KR102214666B1 - 3D printing ink composition using a coating of ceramic particles, a method for producing the same, and 3D printing method - Google Patents

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김진호
황광택
한규성
김응수
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한국세라믹기술원
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Abstract

Provided is a method of manufacturing a three-dimensional printing ink composition, capable of improving durability of a three-dimensional printing product. The method of manufacturing the three-dimensional printing ink composition includes: coating a surface of ceramic particles with a functional material by mixing the ceramic particles and the functional material having a lower refractive index with respect to ultraviolet rays than the ceramic particles; preparing a first base source by mixing the ceramic particles coated with the functional material and a solvent; modifying the surface of the ceramic particles coated with the functional material by mixing the first base source and a surface modifier; preparing a second base source by mixing the first base source having the surface-modified ceramic particles and a photocuring agent; and preparing the ink composition by adding a photoinitiator to the second base source.

Description

세라믹 입자의 코팅을 이용한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 프린팅 방법. {3D printing ink composition using a coating of ceramic particles, a method for producing the same, and 3D printing method} A three-dimensional printing ink composition using a coating of ceramic particles, a manufacturing method thereof, and a printing method. {3D printing ink composition using a coating of ceramic particles, a method for producing the same, and 3D printing method}

본 발명은 세라믹 입자의 코팅을 이용한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 프린팅 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 코팅된 세라믹 입자를 통해 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 세라믹 입자의 코팅을 이용한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a three-dimensional printing ink composition using a coating of ceramic particles, a method of manufacturing the same, and a printing method, and more specifically, to a three-dimensional coating of ceramic particles to produce a three-dimensional printed molded body through the coated ceramic particles. It relates to a printing ink composition and a method of manufacturing the same.

실리카, 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 소재는 낮은 열팽창계수와 탁월한 내마모성, 내식성등 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 우주항공, 의료, 친환경, 에너지 산업 등 다양한 분야에서 활발하게 적용되고 있다Ceramic materials such as silica, alumina, and zirconia are actively applied in various fields such as aerospace, medical care, eco-friendly, and energy industries due to their excellent physical and chemical properties such as low coefficient of thermal expansion, excellent abrasion resistance, and corrosion resistance.

하지만 세라믹 소재 고유의 특성상 우수한 기계적, 화학적, 열적 특성에도 불구하고 경도가 높고, 취성이 강해 복잡한 형상 가공이 요구되는 분야에는 적용이 힘든 애로사항이 존재한다. 세라믹 소재의 난성형성을 극복하고 가공성을 향상시키고자 3D 프린팅 기술을 적용하여 복잡한 형상 구현에 대한 기술수요가 증가하고 있다.However, in spite of excellent mechanical, chemical, and thermal properties due to the inherent characteristics of ceramic materials, there are difficulties that are difficult to apply in fields requiring complex shape processing due to high hardness and strong brittleness. In order to overcome the incompetent formation of ceramic materials and improve the processability, the demand for technology is increasing for the implementation of complex shapes by applying 3D printing technology.

3D 프린팅은 디지털 방식으로 디자인된 데이터를 이용하여 2차원의 단면을 반복적으로 적층시켜 3차원의 입체적인 형상으로 출력하는 공정 기술이다. 디자인 설계나 수정이 매우 자유로우며 시제품 제작에 드는 비용 및 시간이 크게 절감될 수 있다. 3D printing is a process technology that repeatedly stacks two-dimensional sections using digitally designed data and outputs them in a three-dimensional shape. Design design or modification is very free, and the cost and time required for prototyping can be greatly reduced.

적층 방법에 따라 다양한 종류의 3D 프린팅 설비가 상용화되고 있으며 이에 상응하는 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 다양한 적층 방식의 3D 프린팅 기술 중 세라믹 소재를 적용하여 원하는 형상의 적층 구조체 제작을 위해서는 세라믹 소재의 특성상 충진율, 표면처리 등의 공정 최적화가 요구되기 때문에 적용 가능한 3D 프린팅 방식이 다소 제한적이다.Various types of 3D printing facilities are commercially available according to the lamination method, and the development of materials corresponding thereto is actively progressing. Among various 3D printing technologies of various lamination methods, applicable 3D printing methods are somewhat limited because process optimization such as filling rate and surface treatment is required due to the characteristics of ceramic materials in order to manufacture a laminate structure having a desired shape by applying ceramic materials.

이러한 세라믹 소재의 특성을 고려할 때 stereolithography apparatus (SLA), polyjet (Inkjet 3D), digital light processing (DLP), fused deposition modeling (FDM), binder jetting (BJ) 등의 3D 프린팅 방식이 적용 가능할 것으로 전망되고 있다.Considering the characteristics of these ceramic materials, 3D printing methods such as stereolithography apparatus (SLA), polyjet (Inkjet 3D), digital light processing (DLP), fused deposition modeling (FDM), and binder jetting (BJ) are expected to be applicable. have.

이와 같은 3D 프린팅 기술의 다양한 적층 방식 중에서 DLP 방식의 3D 프린터는 digital light projector를 이용하여 광경화성 소재를 적층하는 방식으로 높은 해상도 및 정밀도를 가지며 적층 기물의 품질 안정성을 확보할 수 있다. 또한 광조사가 선 단위가 아닌 면 단위로 이루어지기 때문에 제작 속도가 비교적 빠른 장점이 있다. Among the various stacking methods of such 3D printing technology, the DLP type 3D printer stacks photocurable materials using a digital light projector, so that it has high resolution and precision and can secure quality stability of the stacked substrate. In addition, since the light irradiation is performed in a plane unit rather than a line unit, there is an advantage of relatively high manufacturing speed.

그러나, DLP 3D 프린팅 성형체의 경우 세라믹 소결체 제조를 위한 고온 열처리(일반적으로 1200도 이상) 이후에 낮은 세라믹 입자의 충진율로 인하여 소결 수축 과정에서 내외부의 기공(void) 및 크랙(crack)이 발생하여 소결체(sintered body)의 강도 저하가 나타나는 문제점이 있다. 이에 따라, DLP 3D 프린팅 성형체의 강도를 향상시킬 수 있는 기술에 대해 지속적으로 연구 및 개발되고 있다. However, in the case of DLP 3D printed molded body, after high temperature heat treatment for manufacturing ceramic sintered body (generally more than 1200 degrees), due to the low filling rate of ceramic particles, voids and cracks occur inside and outside the sintering shrinkage process. There is a problem that the strength of the (sintered body) decreases. Accordingly, research and development of a technology capable of improving the strength of the DLP 3D printing molded article is continuously being conducted.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 프린팅 성형체의 내구성이 향상된 세라믹 입자의 코팅을 이용한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 프린팅 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a 3D printing ink composition, a manufacturing method, and a printing method using a coating of ceramic particles having improved durability of a printed molded article.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 공정 시간이 감소된 세라믹 입자의 코팅을 이용한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 프린팅 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a 3D printing ink composition, a manufacturing method thereof, and a printing method using a coating of ceramic particles with a reduced process time.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method of manufacturing a 3D printing ink composition.

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 세라믹 입자, 및 상기 세라믹 입자 보다 자외선에 대한 굴절율이 낮은 기능성 물질을 혼합하여, 상기 세라믹 입자의 표면에 상기 기능성 물질을 코팅하는 단계, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자, 및 용매를 혼합하여 제1 베이스 소스를 제조하는 단계, 상기 제1 베이스 소스와 표면 개질제를 혼합하여, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 표면이 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 제1 베이스 소스를 광경화제와 혼합하여 제2 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 제2 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 기능성 물질은, 상기 세라믹 입자 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the manufacturing method of the 3D printing ink composition comprises: coating the functional material on the surface of the ceramic particle by mixing ceramic particles and a functional material having a lower refractive index for ultraviolet rays than the ceramic particles. , Preparing a first base source by mixing the ceramic particles coated with the functional material, and a solvent, and modifying the surface of the ceramic particles coated with the functional material by mixing the first base source and a surface modifier And preparing a second base source by mixing the first base source having the surface-modified ceramic particles with a photocuring agent, and preparing an ink composition by adding a photoinitiator to the second base source. However, the functional material may include those having a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt% of the ceramic particles.

일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자의 표면에 상기 기능성 물질을 코팅하는 단계는 제1 예비 기능성 물질을 포함하는 제1 예비 소스 및 제2 예비 기능성 물질을 포함하는 제2 예비 소스를 혼합하여 혼합 소스를 제조하는 단계, 상기 혼합 소스에 pH 조절제를 첨가하여, 상기 제1 예비 기능성 물질 및 상기 제2 기능성 물질이 반응된 상기 기능성 물질을 형성하는 단계, 및 상기 세라믹 입자와 상기 기능성 물질을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the step of coating the functional material on the surface of the ceramic particles comprises mixing a first preliminary source including a first preliminary functional material and a second preliminary source including a second preliminary functional material to obtain a mixing source. Preparing the functional material, wherein the first preliminary functional material and the second functional material are reacted by adding a pH adjusting agent to the mixing source, and mixing the ceramic particles and the functional material It may include.

일 실시 예에 따르면, 상기 잉크 조성물 제조 단계는, 상기 제2 베이스 소스를 열처리하여, 상기 제2 베이스 소스에 포함된 상기 용매를 휘발시키는 단계, 및 상기 용매가 휘발된 상기 제2 베이스 소스에 상기 광개시제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, in the preparing of the ink composition, the step of heat-treating the second base source to volatilize the solvent contained in the second base source, and the second base source in which the solvent is volatilized. It may include the step of adding a photoinitiator.

일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 물질은, MgF2, Al2O3, ThF4, SiO2, 및 YF3 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the functional material may include any one of MgF 2 , Al 2 O 3 , ThF 4 , SiO 2 , and YF 3 .

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a 3D printing ink composition.

일 실시 예에 따르면, 기능성 물질이 코팅된 세라믹 입자, 표면 개질제, 광경화제, 및 광개시제를 포함하는 잉크 조성물에 있어서, 상기 기능성 물질은 상기 세라믹 입자 보다 자외선에 대한 굴절율이 낮고, 상기 세라믹 입자 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, in an ink composition comprising ceramic particles coated with a functional material, a surface modifier, a photocuring agent, and a photoinitiator, the functional material has a lower refractive index for ultraviolet rays than the ceramic particles, and 1 It may include those having a concentration of greater than wt% and less than 2 wt%.

일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자는 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 상기 용매는 메틸알코올(methyl alcohol)을 포함하고, 상기 표면 개질제는 methacryloxypropyl trimethoxy silane(MPTMS)을 포함하고, 상기 광경화제는, 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하고, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the ceramic particles include zirconia (ZrO 2 ), the solvent includes methyl alcohol, the surface modifier includes methacryloxypropyl trimethoxy silane (MPTMS), and the photocuring agent is , 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA), and the photoinitiator may include phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide.

상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a 3D printing method.

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 방법은, 상술된 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 용기 내에 준비하는 단계, 광을 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 조사하는 방법으로, 상기 용기 상부의 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 경화시켜, 3차원 프린팅 성형층을 제조하는 단계, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 적층된 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계, 및 상기 3차원 프린팅 성형체를 소결하여, 3차원 프린팅 소결체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the 3D printing method includes preparing a 3D printing ink composition according to the above-described embodiment in a container, and irradiating light to the 3D printing ink composition, wherein the Curing a 3D printing ink composition to prepare a 3D printing molded layer, repeating the 3D printing molding layer manufacturing step to prepare a 3D printing molded body in which the 3D printing molding layer is stacked, And sintering the three-dimensional printed compact to produce a three-dimensional printed sintered body.

일 실시 예에 따르면, 상기 광이 조사된 상기 잉크 조성물 내에서 상기 광경화제가 경화되는 비율은 33% 이상이고, 상기 3차원 프린팅 성형체의 강도는 32 MPa 이상인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, a ratio at which the photocuring agent is cured in the ink composition irradiated with light is 33% or more, and the strength of the 3D printing molded article may be 32 MPa or more.

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계에서 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 제공되는 광은, 자외선(UV)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, light provided to the 3D printing ink composition in the manufacturing of the 3D printing molding layer may include ultraviolet rays (UV).

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 성형체 제조 단계는, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 기준 범위까지 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 기준 층까지 적층된, 예비 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 성형체 제조 이후, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, in the manufacturing of the 3D printing molded body, a preliminary 3D printing molded body in which the 3D printing molding layer is stacked up to a reference layer by repeatedly performing the manufacturing of the 3D printing molding layer up to a reference range Manufacturing, and after manufacturing the preliminary 3D printing molded body, repeating the manufacturing of the 3D printing molding layer to produce the 3D printing molded body in which the 3D printing molding layer is stacked in excess of the reference layer It may include.

일 실시 예에 따르면, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체 제조 이후, 상기 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형층은, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 3초 초과 7초 미만의 시간 동안 노광되어 제조된 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, after the preparation of the preliminary 3D printing molded body, the 3D printing molding layer laminated in excess of the reference layer is manufactured by exposing the 3D printing ink composition for a time of more than 3 seconds and less than 7 seconds. May include what has been done.

일 실시 예에 따르면, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체가 포함하는 상기 3차원 프린팅 성형층은, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 30초 초과 90초 미만의 시간 동안 노광되어 제조된 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the three-dimensional printing molding layer included in the preliminary three-dimensional printing molded body may include a product prepared by exposing the three-dimensional printing ink composition for a time period of more than 30 seconds and less than 90 seconds.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 세라믹 입자 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 기능성 물질이 코팅된 세라믹 입자, 표면 개질제, 광경화제, 및 광개시제를 포함하는 잉크 조성물을 준비하는 단계, 상기 잉크 조성물을 용기 내에 배치하고 광을 상기 잉크 조성물에 조사하는 방법으로, 상기 용기 상부의 상기 잉크 조성물을 경화시켜 3차원 프린팅 성형층을 제조하는 단계, 및 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 적층된 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 3차원 프린팅 성형체의 내구성이 향상될 수 있다.A 3D printing method according to an embodiment of the present invention comprises an ink composition comprising ceramic particles coated with a functional material having a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt%, a surface modifier, a photocuring agent, and a photoinitiator relative to the ceramic particles. Preparing, in a method of disposing the ink composition in a container and irradiating light to the ink composition, curing the ink composition on the upper part of the container to prepare a three-dimensional printing molding layer, and the three-dimensional printing molding layer It may include the step of manufacturing a three-dimensional printing molded body in which the three-dimensional printing molding layer is stacked by repeatedly performing the manufacturing step. Accordingly, the durability of the 3D printed molded body can be improved.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법 중 세라믹 입자 코팅 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프링팅 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조에 사용되는 세라믹 입자를 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 성형체를 촬영한 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물이 포함하는 기능성 물질의 농도에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 11은 초기 노광시간에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다.
도 12는 노광시간에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 3D printing ink composition according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart specifically illustrating a ceramic particle coating step in a method of manufacturing a 3D printing ink composition according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a 3D printing method according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are views showing a 3D printing process according to an embodiment of the present invention.
8 is a photograph of ceramic particles used to manufacture a 3D printing ink composition according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of a 3D printed molded body according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph comparing characteristics of a 3D printing molded article according to the concentration of a functional material included in a 3D printing ink composition according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a graph comparing characteristics of a 3D printed molded article according to an initial exposure time.
12 is a graph comparing characteristics of a 3D printed molded article according to exposure time.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.

여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in the present specification,'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. In the specification, expressions in the singular include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, elements, or a combination of the features described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, and configurations It is not to be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Further, in the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법 중 세라믹 입자 코팅 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다. 1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a 3D printing ink composition according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed description of a ceramic particle coating step in a method of manufacturing a 3D printing ink composition according to an exemplary embodiment of the present invention. This is a flowchart to explain.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 세라믹 입자에 기능성 물질을 코팅하는 단계(S100), 제1 베이스 소스 제조 단계(S200), 상기 제1 베이스 소스에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계(S300), 제2 베이스 소스 제조 단계(S400), 잉크 조성물 제조 단계(S500)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명된다. 1 and 2, a method of manufacturing a 3D printing ink composition according to an embodiment of the present invention includes coating a functional material on ceramic particles (S100), manufacturing a first base source (S200), and It may include the step of modifying the surface of the ceramic particles included in the first base source (S300), the second base source manufacturing step (S400), the ink composition manufacturing step (S500). Hereinafter, each step will be described in more detail.

일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자 코팅 단계(S100)는, 혼합 소스 제조 단계(S110), 기능성 물질 형성 단계(S120), 및 세라믹 입자와 기능성 물질을 혼합하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the ceramic particle coating step (S100) may include a mixing source manufacturing step (S110), a functional material forming step (S120), and mixing the ceramic particles and a functional material (S130). .

구체적으로, 제1 예비 소스 및 제2 예비 소스가 혼합되어 상기 혼합 소스가 제조될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 예비 소스는 제1 예비 기능성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 예비 기능성 물질은 NaF를 포함할 수 있다. 상기 제1 예비 소스는 NaF 10g과 증류수 100ml가 1시간 동안 교반되어 제조될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 예비 소스는 제2 예비 기능성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 예비 기능성 물질은 MgCl2를 포함할 수 있다. 상기 제2 예비 소스는 MgCl2 10g과 증류수 100ml가 1시간 동안 교반되어 제조될 수 있다. Specifically, the first preliminary source and the second preliminary source may be mixed to prepare the mixed source (S110). According to an embodiment, the first preliminary source may include a first preliminary functional material. For example, the first preliminary functional material may include NaF. The first preliminary source may be prepared by stirring NaF 10g and distilled water 100ml for 1 hour. Alternatively, the second preliminary source may include a second preliminary functional material. For example, the second preliminary functional material may include MgCl 2 . The second preliminary source may be prepared by stirring MgCl 2 10g and distilled water 100ml for 1 hour.

상기 제1 예비 소스 및 상기 제2 예비 소스는, 2 mol : 1 mol의 비율로 혼합된 후, 열처리될 수 있다. 구체적으로, NaF 소스 2mol과 MgCl2 소스 1mol이 혼합된 후 80℃의 온도까지 열처리될 수 있다. 이에 따라, 상기 혼합 소스가 제조될 수 있다. The first preliminary source and the second preliminary source may be mixed in a ratio of 2 mol: 1 mol and then heat treated. Specifically, 2 mol of NaF source and 1 mol of MgCl 2 source may be mixed and then heat treated to a temperature of 80°C. Accordingly, the mixed sauce can be prepared.

상기 혼합 소스에 pH 조절제가 첨가되어 기능성 물질이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 혼합 소스의 pH가 조절되는 경우, 상기 혼합 소스 내의 상기 제1 예비 기능성 물질 및 상기 제2 예비 기능성 물질이 반응될 수 있다. 이에 따라, 상기 기능성 물질이 형성될 수 있다. A functional material may be formed by adding a pH adjusting agent to the mixed source (S120). According to an embodiment, when the pH of the mixing source is adjusted, the first preliminary functional material and the second preliminary functional material in the mixing source may react. Accordingly, the functional material may be formed.

보다 구체적으로, NaF 및 MgCl2가 혼합된 상기 혼합 소스에 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11까지 제어하는 경우, NaF 및 MgCl2가 반응되어 MgF2가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 pH 조절제로서 NaOH가 사용될 수 있다. 즉, 상기 기능성 물질은 MgF2일 수 있다. 이후, 상기 기능성 물질은 세정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 물질은, 증류수를 통해 3차례 세정될 수 있다. More specifically, when the pH is controlled to 11 by adding a pH adjusting agent to the mixed source in which NaF and MgCl 2 are mixed, NaF and MgCl 2 may be reacted to form MgF 2 . In this case, NaOH may be used as the pH adjusting agent. That is, the functional material may be MgF 2 . Thereafter, the functional material may be cleaned. According to an embodiment, the functional material may be washed three times with distilled water.

상기 기능성 물질은 상기 세라믹 입자와 혼합될 수 있다(S130). 이에 따라, 상기 세라믹 입자의 표면이 상기 기능성 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 입자는 1μm의 입도를 갖는 지르코니아(ZrO2)를 포함할 수 있다. The functional material may be mixed with the ceramic particles (S130). Accordingly, the surface of the ceramic particles may be coated with the functional material. For example, the ceramic particles may include zirconia (ZrO 2 ) having a particle size of 1 μm.

보다 구체적으로, 공명혼합기를 통하여 MgF2 및 ZrO2가 혼합될 수 있다. 예를 들어, 공명혼합기는 60~70%의 파워(Power) 및 3 사이클(10분 작동 후 5분 중단 -> 1 사이클) 조건에서 구동될 수 있다. 이에 따라, ZrO2의 표면에 MgF2가 코팅될 수 있다.More specifically, MgF 2 and ZrO 2 may be mixed through a resonance mixer. For example, the resonance mixer can be operated under the conditions of 60 to 70% power and 3 cycles (5 minutes stop after 10 minutes operation -> 1 cycle). Accordingly, MgF 2 may be coated on the surface of ZrO 2 .

상기 기능성 물질은, 상기 세라믹 입자와 비교하여 자외선에 대한 굴절율이 낮을 수 있다(ZrO2 굴절율: 2.1~2.15, MgF2 굴절율: 1.38). 이로 인해, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자는, 자외선에 대한 굴절율이 감소될 수 있다. 또한, 상기 기능성 물질은, 상기 세라믹 입자 중량 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자의 자외선에 대한 굴절율 감소 비율이 향상될 수 있다. 결과적으로, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자를 포함하는 3차원 잉크 조성물을 통하여 제조된 3차원 프린팅 성형체는 내구성이 향상될 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다. The functional material may have a lower refractive index for ultraviolet rays than the ceramic particles (ZrO 2 refractive index: 2.1 to 2.15, MgF 2 refractive index: 1.38). For this reason, the ceramic particles coated with the functional material may have a reduced refractive index with respect to ultraviolet rays. In addition, the functional material may have a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt% based on the weight of the ceramic particles. In this case, a reduction ratio of the refractive index to ultraviolet rays of the ceramic particles coated with the functional material may be improved. As a result, the 3D printed molded article manufactured through the 3D ink composition including the ceramic particles coated with the functional material may have improved durability. A more detailed description will be given later.

상기 세라믹 입자를 코팅하는 상기 기능성 물질을 설명함에 있어 MgF2가 예를 들어 설명되었지만, 상기 세라믹 입자 보다 자외선에 대한 굴절율이 낮은 다양한 물질들이 사용될 수 있다. 구체적인 예를 들어, Al2O3(굴절율: 1.65), ThF4(굴절율: 1.66), SiO2(굴절율: 1.48), 및 YF3(굴절율: 1.52) 등이 사용될 수 있다. In describing the functional material coating the ceramic particles, MgF 2 has been described as an example, but various materials having a lower refractive index to ultraviolet rays than the ceramic particles may be used. For specific examples, Al 2 O 3 (refractive index: 1.65), ThF 4 (refractive index: 1.66), SiO 2 (refractive index: 1.48), and YF 3 (refractive index: 1.52) may be used.

상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자는 용매와 혼합될 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스 소스가 제조될 수 있다(S200). 예를 들어, 상기 용매는 메틸 알코올을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자 및 상기 용매는 24시간 동안 볼밀링으로 혼합될 수 있다. The ceramic particles coated with the functional material may be mixed with a solvent. Accordingly, a first base source may be manufactured (S200). For example, the solvent may include methyl alcohol. According to an embodiment, the ceramic particles coated with the functional material and the solvent may be mixed by ball milling for 24 hours.

상기 제1 베이스 소스는 표면 개질제와 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자의 표면이 개질될 수 있다(S300). 예를 들어, 상기 표면 개질제는 methacryloxypropyl trimethoxy silane(MPTMS)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 베이스 소스는 상기 세라믹 입자 중량 대비 15 wt%의 농도를 갖는 MPTMS와 혼합된 후, 50℃의 온도에서 24시간 교반될 수 있다. 이에 따라, 상기 세라믹 입자의 표면에 MPTMS가 흡착될 수 있다.The first base source may be mixed with a surface modifier. Accordingly, the surface of the ceramic particles coated with the functional material may be modified (S300). For example, the surface modifier may include methacryloxypropyl trimethoxy silane (MPTMS). More specifically, the first base source may be mixed with MPTMS having a concentration of 15 wt% based on the weight of the ceramic particles, and then stirred at a temperature of 50° C. for 24 hours. Accordingly, MPTMS may be adsorbed on the surface of the ceramic particles.

표면이 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 제1 베이스 소스는 광경화제와 혼합될 수 있다. 이에 따라, 제2 베이스 소스가 제조될 수 있다(S400). 예를 들어, 상기 광경화제는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 표면이 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 제1 베이스 소스는, 전체 중량 대비 40 wt%의 농도를 갖는 HDDA와 혼합된 후, 상온에서 3시간 동안 교반될 수 있다. The first base source having the ceramic particles whose surface is modified may be mixed with a photocuring agent. Accordingly, a second base source may be manufactured (S400). For example, the photocuring agent may include 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA). More specifically, the first base source having the ceramic particles whose surface has been modified may be mixed with HDDA having a concentration of 40 wt% based on the total weight, and then stirred at room temperature for 3 hours.

상기 제2 베이스 소스는 광개시제와 혼합될 수 있다. 이에 따라, 잉크 조성물이 제조될 수 있다(S500). 일 실시 예에 따르면, 상기 잉크 조성물 제조 단계(S500)는, 상기 제2 베이스 소스를 열처리하여 상기 제2 베이스 소스에 포함된 상기 용매를 휘발시키는 단계, 및 상기 용매가 휘발된 상기 제2 베이스 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다. The second base source may be mixed with a photoinitiator. Accordingly, an ink composition may be prepared (S500). According to an embodiment, in the step of preparing the ink composition (S500), the second base source is heat-treated to volatilize the solvent contained in the second base source, and the second base source from which the solvent is volatilized. It may include the step of adding a photoinitiator to. For example, the photoinitiator may include phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide.

보다 구체적으로, Evaporator를 이용하여 50℃의 온도에서 1시간 동안 상기 제2 베이스 소스를 열처리하여, 상기 제2 베이스 소스에 잔존하는 메틸알코올을 휘발시킨 후, 상기 광경화제 중량 대비 1.5 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 첨가하고, 상온에서 24시간 교반할 수 있다. 이에 따라, 상기 잉크 조성물이 제조될 수 있다. More specifically, after heat-treating the second base source for 1 hour at a temperature of 50° C. using an evaporator to volatilize methyl alcohol remaining in the second base source, a concentration of 1.5 wt% based on the weight of the photocuring agent Phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide having a may be added and stirred at room temperature for 24 hours. Accordingly, the ink composition can be prepared.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법이 설명된다. In the above, a 3D printing ink composition and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, a 3D printing method according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법을 설명하는 순서도이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프링팅 공정을 나타내는 도면이다. 3 is a flowchart illustrating a 3D printing method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 7 are diagrams illustrating a 3D printing process according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법은, 3차원 프린팅 잉크 조성물을 용기 내에 준비하는 단계(S10), 3차원 프린팅 성형층을 제조하는 단계(S20), 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계(S30), 및 3차원 프린팅 소결체를 제조하는 단계(S40)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다. 3 to 7, a 3D printing method according to an embodiment of the present invention includes preparing a 3D printing ink composition in a container (S10), preparing a 3D printing molding layer (S20), It may include a step (S30) of manufacturing a 3D printed compact, and a step (S40) of manufacturing a 3D printed sintered body. Hereinafter, each step will be described in detail.

3차원 프린팅 잉크 조성물이 용기(10) 내에 준비될 수 있다(S10). 일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물일 수 있다. 이에 따라, 3차원 프린팅 잉크 조성물에 대한 구체적인 설명은 생략된다. A 3D printing ink composition may be prepared in the container 10 (S10). According to an embodiment, the 3D printing ink composition may be a 3D printing ink composition according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2. Accordingly, a detailed description of the 3D printing ink composition is omitted.

광이 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 조사되어, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 경화될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에, 상기 광이 조사되는 경우, 상기 용기(10) 상부의 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 경화될 수 있다. 이에 따라, 3차원 프린팅 성형층(100L)이 제조될 수 있다(S20). 즉, 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)은, 상기 용기(10) 내에 준비된 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물 중, 적어도 일부가 경화되어 형성된 것일 수 있다. Light is irradiated to the 3D printing ink composition, so that the 3D printing ink composition may be cured. More specifically, when the light is irradiated to the 3D printing ink composition, the 3D printing ink composition on the upper portion of the container 10 may be cured. Accordingly, a 3D printing molding layer 100L may be manufactured (S20). That is, the 3D printing molding layer 100L may be formed by curing at least a portion of the 3D printing ink composition prepared in the container 10.

일 실시 예에 따르면, 광원(20)으로부터 상기 광이 출사될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원은 DLP(digital light processing) projector일 수 있다. 예를 들어, 상기 광은 UV를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 기판(30)이 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물과 접촉된 상태에서, 상기 광이 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(30) 상에 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)이 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)은 DLP(digital light processing) 3차원 프린팅 방법으로 형성될 수 있다. According to an embodiment, the light may be emitted from the light source 20. For example, the light source may be a digital light processing (DLP) projector. For example, the light may include UV. According to an embodiment, the light may be irradiated while the substrate 30 is in contact with the 3D printing ink composition. Accordingly, the 3D printing molding layer 100L may be formed on the substrate 30. In other words, the 3D printing molding layer 100L may be formed by a digital light processing (DLP) 3D printing method.

상기 3차원 프린팅 성형층(100L) 제조 단계는 반복 수행될 수 있다. 이 경우, 복수의 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)이 적층될 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 성형체(100)가 제조될 수 있다(S30). 즉, 상기 3차원 프린팅 성형체(100)는, 복수의 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)이 적층된 것일 수 있다. The manufacturing step of the 3D printing molding layer 100L may be repeatedly performed. In this case, a plurality of the 3D printing molding layers 100L may be stacked. Accordingly, the 3D printing molded body 100 may be manufactured (S30). That is, the 3D printing molded body 100 may be a stacked one of a plurality of the 3D printing molded layers 100L.

일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 성형층(100L) 제조 단계는 기준 범위까지 반복 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)이 기준 층까지 적층된 예비 3차원 프린팅 성형체(100a)가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 범위는 5회이고, 상기 기준 층은 5층(layer)일 수 있다. 즉, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a)는 도 6에 도시된 바와 같이, 5개의 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)이 적층된 것일 수 있다. According to an embodiment, the manufacturing step of the 3D printing molding layer 100L may be repeatedly performed up to a reference range. In this case, a preliminary 3D printing molded body 100a in which the 3D printing molded layer 100L is stacked up to a reference layer may be manufactured. For example, the reference range may be 5 times, and the reference layer may be 5 layers. That is, the preliminary 3D printing molded body 100a may be formed by stacking five 3D printing molded layers 100L, as shown in FIG. 6.

상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a) 제조 이후, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계가 다시 반복 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 3차원 프린팅 성형층(100a)이 상기 기준 층을 초과하여 적층될 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 성형체(100)가 제조될 수 있다. 즉, 상기 3차원 프린팅 성형체(100)는 상기 3차원 프린팅 성형층(100a)이 기준 층을 초과하여 적층된 것일 수 있다. After manufacturing the preliminary 3D printing molded body 100a, the manufacturing step of the 3D printing molded layer may be repeatedly performed again. In this case, the 3D printing molding layer 100a may be stacked in excess of the reference layer. Accordingly, the 3D printing molded body 100 may be manufactured. That is, the 3D printing molded body 100 may be a layer in which the 3D printing molded layer 100a exceeds the reference layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a)가 포함하는 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)은, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a) 제조 단계 이후 상기 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)과 비교하여, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 제공되는 상기 광의 노광 시간이 서로 다를 수 있다. According to an embodiment, the 3D printing molding layer 100L included in the preliminary 3D printing molded body 100a is stacked in excess of the reference layer after the manufacturing step of the preliminary 3D printing molded body 100a. Compared with the 3D printing molding layer 100L, exposure times of the light provided to the 3D printing ink composition may be different from each other.

보다 구체적으로, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a)가 포함하는 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)은, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 30초 초과 90초 미만의 시간 동안 노광되어 제조될 수 있다. 이와 달리, 상기 예비 3차원 프린팅 성형체(100a) 제조 단계 이후, 상기 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형층(100L)은, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 3초 초과 7초 미만의 시간 동안 노광되어 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 3차원 프린팅 성형체(100a)의 강도가 향상될 수 있다. 상기 3차원 프린팅 성형체(100)는 소결될 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 소결체가 제조될 수 있다(S40).More specifically, the 3D printing molding layer 100L included in the preliminary 3D printing molded body 100a may be prepared by exposing the 3D printing ink composition for a time of more than 30 seconds and less than 90 seconds. On the contrary, after the manufacturing step of the preliminary 3D printing molded body 100a, the 3D printing molded layer 100L laminated in excess of the reference layer has a time of the 3D printing ink composition exceeding 3 seconds and less than 7 seconds. It can be prepared by exposure during. In this case, the strength of the 3D printing molded body 100a may be improved. The 3D printing molded body 100 may be sintered. Accordingly, the three-dimensional printing sintered body may be manufactured (S40).

세라믹 입자를 포함하는 기존의 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여, 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 경우, 세라믹 입자의 자외선에 대한 높은 굴절율로 인하여 3차원 프린팅 성형체의 경화가 원활하게 이루어지지 못해, 3차원 프린팅 성형체의 강도 및 내구성이 저하되는 문제점이 발생되었다. In the case of manufacturing a 3D printing molded article using an existing 3D printing ink composition containing ceramic particles, the 3D printing molded article cannot be smoothly cured due to the high refractive index of the ceramic particles against ultraviolet rays. There has been a problem that the strength and durability of the printed molded article are deteriorated.

하지만, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 경우, 상술된 바와 같이, 상기 세라믹 입자가 상기 기능성 물질에 의하여 코팅됨에 따라, 세라믹 입자의 높은 굴절율이 감소될 수 있다. 이에 따라, 3차원 프린팅 성형체의 제조 과정에서 자외선의 침투 현상이 효과적으로 발생되어, 3차원 프린팅 성형체의 경화가 원활하게 이루어질 수 있다. 결과적으로, 3차원 프린팅 성형체의 강도 및 내구성이 향상될 수 있다. However, in the case of the 3D printing ink composition according to the embodiment of the present invention described above, as described above, as the ceramic particles are coated by the functional material, a high refractive index of the ceramic particles may be reduced. Accordingly, the penetration of ultraviolet rays is effectively generated during the manufacturing process of the 3D printed molded body, so that the 3D printed molded body can be smoothly cured. As a result, the strength and durability of the 3D printed molded body can be improved.

또한, 상술된 바와 같이, 상기 기능성 물질의 농도가 상기 세라믹 입자 중량 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 기능성 물질의 코팅을 통한 상기 세라믹 입자의 굴절율 감소 비율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 잉크 조성물 내에서 상기 광경화제가 경화되는 비율이 33%이상으로 제어되고, 상기 3차원 프린팅 성형체의 강도가 32 MPa 이상으로 제어될 수 있다. 즉, 상기 세라믹 입자에 코팅되는 상기 기능성 물질의 농도를 제어하여, 상기 광경화제의 경화 비율을 향상시킴으로써, 상기 3차원 프린팅 성형체의 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있다. In addition, as described above, the concentration of the functional material may be controlled to be greater than 1 wt% and less than 2 wt% based on the weight of the ceramic particles. In this case, the reduction ratio of the refractive index of the ceramic particles through the coating of the functional material may be improved. Accordingly, the ratio at which the photocuring agent is cured in the ink composition may be controlled to be 33% or more, and the strength of the three-dimensional printing molded article may be controlled to be 32 MPa or more. That is, by controlling the concentration of the functional material coated on the ceramic particles to improve the curing ratio of the photocuring agent, the strength and durability of the 3D printed molded article may be improved.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 3차원 프린팅 방법의 구체적인 실험 결과 및 특성 평가 결과가 설명된다.In the above, a 3D printing method according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, specific experimental results and characteristic evaluation results of a 3D printing ink composition and a 3D printing method according to an embodiment of the present invention will be described.

실시 예에 따른 기능성 입자 제조Preparation of functional particles according to the embodiment

NaF 와 MgCl2를 각각 10g씩 증류수 100ml에 넣고 1시간 동안 교반시켰다. 이후, NaF 2mol과 MgCl2 1mol을 혼합 한 후 80℃의 온도까지 열처리하고, NaOH를 이용하여 pH를 11까지 조절하여, MgF2 입자를 침전시켰다. 이후, MgF2 입자를 증류수로 3차례 세정하여 실시 예에 따른 기능성 입자를 제조하였다. Each 10g of NaF and MgCl 2 was added to 100ml of distilled water and stirred for 1 hour. Thereafter, 2 mol of NaF and 1 mol of MgCl 2 were mixed and heat-treated to a temperature of 80° C., and the pH was adjusted to 11 using NaOH to precipitate MgF 2 particles. Thereafter, MgF 2 particles were washed three times with distilled water to prepare functional particles according to the embodiment.

실시 예에 따른 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조Preparation of the 3D printing ink composition according to 1 according to the embodiment

1 μm 입도 및 60 wt%의 농도를 갖는 지르코니아(ZrO2)입자와 메틸알코올(methyl alcohol)을 볼밀링으로 혼합한 후, 지르코니아(ZrO2)의 표면 개질을 위하여, methacryloxypropyl trimethoxy silane(MPTMS)를 첨가하고, 50℃의 온도에서 24시간동안 교반하여 지르코니아 표면에 MPTMS를 화학적으로 흡착시켰다. 보다 구체적으로, MPTMS는 지르코니아 대비 15 wt%의 농도로 사용되었다. After mixing zirconia (ZrO 2 ) particles having a concentration of 1 μm and a concentration of 60 wt% and methyl alcohol by ball milling, methacryloxypropyl trimethoxy silane (MPTMS) was used to modify the surface of zirconia (ZrO 2 ). Then, the mixture was stirred at 50° C. for 24 hours to chemically adsorb MPTMS on the zirconia surface. More specifically, MPTMS was used at a concentration of 15 wt% relative to zirconia.

표면 개질된 지르코니아 입자는 40 wt% 농도의 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)와의 복합화를 위해 상온에서 3시간 동안 교반되었고, 이후 Evaporator를 이용하여 50℃의 온도에서 1시간 동안 가열되어, 잔존하는 메틸알코올을 휘발시켰다. The surface-modified zirconia particles were stirred at room temperature for 3 hours for complexation with 40 wt% concentration of 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA), and then heated at 50° C. for 1 hour using an evaporator. Methyl alcohol was volatilized.

계속해서, HDDA 대비 1.5 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 첨가하고, 상온에서 24시간 동안 교반하여 최종적으로 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다. Subsequently, phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide having a concentration of 1.5 wt% compared to HDDA was added and stirred at room temperature for 24 hours to finally prepare a 3D printing ink composition according to Example 1. I did.

실시 예에 따른 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조Preparation of the 3D printing ink composition according to 2 according to the embodiment

상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법에 따라 제조하되, 지르코니아(ZrO2)입자와 메틸알코올(methyl alcohol)을 혼합하기 전, 지르코니아(ZrO2)입자와 상술된 실시 예에 따른 기능성 물질(MgF2)을 혼합하여, 지르코니아(ZrO2)입자의 표면에 기능성 물질(MgF2)을 코팅하고, 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2) 입자와 메틸알코올을 혼합하였다. 보다 구체적으로, 기능성 물질(MgF2)은 지르코니아(ZrO2) 중량 대비 0.5 wt%의 농도로 사용되었다. 또한, 지르코니아(ZrO2)입자와 기능성 물질(MgF2)의 혼합은 공명혼합기를 통하여 수행하였고, 공명혼합기는 60~70%의 파워(Power) 및 3 사이클(10분 작동 후 5분 중단 -> 1 사이클) 조건에서 동작되었다. Prepared according to the manufacturing method of the 3D printing ink composition according to the above-described Example 1, but before mixing the zirconia (ZrO 2 ) particles and methyl alcohol (methyl alcohol), the zirconia (ZrO 2 ) particles and in the above-described embodiment by mixing in accordance with the functional material (MgF 2), zirconia (ZrO 2) coated with the functional material (MgF 2) on the surface of the particle, the functional material (MgF 2) coating of zirconia (ZrO 2) mixing the particles with methyl alcohol I did. More specifically, the functional material (MgF 2 ) was used in a concentration of 0.5 wt% based on the weight of zirconia (ZrO 2 ). In addition, mixing of the zirconia (ZrO 2 ) particles and the functional material (MgF 2 ) was performed through a resonance mixer, and the resonance mixer had 60-70% power and 3 cycles (5 minutes stopped after 10 minutes operation -> 1 cycle).

실시 예에 따른 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조Preparation of 3D printing ink composition according to Example 3

상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법에 따라 제조하되, 지르코니아(ZrO2)입자와 메틸알코올(methyl alcohol)을 혼합하기 전, 지르코니아(ZrO2)입자와 상술된 실시 예에 따른 기능성 물질(MgF2)을 혼합하여, 지르코니아(ZrO2)입자의 표면에 기능성 물질(MgF2)을 코팅하고, 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2) 입자와 메틸알코올을 혼합하였다. 보다 구체적으로, 기능성 물질(MgF2)은 지르코니아(ZrO2) 중량 대비 1.0 wt%의 농도로 사용되었다. 또한, 지르코니아(ZrO2)입자와 기능성 물질(MgF2)의 혼합은 공명혼합기를 통하여 수행하였고, 공명혼합기는 60~70%의 파워(Power) 및 3 사이클(10분 작동 후 5분 중단 -> 1 사이클) 조건에서 동작되었다.Prepared according to the manufacturing method of the 3D printing ink composition according to the above-described Example 1, but before mixing the zirconia (ZrO 2 ) particles and methyl alcohol (methyl alcohol), the zirconia (ZrO 2 ) particles and in the above-described embodiment by mixing in accordance with the functional material (MgF 2), zirconia (ZrO 2) coated with the functional material (MgF 2) on the surface of the particle, the functional material (MgF 2) coating of zirconia (ZrO 2) mixing the particles with methyl alcohol I did. More specifically, the functional material (MgF 2 ) was used at a concentration of 1.0 wt% based on the weight of zirconia (ZrO 2 ). In addition, mixing of the zirconia (ZrO 2 ) particles and the functional material (MgF 2 ) was performed through a resonance mixer, and the resonance mixer had 60-70% power and 3 cycles (5 minutes stopped after 10 minutes operation -> 1 cycle).

실시 예에 따른 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조Preparation of 3D printing ink composition according to Example 4

상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법에 따라 제조하되, 지르코니아(ZrO2)입자와 메틸알코올(methyl alcohol)을 혼합하기 전, 지르코니아(ZrO2)입자와 상술된 실시 예에 따른 기능성 물질(MgF2)을 혼합하여, 지르코니아(ZrO2)입자의 표면에 기능성 물질(MgF2)을 코팅하고, 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2) 입자와 메틸알코올을 혼합하였다. 보다 구체적으로, 기능성 물질(MgF2)은 지르코니아(ZrO2) 중량 대비 1.5 wt%의 농도로 사용되었다. 또한, 지르코니아(ZrO2)입자와 기능성 물질(MgF2)의 혼합은 공명혼합기를 통하여 수행하였고, 공명혼합기는 60~70%의 파워(Power) 및 3 사이클(10분 작동 후 5분 중단 -> 1 사이클) 조건에서 동작되었다.Prepared according to the manufacturing method of the 3D printing ink composition according to the above-described Example 1, but before mixing the zirconia (ZrO 2 ) particles and methyl alcohol (methyl alcohol), the zirconia (ZrO 2 ) particles and in the above-described embodiment by mixing in accordance with the functional material (MgF 2), zirconia (ZrO 2) coated with the functional material (MgF 2) on the surface of the particle, the functional material (MgF 2) coating of zirconia (ZrO 2) mixing the particles with methyl alcohol I did. More specifically, the functional material (MgF 2 ) was used in a concentration of 1.5 wt% based on the weight of zirconia (ZrO 2 ). In addition, mixing of the zirconia (ZrO 2 ) particles and the functional material (MgF 2 ) was performed through a resonance mixer, and the resonance mixer had 60-70% power and 3 cycles (5 minutes stopped after 10 minutes operation -> 1 cycle).

실시 예에 따른 5에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조Preparation of 3D printing ink composition according to Example 5

상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법에 따라 제조하되, 지르코니아(ZrO2)입자와 메틸알코올(methyl alcohol)을 혼합하기 전, 지르코니아(ZrO2)입자와 상술된 실시 예에 따른 기능성 물질(MgF2)을 혼합하여, 지르코니아(ZrO2)입자의 표면에 기능성 물질(MgF2)을 코팅하고, 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2) 입자와 메틸알코올을 혼합하였다. 보다 구체적으로, 기능성 물질(MgF2)은 지르코니아(ZrO2) 중량 대비 2.0 wt%의 농도로 사용되었다. 또한, 지르코니아(ZrO2)입자와 기능성 물질(MgF2)의 혼합은 공명혼합기를 통하여 수행하였고, 공명혼합기는 60~70%의 파워(Power) 및 3 사이클(10분 작동 후 5분 중단 -> 1 사이클) 조건에서 동작되었다.Prepared according to the manufacturing method of the 3D printing ink composition according to the above-described Example 1, but before mixing the zirconia (ZrO 2 ) particles and methyl alcohol (methyl alcohol), the zirconia (ZrO 2 ) particles and in the above-described embodiment by mixing in accordance with the functional material (MgF 2), zirconia (ZrO 2) coated with the functional material (MgF 2) on the surface of the particle, the functional material (MgF 2) coating of zirconia (ZrO 2) mixing the particles with methyl alcohol I did. More specifically, the functional material (MgF 2 ) was used at a concentration of 2.0 wt% based on the weight of zirconia (ZrO 2 ). In addition, mixing of the zirconia (ZrO 2 ) particles and the functional material (MgF 2 ) was performed through a resonance mixer, and the resonance mixer had 60-70% power and 3 cycles (5 minutes stopped after 10 minutes operation -> 1 cycle).

상술된 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 광정에서, 지르코니아(ZrO2) 입자에 코팅되는 기능성 물질(MgF2)의 농도가 아래의 <표 1>을 통해 정리된다. In the manufacturing process of the 3D printing ink composition according to Examples 1 to 5 described above, the concentration of the functional material (MgF 2 ) coated on the zirconia (ZrO 2 ) particles is summarized through <Table 1> below.

구분division MgF2 농도 (지르코니아 중량 대비 wt%)MgF 2 concentration (wt% based on the weight of zirconia) 실시 예 1Example 1 0 wt%0 wt% 실시 예 2Example 2 0.5 wt%0.5 wt% 실시 예 3Example 3 1.0 wt%1.0 wt% 실시 예 4Example 4 1.5 wt%1.5 wt% 실시 예 5Example 5 2.0 wt%2.0 wt%

실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Preparation of 3D printing molded body according to Example 1

용기 내에 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비한 후, DLP(digital light processing) projector를 이용하여 UV를 30초의 동안 조사하여, 3차원 프린팅 성형층을 제조하였다. 이후, 3차원 프린팅 성형층을 5층(layer) 적층하여 예비 3차원 프린팅 성형체를 제조하였다. After preparing the 3D printing ink composition according to Example 1 in a container, UV was irradiated for 30 seconds using a digital light processing (DLP) projector to prepare a 3D printing molded layer. Thereafter, a preliminary three-dimensional printed molded article was manufactured by stacking five layers of three-dimensional printing molded layers.

계속해서, 예비 3차원 프린팅 성형체에 3차원 프린팅 성형층을 적층시키되, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층은, 3초의 시간 동안 UV가 조사되어 제조되었다. 결과적으로, 예비 3차원 프린팅 성형체에 3차원 프린팅이 추가적으로 적층되어, 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체가 제조되었다. Subsequently, the three-dimensional printing molded layer was laminated on the preliminary three-dimensional printing molded body, and the three-dimensional printed molded layer laminated on the preliminary three-dimensional printed molded body was produced by irradiation with UV for a period of 3 seconds. As a result, 3D printing was additionally laminated on the preliminary 3D printing molded body, thereby manufacturing a 3D printing molded body according to Example 1.

실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing 3D printing molded body according to Example 2

실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비한 후, 상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로, 3차원 프린팅 성형체를 제조하였다. After preparing the 3D printing ink composition according to Example 2, a 3D printing molded body was manufactured by the method of manufacturing the 3D printing molded body according to Example 1 described above.

실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Preparation of 3D printing molded body according to Example 3

실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비한 후, 상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로, 3차원 프린팅 성형체를 제조하였다. After preparing the 3D printing ink composition according to Example 3, a 3D printing molded body was manufactured by the method of manufacturing the 3D printing molded body according to Example 1 described above.

실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 4

실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비한 후, 상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로, 3차원 프린팅 성형체를 제조하였다. After preparing the 3D printing ink composition according to Example 4, a 3D printing molded body was manufactured by the method of manufacturing the 3D printing molded body according to Example 1 described above.

실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 5

실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비한 후, 상술된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로, 3차원 프린팅 성형체를 제조하였다. After preparing the 3D printing ink composition according to Example 5, a 3D printing molded body was manufactured by the method of manufacturing the 3D printing molded body according to Example 1 described above.

실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 6

상술된 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체가 포함하는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 60초 동안 조사되어 제조되었다. The three-dimensional printing molded layer included in the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the manufacturing method of the three-dimensional printing molded body according to the above-described Example 4, UV irradiation to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4 for 60 seconds And was manufactured.

실시 예 7에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Preparation of 3D printing molded body according to Example 7

상술된 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체가 포함하는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 90초 동안 조사되어 제조되었다. The three-dimensional printing molded layer included in the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the method of manufacturing a three-dimensional printing molded body according to Example 4 described above, and UV irradiated for 90 seconds to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4. And was manufactured.

실시 예 8에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 8

상술된 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체가 포함하는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 120초 동안 조사되어 제조되었다. A three-dimensional printing molded layer included in the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the method of manufacturing a three-dimensional printed molded body according to Example 4 described above, and UV irradiated for 120 seconds to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4. And was manufactured.

실시 예 9에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 9

상술된 실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 1초 동안 조사되어 제조되었다. A three-dimensional printing molded layer laminated on the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the method of manufacturing a three-dimensional printing molded body according to the above-described Example 6, and UV irradiated to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4 for 1 second. And was manufactured.

실시 예 10에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacturing of 3D printing molded body according to Example 10

상술된 실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 5초 동안 조사되어 제조되었다. The three-dimensional printing molded layer laminated on the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the manufacturing method of the three-dimensional printing molded body according to the above-described Example 6, and UV was irradiated to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4 for 5 seconds. And was manufactured.

실시 예 11에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Preparation of 3D printing molded body according to Example 11

상술된 실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 7초 동안 조사되어 제조되었다. A three-dimensional printing molded layer laminated on the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the method for manufacturing a three-dimensional printed molded body according to Example 6 described above, and UV was irradiated to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4 for 7 seconds. And was manufactured.

실시 예 12에 따른 3차원 프린팅 성형체 제조Manufacture of 3D printing molded body according to Example 12

상술된 실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 방법으로 제조하되, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층은, 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 UV가 9초 동안 조사되어 제조되었다. A three-dimensional printing molded layer laminated on the preliminary three-dimensional printing molded body was prepared by the method for manufacturing a three-dimensional printed molded body according to Example 6 described above, and UV was irradiated to the three-dimensional printing ink composition according to Example 4 for 9 seconds. And was manufactured.

상술된 실시 예 1 내지 실시 예 12에 따른 3차원 프린팅 성형체의 제조 과정에서, 3차원 프린팅 성형층 제조에 사용되는 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 UV의 조사 시간이 아래의 <표 2>를 통하여 정리된다. 초기 노광 시간은, 예비 3차원 프린팅 소결체가 포함하는 3차원 프린팅 성형층의 제조과정에서 3차원 프린팅 잉크 조성물에 제공되는 UV의 시간을 의미한다. 반면, 노광 시간은, 예비 3차원 프린팅 소결체 제조 이후, 예비 3차원 프린팅 성형체에 적층되는 3차원 프린팅 성형층의 제조과정에서 3차원 프린팅 잉크 조성물에 제공되는 UV의 시간을 의미한다.In the manufacturing process of the 3D printing molded body according to Examples 1 to 12 described above, the 3D printing ink composition and UV irradiation time used for manufacturing the 3D printing molded layer are summarized through <Table 2> below. . The initial exposure time means the time of UV provided to the 3D printing ink composition during the manufacturing process of the 3D printing molded layer included in the preliminary 3D printing sintered body. On the other hand, the exposure time refers to the time of UV provided to the 3D printing ink composition in the manufacturing process of the 3D printing molded layer laminated on the preliminary 3D printing molded body after manufacturing the preliminary 3D printing sintered body.

구분
(3차원 프린팅 성형체)
division
(3D printing molded body)
사용된 3차원 프린팅 잉크 조성물
(MgF2 농도)
3D printing ink composition used
(MgF 2 concentration)
초기 노광 시간Initial exposure time 노광 시간Exposure time
실시 예 1Example 1 실시 예 1 (0 wt%)Example 1 (0 wt%) 30s30s 3s3s 실시 예 2Example 2 실시 예 2 (0.5 wt%)Example 2 (0.5 wt%) 30s30s 3s3s 실시 예 3Example 3 실시 예 3 (1.0 wt%)Example 3 (1.0 wt%) 30s30s 3s3s 실시 예 4Example 4 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 30s30s 3s3s 실시 예 5Example 5 실시 예 5 (2.0 wt%)Example 5 (2.0 wt%) 30s30s 3s3s 실시 예 6Example 6 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 60s60s 3s3s 실시 예 7Example 7 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 90s90s 3s3s 실시 예 8Example 8 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 120s120s 3s3s 실시 예 9Example 9 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 60s60s 1s1s 실시 예 10Example 10 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 60s60s 5s5s 실시 예 11Example 11 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 60s60s 7s7s 실시 예 12Example 12 실시 예 4 (1.5 wt%)Example 4 (1.5 wt%) 60s60s 9s9s

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조에 사용되는 세라믹 입자를 촬영한 사진이다. 8 is a photograph of ceramic particles used to prepare a 3D printing ink composition according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조에 사용되는 세라믹 입자를 SEM(Scanning Electron Microscopy) 촬영하여 나타내었다. 도 8에서 확인할 수 있듯이, ZrO2 입사의 표면에 MgF2가 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 8, ceramic particles used for preparing the 3D printing ink composition according to Example 2 were photographed by SEM (Scanning Electron Microscopy). As can be seen in FIG. 8, it was confirmed that MgF 2 was coated on the surface of the incident ZrO 2 .

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 성형체를 촬영한 사진이다. 9 is a photograph of a 3D printed molded body according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 성형체를 촬영하여 나타내었다. 도 9에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 5에 모두 3차원 프린팅 성형체가 효과적으로 형성된 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 9, a 3D printed molded body according to Examples 1 to 5 of the present invention is photographed and shown. As can be seen from FIG. 9, it was confirmed that the 3D printed molded body was effectively formed in all of Examples 1 to 5 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물이 포함하는 기능성 물질의 농도에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다. 10 is a graph comparing characteristics of a 3D printing molded article according to a concentration of a functional material included in a 3D printing ink composition according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 성형체를 준비한 후, 각 성형체의 강도(MPa)를 측정하여 나타내었다. 또한, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 과정에서, 3차원 프린팅 잉크가 포함하는 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율도 측정하여 나타내었다. 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율은, 전환율(%)로 정의된다. Referring to FIG. 10, after preparing a 3D printed molded body according to Examples 1 to 5 of the present invention, the strength (MPa) of each molded body was measured and shown. In addition, in the process of manufacturing the 3D printing molded body according to Examples 1 to 5, the ratio at which the photocuring agent (HDDA) included in the 3D printing ink is cured by ultraviolet rays is also measured and indicated. The ratio at which the photocuring agent (HDDA) is cured by ultraviolet rays is defined as the conversion rate (%).

도 10에 도시된 결과가 아래의 <표 3>을 통하여 정리된다. The results shown in FIG. 10 are summarized through <Table 3> below.

구분division 전환율 (%)Conversion rate (%) 성형체 강도 (MPa)Molded body strength (MPa) 실시 예 1Example 1 21.621.6 23.123.1 실시 예 2Example 2 24.924.9 23.923.9 실시 예 3Example 3 27.127.1 25.125.1 실시 예 4Example 4 30.730.7 28.828.8 실시 예 5Example 5 28.028.0 26.326.3

도 10 및 <표 3>을 통해 확인할 수 있듯이, 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2)입자를 포함하는 3차원 잉크 조성물을 통하여 제조된 실시 예 2 내지 실시 예 5에 따른 3차원 프린팅 성형체는, 기능성 물질(MgF2)이 코팅되지 않은 지르코니아(ZrO2)입자를 포함하는 3차원 잉크 조성물을 통하여 제조된 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 성형체 보다 전환율 및 강도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen through Figures 10 and <Table 3>, the three-dimensional according to Examples 2 to 5 prepared through a three-dimensional ink composition containing zirconia (ZrO 2 ) particles coated with a functional material (MgF 2 ) Printing molded article, it can be seen that the conversion rate and strength are higher than the three-dimensional printing molded article according to Example 1 manufactured through a three-dimensional ink composition containing zirconia (ZrO 2 ) particles not coated with a functional material (MgF 2 ). there was.

또한, 기능성 물질(MgF2)의 농도가 증가함에 따라, 실시 예 2 내지 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체의 전환율 및 강도가 점점 증가하다가, 실시 예 4를 기점으로 전환율 및 강도가 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 1.5 wt%의 농도의 기능성 물질(MgF2)이 코팅된 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 3차원 잉크 조성물을 통하여 제조된 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 성형체의 전화율 및 강도가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. In addition, as the concentration of the functional material (MgF 2 ) increases, the conversion rate and strength of the three-dimensional printing molded body according to Examples 2 to 4 gradually increase, and then the conversion rate and strength decrease from Example 4. I could confirm. As a result, the conversion rate and strength of the three-dimensional printing molded article according to Example 4 prepared through a three-dimensional ink composition containing zirconia (ZrO 2 ) coated with a functional material (MgF 2 ) of 1.5 wt% concentration were the highest. I could see that it appeared.

도 11은 초기 노광시간에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다. 11 is a graph comparing characteristics of a 3D printed molded body according to an initial exposure time.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예 4, 실시 예 6 내지 실시 예 8에 따른 3차원 프린팅 성형체를 준비한 후, 각 성형체의 강도(MPa)를 측정하여 나타내었다. 또한, 상기 실시 예 4, 실시 예 6 내지 실시 예 8에 따른 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 과정에서, 3차원 프린팅 잉크가 포함하는 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율도 측정하여 나타내었다. 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율은, 전환율(%)로 정의된다. Referring to FIG. 11, after preparing the 3D printed molded bodies according to Examples 4 and 6 to 8 of the present invention, the strength (MPa) of each molded body was measured and shown. In addition, in the process of manufacturing the 3D printing molded body according to Examples 4 and 6 to 8, the ratio at which the photocuring agent (HDDA) included in the 3D printing ink is cured by ultraviolet rays was also measured and indicated. . The ratio at which the photocuring agent (HDDA) is cured by ultraviolet rays is defined as the conversion rate (%).

도 11에 도시된 결과가 아래의 <표 4>를 통하여 정리된다. The results shown in FIG. 11 are summarized through <Table 4> below.

구분division 전환율 (%)Conversion rate (%) 성형체 강도 (MPa)Molded body strength (MPa) 실시 예 4Example 4 30.730.7 28.828.8 실시 예 6Example 6 33.133.1 32.032.0 실시 예 7Example 7 31.331.3 29.429.4 실시 예 8Example 8 31.131.1 29.329.3

도 11 및 <표 4>를 통해 확인할 수 있듯이, 실시 예 4, 실시 예 6 내지 실시 예 8을 비교한 경과, 초기 노광시간이 60s인 실시 예 6에 따른 3차원 프린팅 성형체의 전환율(33.1%) 및 강도(32.0Mpa)가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from Fig. 11 and <Table 4>, the conversion rate (33.1%) of the three-dimensional printed molded body according to Example 6, the progress of comparing Examples 4 and 6 to 8, and the initial exposure time of 60s And the strength (32.0Mpa) was found to be the highest.

도 12는 노광시간에 따른 3차원 프린팅 성형체의 특성을 비교하는 그래프이다. 12 is a graph comparing characteristics of a 3D printed molded body according to exposure time.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예 6, 실시 예 9 내지 실시 예 12에 따른 3차원 프린팅 성형체를 준비한 후, 각 형성체의 강도(MPa)를 측정하여 나타내었다. 또한, 상기 실시 예 6, 실시 예 9 내지 실시 예 12에 따른 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 과정에서, 3차원 프린팅 잉크가 포함하는 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율도 측정하여 나타내었다. 광경화제(HDDA)가 자외선에 의하여 경화되는 비율은, 전환율(%)로 정의된다. Referring to FIG. 12, after preparing a 3D printed molded body according to Examples 6 and 9 to 12 of the present invention, the strength (MPa) of each formed body was measured and shown. In addition, in the process of manufacturing the 3D printing molded body according to Examples 6 and 9 to 12, the ratio at which the photocuring agent (HDDA) included in the 3D printing ink is cured by ultraviolet rays was also measured and indicated. . The ratio at which the photocuring agent (HDDA) is cured by ultraviolet rays is defined as the conversion rate (%).

도 12에 도시된 결과가 아래의 <표 5>를 통하여 정리된다. The results shown in FIG. 12 are summarized through <Table 5> below.

구분division 전환율 (%)Conversion rate (%) 성형체 강도 (MPa)Molded body strength (MPa) 실시 예 9Example 9 28.728.7 27.627.6 실시 예 6Example 6 33.133.1 32.032.0 실시 예 10Example 10 33.933.9 32.432.4 실시 예 11Example 11 32.632.6 32.032.0 실시 예 12Example 12 30.730.7 29.129.1

도 12 및 <표 5>를 통해 확인할 수 있듯이, 실시 예 6, 실시 예 9 내지 실시 예 12를 비교한 결과, 노광시간이 5s인 실시 예 10에 따른 3차원 프린팅 성형체의 전환율(33.9%) 및 강도(32.4MPa)가 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 12 and <Table 5>, as a result of comparing Example 6 and Example 9 to Example 12, the conversion rate (33.9%) of the 3D printed molded body according to Example 10 in which the exposure time was 5s and It was confirmed that the strength (32.4 MPa) was the highest.

결과적으로, 세라믹 입자 중량 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 기능성 물질이 코팅된 세라믹 입자를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 3차원 프린팅 성형체를 제조하되, 초기 노광시간을 30초 초과 90초 미만의 시간으로 제어하고, 노광시간을 3초 초과 7초 미만의 시간으로 제어하는 경우, 높은 전환율(33% 이상) 및 높은 강도(32 MPa 이상)를 갖는 3차원 프린팅 성형체를 효과적으로 제조할 수 있음을 알 수 있다. As a result, a 3D printing molded body was prepared using a 3D printing ink composition including ceramic particles coated with a functional material having a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt% based on the weight of the ceramic particles, but the initial exposure time was 30 When the exposure time is controlled to a time of more than 90 seconds and the exposure time is controlled to a time of more than 3 seconds and less than 7 seconds, a three-dimensional printed molded article having a high conversion rate (33% or more) and high strength (32 MPa or more) is effectively It can be seen that it can be manufactured.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 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.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (12)

세라믹 입자, 및 상기 세라믹 입자 보다 자외선에 대한 굴절율이 낮은 기능성 물질을 혼합하여, 상기 세라믹 입자의 표면에 상기 기능성 물질을 코팅하는 단계;
상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자, 및 용매를 혼합하여 제1 베이스 소스를 제조하는 단계;
상기 제1 베이스 소스와 표면 개질제를 혼합하여, 상기 기능성 물질이 코팅된 상기 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계;
표면이 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 제1 베이스 소스를 광경화제와 혼합하여 제2 베이스 소스를 제조하는 단계; 및
상기 제2 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 기능성 물질은, 상기 세라믹 입자 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 것을 포함하되,
상기 세라믹 입자는 금속 및 산소를 포함하는 화합물을 포함하고, 상기 기능성 물질은, MgF2, Al2O3, ThF4, SiO2, 및 YF3 중 어느 하나를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
Coating the functional material on the surface of the ceramic particles by mixing ceramic particles and a functional material having a lower refractive index for ultraviolet rays than the ceramic particles;
Preparing a first base source by mixing the ceramic particles coated with the functional material and a solvent;
Mixing the first base source and a surface modifier to modify the surface of the ceramic particles coated with the functional material;
Preparing a second base source by mixing the first base source having the surface-modified ceramic particles with a photocuring agent; And
Including the step of preparing an ink composition by adding a photoinitiator to the second base source,
The functional material, including those having a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt%,
The ceramic particles include a compound containing metal and oxygen, and the functional material is MgF 2 , Al 2 O 3 , ThF 4 , SiO 2 , Preparation of a 3D printing ink composition comprising any one of YF 3 Way.
제1 항에 있어서,
상기 세라믹 입자의 표면에 상기 기능성 물질을 코팅하는 단계는
제1 예비 기능성 물질을 포함하는 제1 예비 소스 및 제2 예비 기능성 물질을 포함하는 제2 예비 소스를 혼합하여 혼합 소스를 제조하는 단계;
상기 혼합 소스에 pH 조절제를 첨가하여, 상기 제1 예비 기능성 물질 및 상기 제2 예비 기능성 물질이 반응된 상기 기능성 물질을 형성하는 단계; 및
상기 세라믹 입자와 상기 기능성 물질을 혼합하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
The method of claim 1,
Coating the functional material on the surface of the ceramic particle
Preparing a mixed sauce by mixing a first preliminary source comprising a first preliminary functional material and a second preliminary source comprising a second preliminary functional material;
Adding a pH adjusting agent to the mixing source to form the functional material in which the first preliminary functional material and the second preliminary functional material are reacted; And
A method for producing a 3D printing ink composition comprising the step of mixing the ceramic particles and the functional material.
제1 항에 있어서,
상기 잉크 조성물 제조 단계는,
상기 제2 베이스 소스를 열처리하여, 상기 제2 베이스 소스에 포함된 상기 용매를 휘발시키는 단계; 및
상기 용매가 휘발된 상기 제2 베이스 소스에 상기 광개시제를 첨가하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the ink composition,
Heat treating the second base source to volatilize the solvent contained in the second base source; And
A method of manufacturing a 3D printing ink composition comprising the step of adding the photoinitiator to the second base source in which the solvent is volatilized.
제1 항에 있어서,
상기 기능성 물질은, MgF2, Al2O3, ThF4, SiO2, 및 YF3 중 어느 하나를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
The method of claim 1,
The functional material is MgF 2 , Al 2 O 3 , ThF 4 , SiO 2 , and YF 3 Method for producing a 3D printing ink composition comprising any one of.
기능성 물질이 코팅된 세라믹 입자, 표면 개질제, 광경화제, 및 광개시제를 포함하는 잉크 조성물에 있어서,
상기 기능성 물질은 상기 세라믹 입자 보다 자외선에 대한 굴절율이 낮고, 상기 세라믹 입자 대비 1 wt% 초과 2 wt% 미만의 농도를 갖는 것을 포함하되,
상기 세라믹 입자는 금속 및 산소를 포함하는 화합물을 포함하고, 상기 기능성 물질은, MgF2, Al2O3, ThF4, SiO2, 및 YF3 중 어느 하나를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물.
In the ink composition comprising ceramic particles coated with a functional material, a surface modifier, a photocuring agent, and a photoinitiator,
The functional material includes those having a refractive index lower than that of the ceramic particles with respect to ultraviolet rays and having a concentration of more than 1 wt% and less than 2 wt% of the ceramic particles,
The ceramic particles include a compound containing metal and oxygen, and the functional material is a three-dimensional printing ink composition comprising any one of MgF 2 , Al 2 O 3 , ThF 4 , SiO 2 , and YF 3 .
제5 항에 있어서,
상기 세라믹 입자는 지르코니아(ZrO2)를 포함하고, 상기 표면 개질제는 methacryloxypropyl trimethoxy silane(MPTMS)을 포함하고, 상기 광경화제는, 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하고, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물.
The method of claim 5,
The ceramic particles include zirconia (ZrO 2 ), the surface modifier includes methacryloxypropyl trimethoxy silane (MPTMS), the photocuring agent includes 1,6-hexanediol diacrylate (HDDA), and the photoinitiator includes phenyl bis 3D printing ink composition containing (2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide.
제5 항에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 용기 내에 준비하는 단계;
광을 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 조사하는 방법으로, 상기 용기 상부의 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 경화시켜, 3차원 프린팅 성형층을 제조하는 단계;
상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 적층된 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 3차원 프린팅 성형체를 소결하여, 3차원 프린팅 소결체를 제조하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
Preparing the three-dimensional printing ink composition according to claim 5 in a container;
A method of irradiating light onto the 3D printing ink composition, comprising: curing the 3D printing ink composition on the upper part of the container to prepare a 3D printing molding layer;
Repeating the steps of manufacturing the three-dimensional printing molding layer to manufacture a three-dimensional printed molded body in which the three-dimensional printing molding layer is stacked; And
A three-dimensional printing method comprising the step of sintering the three-dimensional printing compact to produce a three-dimensional printing sintered body.
제7 항에 있어서,
상기 광이 조사된 상기 잉크 조성물 내에서 상기 광경화제가 경화되는 비율은 33% 이상이고, 상기 3차원 프린팅 성형체의 강도는 32 MPa 이상인 것을 포함하는 3차원 프린팅 방법.
The method of claim 7,
A 3D printing method comprising: a ratio at which the photocuring agent is cured in the ink composition irradiated with light is 33% or more, and an intensity of the 3D printing molded article is 32 MPa or more.
제7 항에 있어서,
상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계에서 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물에 제공되는 광은, 자외선(UV)을 포함하는 3차원 프린팅 방법.
The method of claim 7,
The light provided to the 3D printing ink composition in the manufacturing of the 3D printing molding layer includes ultraviolet rays (UV).
제7 항에 있어서,
상기 3차원 프린팅 성형체 제조 단계는,
상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 기준 범위까지 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 기준 층까지 적층된, 예비 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 예비 3차원 프린팅 성형체 제조 이후, 상기 3차원 프린팅 성형층 제조 단계를 반복 수행하여, 상기 3차원 프린팅 성형층이 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형체를 제조하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 방법.
The method of claim 7,
The manufacturing step of the three-dimensional printing molded body,
Manufacturing a preliminary three-dimensional printed molded article in which the three-dimensional printing molded layer is stacked up to a reference layer by repeatedly performing the manufacturing step of the three-dimensional printing molded layer up to a reference range; And
After manufacturing the preliminary three-dimensional printing molded body, a three-dimensional printing molded body comprising the step of manufacturing the three-dimensional printed molded body in which the three-dimensional printing molded layer is stacked in excess of a reference layer by repeatedly performing the step of manufacturing the three-dimensional printing molding layer How to print.
제10 항에 있어서,
상기 예비 3차원 프린팅 성형체 제조 이후, 상기 기준 층을 초과하여 적층된 상기 3차원 프린팅 성형층은,
상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 3초 초과 7초 미만의 시간 동안 노광되어 제조된 것을 포함하는 3차원 프린팅 방법.
The method of claim 10,
After the preparation of the preliminary three-dimensional printing molded body, the three-dimensional printing molded layer laminated in excess of the reference layer,
A three-dimensional printing method comprising the three-dimensional printing ink composition prepared by exposure for a time of less than 7 seconds more than 3 seconds.
제10 항에 있어서,
상기 예비 3차원 프린팅 성형체가 포함하는 상기 3차원 프린팅 성형층은,
상기 3차원 프린팅 잉크 조성물이 30초 초과 90초 미만의 시간 동안 노광되어 제조된 것을 포함하는 3차원 프린팅 방법.
The method of claim 10,
The three-dimensional printing molding layer included in the preliminary three-dimensional printing molded body,
A three-dimensional printing method comprising the three-dimensional printing ink composition prepared by exposure for a time of more than 30 seconds and less than 90 seconds.
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