KR20220065962A - High stability thermoplastic pattern structure using curable monomer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 경화성 단량체를 이용한 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoplastic pattern structure using a curable monomer and a method for manufacturing the same.
일반적인 주조법에서는 제조가 곤란한 형상의 것, 표면 정도가 높은 것, 재질이 치밀하고 안정한 강도 등이 특히 필요로 하는 것의 주조에는 각각의 특수한 주조법이 행해지고 있다. 이들 특수주조법에는 원심주조법, 다이캐스팅법, 저압주조법, 금형주조법(중력주조법), 연속주조법, 정밀주조법 등 여러 기술이 개발되고 있다.In a general casting method, each special casting method is performed for casting a thing of a shape difficult to manufacture, a thing with a high surface precision, a material dense, stable strength, etc. especially required. In these special casting methods, various technologies such as centrifugal casting, die casting, low pressure casting, mold casting (gravity casting), continuous casting, and precision casting are being developed.
특수주조법 중 정밀주조법은 주형으로 금형을 사용하지 않으며, 보통 주조법(사형주조)보다 특별히 치수 정밀도가 높은 제품을 만들 수 있는 주조법의 총칭이다. 정밀주조 제품은 정밀도가 요구되는 항공기, 자동차, 방산장비, 가전제품 등 산업 전 분야에서 널리 사용되고 있다.Among special casting methods, precision casting does not use a mold as a mold, and is a generic term for casting methods that can produce products with higher dimensional accuracy than ordinary casting (sand casting). Precision casting products are widely used in all industries that require precision, such as aircraft, automobiles, defense equipment, and home appliances.
정밀주조 제품은 일반적으로, 패턴을 통한 주형이 제작되며, 상기 주형 내부에 용탕이 주입되고 응고 및 후처리 공정을 거쳐 제조된다. 정밀주조에는 거의 대부분 왁스 패턴을 이용하는 인베스트먼트 주조법(로스트 왁스법)을 이용하고 있다. 이는 모두 일회용 주형을 사용하는 방법으로 이루어져 있다. In general, a precision casting product is manufactured through a mold through a pattern, molten metal is injected into the mold, and is manufactured through solidification and post-treatment processes. The investment casting method (lost wax method) using a wax pattern is mostly used for precision casting. This is all done by using disposable molds.
한편, 최근 들어 3D 프린팅에 대한 관심이 매우 높아지고 있다. 3D 프린팅 기술이란, 3차원으로 설계된 디지털 도면 정보에 따라 적층하여 제품을 제조하는 방식을 이용하여 입체적 형태를 출력하는 제작기술로, 2012년 이전에는 주로 연구자들에 의해서 주목을 받아왔으나, 그 후로는 일반 대중들에게도 널리 알려지고 있다. 특히, 주조산업에 있어 자동차, 항공, 조선을 비롯한 대형 사이즈의 주형 제품 및 복잡한 주형 제품을 목형 없이 바로 제작하여 원가를 절감할 수 있어, 이에 대한 관심이 높아지고 있다.Meanwhile, interest in 3D printing has recently been very high. 3D printing technology is a manufacturing technology that outputs a three-dimensional shape using a method of manufacturing products by stacking according to digital drawing information designed in three dimensions. It is also widely known to the general public. In particular, in the casting industry, large-size mold products and complex mold products including automobiles, aviation, and shipbuilding can be directly manufactured without a die to reduce costs, and interest in this is increasing.
사형주조 및 정밀주조에 3D 프린팅을 적용하는 기술 개발이 계속되고 있고, 정밀주조를 위한 패턴 제조 과정에도 사출(injection molding) 공정 외에 3D 프린팅을 이용하여(SLA, SLS 등) 복잡하고 다양한 형상을 제조하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. Technology development to apply 3D printing to sand casting and precision casting continues, and in the pattern manufacturing process for precision casting, 3D printing is used in addition to injection molding (SLA, SLS, etc.) to manufacture complex and diverse shapes The research you want to do is being done.
본 발명자들은 사출 공정 대신 3D 프린팅으로, 왁스 대신 3D 프린팅에 적합한 열가소성 수지를 소재로 제조한 패턴 구조체를 제공하고자 하며, 구조체를 3D 프린팅하는 경우 내부 기공으로 발생할 수 있는 문제점을 해결하고자 연구한 결과 본 발명에 이르게 되었다.The present inventors intend to provide a patterned structure made of a thermoplastic resin suitable for 3D printing instead of wax and 3D printing instead of injection process. came to the invention.
본 발명은 경화성 단량체를 이용한 열가소성 패턴 구조체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a thermoplastic pattern structure using a curable monomer and a method for manufacturing the same.
본 발명의 일 측면에서는,In one aspect of the present invention,
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체를 제공한다.As a thermoplastic pattern structure manufactured by 3D printing a thermoplastic resin bead, the structure is characterized in that the curable polymer is impregnated, it provides a thermoplastic pattern structure.
본 발명의 다른 일 측면에서는, In another aspect of the present invention,
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계; 및3D printing a thermoplastic resin bead to mold a patterned structure; and
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a thermoplastic pattern structure comprising; impregnating the molded structure in a curable monomer.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D 프린팅으로 성형되어 복잡하고 다양한 형상으로 제조될 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용될 수 있는 효과가 있다. The thermoplastic pattern structure of the present invention is molded by 3D printing and can be manufactured into complex and various shapes, and has an effect that can be used for precision casting that requires precision.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the thermoplastic pattern structure of the present invention has the effect of improving the micropore filling rate through the impregnation of the curable monomer of the 3D printed structure, thereby suppressing the decrease in mechanical strength and deformation due to the micropores, and improving the storability.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, by further performing wax impregnation after impregnation and curing of the curable monomer, there is an effect of further improving the impregnation rate of the structure and at the same time improving strength and moisture penetration inhibition.
도 1은 3D 프린팅한 열가소성 패턴 구조체의 미세구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 왁스 함침 공정을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 4 내지 6 및 비교예 2에 따른 패턴 구조체의 함침율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따른 패턴 구조체의 굴곡강도를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따른 패턴 구조체의 왁스 함침 전 후의 수분흡수율을 나타낸 그래프이다.1 is a view showing the microstructure of a 3D printed thermoplastic pattern structure.
2 is a view showing a wax impregnation process according to the present invention.
3 is a graph showing the impregnation rates of the pattern structures according to Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 of the present invention.
4 is a graph showing the flexural strength of the pattern structures according to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention.
5 and 6 are graphs showing the moisture absorption rates before and after wax impregnation of the pattern structures according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 “포함”한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.On the other hand, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiment of the present invention is provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Furthermore, in the entire specification, “including” a certain element means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
본 발명은 일 측면에서The present invention in one aspect
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체로서, 상기 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체를 제공한다.As a thermoplastic pattern structure manufactured by 3D printing a thermoplastic resin bead, the structure provides a thermoplastic pattern structure, characterized in that the curable polymer is impregnated.
이하, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the thermoplastic pattern structure of the present invention will be described in detail for each configuration.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 제조된다.The thermoplastic pattern structure of the present invention is manufactured by 3D printing a thermoplastic resin bead.
본 발명의 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅으로 제조된 패턴 구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 비드 간 기공이 존재하여 강도가 저하되고 구조가 변형될 수 있는 문제점이 있다. As shown in FIG. 1, the pattern structure manufactured by 3D printing using the thermoplastic resin beads of the present invention has a problem in that the strength is lowered and the structure may be deformed due to the presence of pores between the beads.
이에 본 발명에서 제공되는 열가소성 패턴 구조체는 경화성 중합체 및 왁스가 함침되어, 내부 기공의 충진율을 개선할 뿐 아니라, 더 높은 강도 및 더 낮은 수분 흡수율을 갖도록 하여, 패턴 구조체의 보관성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the thermoplastic pattern structure provided in the present invention is impregnated with a curable polymer and wax to not only improve the filling rate of internal pores, but also to have higher strength and lower moisture absorption, thereby improving the storability and durability of the pattern structure. can
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The thermoplastic resin may be at least one selected from the group consisting of poly(methyl methacrylate, PMMA), polypropylene (PP), and high-density polyethylene (HDPE).
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 경화성 중합체가 함침된 것이다.The thermoplastic pattern structure of the present invention is impregnated with a curable polymer.
상기 경화성 중합체는 경화성 단량체의 함침 후 경화된 것일 수 있다.The curable polymer may be cured after impregnation with a curable monomer.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. The curable monomer may be at least one selected from the group consisting of an acrylate-based monomer, an epoxy-based monomer, and an alkene-based monomer.
구체적 예로서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 Isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, Trimethylolpropane triacrylate, acrylic acid의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the acrylate-based monomer may be isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and acrylic acid alone or in any combination.
구체적 예로서, 상기 에폭시계 단량체는 Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the epoxy-based monomer may be a single, or any combination of Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane.
구체적 예로서, 상기 알켄계 단량체는 Hexene, Heptene, Nonene, Decene, Dodecene의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the alkene-based monomer may be a single or any combination of Hexene, Heptene, Nonene, Decene, and Dodecene.
상기 구조체는 추가로 왁스가 더 함침된 것일 수 있다.The structure may be further impregnated with wax.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 일 수 있다.The wax is at least one selected from the group consisting of paraffin wax, microcrystalline wax, montan wax, ethylene vinyl acetate (EVA wax), and polyethylene wax. can
상기 경화성 중합체 및 왁스는 상기 구조체의 내부 기공에 포함될 수 있다.The curable polymer and wax may be included in the internal pores of the structure.
상기 경화성 중합체는 주로 열가소성 패턴 구조체의 내부 기공 중 미세 기공에 포함되고, 상기 왁스는 구조체 내부 기공 중 경화성 중합체가 포함되지 않은 미세 기공 및 매크로 기공에 포함될 수 있다. The curable polymer is mainly included in the micropores among the internal pores of the thermoplastic pattern structure, and the wax may be included in the micropores and macro pores of the internal pores of the structure that do not contain the curable polymer.
상기 구조체는 3% 미만의 수분흡수율을 가질 수 있고, 바람직하게는 1% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5% 미만, 가장 바람직하게는 0.3% 미만의 수분흡수율을 가질 수 있다.The structure may have a water absorption rate of less than 3%, preferably less than 1%, more preferably less than 0.5%, and most preferably may have a water absorption rate of less than 0.3%.
상기 구조체는 10 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도, 더욱 바람직하게는 20 MPa 내지 25 MPa의 굴곡강도를 가질 수 있다.The structure may have a flexural strength of 10 MPa to 30 MPa, preferably a flexural strength of 15 MPa to 30 MPa, and more preferably a flexural strength of 20 MPa to 25 MPa.
상기 구조체는 75% 이상의 함침율을 가질 수 있고, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상의 함침율을 가질 수 있다.The structure may have an impregnation rate of 75% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more.
상기 구조체는 정밀주조에 사용될 수 있다.The structure can be used for precision casting.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D 프린팅으로 성형되어 복잡하고 다양한 형상으로 제조될 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용될 수 있는 효과가 있다. The thermoplastic pattern structure of the present invention is molded by 3D printing and can be manufactured into complex and various shapes, and has an effect that can be used for precision casting that requires precision.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체는 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the thermoplastic pattern structure of the present invention has the effect of improving the micropore filling rate through the impregnation of the curable monomer of the 3D printed structure, thereby suppressing the decrease in mechanical strength and deformation due to the micropores, and improving the storability.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다. In addition, by further performing wax impregnation after impregnation and curing of the curable monomer, there is an effect of further improving the impregnation rate of the structure and at the same time improving strength and moisture penetration inhibition.
본 발명의 다른 일 측면에서는In another aspect of the present invention
열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계; 및3D printing a thermoplastic resin bead to mold a patterned structure; and
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a thermoplastic pattern structure comprising; impregnating the molded structure in a curable monomer.
이하, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체의 제조방법을 각 단계별로 자세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the thermoplastic pattern structure of the present invention will be described in detail for each step.
본 발명의 제조방법은 열가소성 수지 비드를 3D 프린팅하여 패턴 구조체를 성형하는 단계를 포함한다. The manufacturing method of the present invention comprises the step of 3D printing a thermoplastic resin bead to mold the pattern structure.
본 발명은 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅 한다. 열가소성 수지 비드가 아닌 필라멘트를 사용하면 내부 기공율이 줄어들 수는 있으나, 필라멘트는 FDM 방식으로 3D 프린팅 하므로, 산업 이용시 한계점이 있고, 별도 지지체가 요구되는 등 형상 제어가 어려운 문제점이 있다.The present invention is 3D printed using a thermoplastic resin bead. If a filament other than a thermoplastic resin bead is used, the internal porosity may be reduced, but since the filament is 3D printed by the FDM method, there is a limitation in industrial use, and there is a problem in that it is difficult to control the shape, such as a separate support is required.
상기 3D 프린팅은 바인더 제팅(binder jetting) 방식으로 수행될 수 있다. The 3D printing may be performed by a binder jetting method.
본 발명의 열가소성 수지 비드를 이용하여 3D 프린팅으로 제조된 패턴 구조체는 도 1에 나타난 바와 같이, 비드 간 기공이 존재하여 강도가 저하되고 구조가 변형될 수 있는 문제점이 있다. As shown in FIG. 1, the pattern structure manufactured by 3D printing using the thermoplastic resin beads of the present invention has a problem in that the strength is lowered and the structure may be deformed due to the presence of pores between the beads.
종래의 기술은 파라핀 왁스 함침을 통하여 PMMA 강도 향상 및 변형을 억제하고자 하나, 파라핀 왁스 함침 후에도 남아있는 미세 기공으로 패턴 구조체의 보관성 및 내구성이 떨어지는 한계가 있다. 미세기공이 존재로 인해 하중 인가시 PMMA 고분자의 슬립현상 및 수분 흡수에 의한 변형이 발생할 수 있다.The prior art attempts to improve PMMA strength and suppress deformation through paraffin wax impregnation, but there is a limitation in that the storability and durability of the pattern structure are deteriorated due to the micropores remaining even after paraffin wax impregnation. Due to the presence of micropores, when a load is applied, the PMMA polymer may slip and deform due to water absorption.
그러나, 본 발명을 통해 제공되는 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 경화성 단량체로 함침하는 단계를 수행하고, 추가로 왁스로 함침하는 단계를 수행하여, 함침율을 개선할 뿐 아니라, 더 높은 강도 및 더 낮은 수분 흡수율을 갖도록 하여, 종래 기술에 비해 패턴 구조체의 보관성 및 내구성이 향상되는 장점이 있다.However, the method for manufacturing a thermoplastic pattern structure provided through the present invention performs the step of impregnating with a curable monomer, and further performing the step of impregnating with wax, so as to improve the impregnation rate, as well as higher strength and lower moisture By having a water absorption rate, there is an advantage in that the storability and durability of the pattern structure are improved compared to the prior art.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 일 수 있다.The thermoplastic resin may be at least one selected from the group consisting of poly(methyl methacrylate, PMMA), polypropylene (PP), and high-density polyethylene (HDPE).
본 발명의 제조방법은 상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계를 포함한다.The manufacturing method of the present invention includes the step of impregnating the molded structure with a curable monomer.
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계는,The step of impregnating the molded structure in a curable monomer,
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계; 및impregnating the molded structure with a curable monomer; and
상기 경화성 단량체로 함침된 구조체를 열을 가하거나 UV를 조사하여 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.and curing the structure impregnated with the curable monomer by applying heat or irradiating UV.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The curable monomer may be at least one selected from the group consisting of an acrylate-based monomer, an epoxy-based monomer, and an alkene-based monomer.
구체적 예로서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 Isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, Trimethylolpropane triacrylate, acrylic acid의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the acrylate-based monomer may be isobornyl methacrylate, 1,6-hexandiol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and acrylic acid alone or in any combination.
구체적 예로서, 상기 에폭시계 단량체는 Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the epoxy-based monomer may be a single, or any combination of Diphenylolpropane, Diphenylolmethane, Tetraglycidated Diaminodiphenylmethane.
구체적 예로서, 상기 알켄계 단량체는 Hexene, Heptene, Nonene, Decene, Dodecene의 단독, 또는 임의의 조합일 수 있다.As a specific example, the alkene-based monomer may be a single or any combination of Hexene, Heptene, Nonene, Decene, and Dodecene.
상기 경화 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 열을 가하여 수행될 수 있다.The curing step may be performed by applying heat at a temperature of 30 °C to 70 °C.
상기 경화 단계는 1 내지 3시간 동안 열을 가하여 수행될 수 있다.The curing step may be performed by applying heat for 1 to 3 hours.
상기 경화 단계는 1 내지 10 분간 UV 조사를 통하여 수행될 수 있다.The curing step may be performed through UV irradiation for 1 to 10 minutes.
상기 방법은 상기 경화성 단량체 함침된 구조체를 추가로 왁스에 함침하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include; further impregnating the curable monomer-impregnated structure with wax.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The wax may be at least one selected from the group consisting of paraffin wax, microcrystalline wax, montan wax, ethylene vinyl acetate (EVA wax), polyethylene wax. there is.
상기 왁스 함침 단계는 60 ℃ 내지 80 ℃의 온도로 수행될 수 있다. 상기 온도가 80℃를 초과하는 경우, 고온에서 패턴 구조체의 왜곡 및 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 상기 온도가 60℃ 미만인 경우, 왁스 함침율이 낮은 문제점이 있다. The wax impregnation step may be performed at a temperature of 60 °C to 80 °C. When the temperature exceeds 80° C., there is a problem that distortion and deformation of the pattern structure may occur at a high temperature. When the temperature is less than 60° C., there is a problem in that the wax impregnation rate is low.
상기 구조체는 정밀주조에 사용될 수 있다.The structure can be used for precision casting.
본 발명의 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 3D 프린팅으로 구조체를 성형하여 복잡하고 다양한 형상으로 제조할 수 있고, 정밀도가 요구되는 정밀주조에 사용할 수 있는 효과가 있다. The thermoplastic pattern structure manufacturing method of the present invention has the effect that it can be manufactured in a complex and various shapes by molding the structure by 3D printing, and can be used for precision casting that requires precision.
또한, 본 발명의 열가소성 패턴 구조체 제조방법은 3D프린팅된 구조체의 경화성 단량체 함침을 통하여 미세기공 충진율을 개선하여 미세기공으로 인한 기계적 강도 하락 및 변형을 억제하고, 보관성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, the method for manufacturing a thermoplastic pattern structure of the present invention improves the micropore filling rate through the impregnation of the curable monomer of the 3D printed structure, thereby suppressing the decrease in mechanical strength and deformation due to the micropores, and there is an effect that can improve the storability.
또한, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 추가로 왁스 함침을 수행하여, 구조체의 함침율을 더욱 향상시키고 동시에 강도 및 수분 침투 억제를 개선할 수 있는 효과가 있다. In addition, by further performing wax impregnation after impregnation and curing of the curable monomer, there is an effect of further improving the impregnation rate of the structure and at the same time improving strength and moisture penetration inhibition.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.However, the Examples and Experimental Examples described below are merely illustrative of the present invention in detail in one aspect, and the present invention is not limited thereto.
<실시예 1> <Example 1>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅으로 성형하였다.N-Vinylformamide binder was sprayed onto a 50 μm-sized PMMA (poly(methyl methacrylate)) bead bed by binder jetting, and a thermoplastic pattern structure was molded by 3D printing.
상기 성형된 열가소성 패턴 구조체를 상온에서 경화성 단량체인 IBA (Isobornyl methacrylate) 가 담긴 배트에 함침시켜, 구조체 내부 미세기공이 충진되도록 하였다. 이후, 5분간 UV 조사하여, 단량체를 경화하여, 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.The molded thermoplastic pattern structure was impregnated in a bat containing Isobornyl methacrylate (IBA), which is a curable monomer at room temperature, so that the micropores inside the structure were filled. Then, by UV irradiation for 5 minutes to cure the monomer, a thermoplastic pattern structure was prepared.
<실시예 2><Example 2>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신에 HDDA (1,6-hexandiol diacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.In Example 1, a thermoplastic pattern structure was manufactured through the same process as in Example 1, except that HDDA (1,6-hexandiol diacrylate) was used instead of IBA as the curable monomer.
<실시예 3><Example 3>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신 TMPTA (Trimethylolpropane triacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.In Example 1, a thermoplastic pattern structure was manufactured through the same process as in Example 1, except that Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) was used instead of IBA as the curable monomer.
<실시예 4><Example 4>
상기 실시예 1에서, 상기 경화성 단량체 함침 및 경화 후 다음과 같이 왁스 함침을 추가로 수행한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.In Example 1, after impregnating and curing the curable monomer, a thermoplastic pattern structure was prepared in the same manner, except that wax impregnation was additionally performed as follows.
경화성 단량체 함침 후 경화한 구조체를 추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 딥 코팅(Dip coating) 방식으로 파라핀 왁스(paraffin wax)로 함침시켰다. 70oC 의 온도에서 2초 간 함침 후 300mm/min의 속도로 인출시킨 후 1분간 냉각하였다. 남은 매크로 기공이 충진되도록 하여, 최종적인 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.After impregnating the curable monomer, the cured structure was additionally impregnated with paraffin wax in a dip coating method as shown in FIG. 2 . After impregnation for 2 seconds at a temperature of 70 o C, it was withdrawn at a speed of 300 mm/min and cooled for 1 minute. By allowing the remaining macro pores to be filled, a final thermoplastic pattern structure was prepared.
<실시예 5><Example 5>
상기 실시예 4에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신에 HDDA (1,6-hexandiol diacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.In Example 4, a thermoplastic pattern structure was prepared in the same manner as in Example 4, except that 1,6-hexandiol diacrylate (HDDA) was used instead of IBA as the curable monomer.
<실시예 6><Example 6>
상기 실시예 4에서, 상기 경화성 단량체로 IBA 대신 TMPTA (Trimethylolpropane triacrylate)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 4와 동일한 과정을 통해 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.In Example 4, a thermoplastic pattern structure was prepared in the same manner as in Example 4, except that Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA) was used instead of IBA as the curable monomer.
<비교예 1><Comparative Example 1>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅하여 제조하였다.N-Vinylformamide binder was sprayed on a 50 μm-sized PMMA (poly(methyl methacrylate)) bead bed by binder jetting method, and a thermoplastic pattern structure was manufactured by 3D printing.
<비교예 2><Comparative Example 2>
50 ㎛ 크기의 PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 비드 베드에 N-Vinylformamide 바인더를 바인더 제팅 방식으로 분사하여, 열가소성 패턴 구조체를 3D 프린팅으로 성형하였다.N-Vinylformamide binder was sprayed onto a 50 μm-sized PMMA (poly(methyl methacrylate)) bead bed by binder jetting, and a thermoplastic pattern structure was molded by 3D printing.
상기 성형된 열가소성 패턴 구조체를 딥 코팅(Dip coating) 방식으로 70oC의 온도에서 2초 간 파라핀(paraffin) 왁스로 함침시켜, 남은 매크로 기공이 충진되도록 하여, 최종적인 열가소성 패턴 구조체를 제조하였다.The molded thermoplastic pattern structure was impregnated with paraffin wax for 2 seconds at a temperature of 70 ° C in a dip coating method to fill the remaining macro pores, thereby preparing a final thermoplastic pattern structure.
<실험예 1> 함침율<Experimental Example 1> Impregnation rate
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 2의 패턴 구조체의 함침율을 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to evaluate the impregnation rate of the pattern structures of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2, the following experiment was performed. The results are shown in FIG. 3 .
왁스 함침 전후 무게 변화 및 부피변화를 측정 후, 아래와 같이 내부 함침된 왁스량을 계산하였다. After measuring the change in weight and volume before and after wax impregnation, the amount of wax impregnated inside was calculated as follows.
내부 함침된 왁스량= 전체 함침된 왁스량 - 외부 코팅 된 왁스량Wax amount impregnated inside = Total amount of impregnated wax - Amount of wax coated outside
PMMA 구조체의 상대밀도 계산에 따른 기공율을 구하고, 하기와 같이 왁스 함침율을 계산하였다. The porosity was obtained according to the calculation of the relative density of the PMMA structure, and the wax impregnation rate was calculated as follows.
함침율(%)=(1- (기공 부피- 내부 함침된 왁스량/왁스밀도)/기공부피)*100(%)Impregnation rate (%) = (1- (pore volume- internal impregnated wax amount / wax density) / pore volume) * 100 (%)
상기 도 3에 나타난 바와 같이, 왁스 함침만 수행한 비교예 2는 71%의 함침율을 나타낸 반면, 경화성 단량체 함침 후 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6의 경우 80% 이상의 우수한 함침율을 나타내었다. 특히, IBA 함침한 실시예 4는 85%를 넘는 높은 함침율을 보였다. As shown in FIG. 3, Comparative Example 2, in which only wax impregnation was performed, showed an impregnation rate of 71%, whereas Examples 4 to 6, in which wax impregnation was performed after impregnation with a curable monomer, showed an excellent impregnation rate of 80% or more. it was In particular, Example 4 impregnated with IBA showed a high impregnation rate exceeding 85%.
<실험예 2> 강도<Experimental Example 2> Strength
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체의 강도를 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다.In order to evaluate the strength of the pattern structures of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 1 to 2, the following experiment was performed.
ASTM F394 장치를 이용하여 이축 굴곡강도(biaxial flexural strength)를 측정하였다. 25mm×2mm 규격의 펠렛 시편을 3D프린팅으로 제작하였다. 이축 굴곡 강도 측정에는 piston-on-3-ball 지그 및 만능시험기를 이용하여 loading rate 0.50 mm/min로 강도를 측정하였다. 해당 시편의 포아송 비는 0.4를 적용하였다. 해당 시편의 굴곡강도는 아래의 식을 기반으로 얻어졌다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.Biaxial flexural strength was measured using ASTM F394 apparatus. A pellet specimen having a size of 25 mm × 2 mm was produced by 3D printing. For biaxial flexural strength measurement, the strength was measured at a loading rate of 0.50 mm/min using a piston-on-3-ball jig and a universal tester. A Poisson's ratio of 0.4 was applied to the specimen. The flexural strength of the specimen was obtained based on the following equation. The results are shown in FIG. 4 .
σBFS: 굴곡강도 P: 최대강도, h: 시편 두께, v: 포아송 비, r1: 피스톤 반지름, r2: 지지원의 반지름, r3: 시편 반지름σ BFS : flexural strength P: maximum strength, h: specimen thickness, v: Poisson’s ratio, r1: piston radius, r2: radius of support, r3: specimen radius
상기 도 4에 나타난 바와 같이, 왁스 함침만 수행한 비교예 2의 경우, 10.1 MPa(비교예 1)에서 12.1 MPa로 강도가 약 1.2배 상승하였다. 반면, 경화성 단량체 함침 및 경화 후 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6의 경우, 약 20 MPa 이상으로 약 2배 이상 향상되었다. 특히, IBA 단량체를 적용한 실시예 4의 구조체는 22.9 MPa로 가장 높은 강도를 나타내었다.As shown in FIG. 4 , in the case of Comparative Example 2 in which only wax impregnation was performed, the strength increased by about 1.2 times from 10.1 MPa (Comparative Example 1) to 12.1 MPa. On the other hand, in the case of Examples 4 to 6, which were impregnated with a curable monomer and impregnated with wax after curing, the improvement was about 2 times or more to about 20 MPa or more. In particular, the structure of Example 4 to which the IBA monomer was applied exhibited the highest strength at 22.9 MPa.
따라서, 본 발명에 따라 경화성 단량체 및 왁스 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 함침율이 우수할 뿐 아니라 높은 강도 특성이 있음을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the thermoplastic pattern structure prepared by impregnating the curable monomer and wax according to the present invention has excellent impregnation rate and high strength characteristics.
<실험예 3> 수분흡수율<Experimental Example 3> Water absorption rate
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체의 수분흡수율을 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다. In order to evaluate the water absorption rate of the pattern structures of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2, the following experiment was performed.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2의 패턴 구조체를 건조하여 시편으로 준비하였다. The pattern structures of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were dried and prepared as specimens.
건조한 각 시편을 물속에 1시간 방치한 후 표면 수분을 제거한 뒤 무게를 측정하였다. 수분흡수율은 다음과 같이 계산하였다.After each dried specimen was left in water for 1 hour, surface moisture was removed and the weight was measured. The water absorption rate was calculated as follows.
수분흡수율(%) = (수분 흡수 후 무게 - 건조 무게) / 건조 무게 X 100Moisture absorption rate (%) = (weight after water absorption - dry weight) /
그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다. The results are shown in FIGS. 5 and 6 .
상기 도 5을 살펴보면, 비교예 1의 PMMA 패턴은 많은 내부 기공으로 인해 수분흡수율이 53.2%로 매우 높은 것으로 확인되었다. 이후 경화성 단량체 함침만 수행한 실시예 1 내지 3의 구조체는 약 2%의 수분흡수율을 갖는 것으로 나타났다. 구체적으로, IBA는 1.8%, HDDA는 2.2%, TMPTA는 1.6%의 수분흡수율을 나타내었다. Referring to FIG. 5, it was confirmed that the PMMA pattern of Comparative Example 1 had a very high water absorption rate of 53.2% due to many internal pores. Thereafter, the structures of Examples 1 to 3, in which only the curable monomer impregnation was performed, was found to have a water absorption rate of about 2%. Specifically, IBA showed moisture absorption of 1.8%, HDDA of 2.2%, and TMPTA of 1.6%.
상기 도 6에 도시된 바와 같이, 추가로 왁스 함침을 수행한 비교예 2 및 실시예 4 내지 6의 구조체는 1% 미만의 수분흡수율을 나타내었다. 경화성 단량체 함침 후 추가 왁스 함침을 수행한 실시예 4 내지 6은 약 0.2%의 낮은 수분흡수율을 갖는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 6, the structures of Comparative Examples 2 and 4 to 6, which were additionally impregnated with wax, exhibited a water absorption rate of less than 1%. It was confirmed that Examples 4 to 6, in which additional wax impregnation was performed after impregnation with the curable monomer, had a low water absorption rate of about 0.2%.
따라서, 본 발명에 따라 경화성 단량체 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 수분흡수율이 우수하게 개선되고, 추가로 왁스 함침을 수행하여 제조되는 열가소성 패턴 구조체는 수분흡수율이 더욱 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the thermoplastic pattern structure prepared by impregnating the curable monomer according to the present invention has excellent moisture absorption, and the thermoplastic pattern structure prepared by additionally performing wax impregnation has more remarkably improved water absorption. there is.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예, 실험예를 통해 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail through preferred examples and experimental examples, the scope of the present invention is not limited to specific examples and should be interpreted by the appended claims. In addition, those skilled in the art will understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (19)
A thermoplastic pattern structure manufactured by 3D printing a thermoplastic resin bead, wherein the structure is impregnated with a curable polymer.
상기 구조체는 추가로 왁스가 더 함침된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The structure is characterized in that further impregnated with wax, a thermoplastic pattern structure.
상기 경화성 중합체는 경화성 단량체의 함침 후 경화된 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The curable polymer is characterized in that the cured after impregnation of the curable monomer, a thermoplastic pattern structure.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
4. The method of claim 3,
The curable monomer is a thermoplastic pattern structure, characterized in that at least one selected from the group consisting of acrylate-based monomers, epoxy-based monomers, and alkene-based monomers.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The thermoplastic resin is characterized in that at least one selected from the group consisting of poly (methyl methacrylate, PMMA), polypropylene (PP), and high-density polyethylene (HDPE), Thermoplastic pattern structure.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
3. The method of claim 2,
The wax is at least one selected from the group consisting of paraffin wax, microcrystalline wax, montan wax, ethylene vinyl acetate (EVA wax), and polyethylene wax. Characterized in, the thermoplastic pattern structure.
상기 구조체는 3% 미만의 수분흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
The method of claim 1,
The structure is characterized in that it has a water absorption rate of less than 3%, a thermoplastic pattern structure.
상기 구조체는 10 MPa 내지 30 MPa의 굴곡강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The structure is characterized in that it has a flexural strength of 10 MPa to 30 MPa, a thermoplastic pattern structure.
상기 구조체는 75% 이상의 함침율을 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The structure is characterized in that it has an impregnation rate of 75% or more, a thermoplastic pattern structure.
상기 구조체는 정밀주조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체.
According to claim 1,
The structure is characterized in that used for precision casting, a thermoplastic pattern structure.
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
3D printing a thermoplastic resin bead to mold a patterned structure; and
Impregnating the molded structure in a curable monomer; characterized in that it comprises a method for producing a thermoplastic pattern structure.
상기 방법은 상기 경화성 단량체 함침된 구조체를 추가로 왁스에 함침하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The method further comprises the step of impregnating the curable monomer-impregnated structure with wax;
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계는,
상기 성형된 구조체를 경화성 단량체에 함침하는 단계; 및
상기 경화성 단량체로 함침된 구조체를 열을 가하거나 UV를 조사하여 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of impregnating the molded structure in a curable monomer,
impregnating the molded structure with a curable monomer; and
The method of manufacturing a thermoplastic pattern structure comprising a; curing the structure impregnated with the curable monomer by applying heat or irradiating UV light.
상기 경화성 단량체는 아크릴레이트계 단량체, 에폭시계 단량체, 알켄계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The curable monomer is a method of manufacturing a thermoplastic pattern structure, characterized in that at least one selected from the group consisting of an acrylate-based monomer, an epoxy-based monomer, and an alkene-based monomer.
상기 열가소성 수지는 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate, PMMA), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 고밀도 폴리에틸렌(High-density Polyethylene, HDPE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The thermoplastic resin is characterized in that at least one selected from the group consisting of poly (methyl methacrylate, PMMA), polypropylene (PP), and high-density polyethylene (HDPE), Method for manufacturing a thermoplastic pattern structure.
상기 왁스는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 몬탄 왁스(Montan wax), 에틸렌비닐아세테이트(EVA wax), 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The wax is at least one selected from the group consisting of paraffin wax, microcrystalline wax, montan wax, ethylene vinyl acetate (EVA wax), and polyethylene wax. Characterized in that, a method of manufacturing a thermoplastic pattern structure.
상기 경화 단계는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도로 열을 가하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The curing step is a method of manufacturing a thermoplastic pattern structure, characterized in that it is performed by applying heat at a temperature of 30 ℃ to 70 ℃.
상기 왁스 함침 단계는 60 ℃ 내지 80 ℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
13. The method of claim 12,
The method of manufacturing a thermoplastic pattern structure, characterized in that the wax impregnation step is performed at a temperature of 60 ℃ to 80 ℃.
상기 구조체는 정밀주조에 사용되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 패턴 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The structure is characterized in that used for precision casting, a method of manufacturing a thermoplastic pattern structure.
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2020
- 2020-11-13 KR KR1020200152175A patent/KR102524621B1/en active IP Right Grant
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