KR101828060B1 - 3d 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법 - Google Patents

3d 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 3D 프린터를 사용하여 믹싱용 헤드를 제조한 뒤, 이를 기존의 진동 또는 회전하는 구동체가 포함된 전자기기와 결합하여 전동 믹서기로 활용할 수 있는 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, D 프린터를 사용하여 기존의 전자기기와 연동하여 사용할 수 있는 믹서용 헤드를 제조하고, 이를 사용중이거나 더 이상 사용하지 않는 진동 또는 회전하는 구동체가 포함된 전자기기에 상기 믹싱용 헤드를 결합시켜 유동물질을 교반 및 혼합할 수 있는 믹서기로 활용할 수 있어, 상기 전자기기의 기존 용도와 겸용으로 사용하거나, 더이상 사용되지 않는 폐 전자기기를 재활용하여 자원의 활용율과 낭비를 저감시켜 친환경적이고, 경제적인 효과를 높일 수 있다.

Description

3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법{Head for mixer using three-dimensional printing and method for preparing the same}
본 발명은, 3D 프린터를 사용하여 믹싱용 헤드를 제조한 뒤, 이를 기존의 진동 또는 회전하는 구동체가 포함된 전자기기와 결합하여 전동 믹서기로 활용할 수 있는 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 기술의 발전과 더불어 소비자의 다양한 요구 및 편의성 향상을 위하여 전자기기의 성능과 모양의 변화가 빠르게 진행되고 있으며, 이에 따라 전자기기들의 사용기한이 점차 짧아지고 있는 추세이다.
이로 인하여 폐기되는 전자기기의 양이 증가함에 따라 폐기비용 및 폐기처리에 부담이 가중되고 있으며, 이로 인한 환경오염 또한 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.
교반기란, 물리적 또는 화학적 성질이 다른 액체, 기체와 같은 유체를 외부의 에너지를 사용하여 균일하게 혼합상태를 만들기 위해 교반하는 기능을 수행하는 것으로서, 소정의 용기 내에서 공전 또는 자전 운동을 병행하는 복수의 교반 부재를 구비하여 용기 내의 대상물질을 분산, 교반 작용을 통해 균일하게 혼합시킨다. 이 때, 회전하는 교반 부재에 의해 대상 물질은 좌우로 이동하는 것은 물론 교반 부재의 형태에 따라 대상물질이 난류 또는 와류와 같은 대류이동을 하여 분산 및 교반작용이 이루어지게 된다.
등록실용신안 제20-0395169호(2005.09.01)는 용기 내 혼합용 교반기에 관한 것으로, 회전운동을 발생시키는 회전구동부, 일단은 상기 회전구동부에 연결되고, 타단에 자신의 회전축에 이심되어 위치하는 연결구가 형성되는 회전구동축 및 일단에는 상기 회전구동축 타단의 연결구에 회전하여 탈부착 되도록 하는 결합구를 가지고 타단에는 하나 또는 둘 이상의 교반날개가 결합되는 하나 또는 둘 이상의 교반축을 포함하는 것을 특징으로 하는 용기내 혼합용 교반기가 제시되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우 회전구동부에 연결되는 교반축이 분리되지 않아 다른 회전구동체가 포함된 전자기기와 호환이 불가능할 뿐만 아니라, 본 발명의 전자기기의 기존 용도와 겸용으로 사용하거나, 폐 전자기기를 재활용할 수 있도록 3D 프린터를 사용하여 탈부착이 가능한 믹싱용 헤드를 제공하고자 하는 본 발명의 목적과 차이가 있다.
등록실용신안 제20-0395169호(2005.09.01)
본 발명은, 3D 프린터를 사용하여 회전 또는 진동하는 구동체가 포함된 전자기기에 결합하여 액체, 기체와 같은 유체를 외부의 에너지를 사용하여 균일하게 혼합상태를 만들 수 있는 믹서용 헤드를 제조하여 상기 전자기기의 기존 용도와 겸용으로 사용하거나, 더 이상 사용하지 않는 폐 전자기기를 재활용하여 자원의 낭비를 줄이고, 폐 전자기기를 활용할 수 있는 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 형태는, 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드에 관한 것으로서, 교반부재(110) 및 고정판(120)이 포함된 교반부(100); 및 상기 교반부와 회전 또는 진동하는 구동체가 탈착 가능하게 연결되되, 상기 구동체와 연동되는 접속부(200);를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태로는, 교반부재(110) 및 고정판(120)이 포함된 교반부(100); 및 상기 교반부(100)와 회전 또는 진동하는 구동체가 탈착 가능하게 연결되되, 상기 구동체와 연동되는 접속부(200);를 포함하고, 상기 교반부(100)의 교반부재(110)는, 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고, 상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하며, 상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어하며, 상기 교반부(100)는, 생체 적합성 고분자를 포함하는 제1 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 통해 인쇄되어 제조된 탈착 가능한 믹싱용 헤드를 포함한다.
상기 제1 잉크에 포함되는 생체 적합성 고분자는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱- co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것이 바람직하고, 상기 회전하는 구동체는 전동 칫솔용 핸드 인터페이스(1)이고, 상기 구동체와 접속부(200)가 연동되어 상기 접속부(200)에 부착된 교반부(100)가 회전되는 것이 바람직하다.
상기 교반부(100)는, 상기 제1 잉크를 사용한 제1 프린팅 단계를 거친 후, 상기 제1 잉크의 조성에 항균성분을 더 포함하는 제2 잉크를 사용하여 제2 프린팅 단계를 거쳐 제조될 수 있으며, 상기 제2 잉크에는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 선택된 생체 적합성 고분자; 및 셀롤로오스 에어로겔, 은나노 입자, 및 이산화티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 항균 성분이 포함된다.
상기 회전바(111)는, 안테나 형태로 상기 고정판(120)과 고정되는 않은 타 측 방향으로 길이 조절이 가능한 길이조절유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태로는, 3D 프린팅을 이용한 탈착 가능한 믹싱용 헤드의 제조방법을 들 수 있는데, 회전하는 구동체와 탈착 가능하게 연결되어, 상기 구동체와 연동하는 접속부(200)를 제조하는 단계; 및 상기 접속부(200)와 구동체와 연결되는 일 면의 타 면에 고정판(120) 및 교반부재(110)를 포함하는 교반부(100)를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 접속부(200)를 제조하는 단계 및 교반부(100)를 제조하는 단계는, 생체 적합성 고분자를 포함하는 제1 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 수행하는 제1 프린팅 단계; 및 생체 적합성 고분자와 항균 성분을 포함하는 제2 잉크를 사용하여 추가 3D 프린팅을 수행하는 제2 프린팅 단계;를 포함하며, 상기 교반부(100)의 교반부재(110)는 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되어, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고, 상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시켜 묶을 수 있는 탄성부재(150)를 포함하여, 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어할 수 있다.
상기 제1 프린팅 단계는 바이오플로터(bio-plotter)를 이용하여 제1 잉크를 노즐로부터 압출하여 스테이지에 적층함으로써 수행되고, 상기 제2 프린팅 단계는, 제2 잉크를 카트리지에 충진하여 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 잉크는 유기용매 및 물이 혼합된 혼합용매에 양이온성 화합물 또는 음이온성 화합물을 추가로 더 포함하여 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크를 형성함으로써, Poly-jet 방식의 3D 프린팅 과정 중에서 양이온성 잉크와 음이온성 잉크를 교번적으로 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 적층함으로써, 내구성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
교반부재(110) 및 고정판(120)이 포함된 교반부(100); 및 상기 교반부(100)와 회전 또는 진동하는 구동체가 탈착 가능하게 연결되되, 상기 구동체와 연동되는 접속부(200);를 포함하고, 상기 교반부(100)는, 교반부재(110)인 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고, 상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하되, 상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어하며, 상기 교반부(100)는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자를 포함하는 잉크를 사용하여 3D 프린터를 통해 인쇄되어 제조되고, 상기 회전하는 구동체는, 전동 칫솔용 핸드 인터페이스(1)이고, 상기 구동체와 접속부(200)가 연동되어 상기 접속부(200)에 부착된 교반부(100)가 회전될 수 있다.
상기 교반부(100)는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자; 셀롤로오스 에어로겔; 은나노 입자; 및 이산화티타늄;이 포함된 코팅잉크로 코팅될 수 있다.
바람직하게는 상기 회전바(111)는, 안테나 형태로 상기 고정판(120)과 고정되는 않은 타 측 방향으로 길이 조절이 가능한 길이조절유닛을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태는, 3D 프린팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법에 관한 것으로서, 회전하는 구동체와 탈착 가능하게 연결되어, 상기 구동체와 연동하는 접속부(200)를 제조하는 단계; 및 상기 접속부(200)와 구동체와 연결되는 일 면의 타 면에 고정판(120) 및 교반부재(110)를 포함하는 교반부(100)를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 접속부(200)를 제조하는 단계 및 교반부(100)를 제조하는 단계는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자를 포함하는 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 통해 수행되며(제1 프린팅 단계), 상기 교반부(100)는, 교반부재(110)인 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고, 상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하되, 상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어하며, 상기 회전하는 구동체는 전동 칫솔용 핸드 인터페이스(1)이고, 상기 구동체와 접속부(200)가 연동되어, 상기 교반부(100)가 회전될 수 있다.
상기 3D 프린팅(제1 프린팅 단계)은 바이오플로터(bio-plotter)를 이용하여 고분자를 포함하는 잉크를 노즐로부터 압출하여 스테이지에 적층함으로써 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교반부(100)를 제조하는 단계 후에, 코팅잉크를 카트리지에 충진하여 FDM 방식과 DLP 방식이 결합된 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로, 접속부(200)와 교반부(100)가 일체화된 3차원 구조체 형상의 표면에 코팅층을 형성하는 코팅층 형성단계(제2 프린팅 단계);를 더 포함할 수 있으며, 상기 코팅층 형성단계는, 유기용매 및 물이 혼합된 혼합용매에 양이온성 화합물 또는 음이온성 화합물을 혼합하여 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크를 제조하는 단계; 및 제조된 양이온성 코팅잉크와 음이온성 코팅잉크를 카트리지에 각각 충진한 후, FDM 방식과 DLP 방식이 결합된 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 코팅하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자; 셀롤로오스 에어로겔; 은나노 입자; 및 이산화티타늄;을 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 3D 프린터를 사용하여 기존의 전자기기와 연동하여 사용할 수 있는 믹서용 헤드를 제조하고, 이를 사용중이거나 더 이상 사용하지 않는 진동 또는 회전하는 구동체가 포함된 전자기기에 상기 믹싱용 헤드를 결합시켜 유동물질을 교반 및 혼합할 수 있는 믹서기로 활용할 수 있어, 상기 전자기기의 기존 용도와 겸용으로 사용하거나, 더이상 사용되지 않는 폐 전자기기를 재활용하여 자원의 활용율과 낭비를 저감시켜 친환경적이고, 경제적인 효과를 높일 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 길이조절이 가능한 회전바를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 길이 조절이 가능한 회전바의 내부를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 길이 조절 전 후를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전동 칫솔용 핸드 인터페이스와 탈착 가능한 믹서용 헤드가 결합된 믹서기를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이 는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서 내 "믹싱"은 물리적 또는 화학적 성질이 서로 다른 2종 이상의 물체를 외부 에너지를 사용하여 유동시킴으로써 난류 또는 와류를 발생시켜 균일한 혼합상태를 만들기 위한 운동으로서, 넓은 의미로는 물체를 회전 또는 진동, 운동시킬 수 있는 구동체를 사용하여 물체 내 구성성분이 균일 또는 분산되어 있는 상태로 만들 수 있는 행위로, "교반", "혼합", "혼화"의 의미를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 및 이의 제조방법에 관하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드는, 교반부재(110) 및 고정판(120)이 포함된 교반부(100); 및 상기 교반부(100)와 회전 또는 진동하는 구동체가 탈착 가능하게 연결되되, 상기 구동체와 연동되는 접속부(200);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 교반부(100)는, 회전 또는 진동 운동하는 구동체에서 전달된 회전력 및 진동력에 의해 구동되어 교반 또는 혼합하고자 하는 물체 내 난류 또는 와류를 발생시켜 혼합, 교반시킬 수 있는 형태면 특별히 한정되지 않고 사용 가능하나, 바람직하게는 물체의 유동성 및 점성 등 고유 물성에 따라 도 1 내지 도 6과 같이 다양한 형태로 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
구체적으로 도 1 또는 도 3 같이, 교반부재(110)인 복수 개의 막대 형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 고정된 형태이거나, 도 2와 같이 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하여, 상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어할 수 있다.
또한, 도 4와 같이 교반부재(110)는 프로펠러 형태인 프로펠러바(112)이거나, 도 5와 같이 교반부재(110)인 복수 개의 막대 형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 고정되고, 상기 회전바(111)의 고정판(120)에 고정되지 않는 타측 끝단이 서로 결합되어 단면이 타원 형상을 이룰 수 있다.
또한, 상기 교반부재(110)인 막대 형태의 회전바(111)는 회전하고자 하는 물체를 단시간 내 균일하게 교반 또는 혼합하기 위하여 상기 물체가 담긴 용기에 따라서 바람직한 길이로 조절 가능하다.
바람직하게는 상기 회전바(111)는 안테나 형태로 넣고 빼어 길이조절이 가능한 것으로서, 고정판(120)에 고정되어 있지 않은 타 측 방향으로 길이 조절이 가능하다. 상기 회전바(111)는 넣고 빼는 방식으로 길이 조절이 가능한 안테나 형태인 길이조절유닛(10)이 포함될 수 있으며, 상기 길이조절유닛(10)은 외측지지대(21)와 하나 이상의 내측지지대(22)로 구성되어 넣고 빼내는 형식의 접이식으로 형성될 수 있으며, 사용자에 의하여 회전, 교반하고자 하는 물체가 담긴 용기의 깊이에 따라서 바람직한 길이로 조절 가능하다. 또한, 외측지지대(21)는 걸림턱(21a)이 형성되고, 내측지지대(22)는 외측지지대(21) 내부에 걸림턱(21a)이 걸리도록 회전바(111)의 상단, 즉 고정판(120)에 고정된 일 측 부분에 단턱(22a)이 형성될 수 있으며, 상기 단턱(22a)이 면접촉될 수 있는 폭으로 형성되어 상기 회전바(111)를 길이조절시, 너무 헐거운 작동이 되지 않고, 길이를 고정할 수 있다.
또한, 상기 회전바(111)가 회전시 무게중심을 부여하고, 내측지지대(22)가 외측지지대(21) 내부로 완전히 집어 넣어지지 않고, 사용자가 길이 확장시 수월하게 내측지지대(22)를 빼낼 수 있도록 상기 회전바(111)의 타측 끝단에 추(50)가 형성될 수 있으며, 상기 추(50)의 형태는 다각면체, 구체 등 다양한 형태를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 구체일 수 있으며, 상기 구체의 바람직한 지름은 0.5 ~ 2 cm 인 것이 더욱 바람직하다. 이는 상기 구체의 지름이 0.5 cm 미만일 경우 구체의 크기가 너무 작아 사용자가 회전바(111)의 길이확장시 상기 추(50)를 잡아 빼기 용이하지 않고, 2 cm를 초과하게 될 경우 각각의 회전바(111)가 움직이는 반경이 줄어들어 혼합하고자 하는 물체가 충분히 혼합되지 않거나, 균일하게 혼합되기까지 상당한 시간이 필요로 하여 경제성이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 상기 교반부(100)는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자를 포함하는 잉크를 사용하여 3D 프린터를 통해 인쇄되어 제조되는 것이 바람직하다.
상기 언급된 고분자는 생분해성 특성을 가지고 있는 것으로서, 상기 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드가 더 이상 필요로 하지 않거나, 내구성이 저하되어 수명이 다하게 되어 폐기시 2차 환경오염을 줄일 수 있다.
한편, 교반부(100)는, 반복 사용시 위생 및 세척, 세균 번식을 방지하기 위하여 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자; 셀롤로오스 에어로겔; 은나노 입자; 및 이산화티타늄;이 포함된 코팅잉크로 코팅될 수 있다.
상기 고분자 100 중량부에 대하여 셀룰로오스 에어로겔 10 ~ 50 중량부, 은나노 입자 10 ~ 30 중량부, 이산화티타늄 10 ~ 30 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 교반부(100)를 3D프린터를 사용하여 코팅하기 위하여 광경화제를 1 ~ 15 중량부 더 포함할 수 있다.
상기 셀룰로오스 에어로겔은, 나노 크기의 공극구조를 포함하는 초경량의 다공성물질로, 특히 중금속 등의 유해물질의 흡착력이 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 상기 교반부(100)를 코팅시, 교반부(100) 표면에 다공성을 부여하여 그물구조를 형성함으로써, 상기 은나노 입자 및 이산화티타늄의 활성을 증가시킬 수 있다.
상기 셀룰로오스 에어로겔에 사용되는 셀룰로오스는 볏짚 및 옥수수 줄기와 같은 식물 줄기 및 잎을 포함하는, 몸체, 나뭇가지, 잎, 줄기, 뿌리, 씨 및 열매와 같은 식물의 다양한 부분; 왕겨, 야자 껍질, 및 코코넛 껍질과 같은 식물 껍질; 등에서 채취된 셀룰로오스를 사용할 수 있다.
상기 코팅잉크 내 포함되는 셀룰로오스 에어로겔은 은나노 입자와 이산화티타늄이 외부로 탈리, 박리되지 않도록 할 뿐만 아니라, 다공성으로 인하여 회전부재의 유연성을 부여하고, 은나노 입자 및 이산화티타늄의 활성을 향상시킬 뿐만 아니라, 유해물질을 흡착시켜 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드를 회전하는 구동체와 연동시켜 주방기기로 사용시 위생효과를 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 음식 재료 내 포함된 유해물질, 중금속을 흡착시킬 수 있다.
상기 은나노 입자는, 황색포도상구균, 폐렴균, 대장균, MRSA균 등 인체에 유해한 각종 균들의 증식을 억제하며, 반영구적인 항균성을 갖고 있으며, 인체에 이로운 원적외선을 방출함으로써, 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드를 회전하는 구동체와 결합하여 주방기기로 사용시, 항균성 및 지속적으로 위생관리를 할 수 있다. 바람직하게는 상기 은나노 입자는 1 ~ 3 nm 크기의 은나노 입자를 사용할 수 있으며 상기 크기를 벗어나게 되는 경우 은나노 특유의 살균, 항균 기능을 기대할 수 없거나, 3D 프린터를 사용하여 코팅시 표면이 매끄럽지 않게 형성되어 미관상 심미감이 저하될 수 있다.
상기 이산화티타늄은 빛을 흡수하여 산화환원 반응을 통해 세균 및 미생물을 분해하는 광촉매로서, 결정구조에 따라 아나타제(Anatase), 루타일(Rutile), 브루카이트(Brookite)의 세 가지 결정상으로 구분되는데, 이 중에서 광촉매 효과가 뛰어난 아나타제 상을 가지고 있는 이산화티타늄을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아나타네상의 이산화티타늄은 상온에서 광 조사만으로 유해유기물을 이산화탄소와 물로 변환시킬 수 있으며, 친수성 광촉매인 이산화티타늄은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 정화에 탁월하고 미생물을 분해하는데 탁월한 효과가 있다. 또한, 물리화학적으로 안정하고 무독성이다.
따라서, 상기 이산화티타늄을 포함한 코팅잉크로 코팅시, 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드를 사용 후, 햇빛 또는 광이 조사되는 부분에 방치하는 것만으로도 살균효과를 얻을 수 있다.
상기 코팅잉크를 3D 프린트를 통해 교반부(100)에 코팅시키기 위해서는 광경화제를 더 포함할 수 있는데, 이 때 사용되는 광경화제는 일반적으로 3D 프린트의 잉크에 사용되는 광경화제이면 특별히 한정되지 않고 모두 사용 가능하나, 바람직하게는 캄포퀴논, 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐 포스핀 옥사이드, 또는 메틸벤조인 중 선택된 하나를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드는 회전하는 구동체와 결합하여 믹싱기, 교반기, 혼합기로 사용할 수 있는데, 이 때 사용되는 상기 회전하는 구동체는, 일반적으로 가정 또는 야외에서 사용되며 회전 또는 진동 운동을 할 수 있는 전자기기, 가전기기일 수 있으며 바람직하게는 전동 칫솔용 핸드 인터페이스(1)를 사용할 수 있다.
상기 전동 칫솔용 핸드 인터페이스는 일반적으로 널리 사용되는 전동칫솔에 포함되어 칫솔질시 파지되는 하우징 내 진동 또는 회전 운동을 하는 모터가 내장되어 있는 것으로서, 상기 진동 또는 회전 운동을 하는 모터가 내장되어 있는 하우징의 외부에 전원부로 인하여 on/off가 가능하거나, 더 나아가서는 진동 또는 회전의 세기가 조절되는 전동 칫솔용 핸드 인터페이스를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 진동 또는 회전 운동을 하는 모터가 하우징 내 내장되어 있는 전동칫솔용 핸드 인터페이스면 모두 사용 가능하다. 일 예로, 본 발명의 믹싱용 헤드와 결합하여 상기 전동 칫솔용 핸드 인터페이스인 구동체와 상기 믹싱용 헤드의 접속부(200)가 결합하여 상기 구동체의 진동 또는 회전운동과 연동되어 상기 접속부(200)에 부착된 교반부(100)가 회전된다.
본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드를 구동체로 전동 칫솔용 핸드 인터페이스와 결합할 경우, 상기 전동 칫솔용 핸드 인터페이스의 헤드부분만 교체함으로써 전동 칫솔 또는 믹서기로 겸용하여 사용할 수 있으며, 더 이상 사용하지 않는 전동칫솔용 핸드 인터페이스를 폐기하지 않고 믹서기로 사용함으로써 자원 재활용 및 자원낭비를 저감시키는 경제적인 효과 뿐만 아니라 폐 전자기기의 재활용을 통해 환경 오염을 저감시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태는, 3D 프린터팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 회전하는 구동체와 탈착 가능하게 연결되어, 상기 구동체와 연동하는 접속부(200)를 제조하는 단계; 및 상기 접속부(200)와 구동체와 연결되는 일 면의 타 면에 고정판(120) 및 교반부재(110)를 포함하는 교반부(100)를 제조하는 단계;를 포함하고, 바람직하게는 상기 접속부(200)를 제조하는 단계 및 교반부(100)를 제조하는 단계는, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자를 포함하는 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 통해 수행될 수 있다.
상기 교반부(100)는, 교반부재(110)인 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고, 상기 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하되, 상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어하며, 상기 회전하는 구동체는 전동 칫솔용 핸드 인터페이스일 수 있다. 상기 구동체와 접속부(200)가 연동되어 상기 교반부(100)가 회전됨으로써, 본 발명의 3D 프린팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법으로 제조된 믹싱용 헤드를 믹서기, 교반기, 혼합기 등으로 사용할 수 있다.
상기 교반부(100)에 대한 구체적인 구조, 형태에 관하여 상기에 언급하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
본 발명의 3D 프린팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법은, 3D 프린팅을 사용하여 일체형으로 제조할 수 있는데, 구체적으로 상기 접속부(200)를 제조하는 단계 및 교반부(100)를 제조하는 단계는 3D 프린팅 방식으로 바이오플루터를 이용하여 고분자를 포함하는 잉크를 노즐로부터 압출하여 스테이지에 적층하여 제조할 수 있다.
일 예로 상기 바이오플로터는 노즐이 형성된 본체, 상기 플로터 본체에 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자가 포함된 잉크를 공급하는 저장용기 및 플로터 본체의 3차원 이동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 저장용기로부터 공급받은 잉크를 노즐을 통해 스테이지로 압출하고, 이 과정에서 제어부의 구동에 의해 노즐이 이동하여 원통형, 사각기둥 또는 격자구조로 적층될 수 있으나, 바람직하게는 격자구조로 스테이지에 적층되어 접속부(200) 및 교반부(100)를 일체화시켜 제조할 수 있다.
상기 교반부(100)를 제조하는 단계 후에, 코팅잉크를 카트리지에 충진하여 FDM 방식과 DLP 방식이 결합된 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로, 접속부(200)와 교반부(100)가 일체화된 3차원 구조체 형상의 표면에 코팅층을 형성하는 코팅층 형성단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 코팅층은, 본 발명의 3D 프린팅을 통해 제조된 믹싱용 헤드를 회전하는 구동체와 연결하여 반복적으로 사용시 위생 및 세척, 세균 번식을 방지하기 한 것으로서, 상기 코팅층을 형성하기 위한 사용되는 코팅잉크는 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락틱-co-글라이콜레이트(poly lactide-co-glycolide, PLGA), 폴리락티드(Polylactide, PLA), 키토산(Chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen) 및 하이드록시 아파타이트(hydroxy apatite)으로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상 선택된 고분자; 셀롤로오스 에어로겔; 은나노 입자; 및 이산화티타늄;이 포함될 수 있으며, 상기 코팅잉크 각각의 구체적인 효과에 대해서는 상기에 언급하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
상기 코팅층을 박리되지 않고 박막으로 형성하기 위하여 양이온성 화합물이 포함된 양이온성 코팅잉크, 음이온성 화합물이 포함된 음이온성 코팅잉크가 서로 번갈아가면서 적층되는 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 코팅하여 형성할 수 있다.
구체적으로 상기 코팅층 형성단계는, 유기용매 및 물이 혼합된 혼합용매에 양이온성 화합물 또는 음이온성 화합물을 혼합하여 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크를 제조하는 단계; 및 제조된 양이온성 코팅잉크와 음이온성 코팅잉크를 카트리지에 각각 충진한 후, FDM 방식과 DLP 방식이 결합된 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 코팅하는 단계;를 포함할 수 있다.상기 Poly-Jet 방식의 3D 프린팅은 FDM 방식처럼 노즐을 통해 재료를 분사한 후 DLP 방식처럼 자외선 광을 조사하여 고형화를 수행하는 인쇄하는 방식으로서, 일 예로, 양이온성 코팅잉크를 pL 단위에서 액적을 표면에 분사한 후, 자외선 광을 조사하여 고형화한 후, 음이온성 코팅잉크를 pL 단위에서 액적을 표면에 분사한 후, 자외선 광을 조사하여 고형화하는 작업은 반복적으로 수행하여 소정의 두께를 가진 코팅층을 형성할 수 있으며, 상기 양이온성 코팅잉크 및 음이온성 코팅잉크를 적층하는 순서는 양이온성 코팅잉크를 먼저 코팅한 뒤, 음이온성 코팅잉크를 적층하는 순서대로 번갈아가면서 적층할 수도 있고, 반대로 음이온성 코팅잉크를 적층한 후, 양이온성 코팅잉크를 적층하는 순서로 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 3D 프린팅을 통해 형성된 코팅층은, 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크가 교대로 적층되면서 강한 상호작용을 통해 교반부(100) 및/또는 접속부(200)의 표면에 형성되어 박리 가능성이 현저히 저하될 뿐만 아니라 내구성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있다.
구체적으로 양이온성 코팅잉크 또는 음이온성 코팅잉크를 제조하는 단계는, 유기용매와 물이 혼합된 혼합용매를 사용하여 점도를 0.1 ~ 25 cP로 조정하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 혼합용매는 물보다 높은 끓는 점을 가지고 있어 3D 프린트의 헤드에서 대상체로 떨어진 용액이 빠르게 증발하는 것을 방지할 수 있다. 느려진 증발 속도로 인하여 대상체 표면에서 발생할 수 있는 커피 링 효과(coffee ring effect)를 방지할 수 있다.
상기 혼합용매를 제조시 사용되는 유기 용매는 디메틸 설폭사이드, 헵탄, 헵산, 옥탄, 노난, 데칸, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 벤젠, 페놀 등을 사용할 수 있으며, 상기 양이온성 화합물은 폴리알릴아민 하이드로클로라이드, 폴리 아크릴아미드, 키토산, (+) 그래핀 옥사이드, 음이온성 화합물은 폴리아크릴산, 히알루론산, (-) 그래핀 옥사이드, 헤파린를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니고, 3D 프린팅의 헤드에 적용할 수 있는 유기용매, 양이온성 화합물, 음이온성 화합물이면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다.
본 발명의 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드 또는 3D 프린팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법을 통해 제조된 믹싱용 헤드를 도 6과 같이 회전하는 구동체인 진동 칫솔용 핸드 인터페이스에 연결하여 상기 믹싱용 헤드의 접속부(200)를 연동시켜 교반부(100)를 회전시킴으로서, 교반기, 혼합기, 믹서기로 사용함으로써 자원 재활용 효율을 향상시킬 수 있는 경제적인 효과 뿐만 아니라 환경 오염을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 믹서용 헤드를 3D 프린터를 사용하여 제조함으로써, 사용자의 편의에 맞게 손쉽게 제조하여 실생활에 편리하게 사용할 수 있다.
1 : 전동 칫솔용 핸드 인터페이스 10 : 길이조절유닛
21 : 외측지지대 21a : 걸림턱
22 : 내측지지대 22a : 단턱
50 : 추 100 : 교반부
110 : 교반부재 111 : 회전바
112 : 프로펠러바 120 : 고정판
150 : 탄성부재 200 : 접속부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 교반부재(110) 및 고정판(120)이 포함된 교반부(100); 및
    상기 교반부(100)와 회전 또는 진동하는 구동체가 탈착 가능하게 연결되되, 상기 구동체와 연동되는 접속부(200);를 포함하고,
    상기 교반부(100)의 교반부재(110)는, 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되는 구조이고,
    상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고,
    상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시키기 위하여 묶는 탄성부재(150)를 포함하며,
    상기 탄성부재(150)는 끈 형태로 이루어져 상기 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어하며,
    상기 교반부(100)는, 생체 적합성 고분자를 포함하는 제1 잉크 및 제2 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 통해 인쇄되어 제조되되,
    상기 교반부(100)는,
    상기 제1 잉크를 사용한 제1 프린팅 단계를 거친 후,
    상기 제1 잉크의 조성에 항균성분을 더 포함하는 제2 잉크를 사용하여 제2 프린팅 단계를 거쳐 제조되되,
    상기 제2 프린팅 단계는, 제2 잉크에 양이온성 화합물을 포함한 제2 양이온성 잉크; 및 제2 잉크에 음이온성 화합물을 포함한 제2 음이온성 잉크;가 서로 번갈아가면서 프린팅되는 층과층(layer-by-layer)적층 방식으로 수행되고,
    상기 항균성분은, 셀룰로오스 에어로겔, 은나노 입자 및 아나타제상 이산화티타늄을 포함하고,
    상기 회전바(111)는, 안테나 형태로 상기 고정판(120)과 고정되지 않는 타측 방향으로 길이 조절이 가능한 길이조절유닛을 포함하되,
    상기 길이조절유닛은, 외측지지대(21)와 하나 이상의 내측지지대(22)로 구성되며, 넣고 빼내는 형태의 접이식으로 형성되고, 상기 외측지지대(21)는 걸림턱(21a)이 형성되고, 상기 내측지지대(22)는 외측지지대(21) 내부에서 걸림턱(21a)이 걸리도록 회전바(111)의 상단부분에 단턱(22a)이 형성되되, 상기 단턱(22a)이 걸림턱(21a)과 면접촉될 수 있는 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는, 3D 프린터를 통해 제조된 믹싱용 헤드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 회전하는 구동체와 탈착 가능하게 연결되어, 상기 구동체와 연동하는 접속부(200)를 제조하는 단계; 및
    상기 접속부(200)와 구동체와 연결되는 일 면의 타 면에 고정판(120) 및 교반부재(110)를 포함하는 교반부(100)를 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 접속부(200)를 제조하는 단계 및 교반부(100)를 제조하는 단계는, 생체 적합성 고분자를 포함하는 제1 잉크를 사용하여 3D 프린팅을 수행하는 제1 프린팅 단계; 및 생체 적합성 고분자와 항균 성분을 포함하는 제2 잉크를 사용하여 추가 3D 프린팅을 수행하는 제2 프린팅 단계;를 포함하며,
    상기 교반부(100)의 교반부재(110)는 복수 개의 막대형태의 회전바(111)가 소정의 간격으로 이격되어, 상기 회전바(111)의 일 측이 고정판(120)에 일체화되어 고정되어 있고,
    상기 회전바(111) 양측의 사이에 구비되되, 서로 이격되어 있는 복수 개의 회전바(111)를 인접시켜 묶을 수 있는 탄성부재(150)를 포함하여, 복수 개의 회전바(111)들 중에서 일부만을 선택적으로 묶음으로써 회전 반경 또는 회전 속도를 제어되고,
    상기 제2 프린팅 단계는, 제2 잉크를 카트리지에 충진하여 Poly-jet 방식의 3D 프린팅을 통해 층과층(layer-by-layer)적층방식으로 수행되되,
    상기 제2 잉크에 양이온성 화합물을 포함한 제2 양이온성 잉크; 및 제2 잉크에 음이온성 화합물을 포함한 제2 음이온성 잉크가 서로 번갈이가면서 프린팅되는 층과층(layer-by-layer) 적층 방식으로 수행되며,
    상기 항균성분은, 셀룰로오스 에어로겔, 은나노 입자 및 아나타제상 이산화 티타늄이 포함되고,
    상기 회전바(111)는, 안테나 형태로 상기 고정판(120)과 고정되지 않은 타측 방향으로 길이 조절이 가능한 길이조절유닛을 포함하여 제조되며,
    상기 길이조절유닛은, 외측지지대(21)와 하나 이상의 내측지지대(22)로 구성되며, 넣고 빼내는 형태의 접이식으로 형성되고, 상기 외측지지대(21)는 걸림턱(21a)이 형성되고, 상기 내측지지대(22)는 외측지지대(21) 내부에서 걸림턱(21a)이 걸리도록 회전바(111)의 상단부분에 단턱(22a)이 형성되되, 상기 단턱(22a)이 걸림턱(21a)과 면접촉될 수 있는 폭으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린터를 통한 믹싱용 헤드의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 프린팅 단계는 바이오플로터(bio-plotter)를 이용하여 제1 잉크를 노즐로부터 압출하여 스테이지에 적층함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅을 이용한 믹싱용 헤드의 제조방법.
  7. 삭제
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