KR101785375B1 - Sla 방식의 3d 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Sla 방식의 3d 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액상 공정(solution process)으로 실란계 커플링제를 강도 보강제에 코팅함으로써 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제와 광경화성 액상 수지 간의 분산성을 향상시켜 3D 프린팅에 적합하면서도 강도 향상을 통해 우수한 내구성을 확보할 수 있는 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물은 광경화성 액상 수지; 및 상기 광경화성 액상 수지에 첨가되며, 표면에 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH COMPOSITE RESIN COMPOSITION FOR STEROLITHOGRAPHY TYPE 3-DIMENSIONAL PRINTING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분산성 및 내구성을 개선시킨 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 3D 프린팅 기술에 대한 관심이 급증하고 있으며, 특히 액체 기반의 재료를 사용하는 SLA(Sterolithography), MJM(Multi Jet Modeling), DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린팅 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 중, SLA 방식의 3D 프린팅 기술은 광경화성 액상 수지가 담긴 수조(Vat) 안에 자외선 또는 레이저 빔을 투사하여 조형함의 수조 안에 있는 조형물이 한 층씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하는 방식으로 조형하고 있다.
이러한 SLA 방식의 3D 프린팅 기술은 출력물의 정밀도가 높으며 표면 조도가 우수한 장점을 가지고 있으며, 중간 정도의 조형속도로 가장 널리 쓰이는 기술이다.
그러나, 이러한 SLA 방식의 3D 프린팅 기술을 적용하여 제조되는 조형물은 강도가 약하고 대략 60℃ 이상의 온도에서 변형이 발생 가능하다는 단점을 가지고 있어 내구성 강화를 위한 복합화 연구가 시급한 상황이다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0077609호(2015.07.08. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 레이저에 의해 선택적 전도체 패턴 형성이 되는 3D 프린팅용 복합재료, 이를 이용한 전도체 패턴을 포함하는 3차원 형상 전자부품의 제조방법 및 그 전자부품이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 분산성 및 내구성을 개선시킨 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물은 광경화성 액상 수지; 및 상기 광경화성 액상 수지에 첨가되며, 표면에 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법은 (a) 실란계 커플링제를 용매에 투입하여 코팅 용액을 형성하는 단계; (b) 상기 코팅 용액에 강도 보강제를 첨가한 후 수열합성하여 강도 보강제의 표면에 실란계 커플링제를 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제를 광경화성 액상 수지에 혼합하여 고강도 복합수지 조성물을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법은 강도 보강을 위해 첨가되는 강도 보강제와 광경화성 액상 수지와의 복합화 과정에서 무기물인 강도 보강제와 유기물인 광경화성 액상 수지의 계면 친화력을 극대화할 수 있도록 사전에 실란계 커플링제를 강도 보강제에 코팅함으로써 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제와 광경화성 액상 수지 간의 분산성을 향상시켜 3D 프린팅에 적합하면서도 강도 향상을 통해 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물을 설명하기 위한 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3은 α-Al2O3 및 VTES가 코팅된 α-Al2O3의 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 4는 α-Al2O3의 SEM 및 TEM 촬영 사진.
도 5는 VTES가 코팅된 α-Al2O3의 SEM 및 TEM 촬영 사진.
도 6은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시료를 나타낸 광학 이미지 사진.
도 8 내지 도 11은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료들을 이용하여 3D 프린팅한 조형물 샘플들에 대한 SEM 및 원소 맵핑(element mapping) 결과를 나타낸 사진.
도 12는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료를 SLA 방식의 3D 프린팅으로 조형하여 제조된 인장시편을 나타낸 사진.
도 13 및 도 14는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 인장시편들에 대한 인장강도 및 영률 측정 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물(100)은 광경화성 액상 수지(120) 및 실란계 커플링제(160)가 코팅된 강도 보강제(140)를 포함한다.
광경화성 액상 수지(120)는 자외선 또는 레이저 빔을 조사하는 것에 의해 광경화되는 유기물이다. 이러한 광경화성 액상 수지(120)로는 SLA(Sterolithography) 방식의 3D 프린팅을 위해 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되는 것 없이 모두 사용될 수 있다. 일 예로, 광경화성 액상 수지(120)로는 캐리마사의 SLA용 상용수지인 DK-A83B가 이용될 수 있으나, 이외에도 다양한 상용수지를 적용할 수 있다.
실란계 커플링제(160)가 코팅된 강도 보강제(140)는 광경화성 액상 수지(120)에 첨가되어 사용된다.
이때, 강도 보강제(140)는 SLA 방식의 3D 프린팅 기술을 적용하여 제조되는 조형물에 대한 강도를 강화함과 더불어, 대략 60℃ 이상의 온도에서도 변형이 발생하는 것을 억제함으로써 내구성을 향상시키는 역할을 한다.
이를 위해, 강도 보강제(140)로는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2), 실리카(SiO2), 모시, 양마, 황마, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소나노섬유(carbon nanofiber), 그래핀(graphene), 흑연분말(graphite powder), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이러한 강도 보강제(140)는 10nm ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 입자상 또는 섬유상인 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 강도 보강제(140)의 평균 직경이 10nm 미만일 경우에는 광경화성 액상 수지와 분산상의 경계가 불분명하게 되어 광경화성 액상 수지(120)의 표면에 직접적으로 노출될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다. 반대로, 강도 보강제(140)의 평균 직경이 10㎛를 초과할 경우에는 분산안정화를 이루기 어려운 문제가 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물(100)은 광경화성 액상 수지(120) : 72 ~ 97 중량% 및 실란계 커플링제(160)가 코팅된 강도 보강제(140) : 3 ~ 18 중량%로 조성되는 것이 바람직하다.
만일, 실란계 커플링제(160)가 코팅된 강도 보강제(140)의 첨가량이 고강도 복합수지 조성물(100) 전체 중량의 3 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 강도 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 실란계 커플링제(160)가 코팅된 강도 보강제(140)의 첨가량이 고강도 복합수지 조성물(100) 전체 중량의 18 중량%를 초과할 경우에는 강도 보강제(140)의 과도한 첨가로 인하여 고분자의 경화 반응에 방해가 되어 오히려 강도를 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
전술한 강도 보강제(140)는 실란계 커플링제(160)가 표면 전체에 코팅되어, 실란계 커플링제(160)에 의해 피복된다.
특히, 강도 보강제(140)를 피복하는 실란계 커플링제(160)는 광경화성 액상 수지(120)와 강도 보강제(140)의 계면친화력을 강화시켜 분산성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 실란계 커플링제(160)는 아미노, 에폭시, 알킬 및 아릴 중 1종 이상의 R기를 포함할 수 있으며, 이러한 R기를 컨트롤하여 SLA 방식의 3D 프린팅에 적합하도록 점도를 조절하는 것이 가능해질 수 있다.
보다 바람직하게, 실란계 커플링제(160)로는 비닐트리에톡시실란(VTES), (3-아미노프로필)트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, N-(트리에톡시실릴메틸)아닐린, 트리에톡시실릴메틸)디에틸아민, 1-[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아 및 3-(2,3에폭시프로폭시프로필)트리에톡시실란 중 선택된 1종 이상을 이용하는 것이 좋다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물은 강도 보강을 위해 첨가되는 강도 보강제와 광경화성 액상 수지와의 복합화 과정에서 무기물인 강도 보강제와 유기물인 광경화성 액상 수지의 계면 친화력을 극대화할 수 있도록 사전에 실란계 커플링제를 강도 보강제에 코팅함으로써 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제와 광경화성 액상 수지 간의 분산성을 향상시켜 3D 프린팅에 적합하면서도 강도 향상을 통해 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법은 코팅 용액 형성 단계(S110), 실란계 커플링제 코팅 단계(S120) 및 혼합 단계(S130)를 포함한다.
코팅 용액 형성
코팅 용액 형성 단계(S110)에서는 실란계 커플링제를 용매에 투입하여 코팅 용액을 형성한다. 이러한 코팅 용액 형성 단계(S110)에서는 실란계 커플링제가 용매에 잘 희석될 수 있도록 실란계 커플링제를 용매에 투입한 후, 10 ~ 20시간 동안 교반하는 것이 바람직하다.
실란계 커플링제는 아미노, 에폭시, 알킬 및 아릴 중 1종 이상의 R기를 포함할 수 있으며, 이러한 R기를 컨트롤하여 SLA 방식의 3D 프린팅에 적합하도록 점도를 조절하는 것이 가능해질 수 있다.
보다 바람직하게, 실란계 커플링제로는 비닐트리에톡시실란(VTES), (3-아미노프로필)트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, N-(트리에톡시실릴메틸)아닐린, 트리에톡시실릴메틸)디에틸아민, 1-[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아 및 3-(2,3에폭시프로폭시프로필)트리에톡시실란 중 선택된 1종 이상을 이용하는 것이 좋다.
이때, 용매로는 물(H2O)이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 에탄올, 톨루엔 등의 유기 용매가 이용될 수도 있다.
실란계 커플링제 코팅
실란계 커플링제 코팅 단계(S120)에서는 코팅 용액에 강도 보강제를 첨가한 후 수열합성하여 강도 보강제의 표면에 실란계 커플링제를 코팅한다.
이때, 강도 보강제로는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2), 실리카(SiO2), 모시, 양마, 황마, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소나노섬유(carbon nanofiber), 그래핀(graphene), 흑연분말(graphite powder), 카본블랙(carbon black) 및 카본분말(carbon powder) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 강도 보강제는 10nm ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 입자상 또는 섬유상인 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 단계에서, 수열합성은 80 ~ 120℃에서 1 ~ 5시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 수열합성 온도가 80℃ 미만이거나, 수열합성 시간이 1시간 미만일 경우에는 강도 보강제의 전 표면에 균일하게 실란계 커플링제의 코팅이 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 수열합성 온도가 120℃를 초과하거나, 수열합성 시간이 5시간을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
혼합
혼합 단계(S130)에서는 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제를 광경화성 액상 수지에 혼합하여 고강도 복합수지 조성물을 형성한다.
이때, 광경화성 액상 수지로는 SLA(Sterolithography) 방식의 3D 프린팅을 위해 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 제한되는 것 없이 모두 사용될 수 있다. 일 예로, 광경화성 액상 수지로는 캐리마사의 SLA용 상용수지인 DK-A83B가 이용될 수 있으나, 이외에도 다양한 상용수지를 적용할 수 있다.
본 단계에서, 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제는 고강도 복합수지 조성물 전체 중량의 3 ~ 18 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제의 첨가량이 고강도 복합수지 조성물 전체 중량의 3 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 강도 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제의 첨가량이 고강도 복합수지 조성물 전체 중량의 18 중량%를 초과할 경우에는 강도 보강제의 과도한 첨가로 인하여 고분자의 경화 반응에 방해가 되어 오히려 강도를 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
상기의 과정(S110 ~ S130)에 의해 제조되는 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물은 강도 보강을 위해 첨가되는 강도 보강제와 광경화성 액상 수지와의 복합화 과정에서 무기물인 강도 보강제와 유기물인 광경화성 액상 수지의 계면 친화력을 극대화할 수 있도록 사전에 실란계 커플링제를 강도 보강제에 코팅함으로써 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제와 광경화성 액상 수지 간의 분산성을 향상시켜 3D 프린팅에 적합하면서도 강도 향상을 통해 우수한 내구성을 확보할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
실시예 1
VTES(Vinyltriethoxysilane) 100g을 H2O 1000ml에 투입한 후, 12시간 동안 교반하여 코팅 용액을 제조하였다.
다음으로, 코팅 용액에 45nm의 평균직경을 갖는 α-Al2O3 500g을 첨가한 후, 100℃에서 3시간 동안 수열합성하여 VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말을 수득하였다.
다음으로, VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말 10wt% 및 캐리마사 SLA용 상용수지인 DK-A83B 90wt% 조건으로 혼합한 후, 24시간 동안 교반하여 복합수지 조성물 시료를 제조하였다.
실시예 2
VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말 15wt% 및 캐리마사(社) SLA용 상용수지인 DK-A83B 85wt% 조건으로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합수지 조성물 시료를 제조하였다.
비교예 1
VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말을 첨가하지 않은 순수한 캐리마사 SLA용 상용수지인 DK-A83B를 마련하였다.
비교예 2
VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말 20wt% 및 캐리마사 SLA용 상용수지인 DK-A83B 80wt% 조건으로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합수지 조성물 시료를 제조하였다.
비교예 3
VTES를 코팅하는 것 없이 순수한 α-Al2O3 분말 20wt% 및 캐리마사 SLA용 상용수지인 DK-A83B 80wt% 조건으로 혼합한 후, 24시간 동안 교반하여 복합수지 조성물 시료를 제조하였다.
2. 미세조직 및 결정구조 관찰
도 3은 α-Al2O3 및 VTES가 코팅된 α-Al2O3의 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프로, 실시예 1의 제조 과정에서 수득한 α-Al2O3 분말 및 VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말을 이용하였다.
도 3에 도시된 XRD 측정 결과에서 볼 수 있듯이, VTES가 코팅된 α-Al2O3의 결정 피크가 순수한 α-Al2O3와 유사한 결정 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 결과, VTES가 코팅된 α-Al2O3는 α-Al2O3의 결정 구조가 잘 유지되면서 VTES의 코팅이 이루어진 것을 확인하였다.
도 4는 α-Al2O3의 SEM 및 TEM 촬영 사진이고, 도 5는 VTES가 코팅된 α-Al2O3의 SEM 및 TEM 촬영 사진이다.
도 4 에는 순수한 α-Al2O3 분말에 대한 SEM 및 TEM 이미지가 나타나 있으며, 도 5에는 VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말에 대한 SEM 및 TEM 이미지가 나타나 있다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, VTES가 α-Al2O3 분말의 표면 전체에 잘 코팅이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
도 6은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 대한 XRD 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, XRD 측정 결과 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시료들 모두 α-Al2O3와 SLA용 상용수지가 공존하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 3에 따른 시료를 나타낸 광학 이미지 사진으로, 도 7의 (a)는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료를 나타낸 광학 이미지 사진이고, 도 7의 (b)는 비교예 2 및 비교예 3에 따른 시료를 나타낸 광학 이미지 사진이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말이 10wt%, 15wt% 및 20wt%로 각각 첨가된 실시예 1 ~ 2와 비교예 2에 따라 제조된 시료들의 경우, 광학 이미지 사진 결과에서 알 수 있듯이 VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말과 SLA용 상용수지 매트릭스 내에 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, VTES가 코팅되지 않은 순수한 α-Al2O3 분말이 20wt%로 첨가된 비교예 3에 따른 시료의 경우, α-Al2O3 분말이 SLA용 상용수지에 분산되지 못하고 가라앉는 것을 알 수 있다. 이 결과, α-Al2O3 분말에 코팅된 VTES가 분산에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다.
도 8 내지 도 11은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료들을 이용하여 3D 프린팅한 조형물 샘플들에 대한 SEM 및 원소 맵핑(element mapping) 결과를 나타낸 사진이다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말이 10wt%, 15wt% 및 20wt%로 각각 첨가된 실시예 1 ~ 2와 비교예 2에 따라 제조된 시료들의 경우, SEM 사진 및 원소 맵핑(element mapping) 결과를 분석한 결과, VTES가 코팅된 α-Al2O3 분말이 SLA용 상용수지 매트릭스 내에 잘 분산되어 공존하고 있는 것을 확인할 수 있다.
3. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이고, 도 12는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시료를 SLA 방식의 3D 프린팅으로 조형하여 제조된 인장시편을 나타낸 사진으로, ASTM D638 Type V 기준에 맞춰 3D 프린팅한 것이다. 또한, 도 13 및 도 14는 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2에 따른 인장시편들에 대한 인장강도 및 영률 측정 결과를 나타낸 그래프들이다.
[표 1]
Figure 112016019353349-pat00001
표 1, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, α-Al2O3의 함량별 인장 테스트를 실시한 결과, α-Al2O3의 함량이 15wt%로 첨가된 실시예 2가 최적의 강도를 나타내면서, 인장변형률이 낮고, 영률이 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
다만, α-Al2O3의 함량이 20wt%로 첨가된 실시예 3의 경우에는 α-Al2O3를 첨가하지 않은 비교예 1에 비해서도 인장강도가 낮은 값을 나타내는 것을 알 수 있는데, 이는 세라믹 함량이 지나치게 높아지는데 기인하여 SLA 방식의 3D 프린팅 공정의 핵심인 고분자의 경화에 방해가 되어 오히려 강도가 약화된 것으로 파악된다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 고강도 복합수지 조성물
120 : 광경화성 액상 수지
140 : 강도 보강제
160 : 실란계 커플링제
S110 : 코팅 용액 형성 단계
S120 : 실란계 커플링제 코팅 단계
S130 : 혼합 단계

Claims (9)

  1. 광경화성 액상 수지; 및
    상기 광경화성 액상 수지에 첨가되며, 표면에 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제;를 포함하며,
    상기 광경화성 액상 수지 : 85 ~ 90 중량% 및 상기 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제 : 10 ~ 15 중량%를 포함하고,
    상기 강도 보강제는 상기 실란계 커플링제가 표면 전체에 코팅되어, 상기 실란계 커플링제에 의해 피복되며, 상기 강도 보강제를 피복하는 실란계 커플링제는 상기 광경화성 액상 수지와 강도 보강제의 계면친화력을 강화시켜 분산성을 개선한 것이고,
    상기 강도 보강제는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 및 지르코니아(ZrO2) 중 선택된 1종 이상을 포함하되, 10nm ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 입자상 또는 섬유상이며,
    3D 프린팅으로 조형된 후, 396.20 ~ 405.34kgf/㎠의 인장강도 및 3890.31 ~ 4440.78kgf/㎠의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 커플링제는
    비닐트리에톡시실란(VTES), (3-아미노프로필)트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, N-(트리에톡시실릴메틸)아닐린, (트리에톡시실릴메틸)디에틸아민, 1-[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아 및 3-(2,3에폭시프로폭시프로필)트리에톡시실란 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (a) 실란계 커플링제를 용매에 투입하여 코팅 용액을 형성하는 단계;
    (b) 상기 코팅 용액에 강도 보강제를 첨가한 후 80 ~ 120℃에서 1 ~ 5시간 동안 수열합성하여 강도 보강제의 표면에 실란계 커플링제를 코팅하는 단계; 및
    (c) 상기 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제를 광경화성 액상 수지에 혼합하여 고강도 복합수지 조성물을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 고강도 복합수지 조성물은 상기 광경화성 액상 수지 : 85 ~ 90 중량% 및 상기 실란계 커플링제가 코팅된 강도 보강제 : 10 ~ 15 중량%를 포함하고,
    상기 강도 보강제는 상기 실란계 커플링제가 표면 전체에 코팅되어, 상기 실란계 커플링제에 의해 피복되며, 상기 강도 보강제를 피복하는 실란계 커플링제는 상기 광경화성 액상 수지와 강도 보강제의 계면친화력을 강화시켜 분산성을 개선한 것이고,
    상기 강도 보강제는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 및 지르코니아(ZrO2) 중 선택된 1종 이상을 포함하되, 10nm ~ 10㎛의 평균 직경을 갖는 입자상 또는 섬유상이며,
    3D 프린팅으로 조형된 후, 396.20 ~ 405.34kgf/㎠의 인장강도 및 3890.31 ~ 4440.78kgf/㎠의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 SLA 방식의 3D 프린팅용 고강도 복합수지 조성물 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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