KR100511527B1 - Device and method for injecting biometerials using a drop on demand inkjet system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재를 준비하는 기재준비단계(S100)와, 생체 적합물질 입자를 충돌 분쇄 방법에 의해서 약 1 ㎛ 정도의 크기로 분쇄하는 단계(S201)와, 증류수에 일정비의 생체 적합물질 입자를 분산시키는 분산 단계(S202)와 분산액 내 이물질 및 과대입자를 제거하는 필터링 단계(S203)로 구성된 분산액 준비단계(S200)와, 상기 분산액을 상기 기재상에 잉크젯-분사하는 잉크젯분사단계(S300)와, 상기 분산액이 잉크젯-분사된 기재를 약 600℃ 정도의 온도에서 열 경화하는 열 경화단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯분사장치를 이용한 생체 적합물질 분사방법에 관한 것으로, 생체 적합물질을 기재에 증착하는 종전의 플라즈마 증착 방법과 달리 진공을 만드는 등의 고가의 공정을 생략할 수 있으며, 분사장치 구축이 간단하여 초기 투자비용이 적을 뿐만 아니라 비접촉식 방법으로 주변 환경(온도, 습도, 압력, 표면장력)에 의한 영향이 적고 저 가격의 공정 실현이 가능하며 저장용기의 교환으로 신속한 재료 변경을 할 수 있고, 기재에 도포된 생체 적합물질의 접착력, 생체 친화적 특성이 좋으므로 Bio 분야, 예컨대 정형외과용 뼈 이식물, 조직 등의 제조, 치과용 임플란트 제조 등에 다양하게 사용할 수 있다.The present invention provides a substrate preparation step (S100) for preparing a substrate, and the step of grinding the biomaterial particles to a size of about 1 μm by a collision grinding method (S201), and a predetermined ratio of biomaterial particles in distilled water Dispersion preparation step (S200) comprising a dispersion step of dispersing (S202) and a filtering step (S203) of removing foreign matter and excess particles in the dispersion, and an inkjet spraying step (S300) of inkjet-spraying the dispersion onto the substrate; And a thermal curing step (S400) of thermally curing the inkjet-sprayed substrate on the dispersion at a temperature of about 600 ° C., and a method of spraying a biocompatible material using an inkjet spraying device. Unlike the conventional plasma deposition method of depositing a substrate on a substrate, an expensive process such as making a vacuum can be omitted, and the initial investment cost is low due to the simple construction of the injection device. In addition, the non-contact method is less influenced by the surrounding environment (temperature, humidity, pressure, surface tension), and it is possible to realize a low-cost process, and it is possible to change materials quickly by exchanging storage containers, Since the adhesion and bio-friendly properties are good, it can be used in various fields such as the bio field, for example, orthopedic bone grafts, tissues, dental implants and the like.

Description

잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체적합물질 분사장치 및 분사방법{DEVICE AND METHOD FOR INJECTING BIOMETERIALS USING A DROP ON DEMAND INKJET SYSTEM} DEVICE AND METHOD FOR INJECTING BIOMETERIALS USING A DROP ON DEMAND INKJET SYSTEM}

본 발명은 생체 적합물질의 분사시스템 및 분사방법에 관한 것으로, 특히 잉크젯 분사시스템을 이용하여 생체 적합물질 특히 수산화아파타이트(Hydroxy Apatite)물질을 사용자의 분사요구에 따라 Drop On Demand 방식으로 바람직하게 티타늄 등에 피복하기 위한 잉크젯 분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사장치 및 분사방법에 관한 것이다. The present invention relates to a spraying system and a spraying method of a biocompatible material, in particular a biocompatible material, particularly a hydroxide apatite (Hydroxy Apatite) material using the ink jet spraying system in accordance with the user's spraying demand Drop On Demand method preferably titanium, etc. The present invention relates to a biomaterial injector and an injection method using an inkjet ejection system for coating.

스테인리스 강(stainless steel), 코발트-크롬 합금(Co-Cr alloy), 티타늄 합금(Ti-based alloy) 등의 금속은 우수한 기계적 성질과 가공성(machinability)을 가지고 있기 때문에, 인체의 뼈나 치아 등과 같은 무기 조직(inorganic tissue)을 대체하는 생체 이식용 재료로서 사용되고 있다. 그런데, 상기 금속들을 생체 이식용 재료로서 사용하는데 있어서 가장 큰 문제점은 생체 적합성이 낮다는 점이다.Metals such as stainless steel, cobalt-chromium alloys, and titanium-based alloys have excellent mechanical properties and machinability. It is used as a living material for replacing living tissue. By the way, the biggest problem in using these metals as a living implant material is that the biocompatibility is low.

이러한 단점을 보완하기 위하여 상기 금속 재료의 표면에 생체 활성이 높은 세라믹 재료의 일종인 생체 적합성 물질 즉, 수산화아파타이트(hydroxy apatite)를 피복(coating)하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. In order to compensate for these disadvantages, a method of coating a biocompatible material, ie, hydroxyapatite, which is a kind of highly active ceramic material on the surface of the metal material, is generally used.

수산화아파타이트를 금속으로 이루어진 기재에 피복하기 위하여 종래에는 스프레이 분사, 스퍼터링(sputtering), 전자 빔 증착(electron beam deposition), 레이저 증착(laser deposition), 플라즈마 분사(plasma spraying), 그리고 졸겔(sol-gel)방법으로 금속 기재의 표면에 수산화아파타이트 박막을 증착하는 방법이 사용되고 있었다. 상기한 여러 증착 방법 중에서 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법이 플라즈마 분사방법이다.In order to coat apatite hydroxide on a metal substrate, conventionally spray spraying, sputtering, electron beam deposition, laser deposition, plasma spraying, and sol-gel A method of depositing an apatite hydroxide thin film on the surface of a metal substrate has been used. Among the various deposition methods described above, the most widely used method is the plasma spraying method.

이 플라즈마 분사방법은 비교적 고 융점을 가지는 세라믹 재료의 코팅에 주로 사용되는 방법으로, 플라즈마 불꽃(flame)으로 수산화아파타이트 분말을 녹여서 증착 대상물에 분사하는 방법이다. This plasma spray method is a method mainly used for coating ceramic materials having a relatively high melting point, and is a method of dissolving apatite hydroxide powder with a plasma flame and spraying it onto a deposition target.

그러나, 특허 공개 번호 1997년 제 706610 호에 기재된 바와 같이, 종래의 플라즈마 분사방법으로 제조한 수산화아파타이트와 금속으로 이루어진 생체 이식용 복합체는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. However, as described in Korean Patent Publication No. 1997-706610, a living body implant composite made of apatite hydroxide and metal prepared by a conventional plasma spraying method has the following problems.

첫째, 종래의 방법으로 제조한 생체 이식용 복합체에서는 금속 기재와 수산화아파타이트 박막 사이의 접착력이 충분히 크지 않기 때문에, 정형외과나 치과 분야에서 사용되기에는 미흡하다는 문제점이 있다. First, in the living implant composite prepared by the conventional method, since the adhesive force between the metal substrate and the apatite hydroxide thin film is not large enough, there is a problem that it is insufficient to be used in the orthopedic or dental field.

둘째, 종래의 플라즈마 분사 방법에서는 수산화아파타이트 분말이 코팅 공정 동안 고온에 노출됨에 따라 조직(structure)과 화학적 조성이 불균일해지는 단점이 있다. Second, in the conventional plasma spraying method, as the apatite hydroxide powder is exposed to high temperature during the coating process, there is a disadvantage in that the structure and chemical composition are uneven.

셋째, 종래에 사용되는 플라즈마 분사 방법을 포함한 여러 방법에 의하여 금속 기판 표면에 증착된 수산화아파타이트 박막은 일반적으로 비정질(amorphous)로 높은 체내 용해도를 가지는 문제점이 있다. Third, the apatite hydroxide thin film deposited on the surface of a metal substrate by various methods including a conventionally used plasma spraying method is generally amorphous, and has a problem of high solubility in the body.

수산화아파타이트 박막이 인체 내에서 높은 용해도를 가지는 문제를 해결하기 위하여 종래에는 약 600℃의 온도에서 복합체를 열처리(heat treatment) 하여 수산화아파타이트 박막의 비정질 구조를 결정질 구조로 변환시키는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 금속 기판과 수산화아파타이트 박막의 열팽창 계수가 서로 다르기 때문에, 열경화를 하는 과정 중에 수산화아파타이트 박막에 균열(crack)이 발생되어 수산화아파타이트 박막과 금속 기판 사이의 접착력이 나빠지는 문제가 발생하였다. In order to solve the problem of the high solubility of the apatite hydroxide thin film in the human body, a method of converting the amorphous structure of the apatite hydroxide thin film into a crystalline structure by heat treating the composite at a temperature of about 600 ° C. has been conventionally used. However, since the thermal expansion coefficients of the metal substrate and the apatite hydroxide thin film are different from each other, cracks are generated in the apatite hydroxide thin film during the thermal curing process, thereby causing a problem of deterioration in adhesion between the apatite hydroxide thin film and the metal substrate.

또한, 이를 극복하고자 일본 특허 공개 번호 제 2001 년 제 259017 호에서는 얇고 밀착성이 좋은 세라믹 막의 증착을 위한 박막 코팅 기술의 적용이 검토 중인데, RF 스퍼터링과 같은 물리적 증착 방법(PVD)에서는 10㎛ 미만의 고품질 세라믹 필름의 코팅을 위해서 별도의 고가의 진공 시스템이 필요하고, 그 공정이 복잡하며, 신속한 아이디어 검증이 곤란하다는 문제점이 있었다.In addition, Japanese Patent Publication No. 2001 No. 259017 discusses the application of a thin film coating technique for the deposition of thin and adherent ceramic films. In the physical deposition method (PVD) such as RF sputtering, high quality of less than 10 μm is being studied. In order to coat the ceramic film, a separate expensive vacuum system is required, the process is complicated, and there is a problem in that rapid idea verification is difficult.

졸-겔(Sol-Gel) 코팅법은 공정이 간단하다는 장점이 있으나 코팅 두께가 너무 얇은 것이 단점이며, 한편, 종래의 스프레이 코팅법에 있어서는 특허공개 2002년 제 0083377 호에 기재된 바와 같이 일반적인 세라믹 코팅법에 사용되는 플라즈마 스프레이, 화학기상증착 및 스퍼터링에 비해 공정이 매우 간단하고 별도의 코팅 장비가 필요하지 않으며 복잡한 형상도 코팅이 가능한 장점이 있지만, 분사 물질이 뭉치는 등 코팅 막이 균일하지 않은 문제점이 있다.The Sol-Gel coating method has the advantage of simple process, but the disadvantage is that the coating thickness is too thin. Meanwhile, in the conventional spray coating method, a general ceramic coating is disclosed as disclosed in Korean Patent Publication No. 0083377, 2002. Compared to the plasma spray, chemical vapor deposition and sputtering used in the process, the process is very simple, no additional coating equipment is required, and complex shapes can be coated.However, the coating film is not uniform, such as agglomeration of spray materials. have.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 적절한 하드웨어와 소프트웨어를 갖춘 잉크젯-분사시스템을 구축하여, 빛 방출 수지, 접착제, 솔더, 열경화 수지, 고분자, 수산화아파타이트(Hydroxy Apatite), 콜라겐 등의 다양한 재료를 압전소자에 인가되는 전압 파형을 조절하여 사용자가 원하는 형상으로 분사할 수 있는 잉크젯-분사시스템을 이용한, 수산화아파타이트나 콜라겐 같은 생체 적합물질의 분사 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to construct an inkjet injection system equipped with suitable hardware and software, and a light emitting resin, an adhesive, a solder, a thermosetting resin, a polymer, and apatite hydroxide. (Hydroxy Apatite), collagen and other materials to control the voltage waveform applied to the piezoelectric element by using an inkjet-jet system that can be sprayed in the desired shape, the system and method for spraying biocompatible materials such as apatite hydroxide or collagen To provide.

본 발명은 플라즈마 스프레이, 화학 기상 증착 및 스퍼터링에 비하여 상기 생체적합물질의 코팅 공정이 간단하고, 분사시스템 구축을 위한 초기 투자비용이 적게 들며, 코팅한 막의 조직 및 조성이 균일해지며 상기 생체적합물질의 코팅이 사용자가 원하는 대로 이루어졌는지에 대한 신속한 검증이 가능한 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Compared to plasma spray, chemical vapor deposition and sputtering, the coating process of the biocompatible material is simpler, the initial investment cost for constructing the injection system is low, the structure and composition of the coated film is uniform, and the biocompatible material is The purpose of the present invention is to provide a method for spraying a biocompatible material using an inkjet injection system capable of quickly verifying that the coating is performed as desired by the user.

본 발명은 졸-겔(Sol-Gel) 코팅법의 단점을 극복하여 사용자가 요구하는 두께의 생체 적합물질 코팅 막을 형성하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of spraying a biomaterial using an inkjet-spray system that forms a biomaterial coating film having a thickness required by a user by overcoming a disadvantage of a Sol-Gel coating method. .

본 발명은 종래의 스프레이 방법의 단점을 극복하여 코팅막이 서로 뭉치지 않고 두께가 균일하게 도포되는 생체적합물질 분사방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to overcome the disadvantages of the conventional spray method is to provide a biocompatible material spraying method in which the coating film is uniformly applied without agglomeration with each other.

본 발명은 특히 상기 여러 가지 방법으로는 구현하기 힘들었던 특정한 문양의 패턴 코팅, 예컨대 치과용 임플란트에서 치근 윗부분 치골 모양 그대로 생체적합물질을 도포할 수 있으며, 또한 치근 위 부분과 아래 부분을 서로 다른 생체적합물질로 코팅할 수 있는 생체적합물질 분사방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention can apply a biocompatible material as it is in the shape of the upper root of the root of a particular pattern coating, for example, dental implants, which was particularly difficult to implement by the various methods, It is also an object of the present invention to provide a biocompatible material injection method that can coat the upper and lower parts of the root with different biocompatible materials.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 잉크젯분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사시스템은 수성계 유체 즉, 다양한 미세 입자가 분산되어 있는 용액을 방울방울 분사하도록 개발되었다. 본 발명에 따른 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사장치는 분쇄된 생체 적합물질의 증류수에 대한 분산액을 잉크젯-분사하며, 분사노즐(21)과 오리피스(22)로 구성된 액분사부(20);와 액분사부의 외주면에 배치되어 압전소자신호발생기(32)에서 발생된 전압파형에 따라 팽창과 수축되어 상기 액분사부에 압전구동력을 가하는 압전소자(31)로 구성된 압전소자구동부(30);와 상기 분사노즐(21)과 오리피스(21)를 통해서 분사되는 분산액 방울의 형상을 관측하도록 관측신호발생기(41)와 관측신호수신기(42)로 구성되는 관측부(40);와 생체 적합물질 분산액을 저장하는 저장용기(51)내의 분산액 초기압력을 제어하는 압력제어부(50);와 상기 분사장치에 의해 인쇄되는 기재의 위치를 설정하는 스테이지 구동부(60);와 잉크젯-분사한 생체적합물질의 형상을 유지하고 열경화시키는 열경화부;가 포함되며,In order to achieve the object as described above, the biocompatible material injection system using the inkjet injection system according to the present invention was developed to spray the droplets of an aqueous fluid, that is, a solution in which various fine particles are dispersed. The biomaterial injection apparatus using the inkjet injection system according to the present invention comprises inkjet injection of a dispersion of distilled water of a pulverized biomaterial, and a liquid injection unit 20 including an injection nozzle 21 and an orifice 22; And a piezoelectric element driving unit 30 disposed on an outer circumferential surface of the liquid injection unit and configured to be expanded and contracted according to the voltage waveform generated by the piezoelectric element signal generator 32 to apply a piezoelectric driving force to the liquid injection unit. An observation unit 40 comprising an observation signal generator 41 and an observation signal receiver 42 to observe the shape of the dispersion droplets injected through the injection nozzle 21 and the orifice 21; and storing the biomaterial dispersion To control the initial pressure of the dispersion in the storage container 51 A pressure controller 50 and a stage driver 60 for setting the position of the substrate to be printed by the injector. It includes; thermosetting unit,

상기 액분사부(20)는 생체 적합물질의 크기, 형상 및 분사 간격을 갖도록 디맨드온 방식으로 분산액 방울이 분사되는 것을 특징으로 한다.The liquid spraying unit 20 is characterized in that the dispersion droplet is sprayed in a demand-on manner to have the size, shape and spraying interval of the biocompatible material.

본 발명에 따른 잉크젯분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사장치는 열 경화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The biomaterial injection apparatus using the inkjet injection system according to the present invention is characterized in that it further comprises a thermosetting device.

본 발명에 따른 잉크젯분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법은 기재를 준비하는 기재준비단계(S100)와, 생체 적합물질 입자를 충돌 분쇄 방법에 의해서 약 1 ㎛ 정도의 크기로 분쇄하는 단계(S201)와, 증류수에 일정비의 생체 적합물질 입자를 분산시키는 분산 단계(S202)와 분산액 내 이물질 및 과대입자를 제거하는 필터링 단계(S203)로 구성된 분산액 준비단계(S200)와, 상기 분산액을 상기 기재상에 잉크젯-분사하는 잉크젯분사단계(S300)와, 상기 분산액이 잉크젯-분사된 기재를 600℃ 정도의 온도에서 열 경화하는 열경화 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method of spraying a biocompatible material using the inkjet injection system according to the present invention, the substrate preparation step (S100) of preparing a substrate and the step of grinding the biocompatible material particles to a size of about 1 μm by a collision grinding method (S201). And a dispersion preparation step (S200) comprising a dispersion step (S202) of dispersing a predetermined ratio of biocompatible material particles in distilled water and a filtering step (S203) of removing foreign substances and excess particles from the dispersion, and the dispersion on the substrate. Inkjet spraying to the inkjet spraying step (S300) and the dispersion is characterized in that it comprises a thermosetting step (S400) for thermal curing the inkjet-jetted substrate at a temperature of about 600 ℃.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 생체 적합물질 분사 장치 및 분사 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a biocompatible material spraying apparatus and a spraying method according to a first preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 생체 적합물질 분사장치의 제 1 실시예는 평면 기재에 분산액을 분사시키기 위한 분산액 저장용기(51)와, 노즐(21) 및 분산액 방울의 외경이 1 ㎛가 되도록 하는 오리피스(22)로 구성된 액분사부(20)를 포함한다. 상기 노즐(21)은 분산액 저장용기(51)와 유체 연통되어 있고 상기 노즐(21) 외주면에는 압전소자(31)가 배치되어 있다. 상기 압전소자(31)는 압전소자제어신호발생기(32)가 일정 조건으로 설정될 때 인가 전압에 따라 노즐(21)로부터 원하는 형상으로 분산액을 분사하도록 한다.As shown in FIG. 1, the first embodiment of the biomaterial injector according to the present invention has a dispersion reservoir 51 for spraying a dispersion onto a flat substrate, an outer diameter of the nozzle 21, and a droplet of the dispersion is 1. And a liquid spray section 20 composed of an orifice 22 to be 占 퐉. The nozzle 21 is in fluid communication with the dispersion reservoir 51, and a piezoelectric element 31 is disposed on an outer circumferential surface of the nozzle 21. The piezoelectric element 31 allows the dispersion liquid to be sprayed from the nozzle 21 into a desired shape according to the applied voltage when the piezoelectric element control signal generator 32 is set to a predetermined condition.

도 1의 X-Y 스테이지(100) 하방의 파형은 압전소자제어신호발생기(32)에 의해 인가된 전압 파형에 따라 이에 응답하여 노즐로부터 분사되는 분산액 방울이 기재(61)상에 배치된 것을 나타내고 있다. The waveform below the X-Y stage 100 in FIG. 1 shows that the droplets of the dispersion jetted from the nozzles are disposed on the substrate 61 in response to the voltage waveform applied by the piezoelectric element control signal generator 32.

저장용기(51)로부터 연통된 노즐로부터 분산액이 흘러내리지 않게 하기위하여 상기 저장용기에 저장된 분산액의 초기 압력을 제어하는 압력제어부(50)에 관해서는 도 2를 참조하여 간단히 설명하겠다. 잉크젯-분사 시스템의 압력제어부(50)는 분산액 저장용기(51)에 인가되는 압력 또는 진공을 제어하여 분산액 표면의 표면장력, 저장용기(51)와 노즐(21)을 연통하는 모세관의 모세관현상 및 유압 사이의 불균형을 상충시켜 사용자의 요구에 따라 분사노즐(21) 하부의 오리피스(22)의 분산액이 중력에 의해 흘러내리지 않고 상측으로 초승달 모양을 유지하도록 하는 메니스커스(Meniscus) 역할을 한다.The pressure controller 50 for controlling the initial pressure of the dispersion liquid stored in the storage container so as not to flow down from the nozzle communicated from the storage container 51 will be briefly described with reference to FIG. 2. The pressure control unit 50 of the inkjet injection system controls the pressure or vacuum applied to the dispersion reservoir 51, the surface tension of the dispersion surface, the capillary phenomenon of the capillary tube communicating the reservoir 51 and the nozzle 21, and By balancing the imbalance between the hydraulic pressure to serve as a meniscus (Meniscus) so that the dispersion of the orifice 22 in the lower portion of the injection nozzle 21 according to the user's request does not flow down by gravity and maintain the crescent shape upward.

도 2에 도시된 바와 같이, 압력제어부(50)는 공기압을 체크하는 제 1 제어부(11)와, 진공압을 체크하는 제 2 제어부(12) 및 노즐의 분산액 양을 체크하는 레벨센서(13)가 있으며, 압력제어부(50)는 제어부와 센서(11, 12, 13)로부터 입력된 데이터 값을 근거로 밸브(14)와 에어펌프(15)를 제어하게 된다. 즉, 상기 제 1 제어부(11)를 통해 저장용기(51)에 일정한 양압(Pressure)이 제공되도록 하고, 제 2 제어부(12)를 통해 음압(Vacuum)을 체크하여 노즐 내부에 항상 일정한 음압이 유지될 수 있도록 에어펌프(15)를 제어하게 된다. 그리고, 레벨센서(13)의 출력 결과 노즐의 분산액이 일정량 이하로 떨어질 경우 압력제어부(50)는 밸브(14)와 에어펌프(15)를 작동시켜 분산액 저장용기(51)로부터 분산물질을 지속적으로 공급받게 한다. 최적의 조건으로 저장용기(51)의 압력을 20PSI로 설정하고, 노즐(21)의 음압을 25PSI로 설정함으로써 노즐(21)의 오리피스(22)로부터 사용자의 요구에 따라 분산액 방울이 임의로 흘러내리지 않고 분사되도록 한다. 따라서 오리피스(22)에 있어서 메니스커스가 상방으로 볼록하게 형성되도록 한다. 압력제어부(50)는 보다 고온에서 작동될 수도 있으나 실온에서 작동될 수도 있고 온도 제어부(17) 및 습도 제어부(18)가 온도와 습도를 상온, 상습으로 설정되도록 할 수도 있다. 분산액은 저장용기(51)에 담겨져 교체가능하다.As shown in FIG. 2, the pressure controller 50 includes a first control unit 11 for checking air pressure, a second control unit 12 for checking vacuum pressure, and a level sensor 13 for checking the amount of dispersion of the nozzle. The pressure controller 50 controls the valve 14 and the air pump 15 based on data values input from the controller and the sensors 11, 12, and 13. That is, a constant positive pressure is provided to the storage container 51 through the first control unit 11, and a constant sound pressure is always maintained inside the nozzle by checking a sound pressure through the second control unit 12. The air pump 15 is to be controlled. When the dispersion of the nozzle drops as a result of the output of the level sensor 13, the pressure controller 50 operates the valve 14 and the air pump 15 to continuously discharge the dispersion from the dispersion storage container 51. To be supplied. By setting the pressure of the storage container 51 to 20PSI and the sound pressure of the nozzle 21 to 25PSI under optimum conditions, the droplets of the liquid dispersion do not flow freely from the orifice 22 of the nozzle 21 at the user's request. Be sure to Therefore, in the orifice 22, the meniscus is formed to be convex upward. The pressure control unit 50 may be operated at a higher temperature, but may be operated at room temperature, or may allow the temperature control unit 17 and the humidity control unit 18 to set temperature and humidity to room temperature and humidity. Dispersion is contained in the storage container 51 is replaceable.

바람직한 제 1 실시예에 있어서, 평면 기재에 분산액을 분사하는 경우에 있어서, 압전소자구동부(30)의 압전소자(31)를 구동시키기 위한 압전소자 제어신호발생기(32))로부터 인가되는 최적의 전압 파형을 설명하겠다.In the first preferred embodiment, the optimum voltage applied from the piezoelectric element control signal generator 32 for driving the piezoelectric element 31 of the piezoelectric element driver 30 in the case of spraying the dispersion liquid onto the planar substrate. I will explain the waveform.

드롭 온 디멘드 방식 혹은 요구시 분사방식이란 잉크젯 분사시스템을 이용하여 사용자가 원하는 다양한 종류의 분산액을 분사할 수 있고, 원하는 패턴으로 분사할 수 있도록 분사 제어하는 방식을 의미하는 기술용어로서 연속분사방식에 대비되는 용어이다. 이러한 드롭 온 디멘드 방식은 압전소자에 의한 압전방식과 열에 의한 열방식으로 나뉘는데, 본 발명에서는 압전소자에 가해지는 전압의 제어에 따라 분사액이 정해지는 드롭 온 디멘드 방식을 적용한다. 도 3에 도시된 바와 같은 파형이 압전소자신호발생기(32)의 접지상태에 접속된 와이어에 공급되어야 한다. 구동신호의 극성은 사용되는 유체에 따라 단극 또는 양극일 수도 있다. 파라미터는, Trise1는 초기 상승 시간, Tdwell 는 최고 전압(V1)의 유지시간, Tfall 는 최고 전압으로부터 최저 전압으로의 전이시간, Techo는 최저 전압(V2)의 유지시간, Trise2는 최종 상승시간 이다. 전압 V0는 일반적으로 0[V]이고 V1 = -V2로 설정되고, 압전소자는 약 1 나노패럿의 커패시턴스와 동등한 커패시턴스를 가진다. 분사장치의 노즐길이와 분사 유체의 점성과 같은 물리적인 성질이 타이밍을 결정하는데, 구동 전압을 최소로 하기 위해서는 상승 및 최고 전압으로부터 최저 전압으로의 전이시간의 길이가 최소화 되어야하고 이를 위하여 상승 및 하강시간은 짧아야 한다. 또한, 본 발명에 따른 분사장치 에 있어서 분산액 방울의 체적을 크게 하고자 할 때, 상승 및 최고 전압 유지 시간을 증가시키거나, 또는 오리피스의 직경을 증가시키며 결과적으로 전압(V1, V2)을 증가시킨다. 또한 최고전압 및 최저전압의 증가는 분사량의 증가를 가져온다.The drop-on-demand or on-demand injection method is a technical term that means that the user can inject various kinds of dispersion liquids using the inkjet injection system, and control the injection so as to spray in a desired pattern. Contrast term. The drop-on demand method is divided into a piezoelectric method by a piezoelectric element and a thermal method by heat. In the present invention, a drop-on-demand method in which the injection liquid is determined according to the control of the voltage applied to the piezoelectric element is applied. The waveform as shown in FIG. 3 should be supplied to the wire connected to the ground state of the piezoelectric element signal generator 32. The polarity of the drive signal may be monopolar or bipolar depending on the fluid used. Parameters: T rise1 is the initial rise time, T dwell is the holding time of the highest voltage (V1), T fall is the transition time from the highest voltage to the lowest voltage, T echo is the holding time of the lowest voltage (V2), and T rise2 is Final rise time. The voltage V 0 is generally 0 [V] and is set to V 1 = −V 2 , and the piezoelectric element has a capacitance equivalent to that of about 1 nanofarad. Physical properties such as the nozzle length of the injector and the viscosity of the injection fluid determine the timing.To minimize the driving voltage, the length of the rise and transition times from the highest voltage to the lowest voltage must be minimized. The time should be short. In addition, in the injector according to the present invention, when the volume of the dispersion droplet is to be increased, the rise time and the maximum voltage holding time are increased, or the diameter of the orifice is increased, and consequently, the voltages V1 and V2 are increased. In addition, an increase in the highest voltage and the lowest voltage leads to an increase in the injection amount.

이러한 개념을 이용하여 잉크젯 분사장치를 사용자의 분사 요구에 따라 작동시키는 방법에 관해서 간략히 살펴보겠다.Using this concept, we will briefly discuss how to operate the inkjet ejector according to the user's ejection needs.

도 3의 도표를 살펴보면, 초기 상승 시간(Tr1)에서 도 1의 압력제어부(50)가 분사노즐(21) 내부에 부압을 형성하여 저장용기(51)에 분산액을 저장하고 있다. 최고 전압의 유지시간(Tdwell)동안 발생된 최고 전압이 압전소자제어신호발생기(32)로부터 압전소자(31)로 인가될 때, 분사노즐(21)의 부압이 최고가 되고 분사노즐이 수축되어 분산액이 노즐(21)을 향해 유입된다. 이때, 오리피스(22)에는 초승달 모양과 같이 위로 오목한 형상(메니스커스)이 형성된다. 최고 전압으로부터 최저 전압으로의 전이시간(Tfall)에서 전압의 부호가 바뀌면서 압전소자(31)의 내측부가 수축되어 분사노즐(21)로 분산액이 유입되어 분산액 체적이 확대되고 오리피스(22)에 분산액방울이 형성된다. 최저 전압(V2)의 유지시간(Techo)동안 압전소자(31)의 내측부 수축이 최대가 되고 분산액 방울이 분사된다. 이와 같이 분산액 방울의 크기를 조절할 수 있으며, 분산액 방울의 낙하가 천천히 이루어지고, 오리피스가 불균일하게 젖어 있고, 분사노즐의 클리닝이 깨끗하지 못하여 분사가 직선으로 일어나지 않는 경우에 있어서도 "도 1"의 관측부(40)을 통해 분사되는 방울의 형상을 관찰함으로써 방울의 형상 및 분사량을 재조정할 수 있다.Referring to the diagram of FIG. 3, the pressure control unit 50 of FIG. 1 forms a negative pressure inside the injection nozzle 21 at the initial rise time Tr 1 to store the dispersion in the storage container 51. When the highest voltage generated during the holding time T dwell of the highest voltage is applied from the piezoelectric element control signal generator 32 to the piezoelectric element 31, the negative pressure of the injection nozzle 21 becomes the highest and the injection nozzle is contracted to disperse the dispersion liquid. It flows toward this nozzle 21. At this time, the orifice 22 is formed in a concave up shape (meniscus) like a crescent. As the sign of the voltage is changed at the transition time T fall from the highest voltage to the lowest voltage, the inner part of the piezoelectric element 31 is contracted, and the dispersion liquid flows into the injection nozzle 21 to enlarge the dispersion volume, and the dispersion liquid to the orifice 22. Drops form. During the holding time (T echo ) of the lowest voltage (V2) The inside contraction of the piezoelectric element 31 is maximized, and the dispersion droplet is ejected. In this way, the size of the dispersion droplet can be adjusted, the drop of the dispersion droplet is made slowly, the orifice is unevenly wet, the cleaning of the spray nozzle is not clean and the spraying does not occur in a straight line. By observing the shape of the droplet sprayed through the portion 40, it is possible to readjust the shape and the spray amount of the droplet.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 잉크젯 분사식 생체 적합물질 분사방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of spraying an inkjet spraying biocompatible material according to a first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 의해 생체 적합물질을 제조하는 순차적인 공정이 도시되어 있다. 4 shows a sequential process for preparing a biocompatible material according to one embodiment of the invention.

먼저 기재준비단계(S100)로서 제 1 실시예에 있어서는 금속 평판 기재를 준비한다. 생체 적합물질을 제조하기 위한 기재로서 스테인리스강, 코발트-크롬 합금, 티타늄 합금 등의 여러 종류의 금속이 주로 사용되지만 고분자 물질 등의 다른 재료도 기판으로서 사용될 수 있다. 본 발명에서는 특히 Ti-4Al-4V 합금을 기재로 사용한다. First, as the substrate preparation step (S100), a metal flat substrate is prepared in the first embodiment. Various kinds of metals such as stainless steel, cobalt-chromium alloy, titanium alloy and the like are mainly used as the base material for producing the biomaterial, but other materials such as a polymer material may also be used as the substrate. In the present invention, Ti-4Al-4V alloy is used as the substrate.

다음으로 분산액 준비단계(S200)로서 상기 기재의 표면에 박막 형태로 분사되는 생체 적합물질은 여러 가지가 있지만, 본 실시예에서는 수산화 아파타이트(Hydroxy apatite)를 사용한다. 수산화아파타이트 입자는 잉크젯 분사 장치를 통해서, 특히 통상 직경이 10 미크론 내지 50 미크론 범위인 노즐 (ejecting nozzle)에서 분산액의 자유유동이 이루어지도록 수 ㎛ 정도로 충분히 작은 것이 필요하다. 입자 크기는 또한 분산액의 수명 전체에 걸쳐서 중요한 분산액의 분산 안정성에 영향을 미친다. 미세한 입자의 브라운 운동(Brown motion)은 입자가 침강하는 것을 방지하는 데 도움을 주며, 또한 최대의 접착 강도를 위해 작은 입자를 사용하는 것이 바람직하다. Next, as the dispersion preparation step (S200), there are a variety of biocompatible materials sprayed in the form of a thin film on the surface of the substrate, but in this embodiment, hydroxide apatite (Hydroxy apatite) is used. The apatite hydroxide particles need to be small enough, such as several micrometers, to allow free flow of the dispersion through an inkjet jetting device, especially in an ejecting nozzle, typically in the range of 10 microns to 50 microns in diameter. Particle size also affects the dispersion stability of the dispersion, which is important throughout the life of the dispersion. Brown motion of fine particles helps to prevent the particles from settling, and it is also desirable to use small particles for maximum adhesive strength.

따라서 수산화아파타이트 입자를 수 ㎛ 정도의 크기로 미세화하기 위해서, 분쇄단계(S201)에서는 입자를 기계적으로 충돌시켜 분쇄하는 충돌 분쇄 방법이 사용된다. 입자를 충돌 분쇄하기 위해서 매체밀 (media mill), 아트리터 (attritor), 햄머밀 (hammer mill), 균질기(homogenizer), 젯트밀 (jet mill) 등이 사용될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 분쇄된 수산화아파타이트 입자와 증류수를 적당한 비율로 섞은 분산액을 볼밀(ball mill)이나 디지밀(digi mill)방법으로 후속 가공하여 수산화아파타이트 입자의 분산액 내 고른 분산을 위한 분산단계(S202)를 거쳤다Therefore, in order to refine the apatite hydroxide particles to a size of about several micrometers, in the pulverizing step (S201), a collision pulverization method is used in which the particles are mechanically impacted and pulverized. Media mills, attritors, hammer mills, homogenizers, jet mills and the like may also be used to impinge the particles. In a preferred embodiment of the present invention, a dispersion in which the pulverized apatite particles and distilled water are mixed at an appropriate ratio is subsequently processed by a ball mill or digi mill method to disperse even dispersion in the dispersion of the apatite hydroxide particles. I went through step S202

분산액 준비를 위한 3번째 단계에서는 국제특허 공개 번호 제 WO92/05745 호에 기재된 바와 같이 분쇄된 입자 내에 불순물이 많이 함유되어 이식물의 화학적 특성인 생체적합성을 저하시킬 수 있기 때문에 불순물을 가능한 한 많이 배제해야 할 것을 요구하고 있다는 사실은 당업계에 널리 주지되어 있다. 따라서 필터링단계(S203)에서 물리적 필터링을 통하여 이물질 및 과대입자를 제거하고 입자의 크기를 균일하게 하였다. In the third step for preparing the dispersion, as many impurities may be contained in the ground particles as described in International Patent Publication No. WO92 / 05745, the impurities should be excluded as much as possible because they may degrade the biocompatibility of the implant's chemical properties. The requirement to do is well known in the art. Therefore, in the filtering step (S203) through the physical filtering to remove foreign substances and excess particles and to make the particle size uniform.

도 5에 도시한 바와 같이, 필터링 전 입자 크기는 불균일하지만 필터링 후 입자 크기가 약 1 ㎛ 정도로 균일함을 볼 수 있다. 수 ㎛ 정도의 크기를 갖는 균일한 수산화아파타이트를 얻을 수 있다면, 필터링 방법은 여기서 제한되지 않는다. As shown in FIG. 5, it can be seen that the particle size before filtering is uniform but the particle size after filtering is uniform as about 1 μm. If a uniform apatite hydroxide having a size of several micrometers can be obtained, the filtering method is not limited here.

균일한 크기의 수산화아파타이트의 증류수에 대한 비율을 약 5 내지 10% 정도의 적절한 농도로 조절하는 것이 필요하다. 이는 분산액의 금속기재에 대한 점착력 등을 고려한 수치이다. It is necessary to adjust the ratio of the uniform size of apatite hydroxide to distilled water to an appropriate concentration of about 5 to 10%. This is a value in consideration of the adhesive strength to the metal substrate of the dispersion.

또한 잉크젯분사단계(S300)는 상기 분산액 준비단계(S200)에서 준비된 미세 구조의 생체 적합물질 분산액을 저장용기(51)에 저장하고(S301), 상기 생체 적합물질 분산액이 흘러내리지 않도록 공기압을 조절하고(S302), 압전소자제어신호발생기(32)의 전압 및 파형을 설정하였다(S303). 다만, 도 6에 도시된 바와 같은 분산액 방울의 형상을 관측신호발생기(41)와 관측신호수신기(42)로 구성된 관측부(40)을 통해서 관측된 형상에 따라 사용자가 원하는 형상을 얻도록 압전소자제어신호발생기(10)의 전압파형을 재설정할 수도 있다. 일반적으로, 관측부(40)에 있어서 관측신호발생기로는 LED 스트로브 장치(41)가 이용될 수 있으며, 관측신호수신기로는 CCD 카메라(40)를 이용할 수도 있다. LED 스트로브 장치(41)로부터 발사되는 빛의 주파수와 상기 분사 노즐(21)로부터 분사되는 분산액 방울의 분사 속도가 동기될 때 분사되는 분산액의 방울은 도 6에 도시된 바와 같이 정지한 것처럼 CCD 카메라를 통해서 관측될 수 있다. 이때 사용한 CCD 카메라의 사양은 STC400(380,000 pixel)이며, 렌즈는 12.5줌을 사용하였다. 또한 X-Y 스테이지(100)를 구동시키는 스테이지 구동부(60)와 연동하도록 분사된 기재(61)의 위치를 좌우로 이동 시킬 수도 있다.In addition, the inkjet spraying step (S300) stores the biocompatible material dispersion of the fine structure prepared in the dispersion preparation step (S200) in the storage container 51 (S301), and adjusts the air pressure so that the biocompatible material dispersion does not flow down and (S302), the voltage and waveform of the piezoelectric element control signal generator 32 are set (S303). However, the piezoelectric element is configured to obtain a shape desired by the user according to the shape of the dispersion droplet as shown in FIG. 6 according to the shape observed through the observation unit 40 including the observation signal generator 41 and the observation signal receiver 42. The voltage waveform of the control signal generator 10 may be reset. In general, the LED strobe device 41 may be used as the observation signal generator in the observation unit 40, and the CCD camera 40 may be used as the observation signal receiver. When the frequency of light emitted from the LED strobe device 41 and the spraying speed of the dispersion droplets sprayed from the spray nozzle 21 are synchronized, the droplets of the sprayed dispersion are stopped as shown in FIG. 6. Can be observed. At this time, the specification of the CCD camera used was STC400 (380,000 pixels), and the lens used 12.5 zoom. In addition, the position of the substrate 61 injected to interlock with the stage driver 60 for driving the X-Y stage 100 may be moved left and right.

상기 압전소자제어신호발생기(32)의 인가 파형을 설정하는 단계(S303)는 1 주기의 인가파형에 대해서 시간 설정조건은 Tr1=5, Tdwell=40, Tfall=5, Techo=40, Tr2=5[㎲] 이었다. 그리고 인가전압은 ± 25[V]로 하고, 휴지시간을 포함하여 주파수는 f=2000[Hz]인 것이 바람직하다.In the step S303 of setting the applied waveform of the piezoelectric element control signal generator 32, the time setting conditions for the applied waveform of one cycle are Tr 1 = 5, T dwell = 40, T fall = 5, and T echo = 40. , Tr 2 = 5 [kPa]. It is preferable that the applied voltage is ± 25 [V], and the frequency is f = 2000 [Hz] including the rest time.

상기 압력 설정 단계(S302)는 저장용기(51)의 압력은 20PSI로 노즐(21)내의 부압을 25PSI로 설정하고, 온, 습도는 상온, 상습으로 설정하는 것이 바람직하다.In the pressure setting step (S302), the pressure of the storage container 51 is set at 20 PSI, and the negative pressure in the nozzle 21 is set at 25 PSI, and the temperature and humidity are preferably set to room temperature and humidity.

마지막으로, 경화 단계(S400)에 있어서, 경화 시스템을 구축하여 바람직하게 약 600℃ 온도에서 열 경화 처리한다. 온도가 약 900℃이상으로 상승하면 수산화 아파타이트(Hydroxy Apatite)의 화학적 특성이 변화하기 때문에 이 온도 이하인 약 600℃ 온도에서 열 경화 한다. 이러한 열 경화는 잉크젯-분사한 생체적합물질의 형상을 유지하고 경도를 올리기 위한 것이다.Finally, in the curing step (S400), a curing system is constructed and preferably thermally cured at a temperature of about 600 ° C. When the temperature rises above about 900 ℃, the chemical properties of the hydroxide apatite (Hydroxy Apatite) changes because it is thermoset at a temperature of about 600 ℃ below this temperature. This thermal cure is intended to maintain the shape of the inkjet sprayed biocompatible material and to increase hardness.

그 외에 도 7에 도시한 바와 같은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 있어서, 인공치아를 만드는 임플란트 부분기재인 거의 원통형인 기재(61')의 후방을 회전구동장치(101)와 연결하여 X-Y 스테이지(100) 상에 배치하였다. 상기 회전구동장치(101)는 되도록 진동이 적은 것이 바람직하다. 상기 압전소자 구동장치의 생성 또는 인가 파형 설정단계(S303)에 있어서 상기 분사액의 분사 속도가 분사액 방울의 낙하점이 바람직한 간격을 갖도록 원통형 기재의 회전속도와 동기되게 압전소자의 구동전압 파형을 인가하면, 분사된 방울들이 적절한 간격으로 기재에 배열될 것이다. 또한 분사요구 시점을 조절하면 원통형 기재에서 원하는 영역, 예컨대 축방향에서 볼 때 특정 영역 부분, 혹은 심지어 축방향에서는 같은 위치에 있다 하더라도 원주방향의 특정한 영역 부분에만 상기 분사액을 분사하는 것이 가능하다. 이것은 매우 유용하게 사용될 수 있는데, 가령 인공치아에서 치근에 해당하는 임플란트를 이식할 때에 턱뼈에 닫는 부분은 수산화아파타이트로 코팅을 하고, 턱뼈와 닫지 않는 부분은 피부조직과 보다 가까운 콜라겐 등으로 코팅하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 하나의 대상물의 위치에 따라 서로 다른 생체적합물질을 코팅할 수 있다. 또한, 충치나 치아가 외상에 의하여 손상되었을 때 손상치의 완전한 기능을 회복할 수 있도록 손상치의 형상과 교합하는 문양을 형성할 수 있다. 이것은 잉크젯-분사 방법이 가지는 고유특성인 문양형성(patterning) 특성을 활용할 수 있기 때문이다.In addition, in the second preferred embodiment of the present invention as shown in Fig. 7, an XY stage is formed by connecting the rear of the substantially cylindrical substrate 61 ', which is an implant part base material for making artificial teeth, with the rotary drive device 101. Place on (100). The rotation drive device 101 is preferably as little vibration as possible. In the generation or application waveform setting step (S303) of the piezoelectric element driving apparatus, the driving voltage waveform of the piezoelectric element is applied in synchronization with the rotational speed of the cylindrical substrate so that the injection speed of the injection liquid has a desirable interval for the drop of the injection liquid. The sprayed drops will then be arranged on the substrate at appropriate intervals. In addition, by adjusting the time point of the injection request, it is possible to inject the injection liquid only in a specific area portion of the cylindrical substrate, for example, in the axial direction, or even in a specific area portion in the circumferential direction, even if located at the same position in the axial direction. This can be very useful. For example, when implanting the root of an artificial tooth, the jawbone should be coated with hydroxide apatite, and the jawbone and non-closed area should be coated with collagen closer to the skin tissue. I can think of it. That is, different biocompatible materials may be coated according to the position of one object. In addition, a pattern can be formed to occlude the shape of the injured tooth so that the full function of the injured tooth can be restored when the tooth decay or the tooth is damaged by the trauma. This is because the patterning characteristic, which is inherent in the inkjet injection method, can be utilized.

기타 분산액 준비단계, 분사단계, 관측단계, 압전구동장치 및 압력제어부의 재설정 단계 등은 바람직한 제 1 실시예와 마찬가지의 단계를 거치도록 한다. The other dispersion preparation step, injection step, observation step, resetting step of the piezoelectric drive device and pressure control unit, etc. are subjected to the same steps as in the first preferred embodiment.

상술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. In the detailed description of the present invention as described above, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

본 발명은 잉크젯분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사시스템 및 분사방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분사방법은 기재를 준비하는 기재준비단계(S100)와, 분산액 준비단계(S200)와, 상기 분산액을 상기 기재상에 잉크젯-분사하는 잉크젯 분사단계(S300)와, 상기 분산액이 잉크젯-분사된 기재를 약 600℃ 정도의 온도에서 열 경화하는 열 경화단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 단계와 같은 과정을 거치는 하드웨어와 소프트웨어를 갖춘 잉크젯-분사장치를 구축하여, 수산화아파타이트나 콜라겐 같은 생체 적합물질을 분사할 수 있으며, 종래의 스프레이 분사, 스퍼터링, 전자 빔 증착, 레이저 증착, 플라즈마 분사 및 졸-겔(sol-gel) 방법 등에 비하여 공정이 간단하고, 분사시스템구축을 위한 초기투자비용이 적으며, 상기 생체적합물질의 코팅이 사용자가 원하는 바대로 이루어지는지에 대한 신속한 검증을 할 수 있는 효과와, 사용자가 원하는 대로 생체적합물질 코팅 막의 두께를 조절하는 효과와, 서로 뭉치지 않고 균일한 두께의 생체적합물질 코팅 막을 도포하는 효과와, 특히 상기 여러 방법에서는 구현하기 힘든 특정한 문양의 코팅, 예컨대 치과용 임플란트에 있어서 손상치와 교합하는 모양을 형성할 수 있으며, 또한 치근의 윗부분과 아래 부분을 서로 다른 생체적합물질로 코팅할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a biocompatible material injection system and an injection method using an inkjet injection system, the injection method according to the invention to prepare a substrate (S100), a dispersion preparation step (S200), and the dispersion liquid And an inkjet spraying step (S300) of inkjet-spraying onto the substrate, and a thermal curing step (S400) of thermally curing the inkjet-sprayed substrate onto which the dispersion is at a temperature of about 600 ° C. It is possible to build inkjet injection devices with hardware and software that go through the same process, spraying biomaterials such as apatite hydroxide or collagen, and conventional spraying, sputtering, electron beam deposition, laser deposition, plasma spraying and Compared to the sol-gel method, the process is simpler, and the initial investment cost for constructing the spraying system is low, and the nose of the biocompatible material is The effect of quick verification of the setting as desired by the user, the effect of adjusting the thickness of the biocompatible coating film as desired by the user, and the effect of applying a biocompatible material coating film of uniform thickness without aggregation And, in particular, the coating of a specific pattern that is difficult to implement in various methods, such as dental implants, to form an occlusal shape, and the upper and lower portions of the root can be coated with different biocompatible materials. It has an effect.

도 1은 본 발명에 따라 드롭 온 디멘드(drop on demand)방식으로 생체 적합물질을 분사하기 위한 잉크젯-분사장치의 개략도,1 is a schematic diagram of an inkjet-injection apparatus for ejecting a biocompatible material in a drop on demand manner in accordance with the present invention;

도 2는 생체 적합물질이 증류수에 일정비로 분산된 분산액의 초기 압력을 제어하기 위한 잉크젯-분사장치의 압력제어부 회로도,2 is a circuit diagram of a pressure control unit of an inkjet injection device for controlling an initial pressure of a dispersion in which a biomaterial is dispersed in distilled water at a predetermined ratio;

도 3은 제 1 실시예에 따른 압전소자제어신호발생기로부터 압전소자에 인가되는 전압 파형도,3 is a voltage waveform diagram applied to a piezoelectric element from the piezoelectric element control signal generator according to the first embodiment;

도 4는 잉크젯-분사장치를 이용한 생체 적합물질 분사방법의 플로우챠트, 4 is a flow chart of a method for spraying a biocompatible material using an inkjet spraying value,

도 5는 필터링 전 후의 생체 적합물질 입자의 크기 비교도,Figure 5 is a comparison of the size of the biomaterial particles before and after filtering,

도 6은 관측부로부터 관측된 생체 적합물질 분산액 방울의 분사중 상태와 분사 후 상태도,6 is a state during the injection and after the injection state of the biomaterial dispersion liquid observed from the observation unit,

도 7은 원통형 기재에 적용되는 제 2 실시예의 개략도.7 is a schematic view of a second embodiment applied to a cylindrical substrate.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

21 : 노즐 22 : 오리피스21: Nozzle 22: Orifice

31 : 압전소자 32 : 압전소자제어신호발생기31: piezoelectric element 32: piezoelectric element control signal generator

41 : 관측신호발신기 42 : 관측신호수신기41: observation signal receiver 42: observation signal receiver

50 : 압력제어부 51 : 분산액 저장용기50: pressure control unit 51: dispersion liquid storage container

61, 61': 기재 100 : X-Y 스테이지61, 61 ': Base material 100: X-Y stage

  101 : 회전구동장치 101: rotary drive device

Claims (7)

분쇄된 생체 적합물질의 증류수에 대한 분산액을 잉크젯-분사하며, 분사노즐(21)과 오리피스(22)로 구성된 액분사부(20);와 Inkjet-spraying the dispersion liquid to the distilled water of the pulverized biomaterial, liquid injection unit 20 consisting of a spray nozzle 21 and the orifice 22; and 액분사부의 외주면에 배치되어 압전소자제어신호발생기(32)에서 발생된 전압파형에 따라 팽창과 수축되어 상기 액분사부에 압전구동력을 가하는 압전소자(31)로 구성된 압전소자구동부(30);와 A piezoelectric element driving unit 30 disposed on an outer circumferential surface of the liquid injection unit and configured to be expanded and contracted according to the voltage waveform generated by the piezoelectric element control signal generator 32 to provide a piezoelectric driving force to the liquid injection unit; 상기 분사노즐(20)과 오리피스(21)를 통해서 분사되는 분산액 방울의 형상을 관측하도록 관측신호발생기(41)와 관측신호수신기(42)로 구성되는 관측부(40);와Observation unit 40 comprising an observation signal generator 41 and the observation signal receiver 42 to observe the shape of the dispersion droplet is injected through the injection nozzle 20 and the orifice 21; and 생체 적합물질 분산액을 저장하는 저장용기(51)내의 분산액 초기압력을 제어하는 압력제어부(50);와To control the initial pressure of the dispersion in the storage container 51 storing the biomaterial dispersion Pressure control unit 50; and 상기 분사장치에 의해 인쇄되는 기재의 위치를 설정하는 스테이지 구동부(60);와 A stage driver 60 for setting the position of the substrate printed by the injector; and 잉크젯-분사한 생체적합물질의 형상을 유지하고 열경화시키는 열경화부;가 포함되며,Maintain and shape the inkjet-sprayed biocompatible materials It includes; thermosetting unit, 생체 적합물질의 크기는 필터링에 의해 제어되고 분사 간격은 압전소자제어신호발생기에 의해 제어되어 분산액 방울이 분사되는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사장치.A biomaterial injection apparatus using an inkjet injection system, characterized in that the size of the biomaterial is controlled by filtering and the injection interval is controlled by a piezoelectric element control signal generator to spray the droplets of the dispersion. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 압전소자신호발생기(32)는 상기 관측신호수신기(42)에 의해 관측된 분사 형상에 따라 조정된 펄스를 생성시켜 상기 압전소자(31)를 구동하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사장치.The piezoelectric element signal generator 32 generates a pulse adjusted according to the injection shape observed by the observation signal receiver 42 to drive the piezoelectric element 31. Suitable material injectors. 기재를 준비하는 기재준비단계(S100)와,A substrate preparation step (S100) for preparing the substrate, 생체 적합물질 입자를 충돌 분쇄 방법에 의해서 약 1 ㎛ 이하의 크기로 분쇄하는 분쇄 단계(S201)와, 증류수에 일정비의 생체 적합물질 입자를 분산시키는 분산 단계(S202)와 분산액 내 이물질 및 과대입자를 제거하는 필터링 단계(S203)로 구성된 분산액 준비단계(S200)와,Grinding step (S201) of grinding the biomaterial particles to a size of about 1 ㎛ or less by the impact grinding method, a dispersion step (S202) of dispersing a predetermined ratio of biomaterial particles in distilled water and foreign matter and excess particles in the dispersion Dispersion preparation step (S200) consisting of a filtering step (S203) to remove the; 상기 분산액을 상기 기재 상에 잉크젯-분사하는 잉크젯분사단계(S300)와,An inkjet spraying step (S300) of spraying the dispersion onto the substrate; 상기 분산액이 잉크젯-분사된 기재를 600℃ 정도의 온도에서 열 경화하는 열경화단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법.Bio-material spraying method using an inkjet-jet system, characterized in that the dispersion comprises a thermal curing step (S400) for thermally curing the inkjet-jetted substrate at a temperature of about 600 ℃. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 잉크젯분사단계(S300)는 생체 적합물질 분산액을 저장용기(51)에 저장하는 단계(S301)와, 상기 생체 적합물질 분산액이 노즐로부터 흘러내리지 않도록 공기압을 제어하는 압력 설정 단계(S302)와, 압전소자에 인가되는 전압파형을 생성하는 압전소자신호발생기(32)의 전압 파형을 설정하는 단계(S303)와, 분사노즐(21)과 오리피스(22)를 통해서 분사되는 생체 적합물질 분산액 방울의 형상을 관측하는 단계(S304)와, 상기 관측된 형상에 따라 압전소자제어신호발생기(32)를 재설정하는 단계와, 상기 분사된 기재의 위치를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법.The inkjet injection step (S300) is a step (S301) of storing the biomaterial dispersion in the storage container 51, a pressure setting step (S302) for controlling the air pressure so that the biomaterial dispersion is not flowed from the nozzle, Setting the voltage waveform of the piezoelectric element signal generator 32 for generating the voltage waveform applied to the piezoelectric element (S303), and the shape of the biomaterial dispersant droplet sprayed through the injection nozzle 21 and the orifice 22. (S304), resetting the piezoelectric element control signal generator 32 according to the observed shape, and setting the position of the jetted substrate. Biocompatible material injection method using. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 열 경화 단계(S400)는 상기 생체 적합물질 분산액이 잉크젯-분사된 기재를 약 600℃에서 경화하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법The thermal curing step (S400) is a biomaterial injection method using an inkjet injection system, characterized in that for curing the inkjet-jetted substrate in which the biomaterial dispersion is at about 600 ℃ 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 압전소자제어신호발생기의 인가파형 설정단계(S303)는 상기 분산액의 분사 속도가 분산액 방울의 낙하점 사이 간격이 원통형 기재의 회전속도와 동기되게 전압파형을 설정하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법.The application waveform setting step (S303) of the piezoelectric element control signal generator is to set the voltage waveform such that the interval between the injection speed of the dispersion liquid and the drop point of the dispersion liquid is synchronized with the rotational speed of the cylindrical substrate. A method for spraying a biocompatible material using an inkjet injection system. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 분산액을 상기 기재 상에 잉크젯-분사하는 잉크젯 분사단계(S300)는 기재 상에 다른 종류의 분산액을 분사하는 것을 특징으로 하는 잉크젯-분사 시스템을 이용한 생체 적합물질 분사방법. The inkjet spraying step (S300) of spraying the dispersion onto the substrate is performed by spraying a different type of dispersion onto the substrate.
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