8mm일 수 있다. 상기 필라멘트의 평균 직경이 상기 범위 내인 경우 바람직하다. 3D 프린터를 이용하기 위해서는 기본 직경 1.7 내지1.8mm 의 두께를 유지해야 하고, 허용공차를 넘어설 경우 프린터 작동시 프린팅이 제한되거나 토출의 문제를 가진다.The average diameter of the prepared filaments may be 1.6 to 1.8 mm for PLA thermoplastic resins and 1.6 to 1.8 mm for ABS thermoplastic resins. And the average diameter of the filaments is within the above range. In order to use a 3D printer, it is necessary to maintain a thickness of 1.7 to 1.8 mm in the basic diameter, and when the tolerance is exceeded, the printing operation is limited or the discharge is problematic.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3D 프린터용 필라멘트는 상기 3D 프린터용 필라멘트의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 3D 프린터용 필라멘트는 열가소성 수지와 CNT를 포함한다.The filament for the 3D printer according to another embodiment of the present invention can be manufactured according to the method for manufacturing the filament for the 3D printer. The filament for the 3D printer includes a thermoplastic resin and CNT.
상기 3D 프린터용 필라멘트는 전체 중량에 대하여 상기 열가소성 수지를 99.9 내지 95 중량%로 포함하고, 상기 CNT를 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 열가소성 수지의 함량이 0.1% 미만이거나, 5% 이상일 경우, 압출시 CNT가 묻어나오거나 강도 측면의 점에서 바람직하지 않다.The filament for a 3D printer may contain the thermoplastic resin in an amount of 99.9 to 95 wt% based on the total weight, and the CNT may be contained in an amount of 0.1 to 5 wt%. In the present invention, when the content of the thermoplastic resin is less than 0.1% or more than 5%, it is not preferable from the viewpoint of the appearance of the CNT or the strength in extrusion.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
(실시예 1)(Example 1)
CNT는 강산처리와 정제하여 이용하였다. PLA 펠렛에 CNT를 혼합하기 위하여, CNT를 펠렛 형태로 만들었다. CNT를 1 중량%로 혼합한 후, 압출기를 이용하여 3D프린팅용 필라멘트를 제조하였다.CNT was treated by strong acid treatment and purification. In order to mix the CNTs in the PLA pellets, the CNTs were made into pellets. After CNT was mixed at 1 wt%, a filament for 3D printing was produced by using an extruder.
균일한 굵기를 얻기 위하여 압출기 온도, 압출 속도, 혼합 스크류의 회전 속도, 와인딩시 롤러를 회전시키는 모터의 속도를 하기 표 1에서와 같이 실시하였다.The extruder temperature, the extrusion speed, the rotating speed of the mixing screw, and the speed of the motor for rotating the rollers during winding were performed as shown in Table 1 below to obtain a uniform thickness.
필라멘트의 직경은 1.75±0.05mm로 관리되어야 한다. 필라멘트 100m를 제조하여 1m 간격으로 20회 측정하여 평균과 표준편차를 구하였다. 제조된 필라멘트 평균직경은 1.75mm이고, 표준편차는 0.05004이었다.The diameters of the filaments should be controlled to 1.75 ± 0.05 mm. A filament 100 m was prepared and measured 20 times at intervals of 1 m to obtain an average and a standard deviation. The prepared filament average diameter was 1.75 mm and the standard deviation was 0.05004.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
상기 실시예 1에서 CNT를 첨가하지 않고, 하기 표 1에서와 같이 압출기 온도, 압출 속도, 혼합 스크류의 회전 속도, 와인딩시 롤러를 회전시키는 모터의 속도를 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.Example 1 was repeated except that the CNT was not added in Example 1 and the extruder temperature, the extrusion speed, the rotating speed of the mixing screw, and the speed of the motor for rotating the rollers during winding were changed as shown in Table 1 below. .
[실험예: 기계적 물성 평가][Experimental Example: Evaluation of Mechanical Properties]
필라멘트의 기계적 물성을 평가하기 위해 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 가지고 FDM 3D 프린터를 이용하여 인장시편(ASTM D 638)을 제작하여 기계적 물성을 평가하였다. 시편은 동시에 5개씩 10개를 만들어 인장강도와 탄성율을 평가하였고 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 도 1 및 2는 각각 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 3D 프린터용 필라멘트를 이용하여 제조된 인장시편의 사진이다.In order to evaluate the mechanical properties of the filaments, the tensile specimen (ASTM D 638) was prepared using the FDM 3D printer with the filament for the 3D printer manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, and the mechanical properties were evaluated. The tensile strength and modulus of elasticity were evaluated by making 10 specimens of five specimens at the same time. The results are shown in Table 2 below. Figs. 1 and 2 are photographs of tensile specimens manufactured using the filament for 3D printer manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
물성테스트를 실험한 결과 비교예 1은 인장강도 43.96MPa, 탄성율 2305.31MPa이고, 실시예 1은 인장강도 52.30MPa, 탄성율 2515.38MPa이었다. 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트는 기존 PLA 필라멘트에 비교하여 인장강도가 약 19%, 탄성율은 약 9.1%가 향상되었다. As a result of the physical property test, Comparative Example 1 had a tensile strength of 43.96 MPa and an elastic modulus of 2305.31 MPa. Example 1 had a tensile strength of 52.30 MPa and an elastic modulus of 2515.38 MPa. The filament for a 3D printer according to the present invention had a tensile strength of about 19% and an elastic modulus of about 9.1% as compared with conventional PLA filaments.
Claims (10)
(b) 상기 혼합물을 압출하여 성형물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 성형물을 와인딩하는 단계를 포함하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.(a) mixing a thermoplastic resin with a carbon nanotube (CNT) to prepare a mixture;
(b) extruding the mixture to produce a molded product; And
(c) winding the molded product.
상기 열가소성 수지는 폴리 락트산(Poly lactic Acid, PLA) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadien Styrene, ABS)인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the thermoplastic resin is polylactic acid (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS). 2. The method of claim 1, wherein the thermoplastic resin is polylactic acid (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
상기 CNT는 초음파 및 산용액을 이용하여 고순도로 정제된 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the CNTs are purified to high purity using ultrasound and an acid solution.
상기 산용액은 물: 염산: 질산이 중량비 5 ~ 7 : 1.2 ~ 1.8 : 0.4 ~ 0.6로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.The method of claim 3,
Wherein the acid solution is a solution in which water: hydrochloric acid: nitric acid is mixed at a weight ratio of 5 to 7: 1.2 to 1.8: 0.4 to 0.6.
상기 열가소성 수지가 PLA인 경우, 상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계의 온도는 170 내지 215℃ 인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein when the thermoplastic resin is PLA, the temperature of the step of extruding the molded product is in the range of 170 to 215 占 폚.
상기 열가소성 수지가 ABS인 경우, 상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계의 온도는 200 내지 245℃ 인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein when the thermoplastic resin is ABS, the temperature of the step of extruding the molded product is 200 to 245 ° C.
상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계는 온도가 170 내지 180℃ 인 1단계, 180 내지 190℃ 인 2단계, 190 내지 200℃ 인 3단계, 190 내지 200℃ 인 4단계, 180 내지 190℃ 인 5단계, 170 내지 180℃ 인 6단계인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.6. The method of claim 5,
The step of preparing the extruded molded article may be carried out in one step at a temperature of 170 to 180 ° C, in two steps of 180 to 190 ° C, in three steps of 190 to 200 ° C, in four steps of 190 to 200 ° C, , And 170 to 180 占 폚.
상기 압출하여 성형물을 제조하는 단계는 온도가 200 내지 210℃인 1단계, 210 내지 220℃ 인 2단계, 220 내지 230℃인 3단계, 220 내지 230℃ 인 4단계, 210 내지 220℃ 인 5단계, 200 내지 210℃ 인 6단계인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 제조 방법.The method according to claim 6,
The step of preparing the extruded molded product may include a step of 200 to 210 캜, a step of 210 to 220 캜, a step of 220 to 230 캜, a step of 220 to 230 캜, a step of 210 to 220 캜, , And 200 to 210 ° C.
상기 3D 프린터용 필라멘트는 전체 중량에 대하여 상기 열가소성 수지를 99.9 내지 95 중량%로 포함하고, 상기 CNT를 0.1 내지 5 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트.10. The method of claim 9,
Wherein the filament for a 3D printer comprises 99.9 to 95 wt% of the thermoplastic resin with respect to the total weight, and the CNT is contained in an amount of 0.1 to 5 wt%.
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