KR20200072582A - Diamond-polymer composite filament for fdm 3d printer and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 FDM 3차원 프린터용 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이아몬드-고분자 복합재를 이용하여 3차원 출력물의 기계적 물성 및 외관을 향상시킬 수 있는 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an FDM 3D printer filament and a method for manufacturing the same, and more specifically, a diamond-polymer composite material for an FDM 3D printer capable of improving the mechanical properties and appearance of a 3D output by using a diamond-polymer composite material. It relates to a filament and its manufacturing method.
3차원 프린팅은 캐드 시스템 등과 같은 소프트웨어를 통해 입력되는 3차원 형상을 복수의 얇은 단면 층으로 분할한 슬라이스 데이터로 변경한 후, 이를 액체, 수지, 금속 등의 재료를 이용하여 가공·적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아 올려 제품을 제조하는 기술로 프린팅 제어기술이 고도화되고 소재가 다양화 됨에 따라 다양한 산업분야에서 널리 활용되고 있다.3D printing changes the 3D shape input through software such as a CAD system into slice data divided into a plurality of thin cross-section layers, and then processes and laminates it using materials such as liquid, resin, and metal (Layer It is a technology to manufacture products by stacking them up by -by-layer), and is widely used in various industries as printing control technology is advanced and materials are diversified.
이러한, 3차원 프린팅은 크게 열가소성 소재를 용융시켜 용융물을 아래서부터 순차적으로 쌓아 올리면서 3차원 출력물을 성형하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 액상의 광경화성 소재가 담긴 수조에 레이저를 투사하여 레이저가 닿는 부분을 굳혀 3차원 출력물을 제조하는 SLA(Stereolithography) 방식, 액체 분말의 열가소성 소재를 레이저로 용융하여 응고시킨 후 층을 쌓아 3차원 출력물을 제조하는 SLS(SelectiveLaser Sintering) 방식 및 아크릴이나 에폭시 계열의 광경화성 수지가 들어 있는 수조에 자외선(UV) 혹은 레이저를 조사하여 3차원 출력물을 제조하는 SLA(Stereolithography Apparatus) 방식 등으로 나뉠 수 있다.This, three-dimensional printing is a FDM (Fused Deposition Modeling) method that molds a three-dimensional output while melting the thermoplastic material and sequentially stacking melts from below, and the laser is projected onto a water tank containing a liquid photocurable material. SLA (Stereolithography) method for manufacturing a 3D print by hardening the contact area, SLS (SelectiveLaser Sintering) method for manufacturing a 3D print by stacking layers after melting and solidifying a thermoplastic material of a liquid powder with a laser, and acrylic or epoxy series It can be divided into SLA (Stereolithography Apparatus) method for manufacturing a three-dimensional output by irradiating ultraviolet (UV) or laser to a water tank containing a photocurable resin.
이 중 열가소성 소재를 실 형태를 갖는 필라멘트(Filament)를 원료로 하는 FDM 방식은 프린터의 구조 및 제어가 비교적 간단하고 원가적인 측면에서 매우 저렴하여 대형화가 유리하여 그 사용분야가 점자 확대되고 있는 추세이다.Among them, the FDM method, which uses a thermoplastic material as a raw material for a filament, has a relatively simple and costly printer structure and is very inexpensive in terms of cost. .
FDM용 고분자 필라멘트는 주로, 폴리 락트산(Polylactic acid; PLA) 또는 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(Acrylonitrile-butadiene-styrene; ABS) 등 이 주로 사용되고 있다.As a polymer filament for FDM, polylactic acid (PLA) or acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) is mainly used.
최근, 3차원 출력물의 기계적 물성을 향상시키기 위해 탄소, 탄소섬유, 그래핀이 코팅된 구리입자, 탄소나노튜브(CNT) 등을 첨가한 복합재료 필라멘트 등이 개발되었다.Recently, carbon, carbon fibers, graphene coated copper particles, and carbon nanotube (CNT) composite composite filaments have been developed to improve the mechanical properties of a three-dimensional output.
그러나 상기와 같은 복합재료 필라멘트를 이용한 3차원 출력물은 기포 발생 등으로 인한 표면 품질이 낮고, 절삭 또는 연삭용 공구를 출력할 수 있는 강도 등 기계적 물성을 확보할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.However, the three-dimensional output using the composite filament as described above has a problem in that the surface quality due to the generation of air bubbles is low, and mechanical properties such as strength capable of outputting a tool for cutting or grinding cannot be secured.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 안될 것이다.The above descriptions as background arts are only for improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior arts already known to those skilled in the art.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기포 발생을 최소화하여 외관 품질을 향상시킬 수 있고, 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있는 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention has been devised to solve the above problems, it is possible to improve the appearance quality by minimizing the generation of air bubbles, and a diamond-polymer composite filament for a FDM 3D printer capable of securing excellent mechanical properties and a method of manufacturing the same Gives
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by a person having ordinary knowledge in the art from the description of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트는 FFDM 3차원 프린터에 사용되는 필라멘트로서, 중량 %로, 고분자 수지 70~99%, 다이아몬드 첨가제 1~30% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 다이아몬드 첨가제는 다이아몬드 또는 금속이 코팅된 다이아몬드 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Diamond-polymer composite filament for FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention is a filament used in FFDM 3D printer, in weight percent, polymer resin 70-99%, diamond additive 1-30%, and other unavoidable impurities It includes, and the diamond additive is characterized in that any one of diamonds or metal-coated diamonds.
상기 다이아몬드 첨가제에서, 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 다이아몬드 표면에 화학기상증착 또는 물리기상증착 중 하나의 방법으로 코팅된 것이 바람직하다.In the diamond additive, the metal is one or more selected from the group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and combinations thereof, and chemical vapor deposition or physical vapor deposition on the diamond surface. It is preferred to be coated by either method of deposition.
상기 고분자 수지는, 폴리락타이드 [PLA], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드) 랜덤 공중합체 [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드) [LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGA-TMC], 폴리(L-락타이드-코(co)-글리코라이드) [PLGA], 폴리(ε-카프로락톤) [PCL], 폴리(글리코라이드-코(co)-L-락타이드) [PGLA], 폴리(글리코라이드-코(co)-DL-락타이드) [PGDLLA], 폴리-L-락타이드 [PLLA], 폴리-D-락타이드 [PDLA], 폴리-DL-락타이드 [PDLLA], 폴리(L-락타이드-코(co)-ε-카프로락톤) [LCL] 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하여 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.The polymer resin is polylactide [PLA], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide) random copolymer [PCLA], poly(glycolide) [PGA], poly(dioxanone) [PDO], poly(DL-lactide-co(co)-L-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co(co)-glycolide) [DLPLG], poly(glycolide-co (co)-trimethylene carbonate) [PGA-TMC], poly(L-lactide-co(co)-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly(glycolide-co (co)-L-lactide) [PGLA], poly(glycolide-co(DL)-lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D-lactide [PDLA ], poly-DL-lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co(ε)-caprolactone) [LCL], and combinations thereof. It can be characterized by.
상기 다이아몬드 첨가제는, 입도가 50~375㎛인 분말로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.The diamond additive may be characterized in that it is provided as a powder having a particle size of 50 to 375㎛.
본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법은 중량 %로, 고분자 수지 70~99%, 다이아몬드 첨가제 1~30% 및 기타 불가피한 불순물을 혼합하여 복합재 혼합물을 제조하는 준비단계; 상기 복합재 혼합물을 열간 압출 또는 방사하여 복합재 성형물을 제조하는 성형단계; 및 상기 복합재 성형물을 와인딩하여 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 제조하는 마무리 단계;를 포함한다.Method for manufacturing a diamond-polymer composite filament for an FDM three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention is a weight percent, 70 to 99% of a polymer resin, 1 to 30% of a diamond additive, and other inevitable impurities are mixed to prepare a composite mixture. Preparation stage; A molding step of preparing the composite molding by hot extrusion or spinning of the composite mixture; And a finishing step of manufacturing the diamond-polymer composite filament by winding the composite molding.
상기 준비단계에서, 상기 다이아몬드 첨가제는 다이아몬드 또는 금속이 코팅된 다이아몬드 중 어느 하나이며, 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.In the preparation step, the diamond additive is any one of diamonds or metal-coated diamonds, and the metal is a group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and combinations thereof. It is preferably one or more selected from.
상기 준비단계는, 다이아몬드 표면에 화학기상증착 또는 물리기상증착 중 하나의 방법으로 금속을 코팅시키는 코팅과정을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The preparation step may further include a coating process of coating the metal on the diamond surface by chemical vapor deposition or physical vapor deposition.
상기 준비단계에서, 상기 고분자 수지는 폴리락타이드 [PLA], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드) 랜덤 공중합체 [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드) [LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGA-TMC], 폴리(L-락타이드-코(co)-글리코라이드) [PLGA], 폴리(ε-카프로락톤) [PCL], 폴리(글리코라이드-코(co)-L-락타이드) [PGLA], 폴리(글리코라이드-코(co)-DL-락타이드) [PGDLLA], 폴리-L-락타이드 [PLLA], 폴리-D-락타이드 [PDLA], 폴리-DL-락타이드 [PDLLA], 폴리(L-락타이드-코(co)-ε-카프로락톤) [LCL] 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 ㅂ바람직하다.In the preparation step, the polymer resin is polylactide [PLA], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide) random copolymer [PCLA], poly(glycolide) [PGA], poly( Dioxanone) [PDO], poly(DL-lactide-co(L)-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co(-)-glycolide) [DLPLG], poly( Glycolide-co-trimethylene carbonate) [PGA-TMC], poly(L-lactide-co(co)-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly( Glycolide-co-L-lactide) [PGLA], poly(glycolide-co-DL-lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D- At least one member selected from the group consisting of lactide [PDLA], poly-DL-lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co(ε)-caprolactone) [LCL] and combinations thereof It is preferred to include.
상기 다이아몬드 첨가제는, 입도가 50~375㎛인 분말로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.The diamond additive may be characterized in that it is provided as a powder having a particle size of 50 to 375㎛.
본 발명의 실시예에 따르면, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트의 기계적 물성을 향상시켜 공구 등과 같이 고강도, 고강성 등이 요구되는 공구 등을 출력할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, by improving the mechanical properties of the diamond-polymer composite filament for the FDM three-dimensional printer, there is an effect that can output a tool, such as high strength, high stiffness, such as a tool.
또한, FDM 3차원 프린터를 이용하여 출력되는 출력물의 기계적 물성을 향상시킬 수 있어 다양한 형태의 고기능성 제품의 제작을 용이하게 실시할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to improve the mechanical properties of the output output using the FDM three-dimensional printer, there is an effect that can be easily carried out the production of various types of high-functional products.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법을 보여주는 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 보여주는 사진이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트의 단면을 보여 사진이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 이용하여 출력된 연마패드를 보여주는 사진이다.1 is a flow chart showing a diamond-polymer composite filament manufacturing method for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention,
2 is a photograph showing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention,
3 is a photograph showing a cross-section of a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention,
4 is a photograph showing a polishing pad output using a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in this description, the same numbers refer to substantially the same elements, and the contents described in other drawings may be cited and explained under these rules, and repeated contents that are determined or apparent to those skilled in the art may be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법을 보여주는 순서도이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법은 고분자 수지와 다이아몬드 첨가제 및 기타 불가피한 불순물을 혼합하여 복합재 혼합물을 제조하는 준비단계와 복합재 혼합물을 이용하여 와이어(wire) 형태의 복합재 성형물을 제조하는 성형단계 및 성형된 복합재 성형물을 와인딩하여 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 제조하는 마무리 단계를 포함한다.As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention is a preparation step and a composite material for preparing a composite mixture by mixing a polymer resin with a diamond additive and other inevitable impurities It includes a molding step of manufacturing a wire-shaped composite molding using a mixture and a finishing step of winding the molded composite molding to produce a diamond-polymer composite filament.
준비단계에서 복합재 혼합물은 중량 %로 다이아몬드 첨가제 1~30%와 나머지 고분자 수지 및 기타 불가피한 불순물이 혼합되어 마련되는 것이 바람직한데, 그 이유는 다이아몬드 첨가제의 함량이 1% 미만인 경우 제조되는 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트의 강성 등 기계적 물성 향상정도가 미미하고, 30%를 초과하는 경우 물성 향상정도에 비해 제조원가를 과도하게 증가될 뿐 아니라 FDM 3차원 프린터 노즐을 막히게 하여 유지 보수 비용을 증가시키는 문제점이 있기 때문에 상기 범위로 제한한다.In the preparation step, the composite material mixture is preferably prepared by mixing 1-30% of the diamond additive in weight% with the rest of the polymer resin and other inevitable impurities, because the content of the diamond additive is less than 1% FDM 3D printer For diamond-polymer composite filaments, the degree of improvement in mechanical properties such as stiffness is negligible, and if it exceeds 30%, the manufacturing cost is excessively increased compared to the degree of improvement in physical properties, and the maintenance cost is increased by clogging the FDM 3D printer nozzle. Since there is a problem, it is limited to the above range.
본 발명에서 다이아몬드 첨가제는 다이아몬드 분말 또는 다이아몬드 분말의 표면에 금속이 코팅된 코팅 분말을 사용할 수 있는데, 이때 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the diamond additive may be a diamond powder or a coating powder coated with a metal on the surface of the diamond powder, wherein the metal is titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and these One or more selected from the group consisting of combinations may be used, but is not limited thereto.
이에, 다이아몬드 첨가제의 입형(grain form)을 균일하게 함으로써, 복합재 혼합물 내에서 다이아몬드 첨가제가 고르게 분산되도록 함으로써, 출력되는 3차원 출력물의 품질을 균일하게 할 수 있으며, 특히 연마패드 등 공구 출력시 출력되는 공구의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, by uniformizing the grain form of the diamond additive, the diamond additive is evenly dispersed in the composite mixture, thereby making it possible to uniformly output the quality of the three-dimensional output, especially when outputting a tool such as a polishing pad. It has the effect of improving the quality of the tool.
또한, 다이아몬드 첨가제의 전계 강도를 향상시킬 수 있어, 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 이용하여 다양한 분야로의 응용을 가능한 출력물 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to improve the electric field strength of the diamond additive, there is an effect that can be applied to various fields using the diamond-polymer composite filament for FDM three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention to produce an output.
본 발명의 일 실시예에 따른 준비단계는 고분자 수지와 다이아몬드 첨가제를 혼합하여 복합재 혼합물을 제조하기 이전에 다이아몬드 첨가제를 제조하는 코팅과정을 더 포함할 수 있다.The preparation step according to an embodiment of the present invention may further include a coating process of preparing a diamond additive prior to preparing a composite mixture by mixing a polymer resin and a diamond additive.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅과정은 금속을 다이아몬드 입자의 표면에 화학기상증착 또는 물리기상증착 중 하나의 방법으로 코팅하여 다이아몬드 첨가제를 마련하는 것이 바람직하다.At this time, in the coating process according to an embodiment of the present invention, it is preferable to prepare the diamond additive by coating the metal on the surface of the diamond particles by either chemical vapor deposition or physical vapor deposition.
왜냐하면, 다이아몬드 첨가제 표면에 형성되는 금속 코팅층의 두께를 최소화함으로써 다이아몬드 첨가제의 분산 효과를 향상시키고 나아가 제조되는 강도 및 강성 등 물성이 우수한 다이아몬드의 특성을 최대로 활용할 수 있어 제조되는 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트의 강성 등 물리적 특성을 향상시킬 수 있기 때문이다.Because, by minimizing the thickness of the metal coating layer formed on the surface of the diamond additive, it improves the dispersion effect of the diamond additive and further utilizes the properties of diamond with excellent physical properties such as the strength and rigidity to be manufactured. This is because physical properties such as the rigidity of the polymer composite filament can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 첨가제는 50~375㎛의 입도를 갖는 것이 바람직한데, 그 이유는 50㎛ 미만인 경우 물성 향상 효과가 낮아 초경합금, 내마모성합금을 대상으로 가공하는 공구 출력용으로 사용할 수 없으며, 375㎛를 초과하는 경우 FDM 3차원 프린터의 노즐 통과가 불가능하거나 노즐 막힘 등을 유발할 수 있어 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the diamond additive according to an embodiment of the present invention has a particle size of 50 to 375 µm, since the effect of improving the physical properties is low when it is less than 50 µm, it can be used as a tool for processing carbide and abrasion resistant alloys. If it exceeds 375㎛, it is preferable to limit to the above range because it is impossible to pass the nozzle of the FDM 3D printer or cause clogging of the nozzle.
한편, 본 발명에서 사용되는 고분자 수지는 폴리락타이드 [PLA], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드) 랜덤 공중합체 [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드) [LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGA-TMC], 폴리(L-락타이드-코(co)-글리코라이드) [PLGA], 폴리(ε-카프로락톤) [PCL], 폴리(글리코라이드-코(co)-L-락타이드) [PGLA], 폴리(글리코라이드코(co)-DL-락타이드) [PGDLLA], 폴리-L-락타이드 [PLLA], 폴리-D-락타이드 [PDLA], 폴리-DL-락타이드 [PDLLA], 폴리(L-락타이드-코(co)-ε-카프로락톤) [LCL] 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Meanwhile, the polymer resin used in the present invention is polylactide [PLA], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide) random copolymer [PCLA], poly(glycolide) [PGA], poly (Dioxanone) [PDO], poly(DL-lactide-co(co)-L-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co(co)-glycolide) [DLPLG], poly (Glycolide-co-trimethylene carbonate) [PGA-TMC], poly(L-lactide-co(co)-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly (Glycolide-co(co)-L-lactide) [PGLA], poly(glycolideco(co)-DL-lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D- At least one member selected from the group consisting of lactide [PDLA], poly-DL-lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co(ε)-caprolactone) [LCL] and combinations thereof It may include.
이때, 본 발명의 고분자 수지는 위에서 언급한 생체 친화성 고분자를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌 [ABS], 나일론 [nylon], 폴리비닐 알코올 [PVA], 내충격성 폴리스타이렌 [HIPS] 등 여러 종류의 고분자를 사용하여 제조될 수 있으며, FDM방식 프린터에 사용되는 일반적인 재료는 생체 친화적 고분자 중 하나인 PLA이 주로 사용된다.At this time, the polymer resin of the present invention is preferred to use the biocompatible polymer mentioned above, but is not limited thereto, acrylonitrile butadiene styrene [ABS], nylon [nylon], polyvinyl alcohol [PVA], It can be manufactured using several types of polymers such as impact-resistant polystyrene [HIPS], and PLA, which is one of bio-friendly polymers, is mainly used as a common material used in FDM type printers.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 보여주는 사진이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트의 단면을 보여 사진이다.2 is a photograph showing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-section of a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention It is a picture to show.
상기와 같이, 준비단계에서 복합재 혼합물이 마련되면 성형단계에서 복합재 혼합물을 열간 압출 또는 방사하여 복합재 성형물을 제조하는데, 보다 구체적으로 사용되는 고분자 수지의 융점에 따라 가열하면서 압출 또는 방사하여 와이어(wire) 형태의 복합재 성형물을 제조하게 된다.As described above, when the composite material mixture is prepared in the preparation step, the composite material mixture is hot extruded or spun in the molding step to produce a composite material, and more specifically, the wire is extruded or spun while heating according to the melting point of the polymer resin used. The composite material of the form is produced.
즉, 사용되는 고분자 수지가 PLA인 경우 170~210℃로 가열하고, ABS 수지를 사용하는 경우 200~240℃로 가열하면서 복합재 성형물을 제조하게 된다.That is, when the polymer resin used is PLA, it is heated to 170 to 210°C, and when ABS resin is used, it is heated to 200 to 240°C to produce a composite molding.
상기와 같이, 와이어 형상의 복합재 성형물이 마련되면, 도 2와 같이 스풀(spool) 또는 롤(roll) 등에 복합재 성형물을 권취하여 복합재 필라멘트를 제조한다.As described above, when the wire-shaped composite material is provided, the composite material is wound by winding the composite material on a spool or roll, as shown in FIG. 2.
상기와 같이 제조된 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트는 도 3에 도시된 바와 같이 다이아몬드 첨가제가 고르게 분산되어 있어 초경합금, 내마모성합금을 대상으로 가공하는 공구 등과 같이 고강도 등 물성이 우수한 제품을 출력할 수 있는 효과가 있다.The diamond-polymer composite filament for the FDM 3D printer manufactured as described above has a diamond additive evenly dispersed as shown in FIG. 3, thereby outputting a product having excellent physical properties such as high strength, such as a tool for processing cemented carbide or abrasion resistant alloy. It has the effect.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 사용하여 출력된 연마패드를 보여주는 사진이다.4 is a photograph showing a polishing pad output using a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 중량 %로 입도 180~250㎛인 다이아몬드 첨가제 20%와 고분자 수지로 PLA를 이용하여 직경 1.75㎜(±0.05㎜)이고, 인장강도는 52~60 MPa인 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 제조하고, 이를 노즐 직경이 0.4㎜인 FDM 3차원 프린터를 이용하여 연마패드를 출력하였다.More specifically, diamonds for FDM 3D printers having a diameter of 1.75 mm (±0.05 mm) and a tensile strength of 52 to 60 MPa using 20% of diamond additives having a particle size of 180 to 250 µm by weight and PLA as a polymer resin- A polymer composite filament was prepared, and the polishing pad was output using an FDM 3D printer having a nozzle diameter of 0.4 mm.
표 1은 상기와 같이 마련된 실시예와 비교예(신한다이아몬드(주) ARIX)를 이용하여 피삭재(WC-7%Co, 초기 표면조도 2.5~2.7 Ra)를 접촉지름이 2"이고, 연마패드의 회전속도는 5000rpm이며, 5N의 힘으로 가압하면서 1분간 연마를 실시한 후 피삭재의 표면조도와 연마패드의 마모량을 측정하여 나타낸 표이다.Table 1 shows a 2" contact diameter of the workpiece (WC-7%Co, initial surface roughness 2.5 to 2.7 Ra) using the Examples and Comparative Examples (Shinhandiamond Co., Ltd. ARIX) prepared as described above. The rotational speed is 5000 rpm, and is a table showing the surface roughness of the workpiece and the amount of wear of the polishing pad after grinding for 1 minute while pressing with a force of 5N.
표 1에서 알 수 있듯, 본 발명의 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 이용하여 출력한 실시예는 종래 일반적인 다이아몬드 공구인 비교재와 비교하여 마모량은 비슷한 수준으로 유지하면서 가공 품질은 향상됨을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the embodiment output using the diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention is processed while maintaining a similar level of wear compared to a conventional diamond tool comparison material It can be seen that the quality is improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 이용하여 출력된 공구는 종래 일반적으로 시판중인 다이아몬드 공구에 비하여 저렴하게 제조가능하여 공구제조 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, a tool output using a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer according to an embodiment of the present invention can be manufactured at a lower cost than a conventionally available diamond tool, thereby reducing tool manufacturing cost. There is.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You can understand that you can.
Claims (9)
중량 %로, 고분자 수지 70~99%, 다이아몬드 첨가제 1~30% 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 다이아몬드 첨가제는 다이아몬드 또는 금속이 코팅된 다이아몬드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트.
As a filament used in FDM 3D printers,
In weight percent, contains 70 to 99% of polymer resin, 1 to 30% of diamond additives and other inevitable impurities,
The diamond additive is characterized in that any one of diamond or metal-coated diamond, FDM 3D printer diamond-polymer composite filament.
상기 다이아몬드 첨가제에서,
금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 다이아몬드 표면에 화학기상증착 또는 물리기상증착 중 하나의 방법으로 코팅된 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트.
The method according to claim 1,
In the diamond additive,
The metal is one or more selected from the group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and combinations thereof, and either a chemical vapor deposition or a physical vapor deposition is applied to the diamond surface. FDM 3D printer diamond-polymer composite filament, characterized in that coated with.
상기 고분자 수지는,
폴리락타이드 [PLA], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드) 랜덤 공중합체 [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드) [LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGA-TMC], 폴리(L-락타이드-코(co)-글리코라이드) [PLGA], 폴리(ε-카프로락톤) [PCL], 폴리(글리코라이드-코(co)-L-락타이드) [PGLA], 폴리(글리코라이드-코(co)-DL-락타이드) [PGDLLA], 폴리-L-락타이드 [PLLA], 폴리-D-락타이드 [PDLA], 폴리-DL-락타이드 [PDLLA], 폴리(L-락타이드-코(co)-ε-카프로락톤) [LCL] 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트.
The method according to claim 1,
The polymer resin,
Polylactide [PLA], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide) random copolymer [PCLA], poly(glycolide) [PGA], poly(dioxanone) [PDO], poly (DL-lactide-co(co)-L-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co(co)-glycolide) [DLPLG], poly(glycolide-co(co)-tree Methylene carbonate) [PGA-TMC], poly(L-lactide-co-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly(glycolide-co(co)-L -Lactide) [PGLA], poly(glycolide-co(DL)-lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D-lactide [PDLA], poly-DL FDM, characterized in that it comprises at least one member selected from the group consisting of -lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co(ε)-caprolactone) [LCL], and combinations thereof. Diamond-polymer composite filament for 3D printers.
상기 다이아몬드 첨가제는,
입도가 50~375㎛인 분말로 마련된 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트.
The method according to claim 1,
The diamond additive,
A diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer, characterized in that it is made of a powder having a particle size of 50 to 375 µm.
상기 복합재 혼합물을 열간 압출 또는 방사하여 복합재 성형물을 제조하는 성형단계; 및
상기 복합재 성형물을 와인딩하여 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트를 제조하는 마무리 단계;를 포함하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법.
A preparation step of preparing a composite mixture by mixing 70% to 99% of polymer resin, 1% to 30% of diamond additives, and other inevitable impurities by weight;
A molding step of preparing the composite molding by hot extrusion or spinning of the composite mixture; And
A finishing step of manufacturing the diamond-polymer composite filament by winding the composite molding; including, FDM 3D printer diamond-polymer composite filament manufacturing method.
상기 준비단계에서,
상기 다이아몬드 첨가제는 다이아몬드 또는 금속이 코팅된 다이아몬드 중 어느 하나이며, 금속은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법.
The method according to claim 5,
In the preparation step,
The diamond additive is any one of diamonds or metal-coated diamonds, and the metal is at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and combinations thereof. Characterized in that, FDM 3D printer diamond-polymer composite filament manufacturing method.
상기 준비단계는,
다이아몬드 표면에 화학기상증착 또는 물리기상증착 중 하나의 방법으로 금속을 코팅시키는 코팅과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법.
The method according to claim 6,
The preparation step,
A method of manufacturing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer, characterized in that it further comprises a coating process of coating the metal by one of chemical vapor deposition or physical vapor deposition on the diamond surface.
상기 준비단계에서,
상기 고분자 수지는 폴리락타이드 [PLA], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드) 랜덤 공중합체 [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드) [LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGA-TMC], 폴리(L-락타이드-코(co)-글리코라이드) [PLGA], 폴리(ε-카프로락톤) [PCL], 폴리(글리코라이드-코(co)-L-락타이드) [PGLA], 폴리(글리코라이드-코(co)-DL-락타이드) [PGDLLA], 폴리-L-락타이드 [PLLA], 폴리-D-락타이드 [PDLA], 폴리-DL-락타이드 [PDLLA], 폴리(L-락타이드-코(co)-ε-카프로락톤) [LCL] 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트 제조방법.
The method according to claim 5,
In the preparation step,
The polymer resin is polylactide [PLA], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide) random copolymer [PCLA], poly(glycolide) [PGA], poly(dioxanone) [ PDO], poly(DL-lactide-co(L)-l-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co(-)-glycolide) [DLPLG], poly(glycolide-co( co)-trimethylene carbonate) [PGA-TMC], poly(L-lactide-co(co)-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly(glycolide-co( co)-L-lactide) [PGLA], poly(glycolide-co(DL)-lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D-lactide [PDLA] , Poly-DL-lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co(co)-ε-caprolactone) [LCL], and combinations thereof. A method of manufacturing a diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer.
상기 다이아몬드 첨가제는,
입도가 50~375㎛인 분말로 마련된 것을 특징으로 하는, FDM 3차원 프린터용 다이아몬드-고분자 복합재 필라멘트.The method according to claim 5,
The diamond additive,
A diamond-polymer composite filament for an FDM 3D printer, characterized in that it is made of a powder having a particle size of 50 to 375 µm.
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