KR102225126B1 - 소수성 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법. - Google Patents

소수성 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법. Download PDF

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한국세라믹기술원
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Abstract

3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법이 제공된다. 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 수계 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

소수성 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법. {Hydrophobic 3D printing ink composition and manufacturing method thereof, and 3D inkjet printing method}
본 발명은 소수성 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 세라믹 입자 및 모노머(monomer) 유기계 수지 용매가 혼합된 소수성 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법에 관련된 것이다.
3D 프린팅 기술은 3차원으로 디자인된 디지털 데이터로부터 2차원 단면으로 원하는 재료를 반복 적층하여 3차원의 입체형상을 제조하는 공정 기술이다. 디자인 설계나 수정이 매우 자유로우며 기존 절삭가공보다 재료의 소모가 적고 불필요한 제작과정을 생략할 수 있어 제작공정 비용 및 시간이 크게 절감되는 장점이 있다. 적층 방식에 따라 다양한 종류의 3D 프린팅 설비가 개발되어 왔으며 이에 상응하는 새로운 3D 프린팅용 재료의 개발에 대해서도 수요가 점점 증가하고 있다.
최근 3D 프린팅 기술은 기존 고분자 위주의 소재에서 벗어나 세라믹과 같이 물리, 화학적으로 뛰어난 성능을 나타내는 새로운 소재를 고분자와 복합화하여 3D 프린팅에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 지금까지 소재 산업에서는 수요산업에서 요구하는 높은 성능을 충족시키기 위한 신소재 개발에 집중해왔으나, 하지만 신소재 개발의 높은 비용과 상대적으로 느린 상용화 속도를 극복하기 위해 3D 프린팅과 같은 새로운 공정 기술과의 결합이 주목을 받고 있다.
3D 프린팅 기술의 종류로는 적층 방식과 활용 가능한 재료에 따라 SLS(Selective laser sintering), FDM(Fused deposition modeling), SLA(Stereo lithography apparatus), 잉크젯(Ink-jet), 바인더젯(Binder jet) 등으로 구분할 수 있다. 이 중에서도 잉크젯 3D 프린팅 방식은 잉크 형태로 제조된 소재를 직접 토출하여 2차원 단면을 제작하는 방식으로 기존에는 주로 컬러 인쇄와 같은 2차원 프린팅에 활용이 되고 있으나, 우수한 해상도, 연속 공정, 다양한 소재 적용 등 다른 3D 프린팅 방식과 차별화된 특징을 가지고 있어 3차원 적층 공정에도 매우 큰 가능성을 가진 기술이라 할 수 있다.
경화성 잉크는 빛 또는 열 등의 에너지를 이용하여 액체 상태의 모노머를 경화시켜 고체화시키는 방식이다. 비교적 짧은 시간에 고체 중합체로의 중합 반응이 진행되며 낮은 에너지에서도 반응이 진행되고 최종 기물의 유연성 및 표면 특성을 조절할 수 있는 장점들을 갖추고 있다. 이러한 장점 때문에 필름, 코팅, 잉크 등의 소재로 활용되고 있고 3D 프린팅용 소재로도 응용이 되고 있다. 이에 따라, 경화성 잉크와 관련하여 다양한 기술들이 지속적으로 연구 및 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 기판과의 접촉각이 향상된 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 정밀한 성형체 제작이 가능한 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 소수성 특성이 향상된 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 잉크젯 프린팅 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은 세라믹 입자 및 점도 조절제를 포함하는 수계 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은 소수성 금속 나노 입자를 준비하는 단계를 더 포함하되, 상기 베이스 소스를 제조하는 단계에서, 상기 소수성 금속 나노 입자가 더 혼합되고, 상기 점도 조절제는, 전체 중량 대비 13.5 wt% 초과 14.5 wt% 미만이고, 상기 소수성 금속 나노 입자는 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 미만 농도인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소수성 금속 나노 입자를 준비하는 단계는, 금속 나노 입자를 플라즈마(plasma) 처리하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소수성 금속 나노 입자는, 표면에 복수의 돌기들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소수성 금속 나노 입자는 구리(Cu), 아연(Zn), 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표면개질제는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함하고, 상기 광경화제는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하고, 상기 점도 조절제는 증류수(D.I water)를 포함하고, 상기 계면활성제는 alkyldiphenyloxide disulfonate를 포함하고, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물은 세라믹 입자, 점도 조절제, 표면개질제, 광경화제, 계면활성제, 소수성 금속 나노 입자, 및 광개시제를 포함하되, 상기 소수성 금속 나노 입자는, 표면에 복수의 돌기들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 소수성 금속 나노 입자는 구리(Cu), 아연(Zn), 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 점도 조절제는 증류수(D.I water)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물은, 기판과의 접촉각이 81.6° 초과인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소수성 금속 나노 입자의 크기는, 상기 세라믹 입자의 크기 보다 큰 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 잉크젯 프린팅 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 잉크젯 프린팅 방법은, 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비하는 단계, 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 토출하여 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 경화시켜 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 경화시키는 단계는, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체에 UV를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 수계 세라믹 입자 및 점도 조절제를 포함하는 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 잉크 조성물과 기판 사이의 접촉각이 증가되어, 잉크 조성물이 기판 상에서 퍼지는 현상이 예방될 수 있다. 결과적으로, 정밀한 성형체 제작이 가능한 3차원 프린팅 잉크 조성물이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 토출시키는 3차원 프린팅 장치의 구동조건을 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물이 토출되는 과정을 연속적으로 촬영한 사진이다.
도 7은 플라즈마 처리되기 전 상태의 구리 분말을 촬영한 사진이다.
도 8은 플라즈마 처리된 상태의 구리 분말을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 수계 세라믹 졸(sol)에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계(S100), 베이스 소스 제조 단계(S200), 잉크 조성물 제조 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명된다.
상기 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계(S100)는, 수계 세라믹 졸을 준비하는 단계, 상기 수계 세라믹 졸 및 표면 개질제를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 수계 세라믹 졸은, 세라믹 입자와 점도 조절제가 혼합되어 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 점도 조절제는 증류수(D.I water)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 개질제는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 10 wt%의 농도 및 30 내지 90 nm 크기를 갖는 실리카(SiO2)와 13.5 wt% 초과 14.5 wt%미만의 농도를 갖는 증류수(D.I water)가 혼합되어 실리카 졸(sol)이 제조될 수 있다. 이후, 실리카 졸과 5 wt%의 농도를 갖는 MPTMS를 혼합시킨 후, 300 RPM 및 50℃의 조건에서 24시간동안 가수분해과정을 통해, 상기 실리카(SiO2) 입자의 표면을 개질시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 실리카(SiO2) 입자의 표면이 코팅될 수 있다.
상기 점도 조절제는, 후술되는 잉크 조성물의 점도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 점도 조절제에 의하여, 후술되는 잉크 조성물의 점도가 상대적으로 증가할 수 있다. 이와 달리, 상기 점도 조절제 없이, 세라믹 졸을 이용하여 잉크 조성물을 제조하는 경우, 잉크 조성물의 점도가 상대적으로 낮을 수 있다. 이에 따라, 잉크 조성물이 기재(substrate) 상에서 퍼지는 문제점이 발생될 수 있다. 이 경우, 프린팅된 구조체가 일정한 형상을 유지하지 못하여, 적층물의 해상도를 저하시키는 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 상기 점도 조절제는, 잉크 조성물의 점도를 상대적으로 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 점도 조절제를 이용하여 제조된 상기 잉크 조성물을 통해 프린팅되는 경우, 잉크 조성물이 기재상에서 퍼지는 문제점이 예방될 수 있다. 결과적으로, 프린팅된 구조체의 형상이 실질적으로 일정하게 유지되며, 적층물이 해상도가 향상될 수 있다.
표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸은, 광경화제, 계면활성제, 및 소수성 금속 나노 입자와 혼합될 수 있다. 이에 따라, 베이스 소스가 제조될 수 있다(S200). 예를 들어, 상기 광경화제는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 alkyldiphenyloxide disulfonate를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소수성 금속 나노 입자는 플라즈마(plasma) 처리된 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 아연(Zn) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 입자일 수 있다.
보다 구체적으로, 표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸은, 68.99 wt%의 농도를 갖는 HDDA 및 0.01 wt%의 농도를 갖는 alkyldiphenyloxide disulfonate와 혼합된 후, 3시간 동안 교반될 수 있다. 이후, HDDA 및 alkyldiphenyloxide disulfonate가 혼합된 상기 수계 세라믹 졸에, 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 미만의 농도 및 100 nm의 크기를 갖고, 플라즈마 처리된 구리(Cu) 입자가 첨가된 후 24시간 동안 교반될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 소스가 제조될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 소수성 금속 나노 입자는, 금속 나노 입자가 플라즈마 처리된 것일 수 있다. 상기 금속 나노 입자가 플라즈마 처리되는 경우, 상기 금속 나노 입자는, 구형을 나타내며 표면에 복수의 돌기가 형성될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리된 상기 금속 나노 입자는 소수성을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 상기 소수성 금속 나노 입자는, 후술되는 잉크 조성물의 소수성을 향상시켜, 잉크 조성물이 기재상에서 퍼지는 문제점을 예방할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는, 30nm 이상일 수 있다. 만약, 상기 금속 나노 입자가 30nm 미만인 경우, 플라즈마 처리된 상기 금속 나노 입자는 표면에 복수의 돌기를 갖지 않고, 표면이 매끄러울 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리된 상기 금속 나노 입자의 표면이 소수성을 갖지 않을 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 금속 나노 입자는 30nm 이상일 수 있고, 이에 따라, 플라즈마 처리된 상기 금속 나노 입자(상기 소수성 금속 나노 입자)의 표면이 소수성 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 소수성 금속 나노 입자는 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 미만의 농도로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각이 최대값을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성 금속 나노 입자가 0.5 wt%의 농도를 갖는 경우, 후술되는 잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각은 81.6°일 수 있다. 이와 달리, 상기 소수성 금속 나노 입자가 1.5 wt%의 농도를 갖는 경우, 후술되는 잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각은 77.9°일 수 있다. 이와 달리, 상기 소수성 금속 나노 입자가 1.0 wt%의 농도를 갖는 경우, 후술되는 잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각은 83.0°일 수 있다.
잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각이 낮을수록, 잉크 조성물이 기판 상에서 용이하게 퍼질 수 있다. 즉, 잉크 조성물 및 기판 사이의 접촉각이 높을수록, 잉크 조성물이 기판 상에서 퍼지는 문제점이 예방될 수 있다. 이에 따라, 상기 소수성 금속 나노 입자가 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 미만의 농도로 제어되는 경우, 후술되는 잉크 조성물이 기판 상에서 퍼지는 문제점이 효과적으로 예방될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자 및 상기 소수성 금속 나노 입자는 200nm 이하일 수 있다. 이와 달리, 상기 세라믹 입자 및 상기 소수성 금속 나노 입자의 크기가 200nm 초과인 경우, 잉크젯 프린터 헤드의 노즐을 막혀, 프린팅 공정이 용이하게 수행될 수 없다. 이에 따라, 상기 세라믹 입자 및 상기 소수성 금속 나노 입자는 200nm 이하의 크기를 가질 수 있고, 이로 인해, 상기 세라믹 입자 및 상기 소수성 금속 나노 입자를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여, 용이하게 3차원 프린팅 공정이 수행될 수 있다.
상기 계면활성제는, 후술되는 잉크 조성물의 응집현상을 예방할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 수계 세라믹 졸을 이용하여 후술되는 잉크 조성물이 제조되는 경우, 잉크 조성물의 프린팅 성능이 향상될 수 있으나, 잉크 조성물이 응집되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 상기 계면활성제가 첨가되는 경우, 잉크 조성물의 응집 현상이 예방될 수 있다. 이에 따라, 상기 수계 세라믹 졸의 사용에 따른 문제점은 해결하고, 프린팅 성능 향상의 효과는 극대화될 수 있다.
상기 베이스 소스에 광개시제가 첨가되어 잉크 조성물이 제조될 수 있다(S300). 예를 들어, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 소스에 1 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 첨가한 후, 초음파 혼합기를 이용하여 10분동안 혼합시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 잉크 조성물이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법은, 수계 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계, 및 상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 수계 세라믹 졸은 상기 세라믹 입자 및 점도 조절제를 포함하고, 상기 점도 조절제는, 전체 중량 대비 13.5 wt% 초과 14.5 wt% 미만의 농도를 포함할 수 있다. 이에 따라, 잉크 조성물과 기판 사이의 접촉각이 증가되어, 잉크 조성물이 기판 상에서 퍼지는 현상이 예방될 수 있다. 결과적으로, 정밀한 성형체 제작이 가능한 3차원 프린팅 잉크 조성물이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 잉크젯 프린팅 방법이 설명된다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 잉크젯 프린팅 방법은, 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비하는 단계, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 토출하여 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 경화시켜 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비하는 단계는, 수계 세라믹 졸(sol)에 포함된 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계, 베이스 소스 제조 단계, 및 잉크 조성물 제조 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물은, 도 1을 참조하여 설명된 방법으로 제조될 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
상기 3차원 프린팅 잉크는 3차원 프린팅 장치를 이용하여 토출될 수 있다. 이에 따라, 예비 3차원 프린팅 구조체가 제조될 수 있다. 상기 3차원 프린팅 잉크를 토출시키는 3차원 프린팅 장치의 종류는 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 3차원 프린팅 잉크는 dropwatcher를 이용하여 토출될 수 있다. 이 경우, dropwatcher는 25℃의 온도, 68V의 구동전압, 1.3μs의 상승 구간 및 하강 구간, 4.6μs의 유지시간, 1μs의 휴지기간, 및 300의 DOD 조건으로 구동될 수 있다.
상기 예비 3차원 프린팅 구조체가 경화되어 3차원 프린팅 구조체가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체는, UV 조사를 통해 경화될 수 있다. 즉, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체에 UV가 조사됨에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체가 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체의 경화에 사용되는 UV 경화기는, 385 nm 파장의 UV광원, 7 W/cm2의 광량, 및 1.2s의 노광시간 조건에서 구동될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 잉크젯 프린팅 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성평가 결과가 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예 4에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 구체적인 제조방법이 설명된다.
실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조
10 wt%의 농도 및 30nm~90nm의 크기를 갖는 SiO2 졸(Ceramic sol)을 5 wt%의 농도를 갖는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS, Coupling agent)와 혼합한 후, 300 RPM 및 50℃의 조건에서 24시간동안 가수분해하여, SiO2 졸이 포함하는 SiO2 입자의 표면을 코팅하였다.
이후, 표면이 코팅된 SiO2 입자를 포함하는 SiO2 졸과 84 wt%의 농도를 갖는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA, Monomer)를 3시간 동안 교반하여 베이스 소스를 제조하였다.
최종적으로, 베이스 소스에 1 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide(photo initiator)를 첨가한 후, 초음파 혼합기(sonicator)를 이용하여 10분동안 혼합시켜, 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다.
실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조
10 wt%의 농도 및 30nm~90nm의 크기를 갖는 SiO2 와 15 wt%의 농도를 갖는 증류수(D.I water)가 혼합되어 수계 세라믹 졸(Water base Ceramic sol)을 제조 한 후, 이를 5 wt%의 농도를 갖는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS, Coupling agent)와 혼합하고, 300 RPM 및 50℃의 조건에서 24시간동안 가수분해하여, SiO2 졸이 포함하는 SiO2 입자의 표면을 코팅하였다.
이후, 표면이 코팅된 SiO2 입자를 포함하는 SiO2 졸과 68.99 wt%의 농도를 갖는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA, Monomer), 및 0.01 wt%의 농도를 갖는 alkyldiphenyloxide disulfonate(Surfactant)를 3시간 동안 교반하여 베이스 소스를 제조하였다.
최종적으로, 베이스 소스에 1 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide(photo initiator)를 첨가한 후, 초음파 혼합기(sonicator)를 이용하여 10분동안 혼합시켜, 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다.
실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 제조
10 wt%의 농도 및 30nm~90nm의 크기를 갖는 SiO2 와 13.5 초과 14.5 wt% 미만의 농도를 갖는 증류수(D.I water)가 혼합되어 수계 세라믹 졸(Water base Ceramic sol)을 제조 한 후, 이를 5 wt%의 농도를 갖는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS, Coupling agent)와 혼합하고, 300 RPM 및 50℃의 조건에서 24시간동안 가수분해하여, SiO2 졸이 포함하는 SiO2 입자의 표면을 코팅하였다.
이후, 표면이 코팅된 SiO2 입자를 포함하는 SiO2 졸과 68.99 wt%의 농도를 갖는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA, Monomer), 및 0.01 wt%의 농도를 갖는 alkyldiphenyloxide disulfonate(Surfactant)를 3시간 동안 교반하였다. 이후, 0.5 wt% 초과 1.5 wt% 미만의 농도 및 100 nm의 크기를 갖고, 플라즈마 처리된 구리(Cu) 입자를 첨가시킨 후 24시간 동안 교반하여, 베이스 소스를 제조하였다.
최종적으로, 베이스 소스에 1 wt%의 농도를 갖는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide(photo initiator)를 첨가한 후, 초음파 혼합기(sonicator)를 이용하여 10분동안 혼합시켜, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다.
보다 구체적으로, 베이스 소스 제조에 사용되는 플라즈마 처리된 구리(Cu) 입자는, 구리(Cu) 분말이 RF 플라즈마 처리되어 제조되었으며, 1μm 입도를 갖는 구리 분말이 사용되었고, 0.5 g/min의 속도로 구리 분말이 공급되었다. 이 밖에도, 구리 분말의 플라즈마 처리 공정에서 제어된 공정변수들은 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
공정 변수 실험 값
Power (W) 18
Central gas (slpm) 20 (Ar)
Dispersion gas (slpm) 5 (Ar)
Sheath gas (slpm) 75 (Ar)
Quenching gas (slpm) 100 (Ar)
Reactor pressure (psi) 10
또한, 상기 실시 예 1 내지 3에 따라 제조된 프린팅 잉크 조성물의 조성비율이 아래 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3
SiO2(30~90 nm) 10 10 10
HDDA(Monomer, 광경화제) 84 68.99 68.99
MPTMS(Coupling agent, 표면개질제) 5 5 5
phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide(광개시제) 1 1 1
D.I Water - 15 15-X
플라즈마 처리된 Cu 입자(100nm) - - X
(X=0.5, 1.0, 1.5)
alkyldiphenyloxide disulfonate(계면활성제) - 0.1 0.1
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 토출시키는 3차원 프린팅 장치의 구동조건을 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물이 토출되는 과정을 연속적으로 촬영한 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상술된 제3 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 성능을 확인하기 위하여, 상기 제3 실시 예에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 dropwatcher(Cera DW, STI)을 이용하여 토출시켜 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하고, 이를 UV 경화시켜 3차원 프린팅 구조체를 제조하였다.
보다 구체적으로, dropwatcher는 25℃의 온도, 68V의 구동전압, 1.3μs의 상승 구간 및 하강 구간, 4.6μs의 유지시간, 1μs의 휴지기간, 및 300의 DOD 조건으로 구동시켰고, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체의 경화에 사용되는 UV 경화기는, 385 nm 파장의 UV광원, 7 W/cm2의 광량, 및 1.2s의 노광시간 조건에서 구동시켰다.
도 6에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물은, 막힘없이 용이하게 토출되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 플라즈마 처리되기 전 상태의 구리 분말을 촬영한 사진이고, 도 8은 플라즈마 처리된 상태의 구리 분말을 촬영한 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 구리 분말을 준비한 후, 플라즈마 처리되기 전 상태 및 플라즈마 처리된 후 상태를 각각 촬영하여 나타내었다. 플라즈마 처리의 구체적인 공정 조건은 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조과정에서 설명된 바와 같다.
도 7 및 도 8을 통해 확인할 수 있듯이, 구리 분말이 플라즈마 처리되는 경우, 형상이 구형으로 변형되며, 표면에 복수의 돌기들이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 9는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이고, 도 11은 본 발명의 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성을 확인하기 위해 촬영된 사진이다.
도 9를 참조하면, 도 5 및 도 6을 통해 설명된 조건에서, 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 기판 상에 토출시키고, 토출된 구조체를 촬영하였다. 이후, 촬영된 사진을 통해 기판과 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이 및 너비를 측정하여 나타내었다. 접촉각은 1cycle 토출시킨 후 측정되었고, 높이 및 너비는 20 cycle 토출시킨 후 측정되었다. 도 9에 도시된 사진은 20 cycle 토출시킨 후 촬영된 사진이다.
그 결과, 기판과 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각은 23.4°로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이는 21.72 μm로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 너비는 162.48 μm로 확인되었다.
도 10을 참조하면, 도 5 및 도 6을 통해 설명된 조건에서, 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 기판 상에 토출시키고, 토출된 구조체를 촬영하였다. 이후, 촬영된 사진을 통해 기판과 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이 및 너비를 측정하여 나타내었다. 접촉각은 1cycle 토출시킨 후 측정되었고, 높이 및 너비는 20 cycle 토출시킨 후 측정되었다. 도 10에 도시된 사진은 20 cycle 토출시킨 후 촬영된 사진이다.
그 결과, 기판과 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각은 64.8°로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이는 32.41 μm로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 너비는 106.46 μm로 확인되었다.
도 11을 참조하면, 도 5 및 도 6을 통해 설명된 조건에서, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 기판 상에 토출시키고, 토출된 구조체를 촬영한 후, 촬영된 사진을 통해 기판과 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이 및 너비를 측정하여 나타내었다. 접촉각은 1cycle 토출시킨 후 측정되었고, 높이 및 너비는 20 cycle 토출시킨 후 측정되었다. 도 11에 도시된 사진은 20 cycle 토출시킨 후 촬영된 사진이다.
다만, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 대해, 플라즈마 처리된 구리 입자가 0.5 wt% 함유된 경우, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.0 wt% 함유된 경우, 및 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.5 wt% 함유된 경우로 구분 한 후, 각각에 대해 특성 평가를 수행하였다.
이하, 플라즈마 처리된 구리 입자가 0.5 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-1로 구분되고, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.0 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-2로 구분되고, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.5 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-3으로 구분된다. 도 11은 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물이 촬영된 사진을 나타낸다.
측정 결과, 기판과 상기 실시 예 3-1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각은 81.6°로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이는 47.72 μm로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 너비는 72.17 μm로 확인되었다.
또한, 기판과 상기 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각은 83.0°로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이는 47.98 μm로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 너비는 73.00 μm로 확인되었다.
또한, 기판과 상기 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물 사이의 접촉각은 77.9°로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 높이는 45.21 μm로 확인되었고, 기판 상에 적층된 상기 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 너비는 70.39 μm로 확인되었다.
상기 실시 예 1, 실시 예 2, 실시 예 3-1, 실시 예 3-2, 및 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물의 특성 평가 결과가 아래의 <표 3>을 통하여 정리된다.
구분 접촉각
(1 cycles/°)		 높이
(20 cycles, μm)		 너비
(20 cycles, μm)
실시 예 1 23.4 21.72 162.48
실시 예 2 62.8 32.41 106.46
실시 예 3-1 81.6 47.72 72.17
실시 예 3-2 83.0 47.98 73.00
실시 예 3-3 77.9 45.21 70.39
도 9 내지 도 11 및 <표 3>에서 확인할 수 있듯이, D.I water가 사용되지 않은 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체의 경우, D.I water가 사용된 실시 예 2 및 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체와 비교하여, 접촉각이 현저하게 작고, 높이가 현저하게 낮으며, 너비는 현저하게 넓은 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 3차원 프린팅 잉크 구조체가 기판 상에서 퍼지는 현상은, D.I water에 의하여 효과적으로 예방되는 것을 알 수 있다.
또한, 플라즈마 처리된 구리 입자가 사용되지 않은 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체의 경우, 플라즈마 처리된 구리 입자가 사용된 실시 예 3에 따른 프린팅 잉크 구조체와 비교하여, 접촉각이 작고, 높이가 낮으며, 너비는 넓은 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 3차원 프린팅 잉크 구조체가 기판 상에 퍼지는 현상은, 플라즈마 처리된 구리 입자가 더 포함됨에 따라 보다 효과적으로 예방되는 것을 알 수 있다.
또한, 실시 예 3-1 내지 실시 예 3-3에 따른 프린팅 잉크 구조체를 비교한 결과, 실시 예 3-2에 따른 프린팅 잉크 구조체의 접촉각이 가장 크고, 높이는 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이고, 도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이고, 도 14는 본 발명의 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통하여 형성된 구조체를 촬영한 사진이다.
도 12를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여, 프린팅 대상인 타겟 구조체를 프린팅한 후, 프린팅된 성형체의 적층 일치율을 측정하였다. 타겟 구조체는 가로 5 mm X 세로 5 mm 크기의 밑면을 갖는 육면체이며, 적층 일치율은 타겟 구조체와 프린팅된 성형체의 일치율로 표현된다.
그 결과, 상기 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체는, 73.6%의 적층 일치율을 나타내었다.
도 13을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여, 프린팅 대상인 타겟 구조체를 프린팅한 후, 프린팅된 성형체의 적층 일치율을 측정하였다. 타겟 구조체는 가로 5 mm X 세로 5 mm 크기의 밑면을 갖는 육면체이며, 적층 일치율은 타겟 구조체와 프린팅된 성형체의 일치율로 표현된다.
그 결과, 상기 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체는, 88.5%의 적층 일치율을 나타내었다.
도 14를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여, 프린팅 대상인 타겟 구조체를 프린팅한 후, 프린팅된 성형체의 적층 일치율을 측정하였다. 타겟 구조체는 가로 5 mm X 세로 5 mm 크기의 밑면을 갖는 육면체이며, 적층 일치율은 타겟 구조체와 프린팅된 성형체의 일치율로 표현된다.
다만, 상기 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물에 대해, 플라즈마 처리된 구리 입자가 0.5 wt% 함유된 경우, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.0 wt% 함유된 경우, 및 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.5 wt% 함유된 경우로 구분 한 후, 각각을 통해 성형체를 제작하고, 적층 일치율을 측정하였다.
이하, 플라즈마 처리된 구리 입자가 0.5 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-1로 구분되고, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.0 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-2로 구분되고, 플라즈마 처리된 구리 입자가 1.5 wt% 함유된 경우는 실시 예 3-3으로 구분된다. 도 14는 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 통해 프린팅된 성형체가 촬영된 사진을 나타낸다.
그 결과, 상기 실시 예 3-1에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체는, 93.1%의 적층 일치율을 나타내었고, 상기 실시 예 3-2에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체는, 93.6%의 적층 일치율을 나타내었고, 상기 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체는, 90.5%의 적층 일치율을 나타내었다.
상기 실시 예 1, 실시 예 2, 실시 예 3-1, 실시 예 3-2, 및 실시 예 3-3에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 프린팅된 성형체의 적층 일치율이 아래의 <표 4>를 통하여 정리된다.
구분 적층 일치율(%)
실시 예 1 73.6
실시 예 2 88.5
실시 예 3-1 93.1
실시 예 3-2 93.6
실시 예 3-3 90.5
도 12 내지 도 14 및 <표 4>에서 확인할 수 있듯이, D.I water가 사용되지 않은 실시 예 1에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체를 사용하여 프린팅된 성형체의 경우, D.I water가 사용된 실시 예 2 및 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체를 사용하여 프린팅된 성형체와 비교하여, 적층 일치율이 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 플라즈마 처리된 구리 입자가 사용되지 않은 실시 예 2에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체를 사용하여 프린팅된 성형체의 경우, 플라즈마 처리된 구리 입자가 사용된 실시 예 3에 따른 3차원 프린팅 잉크 구조체를 사용하여 프린팅된 성형체와 비교하여, 적층 일치율이 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시 예 3-1 내지 실시 예 3-3에 따른 프린팅 잉크 구조체를 비교한 결과, 실시 예 3-2에 따른 프린팅 잉크 구조체를 사용하여 프린팅된 성형체의 적층 일치율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 도 9 내지 도 14를 통해 확인할 수 있듯이, D.I water 및 플라즈마 처리된 구리 입자는, 3차원 프린팅 잉크 구조체가 기판 상에 퍼지는 현상을 효과적으로 예방할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 플라즈마 처리된 구리 입자의 농도가 0.5 wt 초과 1.5 wt% 미만으로 제어되는 경우, 3차원 프린팅 잉크 구조체가 기판 상에 퍼지는 현상이 가장 효과적으로 예방될 수 있음을 알 수 있다.
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.

Claims (12)

  1. 세라믹 입자 및 점도 조절제를 포함하는 수계 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 상기 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계;
    표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 소수성 금속 나노 입자, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계; 및
    상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 소수성 금속 나노 입자는, 표면에 복수의 돌기들을 포함하고,
    상기 소수성 금속 나노 입자의 크기는, 상기 세라믹 입자의 크기 보다 큰 것을 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
  2. 세라믹 입자 및 점도 조절제를 포함하는 수계 세라믹 졸(sol) 및 표면 개질제를 혼합하여, 상기 수계 세라믹 졸에 포함된 상기 세라믹 입자의 표면을 개질하는 단계;
    표면 개질된 상기 세라믹 입자를 갖는 상기 수계 세라믹 졸, 광경화제, 소수성 금속 나노 입자, 및 계면활성제를 혼합하여 베이스 소스를 제조하는 단계; 및
    상기 베이스 소스에 광개시제를 첨가하여 잉크 조성물을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 점도 조절제는, 전체 중량 대비 13.5 wt% 초과 14.5 wt% 미만이고,
    상기 소수성 금속 나노 입자는 0.5wt% 초과 1.5wt% 미만인 것을 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 소수성 금속 나노 입자를 준비하는 단계는,
    금속 나노 입자를 플라즈마(plasma) 처리하는 것을 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 소수성 금속 나노 입자는 구리(Cu), 아연(Zn), 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 표면개질제는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함하고, 상기 광경화제는 1,6-hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하고, 상기 점도 조절제는 증류수(D.I water)를 포함하고, 상기 계면활성제는 alkyldiphenyloxide disulfonate를 포함하고, 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물의 제조 방법.
  7. 세라믹 입자, 점도 조절제, 표면개질제, 광경화제, 계면활성제, 소수성 금속 나노 입자, 및 광개시제를 포함하되,
    상기 소수성 금속 나노 입자는, 표면에 복수의 돌기들을 포함하고,
    상기 소수성 금속 나노 입자의 크기는, 상기 세라믹 입자의 크기 보다 큰 것을 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 세라믹 입자는 실리카(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 소수성 금속 나노 입자는 구리(Cu), 아연(Zn), 또는 니켈(Ni) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 점도 조절제는 증류수(D.I water)를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 3차원 프린팅 잉크 조성물은, 기판과의 접촉각이 81.6° 초과인 것을 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물.
  10. 삭제
  11. 제7 항에 따른 3차원 프린팅 잉크 조성물을 준비하는 단계;
    3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 3차원 프린팅 잉크 조성물을 토출하여 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계; 및
    상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 경화시켜 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 3차원 잉크젯 프린팅 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 경화시키는 단계는,
    상기 예비 3차원 프린팅 구조체에 UV를 조사하는 단계를 포함하는 3차원 잉크젯 프린팅 방법.
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