KR102240959B1 - 탑-다운 방식의 3d 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법 - Google Patents

탑-다운 방식의 3d 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법에 관한 것으로, 조사된 광에 의한 광경화성 고분자 조성물의 경화 정도가 빨라, 출력물의 제조 시간이 단축시킬 수 있다.
또한, 제품의 상단 단면적부터 경화시켜 제조하는 탑-다운 방식으로 출력함에 따라, 상단부의 단면적이 하단부의 단면적보다 큰 제품의 출력도 가능하며, 더 나아가 출력 가능한 단면적의 범위를 확장할 수 있다.

Description

탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법{Top-down 3D printer and manufacturing method using the same}
본 발명은 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 대면적의 출력물 제조가 가능하고, 출력 속도가 향상된 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 3차원의 입체 형상을 가진 성형품을 제작하기 위해서는 도면에 의존하여 수작업에 의해 이루어지는 목업(Mock up) 제작방식과 CNC 공작기계에 의한 수치제어식 자동 제작방식 등이 있다.
그러나, 목업(Mock up) 제작방식은 수작업에 의하므로 정교한 형상가공이 어렵고 많은 시간이 소요되며, CNC 공작기계 의한 제작방식은 정교한 수치제어가 가능하지만 공구간섭에 의하여 가공할 수 있는 형상에 제약이 있다.
이에 최근에는 제품의 디자이너 또는 설계자가 3차원 모델링 툴을 통해 설계된 3D 설계도면 데이터를 저장한 컴퓨터를 이용하여 3차원 입체 형상의 성형품을 제작하는 3D 프린터가 등장하였다.
3D 프린터는 광경화수지에 레이져 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(StereoLithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광선을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS방식(Slective Laser Sintering)과, FDM방식(Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 부분적으로 경화되는 원리를 이용한 DLP방식(Digital Light Processing)이 있다.
이 중 DLP 방식의 3D 프린터는 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 DLP 프로젝터가 광을 조사한다. 투명소재의 저장조의 내부로 빌드플레이트가 삽입된 상태로 위치하고 광이 조사된 영역이 경화되며 빌드플레이트 상에 성형 품의 단면형상에 대응되는 경화층이 조형된다. 빌드플레이트가 점차 상승하고 경화층이 다층으로 적층되어 입체 형상의 성형품이 조형된다.
보다 구체적으로 상기 3D 프린터는 내부에 광경화성 고분자 조성물이 저장되는 레진탱크와 상기 레진탱크의 하부에서 광을 조사하는 광학모듈과 상기 레진탱크 내부에 잠긴 상태에서 광학모듈에 의해 경화된 고분자 경화물을 고정지지하고, 상승하며 여러 층의 고분자 경화물을 형성할 수 있도록 상기 레진탱크에 대하여 상승이동 하는 빌드플레이트로 구성된다.
광경화성 고분자 조성물이 담긴 레진탱크의 아래쪽에 상기 빌드플레이트를 위치시킨 상태에서 상기 광학모듈의 광이 조사되면 상기 광경화성 레진의 수면과 빌드플레이트 사이에 위치한 광경화성 고분자 조성물이 딱딱하게 고분자 경화물로 변화한다. 따라서, 상기 빌드플레이트를 단계적으로 상승시켜 고분자 경화물을 적층시키는 방법으로 출력물을 완성하게 된다.
그러나 종래의 DLP 방식의 3D 프린터 및 SLA 방식의 3D 프린터는 빌드플레트가 상승 시 점성에 의해 고분자 수지가 경화층과 저장조 바닥 사이로 신속하게 유입되는데 어려움이 있으므로 출력 시간이 장시간 소요되는 문제가 있고, 출력물의 경도가 낮은 문제가 있다.
또한, 상향식 방식의 3D 프린터는 일반적으로 출력물의 하단부부터 출력하여 상단부를 적층시켜 출력물을 제조하는 바, 이러한 방식은 하단부에서부터 상단부까지 단면적이 작아지는 출력물의 제조에는 매우 유리하나, 상단부가 하단부에 비해 단면적이 큰 경우이거나, 상단부부터 하단부까지 단면적이 큰 출력물의 제조에는 어려움이 존재하였다.
이러한 문제를 개선하여, 3D 프린터를 이용한 출력물의 경화 정도가 우수하여, 제조 시간이 단축되고, 출력물의 단면적과 무관하게 제조가 가능한 3D 프린터의 개발이 필요하다.
KR 10-2019-0011048 A1
본 발명의 목적은 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광학모듈에 의한 광경화성 고분자 조성물의 경화 정도가 빨라, 출력물의 제조 시간이 단축된 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용하여, 제품의 상단 단면적부터 경화시켜 제조하는 탑-다운 방식으로 출력함에 따라, 상단부의 단면적이 하단부의 단면적보다 큰 제품의 출력도 가능하며, 더 나아가 출력 가능한 단면적의 범위를 확장할 수 있는 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터는 광경화성 고분자가 저장되는 레진탱크부; 상기 레진탱크부의 상부에 설치되어 광원을 조사하는 광학모듈부; 상기 레진탱크부 내에 위치하여 광경화성 고분자가 광원에 의해 경화되면 상하 방향으로 이동이 가능한 빌드플레이트부; 및 상기 광학모듈부에서 발생한 광이 레진탱크부 내 광경화성 고분자로 조사되어 경화되는 부분을 비활성 가스 환경으로 유지하기 위한 비활성 가스 투입부를 포함할 수 있다.
상기 비활성 가스 투입부는 레진탱크부의 내부 일면에 형성되며, 상기 레진탱크부는 커버부가 감싼 형태이며, 상기 비활성 가스 투입부에 의해 커버부의 내부가 비활성 가스로 채워진 상태이다.
상기 비활성 가스투입부는 광학모듈부의 광원이 조사되어, 레진탱크 내 광경화성 고분자 조성물과 접촉하는 부분에서 산소와의 접촉을 차단하기 위해 에어 커튼 형태로 분사하는 것이다.
상기 탑-다운 방식의 3D 프린터는, 성형대상 제품의 상단 단면적에 대응되는 이미지를 광원을 이용하여 레진탱크부 내 광경화성 고분자 조성물을 경화시키고, 이후 순차적으로 제품의 하단 단면적을 경화시켜 출력물을 제조하는 것이다.
상기 레진탱크부 내의 광경화성 고분자 조성물 수위를 인지하여 플레이트부의 상하 이동을 제어할 수 있는 위치 제어부를 포함할 수 있다.
상기 광경화성 고분자 조성물은 중량 평균 분자량(Mw) 10,000 내지 1,000,000이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용한 제품 제조 방법은 레진탱크 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수면 바로 아래에 빌드플레이트를 위치시키는 단계; 상기 레진탱크 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수위 및 위치 제어부에 의해 인지된 플레이트부의 위치 정보를 통해 광학모듈부의 광 초점 거리를 결정하는 단계; 상기 광학모듈부로 제품의 상부 단면 이미지를 제공하여, 상기 상부 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하여 고분자 경화물을 형성하는 제품 성형 단계; 및 상기 최종 출력물로의 제조가 완료될 때까지 레진탱크 내 플레이트부의 위치를 조정하고, 광 초점 거리를 결정하고, 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하는 것을 반복하는 단계를 포함하며, 상기 레진탱크로 조사되는 광이 레진탱크 내 광경화성 고분자 조성물과 접촉하는 면은 비활성 가스 분위기 하에서 경화되는 것이다.
본 발명의 탑-다운 방식의 3D 프린터 및 이를 이용한 제품 제조 방법에 의하면, 광학모듈에 의한 광경화성 고분자 조성물의 경화 정도가 빨라, 출력물의 제조 시간이 단축시킬 수 있다.
또한, 제품의 상단 단면적부터 경화시켜 제조하는 탑-다운 방식으로 출력함에 따라, 상단부의 단면적이 하단부의 단면적보다 큰 제품의 출력도 가능하며, 더 나아가 출력 가능한 단면적의 범위를 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용하여 출력물을 제조하는 것에 관한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 교정 장치에 대한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 조성물의 전환율 측정 결과이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 의한 차량용 필터의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 통상의 실시자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터에 관한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용하여 출력물을 제조하는 것에 관한 것이다.
상기 도 1에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터는, 광경화성 고분자 조성물이 저장되는 레진탱크부(100); 상기 레진탱크부의 상부에 설치되어 광원을 조사하는 광학모듈부(200); 상기 레진탱크부 내에 위치하여 광경화성 고분자 조성물이 광원에 의해 경화되면 상하 방향으로 이동이 가능한 플레이트부(300); 및 상기 광학모듈부(200)에서 발생한 광이 레진탱크부(100) 내 광경화성 고분자로 조사되어 경화되는 부분을 비활성 가스 환경으로 유지하기 위한 비활성 가스 투입부(400)를 포함한다.
3D 프린터는 광경화수지에 레이저 광을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA 방식(Stereo Lithography Apparatus)과, SLA 방식에서 광경화수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하며 레이저 광을 주사하여 고결시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS 방식(Slective Laser Sintering)과, FDM 방식 (Fused Deposition Modeling)과, 광경화수지가 저장된 저장조의 하부로 광을 조사하여 광이 조사된 부분만 경화되는 원리를 이용한 DLP 방식(Digital Light Processing)이 있다.
본 발명의 경우에는 SLA 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린터에 적용하기 위한 것으로, 상기 탑-다운 방식의 3D 프린터는 SLA 방식 또는 DLP 방식의 탑-다운 3D 프린터에 관한 것이다.
통상적인 DLP 방식의 3D 프린터는, 광경화성 고분자 조성물이 저장된 레진탱크의 하부로 DLP 프로젝터가 광을 조사한다. 투명소재의 레진탱크의 내부로 플레이트가 삽입된 상태로 위치하고 광이 조사된 영역이 경화되며 플레이트 상에 제품의 단면 형상에 대응되는 경화층이 조형된다. 플레이트가 점차 상승하고 경화층이 다층으로 적층되어 입체 형상의 제품이 조형된다.
DLP 방식 또는 SLA 방식의 경우, 광경화성 고분자에 광을 조사하여 경화시켜 성형품을 제조하는 것으로, 조사된 광에 의해 광경화성 고분자는 경화가 된다. 다만, 레진탱크(100)내에 포함되어 있는 광경화성 고분자는 동시에 산소와 접촉하게 될 때에는 경화가 억제되는 문제가 발생하게 된다.
이러한 이유로, 종래 DLP 방식 또는 SLA 방식의 3D 프린터의 경우, 제품의 성형 시간이, 산소에 의해 경화가 억제되어 출력물의 제조 시간이 길어지는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 방지하기 위해서, 최근 CLIP 방식의 3D 프린터가 개발되었다. 종래 DLP방식의 3D 프린터에서, 레진 탱크 하부면에 투명 창을 형성하고, 상기 투명 창에 의해 광과 산소를 동시에 투과가 가능하도록 하여, 출력물의 제조 시간을 단축시키는 것이다.
즉, 산소와 접촉되어 경화가 억제되는 부분과 광에 의해 경화되는 부분을 분리하여, 액체 상태로 존재해야되는 광경화성 고분자 조성물과 단면이 출력되는 부분을 분리시킴에 따라 출력물의 제조 시간을 향상시키고자 하였다.
이러한 방식의 경우, 출력물의 제조 시간이 현격하게 빨리지는 점에서 제조 시간의 단축 효과는 매우 우수하나, 기존 DLP 방식과 동일하게 광을 레진 탱크 하부에서 조사하기 때문에, 출력물의 상부 단면적이 하부 단면적 보다 크거나, 단면적이 큰 출력물의 제조 시에는 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명의 3D 프린터의 경우, 탑-다운 방식으로 구성하여, 레진탱크부(100)의 상부면에 광학모듈부(200)를 위치시키고, 레진탱크부(100)의 내부에 상하 방향으로 이동이 가능한 플레이트부(300)를 위치시켜, 레진탱크부(100)의 상단에서 조사되는 광에 의해 경화가 일어나고, 이때 산소에 의해 경화가 억제되는 것을 방지하고자, 비활성 가스 투입부(400)를 추가로 포함하고 있다.
즉, 광경화성 고분자 조성물은 DLP 방식 또는 SLA 방식에서 모두 광원에서 발생하는 광에 조사되어 경화가 일어나게 되나, 공통적으로 산소에 의해 경화가 억제되게 된다.
이때, 산소와 접촉하는 부분을 비활성 가스 환경(410)으로 변경하여, 산소와의 접촉을 차단하게 되면, 산소에 의한 경화 억제가 발생하지 않게 되어, 출력물의 제조 속도가 향상되게 된다.
또한, 비활성 가스 환경(410)하에서 광경화성 고분자 조성물이 광에 의해 경화되는 경우, 비활성 가스에 의해 경도가 향상되고, 출력물의 표면이 매끄럽게 형성되게 되어, 기존 DLP 방식 또는 SLA 방식의 3D 프린터에 비해 출력 속도도 향상되며, 출력물의 경도 향상과 제품 품질이 향상되게 된다.
이에 보다 구체적으로, 비활성 가스 투입부(400)는 레진탱크부(100)의 일면에 형성되며, 비활성 가스를 지속적으로 주입할 수 있도록 비활성 가스 보관부(미도시)와 연결된다.
상기 비활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 크립톤, 네온 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 경제성까지 고려하였을 때, 가장 바람직하게는 질소 가스이지만, 비활성 가스는 상기 예시에 국한되지 않고 당업자가 쉽게 선택이 가능한 것은 모두 사용이 가능하다.
상기와 같이 비활성 가스 투입부(400)에 의해 레진탱크부(100) 내 광경화성 고분자 조성물과 광이 접촉되는 면에서의 산소 접촉이 차단되어, 경화가 억제되는 효과를 방지할 수 있을 뿐 아니라, 비활성 가스에 의해 출력물의 경도가 높아지게 되고, 경화속도의 향상으로 인해, 미세 표면의 정교한 출력 또한 가능하게 된다.
상기 비활성 가스 투입부(400)는 레진탱크부(100)의 내부 일면에 형성되며, 상기 레진탱크부(100)는 커버부(500)가 감싼 형태이며, 상기 비활성 가스 투입부에 의해 커버부(500)의 내부가 비활성 가스로 채워진 상태이다.
도 2를 참고하면, 커버부(500)는 레진탱크부(100), 광학모듈부(200) 및 플레이트부(300)를 모두 감싼 형태이다.
소형 3D 프린터기에 적합한 형태로, 커버부(500)가 3D 프린터기를 감싼 형태로 구성되고, 이때, 레진탱크부(100)의 내부 일면에 형성된 비활성 가스 투입부(400)를 통해 비활성 가스가 커버부(500)의 내부를 불활성 가스 환경으로 유지시켜 주게 된다.
소형 3D 프린터기의 경우에는, 이러한 커버부(500)를 이용하게 될 경우, 소량의 불활성 가스를 사용하여, 내부 전체를 불활성 가스 환경으로 만들 수 있게 된다.
이러한 상태에서 출력물의 제조를 시작하게 되면, 광경화성 고분자 조성물이 광학모듈부(200)에서 발생한 광이 조사되어 경화될 때, 산소와의 접촉을 차단할 수 있어, 경화 억제 효과를 방지하여, 빠른 시간에 출력물의 생산을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 일 실시예로, 비활성 가스 투입부(400)는 광학모듈부(200)에서 발생한 광이 레진탱크 내 광경화성 고분자에 조사되는 부분에서 산소와의 접촉을 차단할 수 있도록 에어 커튼 형태(410)로 분사될 수 있다.
상기 비활성 가스 투입부(400)는 대형 3D 프린터기에 적합한 방식으로, 소형 3D 프린터는 커버부(500)로, 외부의 산소가 내부로 투입되는 것을 방지할 수 있으나, 대형 3D 프린터의 경우 커버부(500)를 이용하여 외부 산소 유입을 방지하는 것이 현실적으로 불가능하다.
이러한 점을 고려하여, 상기 비활성 가스 투입부(400)는 에어 커튼 형태(410)로 비활성 가스를 분사할 수 있다.
에어 커튼의 형태(410)로 비활성 가스를 분사하게 되면, 광원모듈부(200)에서 발생하는 광이 조사되어 광경화성 고분자 조성물과 접촉하게 되는 면에서 산소를 차단하여, 커버부(500)를 사용하는 경우와 동일하게, 산소에 의한 경화 억제를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터는, 성형대상 제품의 상단 단면적에 대응되는 이미지를 광원을 이용하여 레진탱크부(100) 내 광경화성 고분자를 경화시키고, 이후 순차적으로 제품의 하단 단면적을 경화시켜 출력물을 제조할 수 있다.
일반적인 SLA 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린터기의 경우, 출력물을 제조할 때, 제품의 하부 단면 이미지부터 경화하고, 점차 상부 단면 이미지를 경화시켜 적층하는 방식으로 출력물을 제조하였다.
이러한 방식으로 출력물을 제조하게 되면, 하부 단면적이 큰 제품의 경우에는 큰 문제없이 제조가 가능하나, 반대의 경우에는 출력물로의 제조가 용이하지 않은 문제가 있다.
즉, 광에 의해 광경화성 고분자 조성물을 경화시키고, 이를 완전 경화시키기까지 다수의 시간이 소요되는 점을 고려할 때, 상부의 단면적이 큰 경우에는 하부의 단면적이 작아, 지지하는 힘이 약하고, 중력에 의해 처짐 현상이 발생할 수 있다.
다만, 본 발명의 경우에는 이러한 문제를 방지하고자, 불활성 가스 환경 하에서 광경화성 고분자 조성물의 경화를 진행함에 따라, 경화 속도가 상승하고, 경도가 상승함에 따라, 상부의 단면적이 큰 제품의 출력 시에도 처짐 현상이 발생하지 않게 된다.
또한, 상부 단면 이미지부터 하부 단면 이미지까지 연속적으로 광학모듈부(200)를 통해 광이 조사될 수 있도록 구성함에 따라, 대면적의 제품 생산을 가능하게 한다. 즉, 상부의 단면적이 하부의 단면적보다 큰 제품과 제품 전체의 단면적이 큰 경우에도 원활한 생산을 가능하게 한다.
보다 구체적으로 도 4와 같이, 플레이트부(300) 위에 제1 출력 단면부(150), 제2 출력 단면부(140), 제3 출력 단면부(130), 제4 출력 단면부(140) 및 제5 출력 단면부(150)의 순으로 적층되어 출력물을 제조할 수 있다.
광학모듈부(200)로 제품 단면의 이미지 정보를 제공하는 것은 기 공지된 방법을 이용하면 되어, 자세한 내용은 상술하지 않도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 탑-다운 방식의 3D 프린터는 광이 조사되어 제품을 출력하게 되고, 이때 상기 레진탱크부(100) 내의 광경화성 고분자 수위를 인지하여 플레이트부(300)의 상하 이동을 제어할 수 있는 위치 제어부(600)를 추가로 포함할 수 있다.
플레이트부(300)는 광의 조사에 경화된 고분자 경화물이 적층되고, 연속적으로 다음 단면적이 적층되어 최종 출력물을 제조할 수 있도록 한다.
이때, 플레이트부(300)가 레진탱크부(100)내 하부 방향으로 이동하여 고분자 경화물이 적층될 수 있도록 구성해야 한다.
또한, 최종 출력물을 제조하고 난 이후에는 플레이트부(300)로부터 출력물을 원활하게 분리하기 위해, 플레이트부(300)는 레진탱크부(100)의 상부 방향으로 이동할 수 있다.
이때 플레이트부(300)의 이동은 플레이트 이동부(310)에 의해 제어된다. 상기 플레이트 이동부(310)는 3D 프린터의 프레임에 결합되며, 동력부(미도시)에 의해 상하 이동하게 된다. 이때, 동력부는 공지된 방법을 이용하는 것으로 당업자가 쉽게 선택 가능한 방식은 모두 이용이 가능하다.
상기 광학모듈부(200)는 구체적으로, SLA 방식의 레이저 광 또는 마스크 투영 이미지 경화방식인 DLP(Digital Micromirror Device)의 광원을 포함하여 구성될 수 있다. 광경화성 고분자 조성물 수지를 경화시키는 광원이라면 레이저 광뿐 만 아니라 마스크 투영 이미지 경화방식인 DLP(Digital Micromirror Device)의 광원도 적용될 수 있다.
상기 광학모듈부(200)는 상기 위치 제어부(600)에 의해 광경화성 고분자 조성물의 수위를 인지함에 따라, 광 초점 거리를 위해 위치가 조정되며, 위치 조정을 위해, 광학모듈 이동부(210)에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있다.
상기 광학모듈 이동부(210)는 플레이트 이동부(310)과 같이 3D 프린터의 프레임에 결합되며, 동력부(미도시)에 의해 상하 이동하게 된다. 이때, 동력부는 공지된 방법을 이용하는 것으로 당업자가 쉽게 선택 가능한 방식은 모두 이용이 가능하다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용한 제품 제조 방법은 레진탱크부(100) 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수면 바로 아래에 플레이트부(300)를 위치시키는 단계; 상기 레진탱크부(100) 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수위 및 위치 제어부(600)에 의해 인지된 플레이트부(300)의 위치 정보를 통해 광학모듈부(200)의 광 초점 거리를 결정하는 단계; 상기 광학모듈부(200)로 제품의 상부 단면 이미지를 제공하여, 상기 상부 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하여 고분자 경화물을 형성하는 제품 성형 단계; 및 상기 최종 출력물로의 제조가 완료될 때까지 레진탱크부(100) 내 플레이트부(300)의 위치를 조정하고, 광 초점 거리를 결정하고, 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하는 것을 반복하는 단계를 포함하며, 상기 레진탱크부(100)로 조사되는 광이 레진탱크부(100) 내 광경화성 고분자와 접촉하는 면은 질소 분위기 하에서 경화될 수 있다.
광경화성 고분자 조성물는 중량 평균 분자량 10,000 내지 1,000,000이다.
상기 광경화성 고분자 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 UV 경화 폴리우레탄 올리고머; 광개시제; 실란 커플링제; 올리고머; 및 안정제를 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112019122947706-pat00001
[화학식 2]
Figure 112019122947706-pat00002
여기서,
A 및 A'은 상기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
n, m, o, p, q 및 r은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이며,
L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 200의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 200의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 200의 헤테로아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 200의 시클로알킬렌기이며,
R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 치환된 알킬렌기, 치환된 아릴렌기, 치환된 헤테로아릴렌기, 치환된 시클로알킬렌기, 치환된 알킬기, 치환된 시클로알킬기, 치환된 알케닐기, 치환된 알키닐기, 치환된 아르알킬기, 치환된 아릴기, 치환된 헤테로아릴기, 치환된 헤테로아릴알킬기, 치환된 알콕시기, 치환된 알킬아미노기, 치환된 아릴아미노기, 치환된 아르알킬아미노기, 치환된 헤테로 아릴아미노기, 치환된 알킬실릴기, 치환된 아릴실릴기 및 치환된 아릴옥시기는 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
보다 바람직하게, UV 경화 폴리우레탄 올리고머는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물이다:
[화학식 4]
Figure 112019122947706-pat00003
여기서,
A 및 A'은 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
n', m', o', p', q' 및 r'은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이며,
R12 및 R13은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 및 탄소수 1 내지 20의 시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
보다 구체적으로, UV 경화를 위하여, 폴리우레탄 올리고머에, 광경화 작용기가 결합된 고분자 화합물로, 상기 광경화 작용기는 상기 화학식 2로 표시되는 치환기이다.
상기 화학식 2로 표시되는 치환기 내의 탄소간의 이중결합 구조를 포함하고 있고, 상기 탄소-탄소 이중 결합에 의해 광경화 작용을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 UV 경화 폴리우레탄 올리고머는 메인 체인으로 폴리 우레탄 구조를 포함하며, 상기 폴리 우레탄 구조에 광경화 작용기가 결합되며, 상기 폴리 우레탄 구조 및 광경화 작용기간의 결합은 우레탄 링커에 소프트 작용기를 결합한 링커 및 우레탄 링커에 하드 작용기를 결합한 링커를 이용한다.
상기 우레탄 링커에 소프트 작용기를 결합한 링커의 경우, 소프트 작용기의 플렉서블한 성질을 함께 이용할 수 있고, 하드 작용기는 열 저항성(Heat resistant)을 나타낼 수 있다.
즉, UV 경화 폴리우레탄 올리고머에 광경화 작용기를 결합시키며, 링커로, 소프트 작용기 및 하드 작용기를 이용함에 따라, 상온에서 부드러운 성질을 갖는 탄소 골격을 이용하여, 플렉서블 효과를 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 상온에서 하드한 성질을 갖는 탄소 골격을 이용하여, 열에 강한 성질을 함께 나타낼 수 있다.
상기 UV 경화 폴리우레탄 올리고머는 하드한 성질을 갖는 탄소 골격을 포함함에 따라, 열적 물성, 강도, 탄성율 및 인장신율과 같은 물리적 특성이 우수한 3D 프린팅 출력물을 제조할 수 있다.
또한, UV 경화 폴리우레탄 올리고머는 소프트한 성질을 갖는 탄소 골격을 포함함에 따라, 사용에 의해 원래 형상이 변형되더라도, 형상 복원이 가능한 3D 프린팅 출력물을 제조할 수 있다.
일반적으로, 광경화성 고분자 조성물은 3D 프린팅 출력물의 물리적인 특성을 높이기 위해, 하드한 성질을 갖는 탄소 골격만을 포함하여, 출력물의 물리적 특성을 높일 수 있으나, 반대로, 사용에 의해 형상이 변형되는 경우, 형상 복원이 불가하여, 다 회 사용이 불가한 문제가 있다.
본 발명에서의 3D 프린터용 조성물은 UV 경화 폴리우레탄 올리고머에 하드한 성질을 갖는 탄소 골격 및 소프트한 성질을 갖는 탄소 골격을 포함함에 따라, 열적 물성, 강도, 탄성율 및 인장신율과 같은 물리적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 소프트 작용기의 플렉서블한 성질을 함께 이용할 수 있어, 사용에 의해 형상이 변형되는 경우, 형상을 복원시켜, 재사용이 가능하다.
상기 광개시제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다:
[화학식 3]
Figure 112019122947706-pat00004
여기서,
X1은 S, O 또는 N(R11)이며,
R9 내지 R11은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬기 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기이며,
상기 치환된 알킬기 및 치환된 시클로알킬기는 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
보다 바람직하게는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물이다:
[화학식 5]
Figure 112019122947706-pat00005
상기 올리고머는 에폭시 아크릴레이트 올리고머, H12 다이안 -비스-글리시딜 이써(4,4'-(1-Methylethylidene)biscyclohexanol, polymer with (chloromethyl)oxirane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
보다 구체적으로 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 보다 구체적으로 페닐 에폭시 (메타)아크릴레이트 올리고머, 비스페놀A 에폭시 다이(메타)아크릴레이트 올리고머, 지방족 알킬 에폭시 다이(메타)아크릴레이트 올리고머, 및 지방족 알킬 에폭시 트리(메타)아크릴레이트 올리고머로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택되는 화합물을 사용할 수 있다. 상기 올리고머는 유기용매에 의한 팽윤(swelling) 현상을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 표면 경도, 내마모성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다.
상기 실란 커플링제는 보다 구체적으로 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)이지만, 상기 예시에 국한되지 않는다.
상기 안정제는 2,6-디-tert-부틸-p-크레솔, 디에틸에탄올아민, 트리헥실아민, 힌더드 아민, 유기 인산염, 힌더드 페놀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 광경화성 고분자 조성물은 광 조사에 의해 경화되는 물질로서, 가교되고 중합체 망상구조로 중합되는 고분자를 말한다. 본 명세서에서는 UV 광을 중심으로 기술하나, UV 광에 한정되지 않고 다른 광에 대해서도 적용 가능하다.
상기 본 발명의 광경화성 고분자 조성물은 열적 및 산화 안정성, 저장안정성, 표면특성, 유동 특성 및 공정 특성 등을 향상시키기 위하여 예를 들어 레벨링제, 슬립제 또는 안정화제 등의 통상의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 광경화형 조성물은 UV 경화 폴리우레탄 올리고머를 포함하며, 상기 UV 경화 폴리우레탄 올리고머 100 중량부에 대하여, 광개시제 1.5 내지 15 중량부; 실란 커플링제 0.1 내지 1.5 중량부; 올리고머 15 내지 45 중량부; 및 안정제 0.1 내지 2 중량부로 포함할 수 있다. 상기 실란 커플링제는 상기 사용 범위 내에서 사용하는 경우, 안료와 필러 등의 표면 처리에 사용함에 있어, 수지와의 상용성 및 밀착 강도를 향상시킬 수 있다. 상기 올리고머는 사용 범위를 초과할 경우 표면 에너지가 높아져 몰드와 수지의 이형성이 저하되게 되며, 표면 경도가 높아져 몰드의 스탬핑 후 복원력과 같은 표면 특성이 저하되게 될 우려가 있다. 상기 안정제의 경우, 사용 범위 내에서 사용 시, 주변 경화를 감소시키고, 강도를 높일 수 있다.
[제조예: 3D 프린터용 광경화형 고분자 조성물의 제조]
하기 화학식 6 또는 화학식 7로 표시되는 UV 경화 폴리우레탄 올리고머; 하기 화학식 5로 표시되는 광개시제; 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란; 에폭시 아크릴레이트 올리고머; 및 2,6-디-tert-부틸-p-크레솔를 혼합하여 3D 프린터용 광경화형 고분자 조성물을 제조하였다. 상기 고분자 조성물의 제조에 이용된 올리고머 등은 구매하여 이용하였으며, 구성 성분의 함량은 하기 표 1과 같다.
[화학식 6]
Figure 112019122947706-pat00006
[화학식 7]
Figure 112019122947706-pat00007
[화학식 2]
Figure 112019122947706-pat00008
[화학식 5]
Figure 112019122947706-pat00009
여기서,
A 및 A'은 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
n', m', o', p', q' 및 r'은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이다.
S10 S20 S30 S40 S50 S60 S70 S80
화학식 6 100 100 100 100 100 100 - -
화학식 7 - - - - - - 100 100
광개시제 1 1.5 5 10 15 20 10 15
실란커플링제 0.05 0.1 0.5 1 1.5 2 1 1.5
올리고머 10 15 25 30 45 50 30 45
안정제 0.05 0.1 0.5 1 2 3 1 2
(단위 중량부)
[실험예 1: 출력물 제조 속도 평가]
도 2의 단면과 같은 3D 프린터 장치를 이용하여, 커버부 내부가 질소 환경인 상태에서 도 5와 같은 출력물을 제조하기 위해, 상기 S10 내지 S80의 광경화성 고분자 조성물을 이용하였다.
동일한 출력물에 대한 이미지 정보를 3D 프린터에 제공하고, 출력물의 제조 시간을 평가하였다.
평가 결과는 하기 표 2와 같다.
S10 S20 S30 S40 S50 S60 S70 S80 비교예
시간(분) 40 20 22 15 10 35 15 10 60
상기 본 발명 범위 내의 광경화성 고분자 조성물을 이용하는 경우는 빠른 출력 속도를 나타내는 것을 확인하였다. 범위 이외의 고분자 조성물의 경우에도, 본 발명의 고분자 조성물보다는 출력 속도가 다소 늦은 것을 확인하였으나, 다른 DLP 방식의 3D 프린터에 비해서는 매우 빠른 속도로 제조됨을 확인할 수 있다.
[실험예 2: 출력물의 투명성 평가]
S10 S20 S30 S40 S50 S60 S70 S80
단순 UV 경화 X X X X X X X X
질소 경화 X O O O O X O O
도 5에 나타낸 바와 같이, 사진 왼쪽의 투명 교정 장치의 경우, 단순 UV 경화를 진행하거나, 본 발명의 범위 내 조성물을 사용하지 않은 경우로, 노란색을 전반적으로 나타내, 투명성이 상대적으로 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3: 고분자 조성물의 전환율 측정]
상기 S40 및 S70의 조성물을 이용하여, 투명 교정 장치를 동일하게 3D 프린터를 이용하여 출력한 이후, IR 측정을 통해, 고분자의 전환율을 측정하였다. 전환율이 높아짐에 따라, 물성이 향상되는 것을 의미한다.
상기 S40 및 S70에 대한 전환율 측정 결과는 도 6과 같다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 기존 3D 프린터를 이용하는 경우(비교예)에는, 전환율이 80%에 미치지 못하는 것을 확인하였다.
반면, 본 발명의 경화 공정과 같이, 질소 환경 하에서 UV 경화하는 경우에는 전환율이 91.7% 및 92.4%로, 매우 높은 전환율을 나타내는 것을 확인하였다.
상기와 같은 전환율의 차이에 의해, 제조된 투명 교정 장치의 인장강도, 항복강도, 연신율, 탄성계수 등의 물성이 크게 차이가 남을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 레진탱크부
110: 제5 출력 단면부
120: 제4 출력 단면부
130: 제3 출력 단면부
140: 제2 출력 단면부
150: 제1 출력 단면부
200: 광학모듈부
210: 광학모듈 이동부
300: 플레이트부
310: 플레이트 이동부
400: 비활성 가스 투입부
410: 에어커튼
500: 커버부
600: 위치 제어부

Claims (7)

  1. 광경화성 고분자 조성물이 저장되는 레진탱크부;
    상기 레진탱크부의 상부에 설치되어 광원을 조사하는 광학모듈부;
    상기 레진탱크부 내에 위치하여 광경화성 고분자 조성물이 광원에 의해 경화되면 상하 방향으로 이동이 가능한 플레이트부; 및
    상기 광학모듈부에서 발생한 광이 레진탱크부 내 광경화성 고분자로 조사되어 경화되는 부분을 비활성 가스 환경으로 유지하기 위한 비활성 가스 투입부를 포함하는
    상기 광경화성 고분자 조성물은 중량 평균 분자량 10,000 내지 1,000,000이며, 하기 화학식 1로 표시되는 UV 경화 폴리우레탄 올리고머; 광개시제; 실란 커플링제; 올리고머; 및 안정제를 포함하는
    탑-다운 방식의 3D 프린터:
    [화학식 1]
    Figure 112020119149315-pat00016

    [화학식 2]
    Figure 112020119149315-pat00017

    여기서,
    A 및 A'은 상기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
    n, m, o, p, q 및 r은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이며,
    L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 200의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 200의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 200의 헤테로아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 200의 시클로알킬렌기이며,
    R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    상기 치환된 알킬렌기, 치환된 아릴렌기, 치환된 헤테로아릴렌기, 치환된 시클로알킬렌기, 치환된 알킬기, 치환된 시클로알킬기, 치환된 알케닐기, 치환된 알키닐기, 치환된 아르알킬기, 치환된 아릴기, 치환된 헤테로아릴기, 치환된 헤테로아릴알킬기, 치환된 알콕시기, 치환된 알킬아미노기, 치환된 아릴아미노기, 치환된 아르알킬아미노기, 치환된 헤테로 아릴아미노기, 치환된 알킬실릴기, 치환된 아릴실릴기 및 치환된 아릴옥시기는 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비활성 가스 투입부는 레진탱크부의 내부 일면에 형성되며, 상기 레진탱크부는 커버부가 감싼 형태이며,
    상기 비활성 가스 투입부에 의해 커버부의 내부가 비활성 가스로 채워진 상태인
    탑-다운 방식의 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비활성 가스 투입부는 광학모듈부에서 발생한 광이 레진탱크 내 광경화성 고분자에 조사되는 부분에서 산소와의 접촉을 차단할 수 있도록 에어 커튼 형태로 분사하는 것인
    탑-다운 방식의 3D 프린터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탑-다운 방식의 3D 프린터는,
    성형대상 제품의 상단 단면적에 대응되는 이미지를 광원을 이용하여 레진탱크부 내 광경화성 고분자 조성물을 경화시키고, 이후 순차적으로 제품의 하단 단면적을 경화시켜 출력물을 제조하는
    탑-다운 방식의 3D 프린터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레진탱크부 내의 광경화성 고분자 조성물 수위를 인지하여 플레이트부의 상하 이동을 제어할 수 있는 위치 제어부를 포함하는
    탑-다운 방식의 3D 프린터.
  6. 삭제
  7. 레진탱크 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수면 바로 아래에 빌드플레이트를 위치시키는 단계;
    상기 레진탱크 내 저장된 광경화성 고분자 조성물의 수위 및 위치 제어부에 의해 인지된 플레이트부의 위치 정보를 통해 광학모듈부의 광 초점 거리를 결정하는 단계;
    상기 광학모듈부로 제품의 상부 단면 이미지를 제공하여, 상기 상부 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하여 고분자 경화물을 형성하는 제품 성형 단계; 및
    최종 출력물로의 제조가 완료될 때까지 레진탱크 내 플레이트부의 위치를 조정하고, 광 초점 거리를 결정하고, 단면 이미지에 대응되는 광을 조사하는 것을 반복하는 단계를 포함하며,
    상기 레진탱크로 조사되는 광이 레진탱크 내 광경화성 고분자 조성물과 접촉하는 면은 비활성 가스 분위기 하에서 경화되며,
    상기 광경화성 고분자 조성물은 중량 평균 분자량 10,000 내지 1,000,000이며, 하기 화학식 1로 표시되는 UV 경화 폴리우레탄 올리고머; 광개시제; 실란 커플링제; 올리고머; 및 안정제를 포함하는
    탑-다운 방식의 3D 프린터를 이용한 제품 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112021501023211-pat00018

    [화학식 2]
    Figure 112021501023211-pat00019

    여기서,
    A 및 A'은 상기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
    n, m, o, p, q 및 r은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수이며,
    L1 및 L2는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 200의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 200의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 200의 헤테로아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 200의 시클로알킬렌기이며,
    R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    상기 치환된 알킬렌기, 치환된 아릴렌기, 치환된 헤테로아릴렌기, 치환된 시클로알킬렌기, 치환된 알킬기, 치환된 시클로알킬기, 치환된 알케닐기, 치환된 알키닐기, 치환된 아르알킬기, 치환된 아릴기, 치환된 헤테로아릴기, 치환된 헤테로아릴알킬기, 치환된 알콕시기, 치환된 알킬아미노기, 치환된 아릴아미노기, 치환된 아르알킬아미노기, 치환된 헤테로 아릴아미노기, 치환된 알킬실릴기, 치환된 아릴실릴기 및 치환된 아릴옥시기는 수소, 중수소, 시아노기, 니트로기, 할로겐기, 히드록시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 20개의 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 7 내지 30의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 6 내지 30의 아르알킬아미노기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되며, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우 이들은 서로 동일하거나 상이하다.
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