KR20210156488A - 3D printing method for metal product output and nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속제품을 출력하는 3D프린터 분야에 속한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 고분자 수지에 금속 필러가 포함된 3D필라멘트를 사용하여 금속제품을 출력하는 기술에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of 3D printers for outputting metal products, and more particularly, to a technology for outputting metal products using a 3D filament containing a metal filler in a thermoplastic polymer resin.
일반적으로, 3D프린터는 3차원 입체 도면을 기반으로 3차원 공간인 챔버 안에서 인쇄하 듯 물품을 만들어내는 제조 장치이다. 3D프린터는 과거에 플라스틱 제품을 출력하기 위한 용도로 한정적으로 사용되었으나, 다양한 3D프린팅 기법과 소재가 등장하면서 그 활용 영역이 확대되고 있으며, 학생들 장난감, 생활용품에서 차량용 부품에서 이르기까지 다양한 산업에서 응용되고 있는 추세이다.In general, a 3D printer is a manufacturing device that creates an article based on a three-dimensional drawing as if it was printed in a chamber, which is a three-dimensional space. In the past, 3D printers were used limitedly for the purpose of printing plastic products, but with the advent of various 3D printing techniques and materials, the field of application is expanding. is a trend that is becoming
이러한, 3D프린터는 플라스틱 소재에서부터 실리콘, 카본, 철, 텅스텐, 티타늄 소재에 이르기까지 다양한 소재를 사용하여 물품을 제조하고 있으며, 그 중 정밀 금속 가공분야에서 3D프린터는 가공의 편의성으로 인해 활용도가 높다고 할 수 있다.These 3D printers use a variety of materials ranging from plastic materials to silicon, carbon, iron, tungsten, and titanium materials. can do.
이러한 금속제품을 출력하는 3D프린터의 예로, 미세금속분말을 활용한 가공방식이 대표적으로 선택적 레이저 소결(SLS: Selective Laser Sintering) 방식과 선택적 레이저 용융(SLM;Selective Laser Melting) 방식이 있다.As an example of a 3D printer that outputs such metal products, there are a selective laser sintering (SLS) method and a selective laser melting (SLM) method, which are typical processing methods using fine metal powder.
선택적 레이저 소결(SLS: Selective Laser Sintering) 방식은 금속 분말에 레이저를 조사하여 소결시킴으로써 개별층을 제조하되, 개별층을 순차적으로 적층 제조하여 최종적인 차원 금속체를 제조하는 방식이다.In the selective laser sintering (SLS) method, individual layers are manufactured by sintering metal powder by irradiating a laser, but the individual layers are sequentially laminated to manufacture a final dimensional metal body.
선택적 레이저 용융(SLM; Selective Laser Melting) 방식은 선택적 레이저 소결(SLS: elective Laser Sintering) 방식보다 세기가 큰 레이저를 조사하여 금속 분말을 완전 용융시켜 물질을 완전히 압축함으로써 일반적인 금속 제조법과 비슷한 정도의 기계적 특성을Selective Laser Melting (SLM) method uses a laser with a higher intensity than the selective laser sintering (SLS) method to completely melt metal powder and completely compress the material. characteristics
가지도록 개별적인 레이어 생성하여 제조하되, 개별적인 레이어를 순차적으로 적층 제조하여 최종적인 3차원 금속체를 제조하는 방식이다.It is a method of manufacturing the final three-dimensional metal body by creating and manufacturing individual layers so as to have, but sequentially stacking and manufacturing individual layers.
그러나, 기존의 금속파우더 방식의 3D프린터는 고열의 레이저 빔을 반사경으로 반사시킴과 동시에 반사격의 각도제어를 통해 레이저 빔의 조사 각도를 조절하여 소결 위치를 결정하는 방식으로 출력물의 크기가 클 수록 반사경에서 먼 거리에 위치한 분말은 레이저 빔의 강도가 약해져서 완전한 소결에 어려움이 있다. 이로 인해 출력의 크기가 큰 제품의 경우 제조가 어려운 한계가 있다.However, the existing metal powder 3D printer reflects a high-temperature laser beam with a reflector and at the same time adjusts the irradiation angle of the laser beam through angle control of the reflection angle to determine the sintering position. The powder located far from the reflector has difficulty in complete sintering because the intensity of the laser beam is weakened. For this reason, there is a limitation in that it is difficult to manufacture a product with a large output size.
또한, 금속분말을 레이저로 소결하여 융합하는 방식의 3D프린터는 나노미터급 단위의 금속분말 입자의 가공이 필요하고, 금속입자의 균일도를 매우 정밀해야 하므로 재료의 가격이 매우 고가인 단점이 있다.In addition, a 3D printer that sinters and fuses metal powder with a laser requires processing of nanometer-level metal powder particles and requires very precise uniformity of metal particles, so the material price is very expensive.
또한, 레이저 빔의 조사장치의 가격이 고가이고, 파우더의 연속적인 공급을 위한 정밀한 고가의 부품이 많이 요구되어 3D프린터의 가격이 상승하게 되는 단점이 있어, 저렴한 비용으로 금속 제품을 출력할 수 있는 새로운 형태의 3D프린터가 필요하였다.In addition, the cost of the laser beam irradiation device is high, and the price of the 3D printer rises because a lot of precise and expensive parts are required for the continuous supply of powder. A new type of 3D printer was needed.
이러한 문제를 해결하기 위하여 바운드 메탈 증착(BMD; Bound Metal Deposition)방식의 금속 3D프린팅 방식과 용융 증착 금속 모델링(FDMM; Fused Deposition Metal Modeling)방식의 금속 3D프린팅가 등장하였다.In order to solve this problem, metal 3D printing method of Bound Metal Deposition (BMD) method and metal 3D printing method of Fused Deposition Metal Modeling (FDMM) method appeared.
BMD방식의 금속 3D 프린팅 방식은 금속 파우더와 왁스, 폴리머 바인더가 혼합된 봉재 형태의 소재를 삽입한 후 압출함과 동시에 노즐의 열을 이용해 녹여 마치 FDM 방식처럼 레이어 별로 출력하는 것이 방식이며, FDMM방식의 금속 3D프린팅는 금속 필러가 포함된 필라멘트를 열로 녹여 적층 가공하여 금속제품을 출력하는 것이 방식이다.The metal 3D printing method of the BMD method inserts a bar material mixed with metal powder, wax, and a polymer binder, and at the same time extrudes it and melts it using the heat of the nozzle to print it layer by layer, just like the FDM method. Metal 3D printing is a method of printing metal products by melting filaments containing metal fillers with heat and performing additive manufacturing.
위의 BMD방식과 FDMM방식의 3D프린터는 부품의 구성이 간단하고, 금속분말의 입자크기가 상대적으로 크고 정밀성을 요구하지 않아 장비와 재료의 가격이 저렴한 장점이 있으나, 노즐에서 출력된 제품에 잔존하는 열가소성 고분자 수지를 탈지장치로 탈지하는 공정을 추가적으로 거친 다음에 다시 소성 챔버를 사용하여 고열로 소결하는 2단계의 공정을 더 필요로 하여 후처리 가공 공정이 복잡하고, 작업의 효율성이 낮은 문제가 있다.The above BMD and FDMM 3D printers have the advantages of simple components, relatively large particle size of metal powder and low cost of equipment and materials, but remain in the product printed from the nozzle. The second step of sintering at high heat using a calcination chamber after additionally going through the process of degreasing the thermoplastic polymer resin to be degreased with a degreasing device is further required, which complicates the post-processing process and reduces work efficiency. have.
이하, 본 발명에 의한 FFDM방식의 금속 3D 프린팅 방법으로, 금속 필러가 포함된 열가소성 고분자 수지에 이를 가열된 노즐로 출력하여 적층 함과 동시에 적절 온도의 레이저 빔으로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 탈지 공정이 생략되어 가공시간이 절감됨과 동시에 작업의 효율성이 높은 장점이 있다.Hereinafter, in the metal 3D printing method of the FFDM method according to the present invention, the degreasing process is performed by outputting and laminating a thermoplastic polymer resin containing a metal filler with a heated nozzle, and at the same time degreasing the thermoplastic polymer resin with a laser beam at an appropriate temperature. It has the advantage of reducing processing time and increasing work efficiency.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 금속 필러와 열가소성 고분자 수지로 구성된 필라멘트를 노즐로 출력하여 적층 함과 동시에 적절 온도의 레이저 빔으로 열가소성 고분자 수지를 탈지함을써, 탈지 공정이 생략되어 가공시간이 절감됨과 동시에 작업의 효율성이 높은 3D프린팅 방법과 노즐장치를 제공함에 있다.The problem to be solved in the present invention is to output and laminate a filament composed of a metal filler and a thermoplastic polymer resin with a nozzle, and at the same time degreasing the thermoplastic polymer resin with a laser beam at an appropriate temperature, thereby omitting the degreasing process and reducing processing time It is to provide a 3D printing method and a nozzle device with high work efficiency at the same time.
본 발명의 해결 수단으로는 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저를 통해 탈지가 가능하도록 제공함에 있다. 이를 통해 FDM 방식의 필라멘트를 사용한 적층제조방식의 금속 프린터의 경우 기존 제품과 달리 3D프린터에서 탈지된 상태로 출력되므로 별도의 탈지공정을 필요로 하지 않아 추가적인 탈지공정으로 인한 작업시간과 비용을 줄일 수 있도록 제공한다.A solution of the present invention is to provide a metal filament output and degreasing through a laser at the same time. Through this, in the case of additive manufacturing method metal printer using FDM type filament, unlike existing products, 3D printer outputs in a degreased state, so there is no need for a separate degreasing process, reducing work time and cost due to additional degreasing process provide so that
본 발명에 의한 금속 3D 프린팅 방식 및 노즐은 열가소성 고분자 수지에 금속 필러를 포함하여 이를 가열된 노즐로 출력하여 적층함과 동시에 적절 온도의 레이저 빔으로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 탈지 공정이 생략되어 가공시간이 절감됨과 동시에 작업의 효율성이 증가되는 효과가 있다.The metal 3D printing method and nozzle according to the present invention include a metal filler in a thermoplastic polymer resin, output it with a heated nozzle, and laminate it, and at the same time degreasing the thermoplastic polymer resin with a laser beam at an appropriate temperature, thereby omitting the degreasing process, resulting in processing time There is an effect of increasing the efficiency of the operation at the same time as this is reduced.
또한, 금속 필러가 포함된 3D필라멘트를 사용한 FDM방식의 3D프린팅 방식으로 3D프린터는 부품의 구성이 간단하고, 장비와 재료의 가격이 저렴한 효과가 있다.In addition, the FDM-type 3D printing method using a 3D filament containing a metal filler has the effect of having a simple configuration of parts and low cost of equipment and materials.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저 탈지를 사용한 통한 금속제품의 공정도이다,
도 2는 열가소성 고분자 수지와 금속 필러로 구성된 필라멘트이다.
도 3은 내지 도 4은 본 발명의 또 다른 실시예에 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저 탈지를 통한 금속제품의 공정도이다,
도 5은 본 발명의 실시예에 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저로 탈지가 가능한 회전식 금속프린터 노즐의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저로 탈지가 가능한 반사경을 구비한 금속프린터 노즐의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 금속필라멘트 출력과 동시에 레이저로 탈지가 가능한 고정식 금속프린터 노즐의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 금속 3D프린터를 개략적으로 표현한 도면이다.1 is a process diagram of a metal product through laser degreasing at the same time as outputting a metal filament according to an embodiment of the present invention;
2 is a filament composed of a thermoplastic polymer resin and a metal filler.
3 to 4 are process diagrams of metal products through laser degreasing at the same time as outputting metal filaments in another embodiment of the present invention;
5 is a block diagram of a rotary metal printer nozzle capable of degreasing with a laser while simultaneously outputting a metal filament according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a metal printer nozzle having a reflector capable of degreasing with a laser at the same time as outputting a metal filament according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a fixed metal printer nozzle capable of degreasing with a laser while simultaneously outputting a metal filament according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram schematically illustrating a metal 3D printer according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 제공하기 위한 방법으로는, 열가소성 고분자 수지(S)와 금속 필러(F)를 믹싱기로 혼합하여 마스터 배지를 제조하는 단계를 거치는 데, 이때 열가소성 고분자 수지(S)는 열가소성 고분자 수지(S)재료로는 폴리락타이드 [PLA], 폴리비닐아세테이트[PVA], 폴리카보네이트[PC], 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜[PETG], 폴리비닐 알코올 [PVA], [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드), 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드)[LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGATMC],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], 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌 [ABS], 나일론 [nylon], 내충격성 폴리스타이렌 [HIPS]들로 제공될 수 있으며, 이 중 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 이루어진 것일 수 있다In a method for providing the present invention, a step of mixing a thermoplastic polymer resin (S) and a metal filler (F) with a mixer to prepare a master medium, wherein the thermoplastic polymer resin (S) is a thermoplastic polymer resin (S) ) Materials include polylactide [PLA], polyvinyl acetate [PVA], polycarbonate [PC], polyethylene terephthalate glycol [PETG], polyvinyl alcohol [PVA], [PCLA], poly(glycolide) [PGA] ], poly(dioxanone) [PDO], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide), poly(DL-lactide-co-L-lactide) [LDLPLA], poly(DL-lactide-co-glycolide) [DLPLG], poly(glycolide-co-trimethylene carbonate) [PGATMC], poly(L-lactide-co-glyco Ride) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly(glycolide-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-capro lactone) [LCL], acrylonitrile butadiene styrene [ABS], nylon [nylon], and impact-resistant polystyrene [HIPS] may be provided, and one or more of these may be selected and may be composed of complexes thereof
상기의 금속 필러(F)의 재료로는철, 황동, 구리, 금, 은, 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 니켈 합금, 티타늄 합금, 코발트 합금들로 제공될 수 있으며 중 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 이루어진 것일 수 있다.As a material of the metal filler (F), iron, brass, copper, gold, silver, titanium, aluminum, tungsten, a nickel alloy, a titanium alloy, and a cobalt alloy may be provided, and at least one of them and complexes thereof may be made of
또한, 열가소성 고분자 수지(S)에 포함되는 필러는 금속성 재료 이외에 다양한 재료가 사용될 수 있는데, 최소 500 ℃ 이상의 융점을 가진 다양한 소재로 제한하여 제공되는 것으로, 이는 본 발명의 특징인 노즐에서 출력과 동시에 레이저로 탈지하는 과정에서 레이저 빔의 고열에 의해 필러가 함께 용융되어 중력방향으로 필러가 흘러내려 출력된 제품의 형상을 유지하기 어려워지는 문제가 발생하기 때문이다In addition, as the filler included in the thermoplastic polymer resin (S), various materials other than metallic materials may be used, which are limited to a variety of materials having a melting point of at least 500 ° C. This is because, in the process of degreasing with a laser, the filler is melted together by the high heat of the laser beam, and the filler flows down in the direction of gravity, making it difficult to maintain the shape of the printed product.
이와 같은 금속 필러(F)를 대체 가능한 대표적인 필러 재료로는 세라믹, 유리섬유가 포함된다. Representative filler materials that can replace the metal filler (F) include ceramics and glass fibers.
여기에 혼합성능 향상을 위한 유도체, 가소제 등의 첨가제가 추가로 첨가될 수 있는 데 첨가제의 종류로는 유도체로는, 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리아미드 및 이들의 조합으로 구성될 수 있으며 중합체로는 폴리아크릴 산(PAA), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 메틸 에테르-말레산 무수물(PVME-MA) 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 제공될 수 있다.Additives such as derivatives and plasticizers may be additionally added here to improve mixing performance. Examples of additives include polyacrylamide, polyvinyl alcohol (PVA), polyamide, and combinations thereof. Polyacrylic acid (PAA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl methyl ether-maleic anhydride (PVME-MA) at least one selected and their may be provided in complexes.
상기 제조된 마스터 배지의 크기는 3~10mm 이내가 적합하며, 구형에 가까울수록 균일한 필라멘트(P)를 성형하기에 적합하다.The size of the prepared master medium is suitable within 3 to 10 mm, and the closer to a spherical shape, the more suitable for forming a uniform filament (P).
여기서, 상기 열가소성 고분자 수지(S)와 상기 금속 필러(F)의 혼합비율은 열가소성 고분자 수지(S)는 80중량%과 금속 필러(F) 20중량%이 가장 적합하나, 열가소성 고분자 수지(S)와 금속 필러(F)의 재료의 종류에 따라 열가소성 고분자 수지(S)는 60중량% 내지 90중량%이고, 상기 금속 필러(F)는 40중량% 내지 10중량%의 혼합비율로 제공될 수 있다.Here, as for the mixing ratio of the thermoplastic polymer resin (S) and the metal filler (F), 80 wt% of the thermoplastic polymer resin (S) and 20 wt% of the metal filler (F) are most suitable, but the thermoplastic polymer resin (S) And depending on the type of material of the metal filler (F), the thermoplastic polymer resin (S) is 60 wt% to 90 wt%, the metal filler (F) may be provided in a mixing ratio of 40 wt% to 10 wt% .
이를 상기 혼합비율을 초과 또는 미만에는 필라멘트(P)의 제조가 어렵고, 3D프린팅 노즐에서 출력이 용이하지 못한 특징이 있다.If the mixing ratio is exceeded or less than this, the production of the filament (P) is difficult, and the output from the 3D printing nozzle is not easy.
이하, 표 1의 실시 예는 가소성 고분자 수지(S)와 금속 필러(F) 소재별 최적의 혼합비율에 관한 것이다Hereinafter, the examples in Table 1 relate to the optimal mixing ratio for each material of the plastic polymer resin (S) and the metal filler (F).
※왼쪽칸은 열가소성 고분자수지(S)의 혼합비율, 오른쪽칸은은 금속필러(F)의 혼합비율임.※The left column is the mixing ratio of the thermoplastic polymer resin (S), and the right column is the mixing ratio of the metal filler (F).
또한 금속 필러(F)의 크기는 0.001~0.2mm 내외의 크기가 적합하며, 0.5mm이상이면 3D프린터를 통한 최종 제품의 출력의 정밀도가 낮아지게 되어 적합하지 못하며,In addition, the size of the metal filler (F) is suitable for a size of around 0.001 to 0.2 mm, and if it is 0.5 mm or more, it is not suitable because the precision of the output of the final product through the 3D printer is lowered.
필라멘트(P)의 인장강도가 약해져 노즐에서 출력 시 필라멘트가 끊어지는 문제가 발생할 수 있고, 노즐(1)의 막힘 등의 문제가 발생 될 수 있다.The tensile strength of the filament (P) is weakened, the filament may be broken during output from the nozzle, and problems such as clogging of the nozzle (1) may occur.
다음으로, 마스터 배지를 압출기로 압출하여 사출성형을 통해 가늘고 긴 필라멘트(P)를 제조하는 단계를 거치는데, 필라멘트(P)의 직경은 0.01mm에서 최대5mm까지 사용 용도에 따라 굵기가 다양하게 제조될 수 있다.Next, the master medium is extruded with an extruder to manufacture a long and thin filament (P) through injection molding. can be
다음 공정은 본 발명의 특징적인 기술로써, 금속제품 출력을 위한 열을 이용한 용융을 통해 적층하는 FDM 방식의 3D프린팅 노즐 장치를 구비하고, 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 적절 온도의 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계를 본 발명의 일 특징으로 한다.The following process is a characteristic technique of the present invention, and a 3D printing nozzle device of the FDM method for laminating through melting using heat for outputting a metal product is provided, and the filament (P) is outputted with the extrusion nozzle (1) At the same time, the step of outputting a metal product by degreasing the thermoplastic polymer resin with the
상기의 적절 온도의 레이저 노즐(2)은 바람직하게는 100℃에서 800℃ 사이의 온도의 빔을 출력하는 레이저 노즐(2)이 적합하며, 대표적으로 플라즈마 펄스 레이저 노즐(plasma pulse laser nozzle)과 엑시머 레이저 노즐(eximer laser nozzle) 등이 있다.The
적절 온도의 레이저 노즐(2)을 통해 적층과 동시에 탈지하게 되면 탈지 공정 이후에도, 금속 필러(F)와 금속 필러(F) 사이에 직접 대면하는 부분에 열가소성 고분자 수지(S)가 소량으로 잔류하므로 금속 필러(F)사이에서 접착제 역할을 하여 출력 제품의 형태를 유지할 수 있다. 이후에 소성기를 통한 소결함으로써 완전한 금속제품을 제작할 수 있다.If degreasing is performed simultaneously with lamination through the
이를 통해 기존 3D프린팅 제조공정방법과 달리 탈지 공정이 없어 제품의 출력 시간과 작업 효율성이 향상되는 특징이 있다.Through this, there is no degreasing process unlike the existing 3D printing manufacturing process method, so the product output time and work efficiency are improved.
이후에는 최종적으로 출력된 금속제품을 소성기에 넣어서 고열에서 소성가공을 통해 금속 필러(F)사이에 잔류한 열가소성 고분자 수지를 태워 소결하고 금속 필러(F) 입자를 용융과 냉각을 통해 경화시키는 단계로 진행된다.After that, the finally printed metal product is put into the firing machine, and the thermoplastic polymer resin remaining between the metal fillers (F) is burned and sintered through plastic processing at high temperature, and the metal filler (F) particles are hardened through melting and cooling. proceeds
<실시 예 1> <Example 1>
이하, 금속제품을 출력하는 일 실시예는,Hereinafter, an embodiment of outputting a metal product is
도 1과 도2에서 열가소성 고분자 수지(S)와 금속 필러(F)를 혼합하여 마스터 배지를 제조하는 단계(M1)와 상기 마스터 배지를 압출기로 압출하여 필라멘트(P)를 제조하는 단계(M2)와 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐(1) 장치를 구비하고, 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계(M3) 및 다음 공정으로 출력된 금속제품을 소성 장비를 사용하여 소결시켜 최종적으로 경화시키는 단계(M4)로 제공되는 것 특징으로 하는 것을 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법이 제공된다.1 and 2, mixing the thermoplastic polymer resin (S) and the metal filler (F) to prepare a master medium (M1) and extruding the master medium with an extruder to prepare a filament (P) (M2) and a 3D printing nozzle (1) device for outputting metal products, outputting a filament (P) with an extrusion nozzle (1) and degreasing a thermoplastic polymer resin with a laser nozzle (2) to output a metal product A 3D printing method for outputting a metal product is provided, characterized in that it is provided as a step (M3) and a step (M4) of sintering and finally curing the metal product output in the following process using a firing equipment.
여기서, 도 3에서 상기 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계(M3)는, 상기 압출 노즐(1)과 상기 레이저 노즐(2)는 플레이트(T)에 고정된 상태로 제공(M1)되고, 상기 압출 노즐(1)로 필라멘트(P)를 출력하여 1 레이어 이상 적층하는 단계(M32)를 거친 다음에 압출 노즐(1)의 출력경로를 따라 레이저 노즐(2)로 탈지하는 단계(M33)을 반복적으로 적층하여 제조하였다.Here, in FIG. 3, the step (M3) of outputting a metal product by degreasing the thermoplastic polymer resin with the laser nozzle (2) while outputting the filament (P) with the extrusion nozzle (1) is, the extrusion nozzle ( 1) and the
상기 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 또 다른 방법으로는, Another method of outputting a metal product by degreasing the thermoplastic polymer resin with a
도 4에서 압출 노즐(1)과 연동되어 상기 레이저 노즐(2)이 회전이 하도록 구성된 장비를 구비하는 단계(M311)와 먼저 압출 노즐(1)을 통해 필라멘트(P)를 출력하여 적층하는 동시에 상기 레이저 노즐(2)는 적층된 출력경로를 따라 회전되면서 필라멘트(P)를 탈지하는 단계(M312)로 제조된다.In Figure 4, the step (M311) of providing equipment configured to rotate the laser nozzle (2) in conjunction with the extrusion nozzle (1) and first output the filament (P) through the extrusion nozzle (1) for lamination at the same time The
한편, 본 발명에서는 금속제품을 출력하는 노즐장치를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a nozzle device for outputting a metal product.
본 발명의 3D프린팅 노즐 장치는 필라멘트(P)는 열가소성 고분자 수지(S)에 금속 필러(F)를 포함하고, 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트(P)를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐을 구성하였다.In the 3D printing nozzle device of the present invention, the filament (P) contains a metal filler (F) in the thermoplastic polymer resin (S), and outputs the filament (P) to the extrusion nozzle (1) by using the filament (P) and simultaneously laser A 3D printing nozzle for printing metal products, characterized in that the
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, it will be described in detail through embodiments of the present invention.
<실시 예 2><Example 2>
이하, 도 5에서와 도시된 바와 같이 압출 노즐(1)과 레이저 노즐(2)을 구비하고, 레이저 노즐(2)은 압출 노즐(1)에 회전이 가능하도록 구성된 회전식 플레이트(ST)가 연결되고, 회전식 플레이트(ST)는 스텝 모터(3)와 연결된 기어 모듈(31)에 의해 회전각도가 조절되도록 구성되어 레이저 노즐(2)을 회전되면서 레이저 빔의 발산 위치를 변경가능하도록 구성된다. 또한, 압출 노즐(1)과 레이저 노즐(2) 사이에 냉각 장치(12)를 구비하여 압출 노즐(1)에서 출력된 필라멘트(P)를 신속히 냉각시켜 적층 후 그 형태를 유지하도록 하도록 구성된다. 그다음으로, 레이저 노즐(2)이 필라멘트(P)의 적층된 레이어에 대응해 적층 경로를 따라 회전되면서 탈지하는 과정을 동시에 거치도록 장치를 구성하였다.Hereinafter, as shown in Figure 5 and provided with an extrusion nozzle (1) and a laser nozzle (2), the laser nozzle (2) is a rotary plate (ST) configured to be rotatable to the extrusion nozzle (1) is connected and , the rotary plate ST is configured to have a rotation angle adjusted by the
이를 통해 3D프린터(4)에서 필라멘트(P)를 적층함과 동시에 탈지함으로써, 출력된 제품을 탈지 장치를 사용해 재가공하는 후공정을 줄일 수 있는 장점이 있다.Through this, by laminating the filament (P) in the 3D printer (4) and degreasing at the same time, there is an advantage in that the post-process of reprocessing the output product using a degreasing device can be reduced.
<실시 예 3><Example 3>
이하, 도 6에서와 도시된 바와 같이 압출 노즐(1)과 레이저 노즐(2)을 구비하고, 레이저 노즐(2)은 레이저 노즐(2)에서 발산되는 레이저 빔은 1개 이상의 집광 렌즈(31)를 통과하여 모아진 빛이 반사경(3)에 의해 반사되어 적층된 필라멘트를 조사하도록 구성된다.Hereinafter, as shown in FIG. 6 and having an
여기서, 반사경(3)은 상하 좌우 180°이상의 각도로 회전하여 빛의 조사각을 제어하도록 구성되는 데, 이때 스텝 모터(21)에 연결된 기어 모듈(22)과 연동되어 스텝 모터(21)의 회전 방향에 따라 반사경(3)의 각도가 변경되도록 구성하였다.Here, the reflector 3 is configured to rotate at an angle of 180° or more up, down, left and right to control the irradiation angle of light. At this time, it is interlocked with the
<실시 예 4><Example 4>
이하, 도 7에서와 도시된 바와 같이 압출 노즐(1)과 레이저 노즐(2)은 일정 간격을 두고 단일의 고정식 플레이트(T)에 일체로 고정되어 구성된다.Hereinafter, as shown in Figure 7 and the extrusion nozzle (1) and the laser nozzle (2) is configured to be integrally fixed to a single fixed plate (T) at a predetermined interval.
여기서, 냉각 장치(12)를 더 포함하여 압출 노즐(1)에서 출력된 필라멘트(P) 신속히 냉각하는 장치를 더 구비할 수 있다.Here, a device for rapidly cooling the filament P output from the
구체적으로, 압출 노즐(1)로 필라멘트(P)를 압출하여 1 레이어 이상 적층을 완료한 다음에 냉각 장치(12)로 냉각시켜 경화된 층을 생성하면, 그다음으로 레이저 노즐(2)을 통해 적절 온도의 레이저가 상기 경화된 층의 경로에 대응되는 경로를 따라서 이동하면서 레이어 빔을 조사하여 열가소성 고분자 수지(S)를 탈지하는 과정을 거치도록 구성하였다.Specifically, when the filament P is extruded with the
위의 방법을 연속적으로 반복작업하여 출력된 레이어 층을 쌓아 올려 물체의 형상을 출력하는 과정을 거침으로써, 최종적으로 금속제품을 제조하였다.By continuously repeating the above method to stack the output layers and output the shape of the object, a metal product was finally manufactured.
1: 압출 노즐
11: 히팅 챔버
12: 냉각 장치
2: 레이저 노즐
21: 스텝 모터
22: 기어 모듈
3: 반사경
31: 집광 렌즈
P: 필라멘트
S: 열가소성 고분자 수지
F: 금속 필러
T: 고정식 플레이트
ST:회전식 플레이트
4: 3D프린터1: Extrusion nozzle
11: Heating chamber
12: cooling device
2: Laser nozzle
21: step motor
22: gear module
3: reflector
31: condensing lens
P: filament
S: Thermoplastic polymer resin
F: metal filler
T: fixed plate
ST: Rotary plate
4: 3D printer
Claims (11)
필라멘트(P)는 열가소성 고분자 수지(S)에 금속 필러(F)를 포함하고,
필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하도록
구성되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐.In the nozzle for outputting a metal product,
The filament (P) contains a metal filler (F) in a thermoplastic polymer resin (S),
To output the filament (P) with the extrusion nozzle (1) and at the same time to degrease the thermoplastic polymer resin with the laser nozzle (2)
3D printing nozzle for metal product output, characterized in that it is configured.
상기 압출 노즐(1)과 상기 레이저 노즐(2) 단일의 고정식 플레이트(T)에 일체로 고정된 상태로 결합되어
구성되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐.The method of claim 1,
The extrusion nozzle (1) and the laser nozzle (2) are coupled in a fixed state integrally to a single fixed plate (T),
3D printing nozzle for metal product output, characterized in that it is configured.
상기 압출 노즐(1)과 상기 레이저 노즐(2)은 일정 간격을 두고 상기 압출 노즐(1)의 출력경로에 대응하는 방향을 따라 상기 레이저 노즐(2)이 회전하도록
구성되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐.The method of claim 1,
The extrusion nozzle 1 and the laser nozzle 2 are spaced apart from each other so that the laser nozzle 2 rotates in a direction corresponding to the output path of the extrusion nozzle 1 .
3D printing nozzle for metal product output, characterized in that it is configured.
상기 압출 노즐(1)과 상기 레이저 노즐(2)에서 발산되는 레이저광은 반사 각도조절이 가능하도록 구성된 반사경(3)에 의해 반사되도록 구성되고, 상기 압출 노즐(1) 출력경로에 대응하는 방향을 따라 레이저 빔이 조사되도록 반사경(3)의 각도를 제어하도록
구성되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐.The method of claim 1,
The laser light emitted from the extrusion nozzle (1) and the laser nozzle (2) is configured to be reflected by the reflecting mirror (3) configured to enable adjustment of the reflection angle, and the direction corresponding to the output path of the extrusion nozzle (1) to control the angle of the reflector 3 so that the laser beam is irradiated according to the
3D printing nozzle for metal product output, characterized in that it is configured.
열가소성 고분자 수지(S)와 금속 필러(F)를 혼합하여 마스터 배지를 제조하는 단계;
상기 마스터 배지를 압출기로 압출하여 필라멘트(P)를 제조하는 단계;
금속제품 출력을 위한 3D프린팅 노즐(1) 장치를 구비하고, 필라멘트(P)를 압출 노즐(1)로 필라멘트를 출력함과 동시에 레이저 노즐(2)로 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계;
출력된 금속제품을 소성 장비를 사용하여 소결함으로써 최종적으로 경화시키는 단계;
로 제공되는 것 특징으로 하는 것을 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.In the method of outputting a metal product,
Preparing a master medium by mixing a thermoplastic polymer resin (S) and a metal filler (F);
Extruding the master medium with an extruder to prepare a filament (P);
A 3D printing nozzle (1) device for outputting a metal product is provided, and the filament (P) is outputted with the extrusion nozzle (1) and at the same time the thermoplastic polymer resin is degreased with the laser nozzle (2) to output the metal product step;
a step of finally hardening the output metal product by sintering it using a firing equipment;
A 3D printing method for outputting metal products, characterized in that it is provided as
상기 필라멘트(P)에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지(S) 대 상기 금속 필러(F)의 혼합비율은 상기 열가소성 고분자 수지(S)는 60중량% 내지 90중량%으로 제공되고, 상기 금속 필러(F)는 40중량% 내지 10중량%의 혼합비율로
제공되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.6. The method of claim 5,
In the filament (P), the mixing ratio of the thermoplastic polymer resin (S) to the metal filler (F) is provided in an amount of 60 wt% to 90 wt% of the thermoplastic polymer resin (S), and the metal filler (F) ) is a mixing ratio of 40 wt% to 10 wt%
3D printing method for outputting metal products, characterized in that provided.
상기 금속 필러(F)는 철, 황동, 구리, 금, 은, 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 니켈 합금, 티타늄 합금, 코발트 합금 내지 또는 세라믹, 유리섬유 중 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 이루어져
제공되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.6. The method of claim 5,
The metal filler (F) is made of iron, brass, copper, gold, silver, titanium, aluminum, tungsten, nickel alloy, titanium alloy, cobalt alloy or one or more selected from ceramic and glass fiber and composites thereof.
3D printing method for outputting metal products, characterized in that provided.
열가소성 고분자 수지(S)는 폴리락타이드 [PLA], 폴리비닐아세테이트[PVA], 폴리카보네이트[PC], 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜[PETG], 폴리비닐 알코올 [PVA], [PCLA], 폴리(글리코라이드) [PGA], 폴리(다이옥사논) [PDO], 폴리메타크릴산 [PMA], 폴리(카프로락톤-락타이드), 폴리(DL-락타이드-코(co)-L-락타이드)[LDLPLA], 폴리(DL-락타이드-코(co)-글리코라이드) [DLPLG], 폴리(글리코라이드-코(co)-트리메틸렌 카보네이트) [PGATMC],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], 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌 [ABS], 나일론 [nylon], 내충격성 폴리스타이렌 [HIPS] 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 이루어져
제공되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.6. The method of claim 5,
Thermoplastic polymer resin (S) is polylactide [PLA], polyvinyl acetate [PVA], polycarbonate [PC], polyethylene terephthalate glycol [PETG], polyvinyl alcohol [PVA], [PCLA], poly(glycolide) ) [PGA], poly(dioxanone) [PDO], polymethacrylic acid [PMA], poly(caprolactone-lactide), poly(DL-lactide-co-L-lactide)[ LDLPLA], poly(DL-lactide-co-glycolide) [DLPLG], poly(glycolide-co-trimethylene carbonate) [PGATMC], poly(L-lactide-co )-glycolide) [PLGA], poly(ε-caprolactone) [PCL], poly(glycolide-co(co)-L-lactide) [PGLA], poly(glycolide-co(co)-DL -lactide) [PGDLLA], poly-L-lactide [PLLA], poly-D-lactide [PDLA], poly-DL-lactide [PDLLA], poly(L-lactide-co)- ε-caprolactone) [LCL], acrylonitrile butadiene styrene [ABS], nylon [nylon], impact-resistant polystyrene [HIPS] at least one selected and a complex thereof
3D printing method for outputting metal products, characterized in that provided.
상기 마스터 배지를 압출기로 압출하여 필라멘트(P)를 제조하는 단계에 있어서,
혼합성을 높이기 위한 첨가제를 추가로 첨가하되, 첨가제 중 유도체로는 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리아미드 이들의 유도체 및 이들의 조합이고, 중합체로는 스트랜드는 폴리아크릴 산(PAA), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 메틸 에테르-말레산 무수물(PVME-MA) 1종 이상 선택 및 이들의 복합체들로 이루어져
제공되는 것을 특징으로 하는 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.6. The method of claim 5,
In the step of producing a filament (P) by extruding the master medium with an extruder,
An additive is further added to increase the miscibility, and among the additives, the derivatives are polyacrylamide, polyvinyl alcohol (PVA), polyamide derivatives thereof, and combinations thereof, and the polymer strand is polyacrylic acid (PAA). , polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl methyl ether-maleic anhydride (PVME-MA) at least one selection and composites thereof
3D printing method for outputting metal products, characterized in that provided.
상기 열가소성 고분자 수지를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계는,
상기 압출 노즐(1)과 상기 레이저 노즐(2)는 고정식 플레이트(T)에 일체로 고정된 상태의 장비를 구비 한 후, 상기 압출 노즐(1)로 필라멘트(P)를 출력하여 하나 이상의 레이어 층을 적층한 다음에 압출 노즐(1)의 출력경로에 대응하여 적층된 레이어 층을 따라 레이저 노즐(2)로 탈지하는 단계;
로 제공되는 것 특징으로 하는 것을 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.6. The method of claim 5,
The step of outputting a metal product by degreasing the thermoplastic polymer resin,
The extrusion nozzle (1) and the laser nozzle (2) are equipped with equipment in a state integrally fixed to the fixed plate (T), and then output the filament (P) to the extrusion nozzle (1) to form one or more layer layers Degreasing with a laser nozzle (2) along the layered layer corresponding to the output path of the extrusion nozzle (1) after laminating;
A 3D printing method for outputting metal products, characterized in that it is provided as
상기 열가소성 고분자 수지(S)를 탈지하여 금속제품을 출력하는 단계는,
상기 상기 레이저 노즐(2)이 회전식 플레이트(ST)와 압출 노즐(1)과 연결되어 회전이 가능한 회전식 레이저 노즐(2)을 구비하고, 상기 압출 노즐(1)을 통해 필라멘트(P)를 출력하여 적층하면, 상기 레이저 노즐(2)는 적층된 출력경로를 따라 필라멘트(P)를 탈지하는 단계;
로 제공되는 것 특징으로 하는 것을 금속제품 출력을 위한 3D프린팅 방법.
6. The method of claim 5,
The step of degreasing the thermoplastic polymer resin (S) to output a metal product,
The laser nozzle (2) is connected to the rotary plate (ST) and the extrusion nozzle (1) is provided with a rotary laser nozzle (2) capable of rotation, and outputting a filament (P) through the extrusion nozzle (1) When stacked, the laser nozzle (2) degreasing the filament (P) along the stacked output path;
A 3D printing method for outputting metal products, characterized in that it is provided as
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