KR102293058B1 - Method for producing three-dimensional crystalline porous structure and filter medium produced by the method - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 여과재에 대한 것으로, 보다 상세하게는 구조체의 3D 모델을 보로노이 구조로 변형함과 용융압출적층모델링을 통한 3차원 정질 다공성 구조체의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 생물학적 여과재에 관한 것이다.
본 개시된 내용은 구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계, 상기 모델링단계에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조로 변환하는 변환단계, 상기 변환단계에서 변환된 보로노이 구조(Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation)를 용융압출적층모델링(Fused Deposition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 출력하는 출력단계를 포함하는 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법로 제시한다.
The present disclosure relates to a filter medium, and more particularly, to a method for producing a three-dimensional crystalline porous structure through transformation of a 3D model of the structure into a Voronoi structure and melt extrusion lamination modeling, and a biological filter material manufactured by the method will be.
The present disclosure provides a modeling step of forming a 3D model of a structure, a conversion step of converting the 3D model formed in the modeling step into a Voronoi structure, and melt-extrusion of the Voronoi structure (Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation) converted in the conversion step Fused Deposition Modeling (FDM) is presented as a three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method including an output step using a 3D printer.

Description

3차원 정질 다공성 구조체의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 여과재{METHOD FOR PRODUCING THREE-DIMENSIONAL CRYSTALLINE POROUS STRUCTURE AND FILTER MEDIUM PRODUCED BY THE METHOD}Method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure and a filter medium manufactured by the method

본 개시내용은 여과재에 대한 것으로, 보다 상세하게는 구조체의 3D 모델을 보로노이 구조로 변형함과 용융압출적층모델링을 통한 3차원 정질 다공성 구조체의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 생물학적 여과재에 관한 것이다.The present disclosure relates to a filter medium, and more particularly, to a method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure through transformation of a 3D model of the structure into a Voronoi structure and melt extrusion lamination modeling, and a biological filter medium manufactured by the method will be.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.Unless otherwise indicated herein, the contents described in this identification are not prior art to the claims of this application, and the description in this identification is not admitted to be prior art.

종래기술로서 과거 용융압출적층모델링(Fused Deposition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 의료용 스캐폴드 등의 다공성 구조체를 제작하는 연구는 계속 이루어져 왔다. 기존의 다공성 구조체 제작은 대부분 필라멘트에 발포제 등의 첨가물을 이용하여 비정질 기공을 형성하는 방식으로서 첨가물에 의한 다공성 제조 방식은 쉽게 기공을 형성할 수 있으나 첨가물에 의해 임의의 기공이 형성되는 제조 방법이기 때문에 기공의 크기, 개수를 조정하기 어렵다는 문제점이 있다. As a prior art, research on fabricating porous structures such as medical scaffolds using a Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer in the past has been continuously made. Most of the existing porous structure production is a method of forming amorphous pores by using additives such as a foaming agent in the filament. The porous production method using additives can easily form pores. There is a problem in that it is difficult to adjust the size and number of pores.

또한, 종래의 생물학적 여과재의 제작 방법은 세라믹 또는 섬유강화플라스틱 등을 특정 입도 크기로 파쇄하여 결함체 및 기타 첨가제를 혼합한 혼합용액에 침지시키는 방법과 분쇄한 폐비닐에 석분, 활성탄, 여과사 등의 부재료를 넣고 압출 냉각시켜 제조하는 방법 등이 있지만, 이러한 방법을 이용하면 기공이 박테리아를 배양하기에 최적 크기로 제작되지 못하는 문제점이 있었다.In addition, the conventional method of manufacturing a biological filter material is a method of crushing ceramic or fiber-reinforced plastic to a specific particle size and immersing it in a mixed solution mixed with defects and other additives, and crushed waste vinyl with stone powder, activated carbon, filter sand, etc. There is a method of manufacturing by adding sub-materials and extrusion cooling, but there was a problem in that the pores were not produced in an optimal size for culturing bacteria using this method.

1. 대한민국 특허등록 제10-1471435호(2014.12.11. 공고)1. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1471435 (Notice on Dec. 11, 2014) 2. 대한민국 공개특허 제10-2019-0067541호(2019.06.17. 공개)2. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0067541 (published on June 17, 2019) 3. 대한민국 공개특허 10-2018-0040555(2018.04.20. 공개)3. Republic of Korea Patent Publication 10-2018-0040555 (published on April 20, 2018) 4. 대한민국 특허등록 10-1869106(2018.06.19 공고)4. Republic of Korea Patent Registration 10-1869106 (2018.06.19 Announcement) 5. 대한민국 공개특허 10-2019-0034123(2019.04.01 공개)5. Republic of Korea Patent Publication 10-2019-0034123 (published on April 1, 2019)

이에, 본 발명의 목적은 종래 기술은 기공의 크기와 개수의 정밀한 조정이 불가한바 본 발명은 보로노이 구조를 이용한 최적 기공크기 배치를 통하여 최적의 박테리아 배양을 위한 최적의 기공이 형성된 여과재 및 그 여과재의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a filter medium having optimal pores for culturing bacteria through optimal pore size arrangement using a Voronoi structure and the filter medium, since the prior art cannot precisely adjust the size and number of pores. An object of the present invention is to provide a manufacturing method of

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.In addition, it is not limited to the technical problems as described above, and it is obvious that another technical problem may be derived from the following description.

본 개시된 내용은 구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계, 상기 모델링단계에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조로 변환하는 변환단계, 상기 변환단계에서 변환된 보로노이 구조(Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation)를 용융압출적층모델링(Fused Deposition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 출력하는 출력단계를 포함하는 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법로 제시한다.The present disclosure provides a modeling step of forming a 3D model of a structure, a conversion step of converting the 3D model formed in the modeling step into a Voronoi structure, and melt-extrusion of the Voronoi structure (Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation) converted in the conversion step Fused Deposition Modeling (FDM) is presented as a three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method including an output step using a 3D printer.

본 개시내용의 실시예에 의하면, 최적의 기공을 가져 최적의 박테리아 배양조건을 형성함으로써 기존의 여과재의 한계를 극복하는 생물학적 여과재를 제공한다.According to an embodiment of the present disclosure, there is provided a biological filter medium that overcomes the limitations of the existing filter medium by having optimum pores to form optimum bacterial culture conditions.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법에 대한 순서도.
도 2는 개시된 내용의 일 실시예에 따른 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법에서 변환단계에 대한 순서도.
도 3은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 제너레이터형성단계에 대한 평면도.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 메시구조형성단계에 대한 평면도.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 기공형성단계에 대한 평면도.
도 6는 본 개시내용의 실험 결과에 대한 그래프.
1 is a flow chart for a method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure according to an embodiment of the disclosed subject matter.
Figure 2 is a flow chart for the transformation step in the three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method according to an embodiment of the disclosed subject matter.
3 is a plan view of a generator forming step according to an embodiment of the disclosed subject matter;
4 is a plan view of a mesh structure forming step according to an embodiment of the present disclosure;
5 is a plan view of a pore forming step according to an embodiment of the present disclosure;
6 is a graph of experimental results of the present disclosure.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 3차원 정질 다공성 구조체의 제조 방법과 그 방법에 의해 제조되는 여과재의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure according to a preferred embodiment and a configuration, operation, and effect of a filter medium manufactured by the method will be described. For reference, in the following drawings, each component is omitted or schematically illustrated for convenience and clarity, and the size of each component does not reflect the actual size. In addition, the same reference numerals refer to the same components throughout the specification, and reference numerals for the same components in individual drawings will be omitted.

도 1은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.1 is a flowchart for a method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure according to an embodiment of the disclosed subject matter.

도 1에 도시되는 바와 같이, 3차원 정질 다공성 구조체 제조방법은 구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계(S100), 모델링단계(S100)에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조로 변환하는 변환단계(S200), 변환단계(S200)에서 변환된 보로노이 구조(Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation)를 용융압출적층모델링(Fused Depos ition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 출력하는 출력단계(S300)를 포함한다.As shown in Figure 1, the three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method is a modeling step of forming a 3D model of the structure (S100), a conversion step of converting the 3D model formed in the modeling step (S100) into a Voronoi structure (S200) , an output step (S300) of outputting the Voronoi structure (Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation) converted in the conversion step (S200) using a Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer.

모델링단계(S100)는 구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계(S100)는 원하는 형상을 가진 구조체의 3D 모델을 형성하는 단계이다. 본 개시된 발명은 형상에 관계없이 내부 정질 기공을 형성하여 생물학적 여과재를 제작하기 때문에 3D 모델을 형성할 때 모델의 형상과 크기는 상관이 없다. 모델의 형상과 크기가 상관없기에 커스터마이징이 가능한 블록형 여과재로 결합하여 실시할 수 있다. 즉, 블록형 여과재는 직접 쌓는 방식(piling)과 체결 방식(insulting)으로 결합이 가능한 구조를 지닌다. 이로써 소비자는 본인의 취향을 수조에 서식하는 해양 생물들의 생태 특성을 고려함과 동시에 조형물로 표현이 가능하다.The modeling step (S100) of forming a 3D model of the structure is a step of forming a 3D model of the structure having a desired shape (S100). Since the present invention manufactures a biological filter medium by forming internal crystalline pores regardless of shape, the shape and size of the model do not matter when forming a 3D model. Since the shape and size of the model do not matter, it can be combined with a customizable block-type filter medium. That is, the block-type filter medium has a structure that can be combined by a direct piling method and a fastening method (insulting). As a result, consumers can express their tastes in sculptures while considering the ecological characteristics of marine life inhabiting the tank.

변환단계(S200)는 모델링단계(S100)에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조를 이용하여 최적의 기공을 형성해 3차원 정질 다공성 구조체로 변환하는 단계이다. 변환단계(S200)는 기공 형성을 위해 3D 모델을 일정한 두께를 갖는 레이어들로 나누고, 3개의 레이어를 그룹으로 묶어 레이어 그룹을 형성하는 레이어그룹형성단계(S210), 각 레이어 그룹의 무게중심을 도출하고 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점을 생성하는 제너레이터형성단계(S230), 무게중심을 품은 삼각형을 형성하고, 인접한 점들을 이은 삼각형 메시구조를 형성하는 메시구조형성단계(S250), 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 보로노이 구조를 형성하여 기공을 형성하는 기공형성단계(S270)를 포함한다.The conversion step (S200) is a step of converting the 3D model formed in the modeling step (S100) into a three-dimensional crystalline porous structure by forming optimal pores using the Voronoi structure. In the transformation step (S200), the 3D model is divided into layers having a constant thickness to form pores, and the layer group forming step (S210) of forming a layer group by grouping three layers into a group, and deriving the center of gravity of each layer group and a generator forming step (S230) of generating points at equal intervals with the center of gravity as the origin, a mesh structure forming step (S250) of forming a triangle embracing the center of gravity, and a triangular mesh structure connecting adjacent points (S250), a triangular mesh A pore forming step (S270) of forming pores by forming a Voronoi structure around the forming points is included.

변환단계(S200)의 알고리즘은 아래와 같이 표현될 수 있다.The algorithm of the conversion step S200 may be expressed as follows.

Input : Slice of 3D Model (SM), Mass Center Point of Layer (MCP),
Distance L (L), Radius (R), Nozzle diameter (d)
Output : Number of Porous
Begin
// 기공 형성을 위한 레이어 그룹 형성
Form groups of layer which 3 layer in 1 set
// 레이어 그룹의 하나의 레이어 위에 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점 생성
For each SMi
Find out PMC of each layer plane and scatter points with same distance (L) and
angle (60 degree)
End For

// 원점(면의 무게중심)을 품은 삼각형과 인접한 점들을 이은 삼각형 메시 구조 형성.
Form Initial Triangle (IT) with a group of 3 points which can contain MCP in
its center
Form triangles with adjacent points of same distance (L) with IT

// 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 갖는 원 형성
For each vertex of triangle
Compute R (Radius) with L (Distance) and d (Nozzle diameter)
Create circles (radius = R) with each point. And each triangle contains a circle
with R
End For

// 상기 레이어는 반지름을

Figure 112019133688115-pat00001
= sqrt(2Rd -
Figure 112019133688115-pat00002
)로 하는 원점이 무게중심인 원이 있는 레이어 그룹의 나머지 두 층과 함께 포개어, 7μm ~ 50μm의 기공을 형성한다.
For other layers of a layer group
Form circle with
Figure 112019133688115-pat00003
= sqrt(2Rd -
Figure 112019133688115-pat00004
) and its center is MCP.
End For
EndInput: Slice of 3D Model (SM), Mass Center Point of Layer (MCP),
Distance L (L), Radius (R), Nozzle diameter (d)
Output : Number of Porous
Begin
// Form a layer group for pore formation
Form groups of layer which 3 layer in 1 set
// Create an equally spaced point with the center of gravity as the origin on one layer in the layer group
For each SMi
Find out PMC of each layer plane and scatter points with same distance (L) and
angle (60 degree)
End For

// Form a triangle mesh structure connecting the triangle with the origin (center of gravity of the face) and adjacent points.
Form Initial Triangle (IT) with a group of 3 points which can contain MCP in
its center
Form triangles with adjacent points of same distance (L) with IT

// Form a circle around the points that form the triangle mesh
For each vertex of triangle
Compute R (Radius) with L (Distance) and d (Nozzle diameter)
Create circles (radius = R) with each point. And each triangle contains a circle
with R
End For

// The layer has a radius
Figure 112019133688115-pat00001
= sqrt(2Rd -
Figure 112019133688115-pat00002
) is superimposed with the other two layers of the layer group with a circle whose origin is the center of gravity, forming pores of 7 μm to 50 μm.
For other layers of a layer group
Form circle with
Figure 112019133688115-pat00003
= sqrt(2Rd -
Figure 112019133688115-pat00004
) and its center is MCP.
End For
End

마지막으로, 출력단계(S300)는 변환단계(S200)에서 변환된 기공이 형성된 3D 모델을 G코드로 변환해 출력하는 단계이다.Finally, the output step ( S300 ) is a step of converting the 3D model having pores converted in the conversion step ( S200 ) into a G code and outputting it.

도 2는 개시된 내용의 일 실시예에 따른 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법에서 변환단계에 대한 순서도, 도 3은 개시된 내용의 일 실시예에 따른 제너레이터형성단계(S230)에 대한 평면도, 도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 메시구조형성단계(S250)에 대한 평면도, 도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 기공형성단계(S270)에 대한 평면도가 도시되어 있다.2 is a flowchart for a transformation step in a method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure according to an embodiment of the disclosed subject matter, FIG. 3 is a plan view of a generator forming step (S230) according to an embodiment of the disclosed subject matter, and FIG. 4 is this view A plan view of the mesh structure forming step (S250) according to an embodiment of the disclosure, FIG. 5 is a plan view of the pore forming step (S270) according to an embodiment of the present disclosure.

도 2,3,4,5에 도시된 바와 같이, 변환단계(S200)는 3D 모델을 일정한 두께를 갖는 레이어들로 나누고, 3개의 레이어를 그룹으로 묶어 레이어 그룹을 형성하는 레이어그룹형성단계(S210), 레이어 그룹의 무게중심을 도출하고 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점을 생성하는 제너레이터형성단계(S230), 무게중심을 품은 삼각형을 형성하고, 인접한 점들을 이은 삼각형 메시구조를 형성하는 메시구조형성단계(S250), 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 보로노이 구조를 형성하여 기공을 형성하는 기공형성단계(S270)를 포함하는 것을 특징으로 한다.2, 3, 4, 5, the conversion step (S200) is a layer group forming step (S210) of dividing the 3D model into layers having a constant thickness, and forming a layer group by grouping three layers into a group ), a generator forming step (S230) of deriving the center of gravity of the layer group and generating points with the same distance from the center of gravity as the origin, forming a triangle with the center of gravity, and forming a triangular mesh structure connecting adjacent points It characterized in that it comprises the forming step (S250), the pore forming step (S270) of forming pores by forming the Voronoi structure around the points forming the triangular mesh.

레이어그룹형성단계(S210)는 3D 모델을 일정한 간격을 갖는 레이어들로 분할하고, 3개의 레이어들을 1 개의 그룹으로 형성하는 단계이다. 모델링단계(S100)에서 형성된 3D 모델은 모든 면을 테셀레이션 기법(Tessellation Method)을 통해 작은 크기의 삼각형으로 나뉘는 과정을 거친다. 프로그램을 통해 형상 모델의 등고선 데이터를 추출할 수 있고 선들은 형상 모델을 이루는 각각의 삼각형을 가로지르게 된다. 이때, 레이어의 두께[slice thickness]는 필라멘트의 두께[filament thickness]와 동일하다. 또한 n번째 레이어의 바닥에서부터 높이[slicing plane Z_i]는 Z_min + [slice thickness]이 된다. 만일 높이를 나타내는 Z의 최솟값보다 크고 Z의 최댓값보다 작을 경우, 해당 삼각형은 인접 레이어와 간섭이 생긴다. 해당 방식으로 아래와 같은 제원을 가질 경우 슬라이스 두께를 0.1로 했을 때 총 457개의 레이어를 얻을 수 있다. The layer group forming step ( S210 ) is a step of dividing the 3D model into layers having regular intervals and forming three layers into one group. The 3D model formed in the modeling step (S100) goes through a process of dividing all surfaces into small-sized triangles through a tessellation method. The contour data of the shape model can be extracted through the program, and the lines intersect each triangle constituting the shape model. At this time, the thickness of the layer [slice thickness] is equal to the thickness of the filament [filament thickness]. Also, the height [slicing plane Z_i] from the bottom of the nth layer becomes Z_min + [slice thickness]. If the height is greater than the minimum value of Z and less than the maximum value of Z, the triangle will interfere with the adjacent layer. In this way, if the following specifications are obtained, a total of 457 layers can be obtained when the slice thickness is set to 0.1.

X_maxX_max X_minX_min Y_maxY_max Y_minY_min Z_maxZ_max Z_minZ_min 7676 0.050.05 2121 0.050.05 4545 0.050.05

이 때 [slice thickness]는 출력단계(S300)에서 사용할 3D 프린터의 노즐 두께와 동일하다.At this time, [slice thickness] is the same as the nozzle thickness of the 3D printer to be used in the output step (S300).

제너레이터형성단계(S230)는 각 레이어 그룹의 무게중심을 도출하고 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점을 생성하는 단계이다. 레이어 그룹 형성단계에서 나누어진 각 레이어의 면들은 다음과 같은 무게중심을 갖는다.The generator forming step ( S230 ) is a step of deriving the center of gravity of each layer group and generating points with the same spacing with the center of gravity as the origin. The faces of each layer divided in the layer group formation step have the following center of gravity.

무게중심 G(x, y, z) = center of gravity G(x, y, z) =

Figure 112019133688115-pat00005
Figure 112019133688115-pat00005

해당 무게중심을 원점으로 레이어의 제너레이터를 구성한다. 각 점 사이의 간격과 점 사이 각도는 다음과 같다.The generator of the layer is composed with the corresponding center of gravity as the origin. The distance between each point and the angle between the points are:

Figure 112019133688115-pat00006
Figure 112019133688115-pat00006

메시구조형성단계(S250)는 무게중심을 품은 삼각형을 형성하고, 인접한 점들을 이은 삼각형 메시구조를 형성하는 단계이다. 각각의 레이어가 평면상 제너레이터형성단계(S230)에서 생성된 제너레이터를 기준으로 동일 면적의 삼각형 메시를 형성한다. 구체적으로 상기 단계에서 형성된 제너레이터를 무게중심을 기준으로 최단거리의 점을 연결하는 방식으로 삼각형 메시구조가 형성된다.The mesh structure forming step ( S250 ) is a step of forming a triangle having a center of gravity and forming a triangular mesh structure connecting adjacent points. Each layer forms a triangular mesh having the same area on the plane based on the generator generated in the generator forming step S230. Specifically, a triangular mesh structure is formed by connecting the generator formed in the above step to the point of the shortest distance based on the center of gravity.

기공형성단계(S270)는 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 보로노이 구조를 형성하여 기공을 형성하는 단계이다. 메시구조형성단계(S250)에서 형성된 각 삼각형 메시의 세 점과, 메시 무게중심을 기준으로 보로노이 다이어그램(Voronoi diagram)을 형성한다. 각각의 다이어그램 내부에 내접원을 생성한다 형성되는 내접원의 반지름을 R이라 할 때, 각 점들의 거리 L과 내접원의 반지름은 다음과 같다.The pore forming step ( S270 ) is a step of forming the pores by forming the Voronoi structure around the points forming the triangular mesh. A Voronoi diagram is formed based on three points of each triangular mesh formed in the mesh structure forming step S250 and the mesh center of gravity. Create an inscribed circle inside each diagram. If the radius of the formed inscribed circle is R, the distance L of each point and the radius of the inscribed circle are as follows.

Figure 112019133688115-pat00007
Figure 112019133688115-pat00007

레이어그룹형성단계(S210)에서 형성된 각 레이어 그룹을 기준으로 가운데 존재하는 레이어는 반지름이

Figure 112019133688115-pat00008
를 따르고, 중심 레이어 상하로 존재하는 레이어는 반지름이
Figure 112019133688115-pat00009
를 따른다. 이 중심 레이어와 상하레이어가 포개어져 7μm ~ 50μm의 기공을 형성한다.Based on each layer group formed in the layer group forming step (S210), the middle layer has a radius
Figure 112019133688115-pat00008
, and the layers above and below the center layer have a radius
Figure 112019133688115-pat00009
follow The central layer and the upper and lower layers are superimposed to form pores of 7 μm to 50 μm.

도 6는 본 개시내용의 실험 결과에 대한 그래프가 도시되어 있다.6 shows a graph of the experimental results of the present disclosure.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시된 내용에 따른 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법에 의하여 제작된 여과재는 초기 암모니아 농도에 비하여 암모니아 농도가 확연히 낮아진 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6 , in the filter medium manufactured by the method for manufacturing a three-dimensional crystalline porous structure according to the present disclosure, it can be confirmed that the ammonia concentration is significantly lower than the initial ammonia concentration.

실시예와 대조군은 1일차, 7일차, 15일차 모두 같은 ppm을 보이나 29일차에 이르러서는 실시예는 0,5ppm, 대조군은 0.6ppm을 보이는 바, 본 개시된 내용의 확연한 효과를 확인할 수 있다. The Example and the control group showed the same ppm on the 1st, 7th, and 15th days, but on the 29th day, the Example showed 0,5ppm and the control group showed 0.6ppm, thereby confirming the clear effect of the present disclosure.

실험은 아래와 같은 비교군과 실험군을 가지고 실행되었다.The experiment was carried out with the following comparative and experimental groups.

Figure 112019133688115-pat00010
Figure 112019133688115-pat00010

실험 결과 초기 15일까지는 별다른 농도 변화가 없었다. 하지만, 29일차 7차 측정에서 Reference(초기 암모니아 농도)에 비하여 암모니아 농도가 확연히 낮아진 것을 확인하였다. 즉, 기공크기의 최적화와 다양화를 통해 비교군에 비하여 시제품의 여과 능력이 뛰어나다는 것을 확인하였다. 실험결과를 표로 정리하면 아래와 같다.As a result of the experiment, there was no significant change in concentration until the first 15 days. However, it was confirmed that the ammonia concentration was significantly lower than the Reference (initial ammonia concentration) in the 7th measurement on the 29th day. That is, it was confirmed that the filtration ability of the prototype was superior to that of the control group through optimization and diversification of the pore size. The experimental results are summarized in a table as follows.

Figure 112019133688115-pat00011
Figure 112019133688115-pat00011

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and represent all of the technical spirit of the present invention. Therefore, it should be understood that there may be various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of filing the present application. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from the concept of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

S 100 ; 모델링단계
S 200 ; 변환단계
S 300 ; 출력단계
S 210 ; 레이어그룹형성단계
S 230 ; 제너레이터형성단계
S 250 ; 메시구조형성단계
S 270 ; 기공형성단계
S 100 ; modeling stage
S 200 ; conversion step
S 300 ; output stage
S 210 ; Layer group formation stage
S 230 ; Generator formation stage
S 250 ; Mesh structure formation stage
S 270 ; pore formation stage

Claims (4)

구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계;
상기 모델링단계에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조로 변환하는 변환단계;
상기 변환단계에서 변환된 보로노이 구조(Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation)를 용융압출적층모델링(Fused Deposition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 출력하는 출력단계;를 포함하고,
상기 변환단계는,
상기 3D 모델을 일정한 두께를 갖는 레이어들로 나누고, 3개의 레이어를 그룹으로 묶어 레이어 그룹을 형성하는 레이어그룹형성단계;
상기 레이어 그룹의 무게중심을 도출하고 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점을 생성하는 제너레이터형성단계;
상기 무게중심을 품은 삼각형을 형성하고, 인접한 점들을 이은 삼각형 메시구조를 형성하는 메시구조형성단계; 및
상기 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 보로노이 구조를 형성하여 기공을 형성하는 기공형성단계;를 포함하되,
상기 레이어 그룹에서 레이어들은 0.01~0.05mm 간격으로 이격 구비되고, 상기 제너레이터형성단계에서 점들은 0.01~0.05mm 간격으로 생성되며, 상기 기공형성단계에서 기공은 7~50μm의 크기로 형성이되고,
상기 출력단계에서 출력되는 적층 필라멘트의 두께는 상기 레이어그룹형성단계에서의 레이어 두께와 일치하며, 0.01~0.05mm인 것을 특징으로 하는 3차원 정질 다공성 구조체 제조 방법.
A modeling step of forming a 3D model of the structure;
a conversion step of converting the 3D model formed in the modeling step into a Voronoi structure;
An output step of outputting the Voronoi structure (Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation) converted in the conversion step using a Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer;
The conversion step is
a layer group forming step of dividing the 3D model into layers having a constant thickness and forming a layer group by grouping three layers into a group;
a generator forming step of deriving the center of gravity of the layer group and generating points at equal intervals with the center of gravity as an origin;
a mesh structure forming step of forming a triangle embracing the center of gravity and forming a triangular mesh structure connecting adjacent points; and
A pore forming step of forming pores by forming a Voronoi structure around the points forming the triangular mesh;
In the layer group, the layers are provided at intervals of 0.01 to 0.05 mm, and in the generator forming step, dots are generated at 0.01 to 0.05 mm intervals, and in the pore forming step, the pores are formed in a size of 7 to 50 μm,
The thickness of the laminated filament output in the output step is the same as the layer thickness in the layer group forming step, the three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method, characterized in that 0.01 ~ 0.05mm.
삭제delete 삭제delete 구조체의 3D 모델을 형성하는 모델링단계;
상기 모델링단계에서 형성된 3D 모델을 보로노이 구조로 변환하는 변환단계;
상기 변환단계에서 변환된 보로노이 구조(Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation)를 용융압출적층모델링(Fused Deposition Modeling; FDM) 3D 프린터를 이용하여 출력하는 출력단계;를 포함하고,
상기 변환단계는,
상기 3D 모델을 일정한 두께를 갖는 레이어들로 나누고, 3개의 레이어를 그룹으로 묶어 레이어 그룹을 형성하는 레이어그룹형성단계;
상기 레이어 그룹의 무게중심을 도출하고 무게중심을 원점으로 동일 간격의 점을 생성하는 제너레이터형성단계;
상기 무게중심을 품은 삼각형을 형성하고, 인접한 점들을 이은 삼각형 메시구조를 형성하는 메시구조형성단계; 및
상기 삼각형 메시를 형성하는 점들을 중심으로 보로노이 구조를 형성하여 기공을 형성하는 기공형성단계;를 포함하되,
상기 레이어 그룹에서 레이어들은 0.01~0.05mm 간격으로 이격 구비되고, 상기 제너레이터형성단계에서 점들은 0.01~0.05mm 간격으로 생성되며, 상기 기공형성단계에서 기공은 7~50μm의 크기로 형성되고,
상기 출력단계에서 출력되는 적층 필라멘트의 두께는 상기 레이어그룹형성단계에서의 레이어 두께와 일치하며, 0.01~0.05mm인 것을 포함하는 3차원 정질 다공성 구조체 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 여과재.
A modeling step of forming a 3D model of the structure;
a conversion step of converting the 3D model formed in the modeling step into a Voronoi structure;
An output step of outputting the Voronoi structure (Voronoi Diagram or Voronoi Tessellation) converted in the conversion step using a Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printer;
The conversion step is
a layer group forming step of dividing the 3D model into layers having a constant thickness and forming a layer group by grouping three layers into a group;
a generator forming step of deriving the center of gravity of the layer group and generating points at equal intervals with the center of gravity as an origin;
a mesh structure forming step of forming a triangle embracing the center of gravity and forming a triangular mesh structure connecting adjacent points; and
A pore forming step of forming pores by forming a Voronoi structure around the points forming the triangular mesh;
In the layer group, the layers are provided at intervals of 0.01 to 0.05 mm, and in the generator forming step, points are generated at intervals of 0.01 to 0.05 mm, and in the pore forming step, the pores are formed in a size of 7 to 50 μm,
The thickness of the laminated filament output in the output step is identical to the layer thickness in the layer group forming step, and the filter medium, characterized in that it is manufactured by a three-dimensional crystalline porous structure manufacturing method comprising 0.01 ~ 0.05mm.
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