KR102308341B1 - 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
3차원 프린팅 구조체의 제조 방법이 제공된다. 상기 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 제1 금속의 산화물을 포함하는 제1 잉크 소스, 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제2 잉크 소스를 준비하는 단계, 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제1 금속 산화물을 포함하는 제1 잉크 소스 및 제2 금속 산화물을 포함하는 제2 잉크 소스를 토출시켜 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조한 후 이를 소결(sintering)시는, 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 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.
특히, 잉크젯 3D프린팅 방식의 장점은 다중소재, 즉 다양한 소재(잉크)를 동시에 적층함으로서 복합소재 구조물을 제조할 수 있다는 점이다. 이에 따라, 잉크젯 3D프린팅 방식과 관련하여 다양한 기술들이 지속적으로 연구 및 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 금속의 조성비율이 연속적으로 변화되는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 외면에 색상 구배가 표현되는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고온 세라믹 재료로 사용될 수 있는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 광학 코팅의 촉매로 사용될 수 있는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 제1 금속의 산화물을 포함하는 제1 잉크 소스, 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제2 잉크 소스를 준비하는 단계, 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속의 농도는 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 감소되고, 상기 제2 금속의 농도는 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 증가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 잉크 소스를 준비하는 단계는, UV 경화형 점착제에 분산제를 분산시키는 단계, 상기 분산제가 분산된 상기 UV 경화형 점착제에 상기 제1 금속의 산화물 파우더(powder)를 첨가하여, 제1 예비 잉크 소스를 제조하는 단계, 및 상기 제1 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 잉크 소스를 준비하는 단계는, 상기 제2 금속의 산화물 및 표면개질제를 혼합하여, 상기 제2 금속의 산화물 표면을 개질하는 단계, 표면이 개질된 상기 제2 금속의 산화물 및 UV 경화형 점착제를 혼합한 후 교반하여, 제2 예비 잉크 소스를 제조하는 단계, 및 상기 제2 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 UV 경화형 점착제는, Hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하고, 상기 분산제는, Polyacrylate를 포함하고, 상기 광개시제는, phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함하고, 상기 표면개질제는, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 산화물에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 비율은 수평 방향으로 연속적으로 변화되거나, 수직 방향으로 연속적으로 변화되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함하며, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성 비율 변화에 따라서 상기 3차원 프린팅 구조체의 적어도 외면에 색상 구배가 표현되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 상기 제1 잉크 소스에서 상기 제1 금속의 산화물의 vol%가, 상기 제2 잉크 소스에서 상기 제2 금속의 산화물의 vol%보다 높은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 구조체 형성 단계는, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를, 제1 승온 속도로 제1 온도까지 가열하는 제1 열처리단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를, 상기 제1 승온 속도보다 높은 제2 승온 속도로 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 가열하는 제2 열처리단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 프린팅 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 구조체는 제1 금속 및 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체로서, 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되고, 상기 복합 산화물에서 제1 금속 및 제2 금속의 연속적인 조성 비율 변화에 따라서, 상기 3차원 프린팅 구조체의 적어도 외면에 색상 구배가 표현되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성 비율 변화에 따라서, 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 갖는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 상기 제1 금속의 산화물을 포함하는 상기 제1 잉크 소스, 및 상기 제2 금속의 산화물을 포함하는 상기 제2 잉크 소스를 준비하는 단계, 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 다양한 심미감이 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 갖는 3차원 프린팅 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함하며, 상기 복합 산화물은 알루미늄과 코발트의 복합 산화물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체는, 높은 기계적 저항성, 높은 열 안정성, 낮은 표면 산도, 및 높은 양이온 확산 능력으로 인하여 고온 세라믹 재료 및 광학 코팅 촉매로서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제1 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제2 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 과정 중, 예비 3차원 프린팅 구조체의 소결 조건을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 농도구배를 나타내는 사진이다.
도 12는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 맵핑 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 컬러분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16 내지 도 18은 CIE L*a*b*를 설명하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제1 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제2 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 과정 중, 예비 3차원 프린팅 구조체의 소결 조건을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 농도구배를 나타내는 사진이다.
도 12는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 맵핑 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14 및 도 15는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 컬러분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16 내지 도 18은 CIE L*a*b*를 설명하는 그래프이다.
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 구조체의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제1 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법 중 제2 잉크 소스를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 제1 잉크 소스 준비 단계(S100), 제2 잉크 소스 준비 단계(S200), 상기 제1 및 제2 잉크 소스를 토출하여 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계(S300), 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결하여 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명된다.
상기 제1 잉크 소스 준비 단계(S100)는, UV 경화형 점착제에 분산제를 분산시키는 단계(S110), 상기 분산제가 분산된 상기 UV 경화형 점착제에 제1 금속의 산화물 파우더(powder)를 첨가하여 제1 예비 잉크 소스를 제조하는 단계(S120), 및 상기 제1 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 UV 경화형 점착제는 Hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함할 수 있고, 상기 분산제는 폴리아크릴레이트(Polyacrylate)를 포함할 수 있고, 상기 제1 금속은, 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 금속의 산화물은 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, HDDA 27g에 폴리아크릴레이트(Polyacrylate) 0.28g을 초음파 분쇄기를 이용하여 5분간 분산시킬 수 있다. 이후, 폴리아크릴레이트가 분산된 HDDA에 Al2O3 powder를 첨가 하고, 초음파 분쇄기를 이용하여 10분간 분산한 후, 냉각수를 통해 온도를 제어하여 상기 제1 예비 잉크 소스를 제조할 수 있다. 최종적으로, 상기 제1 예비 잉크 소스에 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 0.1 wt%첨가시킨 후 분산시킴에 따라, 상기 제1 잉크 소스를 제조할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 잉크 소스의 제조에 사용되는 Al2O3 powder 입자는, 입도 D50 350nm, 10 vol%(약 40wt%)의 특성을 가질 수 있다. HDDA는 90 wt%의 농도를 가질 수 있다. Phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide는 HDDA 대비 0.1 wt%의 농도를 가질 수 있다. 폴리아크릴레이트는 소재 대비 3.5 wt%의 농도를 가질 수 있다. 결과적으로, 상기 제1 잉크 소스에서 상기 제1 금속의 산화물의 vol%는 10vol%일 수 있다.
상기 제2 잉크 소스 준비 단계(S200)는, 제2 금속의 산화물 및 표면개질제를 혼합하여, 상기 제2 금속의 산화물 표면을 개질하는 단계(S210), 표면이 개질된 상기 제2 금속의 산화물 및 UV 경화형 점착제를 혼합한 후 교반하여, 제2 예비 잉크 소스를 제조하는 단계(S220), 및 상기 제2 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계(S230)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표면개질제는 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함할 수 있고, 상기 UV 경화형 점착제는 Hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함할 수 있고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 금속의 산화물은 코발트 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코발트 산화물은 Co3O4를 포함할 수 있다. 상기 광개시제는 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, Co3O4와 에틸알코올을 24시간 볼밀링으로 혼합하고, Co3O4 나노 입자의 표면 개질을 위하여 MPTMS와 혼합한 후, 50℃의 온도에서 24시간 교반할 수 있다. 이후, 표면이 개질된 Co3O4 나노 입자를 HDDA와 혼합한 후 상온에서 3시간 동안 교반시켜, 상기 제2 예비 잉크 소스를 제조할 수 있다. 최종적으로, 상기 제2 예비 잉크 소스를 Evaporator를 이용하여 50℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 잔존하는 에틸알코올을 휘발시킨 후, phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide 1.5 wt% 첨가하고, 상온에서 24시간 교반시킴에 따라, 상기 제2 잉크 소스를 제조할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 잉크 소스의 제조에 사용되는 Co3O4 입자는, 50 nm 미만의 입도 및 5 vol%(약 20wt%)의 특성을 가질 수 있다. HDDA는 95 wt%의 농도를 가질 수 있다. Phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide는 HDDA 대비 1.5 wt%의 농도를 가질 수 있다. 폴리아크릴레이트는 소재 대비 1.8 wt%의 농도를 가질 수 있다. 결과적으로, 상기 제2 잉크 소스에서 상기 제2 금속의 산화물의 vol%는 5%일 수 있다. 즉, 상기 제1 잉크 소스에서 상기 제1 금속의 산화물의 vol%가, 상기 제2 잉크 소스에서 상기 제2 금속의 산화물의 vol%보다 높을 수 있다.
상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스가, 3차원 프린팅 장치를 이용하여 토출 되어, 예비 3차원 프린팅 구조체(10)가 형성될 수 있다(S300). 이에 따라, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10)는, 상기 제1 금속의 산화물 및 상기 제2 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스는 CMS(Color management system) 프로그램을 활용하여 잉크젯 프린팅 공정으로 다양한 농도로 동시에 토출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스는 각각, 3차원 프린팅 장치의 제1 헤드(210), 및 제2 헤드(220)를 통하여, 기판(100) 상에 토출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 잉크 소스가, 제1 및 제2 헤드(210, 220)를 통하여, 상기 기판(100) 상에 토출되는 것은 3차원 프린팅 장치의 일 예로서, 상기 제1 및 제2 잉크 소스가 토출되는 3차원 프린팅 장치의 종류 및 토출되는 방법은 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스는, 비율이 연속적으로(continuously) 변화되도록 토출될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스는 제1 방향(X축 방향)을 따라, 비율이 연속적으로 변화되도록 토출될 수 있다. 상기 제1 방향은, 3차원 프린팅 장치의 헤드가 진행되는 방향일 수 있다.
즉, 3차원 프린팅이 시작되는 지점에서 토출되는 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 양과, 3차원 프린팅이 종료되는 지점에서 토출되는 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 양은 서로 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제1 금속의 산화물의 조성 비율 및 상기 제2 금속의 산화물의 조성비율은 연속적으로 변화될 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 3차원 프린팅이 시작되는 지점에서 토출되는 상기 제1 잉크 소스의 양은, 3차원 프린팅이 종료되는 지점에서 토출되는 상기 제1 잉크 소스의 양보다 많을 수 있다. 이와 달리, 3차원 프린팅이 시작되는 지점에서 토출되는 상기 제2 잉크 소스의 양은, 3차원 프린팅이 종료되는 지점에서 토출되는 상기 제2 잉크 소스의 양보다 적을 수 있다.
다시 말해, 상기 제1 잉크 소스는, 3차원 프린팅이 진행됨에 따라, 토출되는 양이 점점 적어질 수 있다. 반면, 상기 제2 잉크 소스는, 3차원 프린팅이 진행됨에 따라, 토출되는 양이 점점 많아질 수 있다.
이 경우, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제1 금속의 산화물의 농도는 상기 제1 방향(X축 방향, 10a->10b)을 따라 연속적으로 감소될 수 있다. 반면, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제2 금속의 산화물의 농도는 상기 제1 방향(X축 방향, 10a->10b)을 따라 연속적으로 증가될 수 있다.
상술된 바와 달리, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스는 제2 방향(Y축 방향)을 따라, 비율이 연속적으로 변화되면서 토출될 수 있다. 이 경우, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제1 금속의 산화물의 농도는 상기 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연속적으로 감소될 수 있다. 반면, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제2 금속의 산화물의 농도는 상기 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연속적으로 감소될 수 있다.
즉, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10) 내에서 상기 제1 금속의 산화물 및 제2 금속의 산화물의 비율은 수평 방향으로 연속적으로 변화되거나, 수직 방향으로 연속적으로 변화될 수 있다.
상기 예비 3차원 프린팅 구조체(10)가 소결(sintering)되어, 3차원 프린팅 구조체가 형성될 수 있다(S400). 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체는, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복합 산화물은, 코발트 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 프린팅 구조체 형성 단계(S400)는, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 제1 승온 속도로 제1 온도까지 가열하는 제1 열처리 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 제2 승온 속도로 제2 온도까지 가열하는 제2 열처리단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 승온 속도는 2℃/mim 이고, 상기 제2 승온 속도는 5℃/min일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 온도는 400℃이고, 상기 제2 온도는 1100℃일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체 내에서 상기 제1 금속의 산화물 및 상기 제2 금속의 산화물의 조성비율이 연속적으로 변화됨에 따라, 상기 복합 산화물 내에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율 또한 연속적으로 변화될 수 있다.
구체적으로, 상기 복합 산화물 내에서 상기 제1 금속의 농도는 상기 제1 방향(X축 방향)을 따라 연속적으로 감소될 수 있다. 반면, 상기 복합 산화물 내에서 상기 제2 금속의 농도는 상기 제1 방향(X축 방향)을 따라 연속적으로 증가될 수 있다. 이와 달리, 상술된 바와 같이, 상기 복합 산화물 내에서 상기 제1 금속의 농도는 상기 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연속적으로 감소될 수 있다. 반면, 상기 복합산화물 내에서 상기 제2 금속의 농도는 상기 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연속적으로 증가될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법에 있어, 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 변화되는 경우가, 예를 들어 설명된다.
상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성비율이 변화되는 경우, 상기 3차원 프린팅 구조체의 적어도 외면에 색상 구배가 표현될 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체는 다양한 심미감이 구현될 수 있다. 즉, 단일 색상이 연속적으로 표현되는 경우와 비교하여, 색상이 연속적으로 변하는 색상 구배가 표현됨에 따라, 다양한 심미감이 구현될 수 있다.
또한, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성비율이 변화되는 경우, 상기 3차원 프린팅 구조체는 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속의 조성비율이 상대적으로 낮은 곳은, 상기 제1 금속의 조성비율이 상대적으로 높은 곳과 비교하여, 상대적으로 낮은 저항 및 낮은 유전율을 가질 수 있다. 반면, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속의 조성비율이 상대적으로 높은 곳은, 상기 제1 금속의 조성비율이 상대적으로 낮은 곳과 비교하여, 상대적으로 높은 저항 및 높은 유전율을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속의 조성비율이 다른 경우, 상기 3차원 프린팅 구조체는 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법은, 상기 제1 금속의 산화물을 포함하는 상기 제1 잉크 소스, 및 상기 제2 금속의 산화물을 포함하는 상기 제2 잉크 소스를 준비하는 단계, 3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 다양한 심미감이 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 갖는 3차원 프린팅 구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함하며, 상기 복합 산화물은 알루미늄과 코발트의 복합 산화물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체는, 높은 기계적 저항성, 높은 열 안정성, 낮은 표면 산도, 및 높은 양이온 확산 능력으로 인하여 고온 세라믹 재료 및 광학 코팅 촉매로서 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 제1 잉크 소스 제조
90 wt% 농도의 Hexanediol diacrylate(HDDA) 27g에 Polyacrylate 0.28g을 첨가한 후 초음파 분쇄기를 이용하여 5분간 분산시켰다. 이후, Polyacrylate가 분산된 HDDA에 Al2O3 powder를 첨가 후 초음파 분쇄기를 이용하여 10분간 분산하고, 냉각수를 통해 온도를 조절하여 제1 예비 잉크 소스를 제조하였다. 최종적으로, 제1 예비 잉크 소스에 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 0.1 wt%첨가시킨 후 분산시켜 상기 실시 예에 따른 제1 잉크 소스를 제조하였다.
상술된 제1 잉크 소스 제조 과정에서, 입도 D50 350nm, 10 vol%(약 40wt%)의 특성을 갖는 Al2O3 powder가 사용되었고, Phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide는 HDDA 대비 0.1 wt%의 농도로 사용되었으며, Polyacrylate는 소재 대비 3.5 wt%의 농도가 사용되었다.
실시 예에 따른 제2 잉크 소스 제조
Co3O4와 에틸알코올을 24시간 동안 볼밀링으로 혼합한 후, Co3O4 나노 입자의 표면 개질을 위해 silane coupling agent인 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 혼합하고 50℃에서 24시간 동안 교반하였다. 이후, 표면이 개질된 Co3O4 나노 입자를 HDDA와 혼합한 후 상온에서 3시간 동안 교반시켜, 제2 예비 잉크 소스를 제조하였다. 최종적으로, 제2 예비 잉크 소스를 Evaporator를 이용하여 50℃의 온도에서 1시간 동안 가열하여 잔존하는 에틸알코올을 휘발시킨 후, phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide 1.5 wt% 첨가하고, 상온에서 24시간 교반시킴에 따라, 상기 실시 예에 따른 제2 잉크 소스를 제조하였다.
상술된 제2 잉크 소스 제조 과정에서, 50 nm 미만의 입도 및 5 vol%(약 20wt%)의 특성을 갖는 Co3O4 입자가 사용되었고, Phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide는 HDDA 대비 1.5 wt%의 농도로 사용되었으며, Polyacrylate는 소재 대비 1.8 wt%의 농도가 사용되었다.
실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체 제조
3차원 잉크젯 프린트(Inkjet print)를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출시켜, 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조한 후, 이를 소결하여 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 제조하였다.
3차원 잉크젯 프린트는, 구동 전압(voltage) 72V, 상승 구간(rising time)과 하강 구간(fall time) 3.0 μs, 유지시간(dwell time) 7 μs의 구동 조건으로 설정하였다. 또한, 예비 3차원 프린팅 구조체는 2℃/min의 속도로 400℃까지 승온시킨 후 30분 동안 유지하고, 5℃/min의 속도로 1100℃까지 승온시킨 후 30분 동안 유지한 후, 노냉시키는 방법으로 소결시켰다.
실시 예에 따른 제1 잉크 소스 및 제2 잉크 소스의 특성이 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
| 구분 | Al2O3 (10 vol%) |
Co3O4 (5 vol%) |
|
| Measured data | Viscosity (mPaS) |
8.97 | 11.39 |
| Density (g/ml) |
3.94 | 4.03 | |
| Surface tension(mN/m) | 32.3 | 33.4 | |
| Volume of one Droplet(Pico liter) | 58 | 58 | |
| Fluid velocity(m/s) | 3 | 3 | |
| Dimensionless numbers | Reynolds number (Re) |
63.28 | 50.93 |
| Webber number (We) |
52.73 | 53.88 | |
| Ohnesorge Number(Oh) | 0.11 | 0.14 | |
| Inverse of ohnesorge Number(Z) | 8.72 | 6.94 | |
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 과정 중, 예비 3차원 프린팅 구조체의 소결 조건을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 과정에서, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체의 소결 과정을 측정하여 나타내었다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체는, 2℃/min의 속도로 400℃까지 승온시킨 후 30분 동안 유지하고, 5℃/min의 속도로 1100℃까지 승온시킨 후 30분 동안 유지한 후, 노냉시키는 방법으로 소결되는 것을 확인할 수 있었다. 400℃ 온도에서 유지되는 동안, HDDA, phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide, 및/또는 MPTMS가 탈지되어, 용이하게 알루미늄 및 코발트의 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체가 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 예비 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 표면 광학 사진이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 가로 30 mm 세로 10 mm 크기의 기판을 준비한 후, 상기 기판 상에 상술된 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법으로, 3차원 프린팅 구조체를 제조하였다. 보다 구체적인 공정 조건으로, 프린팅 싸이클(printing cycle)은 45회 수행되었고, CMS(Color management system) 프로그램의 RGB 값을 활용하여, 제1 잉크 소스 및 제2 잉크 소스를 각각 100-0%, 0-100% 연속조성으로 토출하였다. 이후, 상술된 방법으로 제조된 예비 3차원 프린팅 구조체 및 3차원 프린팅 구조체의 3차원 레이저 현미경 이미지 및 표면 광학 사진을 각각 도 7 내지 도 10에 나타내었다.
도 7 및 도 9에서 확인할 수 있듯이, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체는 Al2O3 및 Co3O4의 조성비율이 연속적으로 변화되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 8 및 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 3차원 프린팅 구조체는 Al 및 Co의 조성비율이 연속적으로 변화되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 9 및 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 예비 3차원 프린팅 구조체가 소성됨에 따라, 상기 3차원 프린팅 구조체는 외면에 색상 구배가 표현되는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 농도구배를 나타내는 사진이다.
도 11을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체 준비한 후, 각 영역(1~10)에서의 RGB 값을 측정하여 나타내었다. 각 영역(1~10)에서의 RGB 값은 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
| 구분 | R | G | B |
| 1 | 0 | 255 | 255 |
| 2 | 0 | 179 | 255 |
| 3 | 25 | 153 | 255 |
| 4 | 51 | 128 | 255 |
| 5 | 77 | 102 | 255 |
| 6 | 102 | 77 | 255 |
| 7 | 128 | 51 | 255 |
| 8 | 153 | 25 | 255 |
| 9 | 179 | 0 | 255 |
| 10 | 205 | 0 | 255 |
도 11 및 <표 2>에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체는 청색 컬러의 연속적인 농도가 구현되었음을 확인할 수 있었다. 즉, 코발트 알루미늄 산화물이 연속조성으로 합성되었음을 알 수 있다.
도 12는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 맵핑 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 도 11에서 촬영된 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 준비한 후, 각 영역(1~10)에서의 알루미늄(Al) 및 코발트(Co)의 함유량을 측정하여 나타내었다. 점선은 RGB 프로그램을 통한 예상 원소 함량을 나타내고, 실선은 실제 측정된 원소 함량을 나타낸다.
도 12에서 확인할 수 있듯이, 알루미늄(Al) 및 코발트(Co)가 예상 그래프와 실질적으로 일치하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 연속조성 프린팅이 가능하였음을 알 수 있었다.
도 13은 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 도 11에서 촬영된 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 준비한 후, XRD(X-ray diffraction) 상분석을 수행하고 그 결과를 나타내었다. 도 13에서 확인할 수 있듯이, XRD 상분석 결과에서 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체는, Al2O3-CoAl2O4-CoO가 연속조성으로 합성되었음을 확인할 수 있었다.
도 14 및 도 15는 도 11에서 촬영된 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체의 컬러분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 16 내지 도 18은 CIE L*a*b*를 설명하는 그래프이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 도 11에서 촬영된 상기 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체를 준비한 후, 각 영역(1~10)에서의 CIE L*a*b*값을 측정하여 나타내었다. 측정된 CIE L*a*b*값은 아래의 <표 3>을 통해 정리된다.
| 구분 | L* | a* | b* |
| 1 | 97.89 | -0.15 | -0.01 |
| 3 | 51.52 | -5.51 | -13.21 |
| 5 | 47.76 | -7.83 | -20.47 |
| 7 | 45.74 | -3.29 | -3.94 |
| 10 | 41.19 | -1.15 | 1.03 |
도 14, 도 15, 및 <표 3>에서 확인할 수 있듯이, 청색의 CoAl2O4가 연속조성으로 합성되었음을 확인할 수 있었다.
도 16 내지 도 19를 참조하여 CIE L*a*b*값이 구체적으로 설명된다.
L*a*b*컬러는 Commission Internationale d' Eclairage(CIE)라는 국제 표준 컬러 측정 기구에 의해 1976년 재정립된 컬러 체계로 CIE Lab모형을 말한다. 프린터 혹은 스캐너 같은 장비의 종류에 따라 조금씩 색상을 표현하는데 차이가 존재하기에 정교한 출력물을 필요로 하기에 CIE라는 국제기구에서 개발한 색상 모델이 CIE L*a*b*컬러 모델이다. L*a*b*색상은 프린터나 스캐너 같은 장비에 좌우되지 않으며 RGB 및 CMYK의 모든 범위의 컬러를 포함할 수 있는 색상 범위를 갖는다.
CIE L*a*b* 색 공간에서 L* 값은 밝기를 나타낸다. L*=0이면 검은색이며, L*=100이면 흰색을 나타낸다. a*은 빨강과 초록 중 어느쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다. a*이 음수이면 초록에 치우친 색깔이며, 양수이면 빨강/보라쪽으로 치우친 색깔을 나타낸다. b*은 노랑과 파랑을 나타낸다. b*이 음수이면 파랑이고, b*이 양수이면 노랑을 나타낸다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 프린팅 구조체는 청색의 CoAl2O4가 연속조성으로 합성되었음을 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.
100: 기판
210: 제1 헤드
220: 제2 헤드
210: 제1 헤드
220: 제2 헤드
Claims (12)
- 제1 금속의 산화물을 포함하는 제1 잉크 소스, 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제2 잉크 소스를 준비하는 단계;
3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계; 및
상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1 금속의 산화물은 알루미늄 산화물(Al2O3) 만을 포함하고, 상기 제2 금속의 산화물은 코발트 산화물(Co3O4) 만을 포함하며,
상기 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되어,
수평 방향인 제1 방향으로 상기 제1 금속의 산화물의 농도는 연속적으로 감소되고, 상기 제2 금속의 산화물의 농도는 연속적으로 증가됨에 따라 RGB 값 중 R 값은 점차적으로 증가하고, G 값은 점차적으로 감소하며, B 값은 일정하게 유지되는 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 잉크 소스를 준비하는 단계는,
UV 경화형 점착제에 분산제를 분산시키는 단계;
상기 분산제가 분산된 상기 UV 경화형 점착제에 상기 제1 금속의 산화물 파우더(powder)를 첨가하여, 제1 예비 잉크 소스를 제조하는 단계; 및
상기 제1 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 잉크 소스를 준비하는 단계는,
상기 제2 금속의 산화물 및 표면개질제를 혼합하여, 상기 제2 금속의 산화물 표면을 개질하는 단계;
표면이 개질된 상기 제2 금속의 산화물 및 UV 경화형 점착제를 혼합한 후 교반하여, 제2 예비 잉크 소스를 제조하는 단계; 및
상기 제2 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제1 금속의 산화물을 포함하는 제1 잉크 소스, 및 제2 금속의 산화물을 포함하는 제2 잉크 소스를 준비하는 단계;
3차원 프린팅 장치를 이용하여, 상기 제1 잉크 소스 및 상기 제2 잉크 소스의 비율을 연속적으로 변화시키면서 토출하여, 예비 3차원 프린팅 구조체를 제조하는 단계; 및
상기 예비 3차원 프린팅 구조체를 소결(sintering)하여, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되고,
상기 제1 잉크 소스를 준비하는 단계는,
Hexanediol diacrylate(HDDA)를 포함하는 UV 경화형 점착제에 Polyacrylate를 포함하는 분산제를 분산시키는 단계;
상기 분산제가 분산된 상기 UV 경화형 점착제에 상기 제1 금속의 산화물 파우더(powder)를 첨가하여, 제1 예비 잉크 소스를 제조하는 단계; 및
상기 제1 예비 잉크 소스에 phenyl bis(2, 4, 6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide를 포함하는 광개시제를 첨가하는 단계를 포함하고,
상기 제2 잉크 소스를 준비하는 단계는,
상기 제2 금속의 산화물 및 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS)를 포함하는 표면개질제를 혼합하여, 상기 제2 금속의 산화물 표면을 개질하는 단계;
표면이 개질된 상기 제2 금속의 산화물 및 UV 경화형 점착제를 혼합한 후 교반하여, 제2 예비 잉크 소스를 제조하는 단계; 및
상기 제2 예비 잉크 소스에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 복합 산화물에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 비율은 수평 방향으로 연속적으로 변화되거나, 수직 방향으로 연속적으로 변화되는 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 제1 금속은 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 제2 금속은 코발트(Co)를 포함하며,
상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성 비율 변화에 따라서 상기 3차원 프린팅 구조체의 적어도 외면에 색상 구배가 표현되는 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 제1 잉크 소스에서 상기 제1 금속의 산화물의 vol%가, 상기 제2 잉크 소스에서 상기 제2 금속의 산화물의 vol%보다 높은 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 제5 항에 있어서,
상기 3차원 프린팅 구조체 형성 단계는,
상기 예비 3차원 프린팅 구조체를, 제1 승온 속도로 제1 온도까지 가열하는 제1 열처리단계; 및
상기 예비 3차원 프린팅 구조체를, 상기 제1 승온 속도보다 높은 제2 승온 속도로 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도까지 가열하는 제2 열처리단계를 포함하는 3차원 프린팅 구조체의 제조 방법.
- 알루미늄(Al) 만을 포함하는 제1 금속 및 코발트(Co)만을 포함하는 제2 금속의 복합 산화물을 포함하는 3차원 프린팅 구조체로서,
3차원 프린팅 구조체의 상기 복합 산화물 내에서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 조성비율이 연속적으로(continuously) 변화되되,
수평 방향인 제1 방향으로 상기 제1 금속의 농도는 연속적으로 감소되고, 상기 제2 금속의 농도는 연속적으로 증가됨에 따라 RGB 값 중 R 값은 점차적으로 증가하고, G 값은 점차적으로 감소하며, B 값은 일정하게 유지되며,
상기 복합 산화물에서 제1 금속 및 제2 금속의 연속적인 조성비율 변화에 따라서, 상기 3차원 프린팅 구조체의 적어도 외면에 색상 구배가 표현되는 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체.
- 삭제
- 제10 항에 있어서,
상기 복합 산화물에서 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속의 연속적인 조성 비율 변화에 따라서, 연속적인 저항 구배 및 연속적인 유전율 구배를 갖는 것을 포함하는 3차원 프린팅 구조체.
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| KR1020190127588A KR102308341B1 (ko) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190127588A KR102308341B1 (ko) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20210044435A KR20210044435A (ko) | 2021-04-23 |
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| KR1020190127588A KR102308341B1 (ko) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | 연속적인 조성 변화를 갖는 3차원 프린팅 구조체 및 그 제조 방법 |
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Citations (3)
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| WO2018063816A1 (en) | 2016-09-28 | 2018-04-05 | Ada Foundation | 3d printing of composition-controlled copolymers |
| WO2018193306A2 (en) * | 2017-04-20 | 2018-10-25 | SILBER, Amir | System and method of making printed articles |
| CN109761608A (zh) | 2019-03-07 | 2019-05-17 | 江苏师范大学 | 一种基于直写成型3d打印技术制备棒状复合透明陶瓷的方法 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102198408B1 (ko) * | 2018-02-06 | 2021-01-06 | 고려대학교 산학협력단 | 경사기능형 복합소재 제조용 다종소재 기반 3d 프린팅 기술 |
-
2019
- 2019-10-15 KR KR1020190127588A patent/KR102308341B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN109761608A (zh) | 2019-03-07 | 2019-05-17 | 江苏师范大学 | 一种基于直写成型3d打印技术制备棒状复合透明陶瓷的方法 |
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|---|---|
| KR20210044435A (ko) | 2021-04-23 |
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