KR102444863B1 - 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트 - Google Patents

이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트 Download PDF

Info

Publication number
KR102444863B1
KR102444863B1 KR1020200187208A KR20200187208A KR102444863B1 KR 102444863 B1 KR102444863 B1 KR 102444863B1 KR 1020200187208 A KR1020200187208 A KR 1020200187208A KR 20200187208 A KR20200187208 A KR 20200187208A KR 102444863 B1 KR102444863 B1 KR 102444863B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
printer
build plate
water tank
plate
Prior art date
Application number
KR1020200187208A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220097590A (ko
Inventor
김욱배
류성희
Original Assignee
한국공학대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국공학대학교산학협력단 filed Critical 한국공학대학교산학협력단
Priority to KR1020200187208A priority Critical patent/KR102444863B1/ko
Publication of KR20220097590A publication Critical patent/KR20220097590A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102444863B1 publication Critical patent/KR102444863B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B29C64/336—Feeding of two or more materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D157/00—Coating compositions based on unspecified polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09D157/06—Homopolymers or copolymers containing elements other than carbon and hydrogen
    • C09D157/08—Homopolymers or copolymers containing elements other than carbon and hydrogen containing halogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 사용하기 위한 빌드플레이트에 관한 것으로, 상기 빌드플레이트는 표면에 초발유 코팅막을 포함한다. 상기 빌드플레이트는 초발수성 또는 초발유성 특징을 나타내므로, 프린팅 공정 중 상부에 위치하는 광경화성 수지가 빌드플레이트에 흡착되지 않고 쉽게 분리되어, 복수의 광경화성 수지를 적층할 때 적층시간을 단축하고, 출력공정의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3D 프린터용 빌드플레이트{BUILD PLATE FOR 3D PRINTER COMPRISING VAT HAVING DIFFERENT KIND OF FLUID AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 사용하기 위한 빌드플레이트에 관한 것으로, 상기 빌드플레이트는 표면에 초발유 코팅막을 포함한다.
일반적으로 3D 프린터는 액상을 경화시키는 방식 및 고체원료를 용해시키는 방식 등을 통해 목적하는 구조물을 제조한다. 여기서 액상을 경화시키는 방식의 3D 프린터의 경우 레진을 원료로 광경화를 유발하여 구조물을 형성할 수 있다. 특히, 광경화방식의 3D 프린터는 액상 레진에 광을 조사함으로써 연속적으로 레진을 경화시키게 되는데, 이때 기본적으로 요구되는 레진의 양이 상당할 수 있다. 즉, 지속적으로 상당량의 레진을 확보한 상태에서 3D 프린터의 운영이 이루어질 수 있다. 특히, 구조물이 형성되면서 하향이동되는 하향식 3D 프린터에서는 상향식 3D 프린터보다 많은 양의 액상 레진이 확보되는 것이 요구된다. 따라서, 2종 이상의 레진을 통해 구조물을 경화시키는 경우에는 여분의 레진이 상당량 요구되고, 이에 따라 3D 프린터 운영에 막대한 비용이 요구될 수 있다. 또한, 수조(Vat)를 교체하면서 경화시키는 경우에는 공정이 복잡해지고 정밀도가 저하되는 문제점이 있어 이를 개선하기 위한 3D 프린터가 요구되는 것이 현실이다.
대한민국 공개특허공보 제 2016-0113560 호 (2016. 09. 30)
본 발명의 일 실시예는 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 사용하기 위한 빌드플레이트를 제공하며, 상기 빌드플레이트는 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 빌드플레이트를 제공하며, 상기 상기 빌드플레이트는 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 사용될 수 있다.
상기 빌드플레이트는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 철(Fe), 타이타늄(Ti), 아연(Zn) 중 어느 하나의 금속 플레이트일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 초발유 코팅막은 1) 금속 플레이트 표면을 산 용액으로 에칭하는 단계 및 2) 상기 에칭된 금속 플레이트 표면 상에 불소계 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 상기 에칭 단계 이전에 그라인딩 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 불소계 수지층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 산 용액은 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 인산(H3PO4) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 빌드플레이트는 3D 프린터에 사용되는 복수의 유체에 대하여 접촉각이 130도 이상이며, 상기 복수의 유체는 고밀도 수용성 극성용매 또는 광경화성 수지일 수 있다.
상기 광경화성 수지는 폴리우레탄계, 폴리아크릴레이트계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 폴리에폭시아크릴레이트계 및 실리콘계 UV 경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 빌드플레이트를 포함하고 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 밀도가 다른 유체를 수조에 유입함으로써 원료를 부유시켜, 부유되는 원료를 통해 구조물을 형성하는 3D 프린터에서 사용하기 위한 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 빌드플레이트를 제공한다.
상기 빌드플레이트는 초발수성 또는 초발유성 특징을 나타내므로, 프린팅 공정 중 상부에 위치하는 광경화성 수지가 빌드플레이트에 흡착되지 않고 쉽게 분리되어, 복수의 광경화성 수지를 적층할 때 적층시간을 단축하고, 출력공정의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터의 수조에 이종유체가 공급된 상태를 나타낸 도면을 나타낸다.
도 2는 고밀도 용매와 UV 레진(노랑색: 아크릴레이트계, 흰색: 에폭시계)이 계면을 형성하고 있는 모습을 나타내고 있는 사진이다.
도 3은 프린팅에 따라 고밀도 액체로 하강하고 있는 경화파트(구조물)의 모습을 나타내고 있는 사진이다.
도 4는 PTFE 코팅층 형성 전후의 물, 글리세롤, 에폭시계 UV수지, 아크릴계 UV수지에 대한 접촉각을 관찰한 사진이다.
도 5는 빌드플레이트의 표면처리 여부에 따른 Vat내/외에서의 흡착 상태를 나타내는 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
본 발명자는 물성차이를 통해 복수의 원료를 교번하여 부유시킴으로써 광경화를 통해 구조물을 형성하는 것으로서, 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터를 개발하였으며, 상기 3D 프린터는 광을 조사하는 광학계; 광이 조사되는 위치에 배치되고, 베이스유체 및 베이스유체에 의해 부유되는 이종유체를 수용하는 수조; 수조 내에 위치되고, 구조물이 형성되는 플레이트와 플레이트와 연결되어 플레이트가 수조 내에서 승강되도록 하는 승강로드를 포함하는, 빌드플레이트; 이종유체를 수조 내에서 레벨링하는 리코터; 및 수조 내에 수용된 이종유체를 수조 내에서 인출하는 유체인출부 및 수조 내로 이종유체를 공급하는 유체공급부를 포함하는 유체조절부;를 포함할 수 있으며, 상기 이종유체는 광조사에 의해 경화되는 광경화물질이고, 서로 다른 복수 개의 유체를 포함하고, 복수 개의 유체 각각은 선택적으로 수조 내에 수용될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 빌드플레이트는 상기 서로 밀도가 다른 유체를 수조에 유입함으로써 원료를 부유시켜, 부유되는 원료를 통해 구조물을 형성하는 3D 프린터에서 사용하기 위한 것으로, 상기 빌드플레이트는 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 본 발명의 빌드플레이트가 사용될 수 있는 3D 프린터에 대하여 설명한다.
도 1은 3D 프린터의 수조(100)(Vat)에 이종유체(20)가 공급된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 3D 프린터는 광학계(300), 수조(100), 베이스유체(10) 및 이종유체(20), 리코터(400), 빌드플레이트(200), 유체조절부(500)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 베이스유체(10) 및 이종유체(20)는 수조(100)에 수용될 수 있다. 수조(100)에 수용된 베이스유체(10) 및 이종유체(20)는 각각이 상하방으로 층을 형성하여 배치될 수 있다. 이러한 층은 물성(예를 들어, 밀도)의 차이에 의해 형성되는 배치구조일 수 있다. 광학계(300)는 상방에 위치될 수 있다. 상기 상방은 수조(100)에 수용된 이종유체(20)를 향해 광을 조사하기 용이한 위치의 일 예일뿐 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
수조(100)로부터 상방에 위치된 광학계(300)는 하방으로 광을 조사하여 이종유체(20)를 반응시킬 수 있다. 여기서 반응은 이종유체(20)의 경화반응일 수 있다. 빌드플레이트(200)는 수조(100) 내측으로 연장된 하나 이상의 승강로드(220)와 승강로드(220)와 연결된 플레이트(210)를 포함한다. 전술한 경화반응에 의해 경화된 이종유체(20)는 상기 플레이트(210)상에 고착될 수 있다. 상기 고착은 영구적인 고착은 아니고 기 결정된 외력에 의해 상기 플레이트(210)와 경화된 구조물(1)이 분리될 수 있는 수준의 고착력에 의해 고착되는 것이며, 상기 고착력의 정도를 조절하기 위해 플레이트(210)의 표면은 소유성 처리가 될 수 있다.
한편, 수조(100) 내에 베이스유체(10)와 이종유체(20)가 공급되고 각자의 층이 분리되면, 리코터(400)는 상측에 층을 이룬 이종유체(20)의 수면(상방으로 공기 중에 노출된 표면)을 정돈할 수 있다. 여기서, 정돈은 리코터(400)가 수평방향으로 이동되며 상기 수면을 평평하게 조성하는 것을 의미한다.
상기 광학계(300)는 플레이트(210)를 향해 기 결정된 형상의 광을 조사할 수 있다. 상기 기 결정된 형상은 광학계(300)에 마련된 광필터에 의해 결정될 수 있고, 경화되는 형상이나 경화되는 레이어의 두께 등에 따라 파장정보를 포함한 광의 정보가 달라질 수 있다. 여기서 레이어의 두께는 플레이트(210)가 상기 수면으로부터 수조(100) 아래로 이동된 거리에 따라 결정되므로, 광학계(300)는 빌드플레이트(200)와 직접적 또는 간접적으로 연동될 수 있다. 여기서 간접적인 연동은 제어부(600)를 통한 연동으로써 제어부(600)에 의해 각 구성이 연동제어되는 경우에 해당하며 이는 도 6을 통해 보다 구체적으로 후술하기로 한다.
또한, 유체조절부(500)는 유체인출부(520) 및 유체공급부(510)를 포함할 수 있다. 각각 유체를 수조(100)로부터 인출하거나 수조(100)에 공급하기 위한 인출관(521) 및 공급관(511)을 포함할 수 있다. 인출관(521) 및 공급관(511)은 단부가 이종유체(20)를 향하도록 연장배치될 수 있고, 적어도 인출관(521)은 이종유체(20)에 잠기도록 연장될 수 있다. 유체인출부(520)의 구동에 의해 인출관(521)을 따라 이종유체(20)가 인출되어 수조(100) 내에서 제거될 수 있고, 공급관(511)을 따라 이종유체(20)가 수조(100) 내로 공급될 수 있다.
본 발명의 빌드플레이트가 사용될 수 있는 3D 프린터는 빌드플레이트(200)가 하향하면서 구조물(1)이 생성되는 하향식으로서, 수조(100) 내에 복수 개의 유체를 동시 수용하고 그 중 하나의 유체를 광경화시킴으로써 구조물(1)을 형성할 수 있다. 여기서 복수 개의 유체는 두 가지 유체일 수 있다. 하나의 유체는 나머지 하나의 유체를 부유시키기 위해 수조(100) 내에 수용되는 유체가 될 수 있다. 나머지 하나의 유체는 부유된 상태로 수조(100)의 수면을 형성하며 기 결정된 부유층을 이루며 부유될 수 있다. 여기서 유체를 부유시키는 유체를 베이스유체(10)라 하고, 베이스유체(10)에 의해 부유되는 유체를 이종(異種)유체(20)라 하기로 한다. 즉, 베이스유체(10)와는 다른 유체라는 의미로서 예를 들면 물성이 다른 유체일 수 있다.
구체적으로, 베이스유체(10)와 이종유체(20)는 물성의 차이에 의해 서로 혼합되지 않고 각각의 층으로 구분될 수 있다. 예를 들면, 베이스유체(10) 및 이종유체(20) 간에는 밀도의 차이가 있을 수 있다. 베이스유체(10)는 이종유체(20)보다 밀도가 높은 상태의 액상유체일 수 있다. 따라서, 자중에 의해 자연스럽게 베이스유체(10)와 이종유체(20)는 각각이 혼합되지 않고 분리되어 층을 이루며, 밀도가 베이스유체(10)보다 상대적으로 낮은 이종유체(20)가 상측에 층을 형성할 수 있다.
여기서 이종유체(20)는 복수 개의 유체일 수 있다. 예를 들어, 제1레진, 제2레진 등과 같이 사용자에 의해 그 수와 종류가 결정될 수 있다. 따라서, 이종유체(20)는 종류에 따라 선택적으로 수조(100) 내로 공급되어 구조물(1) 형성을 도모할 수 있다. 전술한 바와 같이 광경화가 이루어질 수 있도록 이종유체(20)는 광에 노출될 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
상기 베이스유체(10)는 고밀도의 수용성 극성용매일 수 있고, 예를 들어 NaCl, 에틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥실렌글리콜, 글리세린, 1,2-펜탄디올, D-판테놀, 디프로필렌글리콜, 디글리세 린 및 디에톡시에틸석시네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 수용액일 수 있다.
상기 이종유체(20)는 광경화에 의하여 경화될 비극성 액상 레진으로, 광경화가 가능한 유기 관능기를 적어도 하나 이상 함유하는 폴리우레탄계, 폴리아크릴레이트계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 폴리에폭시아크릴레이트계 및 실리콘계 UV 경화성 수지고 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 용액일 수 있다.
상기 베이스유체(10)는 이종유체(20) 보다 밀도가 높고, 상기 베이스유체(10)와 이종유체(20)는 서로 혼합되지 않는 것이 바람직하며, 따라서 베이스유체(10)와 이종유체(20)는 하나의 수조에서 서로 석이지 않고 계면을 형성하며, 고밀도의 베이스유체(10)는 이종유체(20)의 하부에 위치하게 된다(도 2).
이처럼 이종유체(20)와 섞이지 않는 베이스유체(10)를 이용하여 이종유체(20)를 부상(float) 시킬 때, 광경화는 이종유체(20)에서 발생하고 빌드 플레이트가 천천히 하강함에 따라 경화된 고형물은 베이스액체(10)의 영역으로 진입하게 되지만 이종유체(20)은 밀도차로 인해 부상하여 다시 베이스 액체 위에 위치하게 된다.
따라서 상기 3D 프린터의 출력품질을 높이고 생산성을 개선하기 위해서는 베이스유체(10)와 이종유체(20)가 안정적으로 분리된 상태로 유지되어야 한다.
탄화수소기반 비극성 용매인 광경화성 이종유체(20)가 빌드 플레이트 상에서 경화된 구조물(1)과 함께 베이스 액체로 침강할 때, 경화되지 않은 이종유체(20)가 빌드플레이트와 구조물(1) 표면에 흡착될 수 있고 이 때문에 베이스 액체(10)로 진입게 되고, 상기 경화되지 않은 이종유체(20)는 베이스 액체(10) 속에서 부력의 작용에 의해 상승하여 이종유체(20) 층으로 재부상한다.
이 경우, 빌드 플레이트에 흡착된 이종유체(20)가 분리되어 상부로 이동하지만, 상기 빌드 플레이트는 금속 재질로 이루어져 있고, 상대적으로 금속의 높은 표면 에너지로 인하여 빌드 플레이트에 흡착된 이종유체(20)가 제대로 분리되지 않을 수 있다(도 3).
따라서 이종유체(20)가 상기 빌드 플레이트에 흡착되는 것을 최소화하기 위하여 상기 빌드 플레이트, 구체적으로 플레이트(210)는 초발유 코팅층을 포함하는 것이 바람직하다. 소유성 혹은 발유성 표면이란 물 이외에도 비극성용매(기름, 알코올 등)까지 접촉액체를 밀어내는 표면을 뜻하며, 자연계로부터 학습된 표면패턴을 금속표면에 생성하여 소유성을 부여할 수 있다.
상기 빌드 플레이트의 초발유 코팅은 1) 금속 플레이트 표면을 산 용액으로 에칭하는 단계 및 2) 상기 에칭된 금속 플레이트 표면 상에 불소계 수지층을 형성하는 단계로 수행될 수 있다.
에칭 단계는 금속 플레이트를 산 용액에 침지하여 금속의 표면에 미세 구조를 형성하는 단계이다. 상기 에칭 단계에 의하여 금속 표면에 불규칙한 무작위의(random) 마이크로/나노 스케일의 요철이 형성되고, 최근의 연구를 통해 밝혀진 바와 같이, 표면에 무작위로 생성된 나노 스케일의 기하학적 구조는 금속 표면의 화학적 물성뿐만 아니라 초발수성 및 초발유성을 부여할 수 있는 중요한 인자가 될 수 있다. 보다 효과적인 미세구조를 형성하기 위하여 에칭 단계 이전에 사포를 이용하여 표면을 그라인딩 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 산 용액은 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 인산(H3PO4) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 산 용액의 농도는 1 ~ 5M일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
금속 플레이트를 산 용액에 침지하는 시간은 10 ~ 60분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에칭 단계 이후, 상기 에칭된 금속 플레이트 표면 상에 불소계 수지층을 형성하는 단계가 수행된다.
상기 불소계 수지층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소계 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 불소계 수지층 형성 방법은 액상 분사(conventional spray), 정전 분사(electrostatic spray), 딥스핀(Dip-spin) 코팅, 핫플로킹(Hot flocking), 코일코팅(coil coating), 로울러코팅(roller coating), 유동상 코팅(fluidized bed), 아크분사(arc spray) 등 당업계에서 일반적으로 사용되는 코팅 방법을 사용할 수 있다.
<실시예>
알루미늄 빌드 플레이트를 1M 염산 용액에 20분 침지한 후, 아세톤 및 증류수를 이용하여 순차적으로 세척하고, 세척이 완료된 빌드 플레이트는 질소(N2) 가스를 이용한 블로잉(blowing) 공정을 통해 플레이트의 수분 및 이물질을 제거하였다. 이후 건조된 플레이트를 불소함유 실란계 고분자기반의 용매인 EGC-1700에 침지한 후 건조하여 코팅층을 형성하였다.
<실험예>
1. 접촉각 측정
상기 PTFE 코팅층이 형성된 빌드플레이트의 초발유성을 평가하기 위하여 물, 글리세롤, 에폭시 계열 UV 수지(광 이온 중합형 Somos 18420), 아크릴레이트 계열 UV 수지(라디컬 중합형, 일반 DLP용 아크릴레진)를 각기 코팅 전후의 빌드플레이트에 10 마이크로리터를 드롭(drop)하여 접촉각을 측정하였다.
도 4를 참고하면, PTFE 코팅층이 형성된 빌드플레이트의 경우, 접촉각이 에폭시계열 UV 수지는 46도에서 136도로, 아크릴게열 UV수지는 30도에서 130도로 대폭 증가하였다. 뿐만 아니라 물과 글리세롤에 대해서도 접촉각이 130도 이상으로 발수성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
2. 빌드플레이트의 젖음성 평가
평판 빌드플레이트를 알루미늄을 제작하고 표면처리를 하지않은 평판과 표면처리를 적용한 평판으로 레진의 젖음성을 평가해보았다. 부상레진 층에서 프린팅 공정을 한 스텝씩 적용하여 고밀도 액체층으로 하강하고 다시 상승시켜 Vat 바깥에서 표면을 관측하였다.
도 5를 참고하면, PTFE 코팅층이 형성되지 않은 빌드플레이트의 경우, UV 수지가 빌드플레이트에 흡착되어 고밀도 액체 속에서 상당량 존재하는 것을 관찰할 수 있었다.
반면에 PTFE 코팅층이 형성된 빌드플레이트의 경우에는 UV 수지가 빌드플레이트에 흡착되지 않고, 잘 분리되어 고밀도 액체 속에 UV 수지가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
한편 수조 외부로 이동시킨 빌드 플레이트는 표면처리 여부에 따라 잔류한 레진의 양이 확연히 다름을 오른쪽 그림을 통해 알수 있다. 이와같이, 빌드플레이트의 소유화(발유화)는 본 발명의 실현에 있어서 필수적인 요소가 된다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 구조물
10 : 베이스유체
20 : 이종유체
100 : 수조
200 : 빌드플레이트
210 : 플레이트
220 : 승강로드
300 : 광학계
400 : 리코터
500 : 유체조절부
510, 560 : 유체공급부
511, 561 : 공급관
511a : 공급공
513, 563 : 공급펌프
515 : 공급유체저장부
520, 570 : 유체인출부
521, 561a : 인출관
521a : 인출공
523, 573 : 인출펌프
525 : 인출유체저장부
551 : 감지부
561a, 571a : 밸브
580 : 저장부
581 : 수위조절부
600 : 제어부
700 : 수위센서
SD : 공급방향
DD : 인출방향

Claims (9)

  1. 빌드플레이트가 하향하면서 구조물이 생성되는 하향식 3D 프린터로, 상기 3D 프린터는
    광을 조사하는 광학계;
    광이 조사되는 위치에 배치되고, 베이스유체 및 베이스유체에 의해 부유되는 이종유체를 수용하는 수조;
    수조 내에 위치되고, 구조물이 형성되는 플레이트와 플레이트와 연결되어 플레이트가 수조 내에서 승강되도록 하는 승강로드를 포함하는 빌드플레이트;
    이종유체를 수조 내에서 레벨링하는 리코터; 및
    수조 내에 수용된 이종유체를 수조 내에서 인출하는 유체인출부 및 수조 내로 이종유체를 공급하는 유체공급부를 포함하는 유체조절부;를 포함하고,
    상기 유체 조절부는 상기 유체를 상기 수조로부터 인출하는 인출관, 상기 수조에 유체를 공급하기 위한 공급관을 포함하고,
    상기 빌드 플레이트는 표면에 초발유 코팅막을 포함하는 빌드플레이트로,
    상기 초발유 코팅막은 불소계 수지층을 포함하고, 상기 빌드플레이트는 극성용매 및 비극성용매에 대하여 초발수성 및 초발유성 특징을 가지며,
    상기 빌드플레이트는 물성이 상이한 복수의 유체 중 하나의 유체를 경화시킴으로써 구조물을 형성하는 3D 프린터에 사용하기 위한 것인 3D 프린터.
  2. 제1항에 있어서
    상기 빌드플레이트는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 철(Fe), 타이타늄(Ti), 아연(Zn) 중 어느 하나의 금속 플레이트인 3D 프린터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초발유 코팅막은
    1) 금속 플레이트 표면을 산 용액으로 에칭하는 단계;및
    2) 상기 에칭된 금속 플레이트 표면 상에 불소계 수지층을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성되는 3D 프린터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 불소계 수지층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오르에틸렌-헥사플루오르프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 코폴리머 수지(ETFE), 테트라플루오로에틸렌- 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(TFE/CTFE) 및 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 수지(ECTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소계 화합물을 포함하는 3D 프린터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 산 용액은 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 인산(H3PO4) 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 3D 프린터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빌드플레이트는 상기 복수의 유체에 대하여 접촉각이 130도 이상인 3D 프린터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비극성용매는 광경화성 수지인 3D 프린터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광경화성 수지는 폴리우레탄계, 폴리아크릴레이트계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 폴리에폭시아크릴레이트계 및 실리콘계 UV 경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 3D 프린터.
  9. 삭제
KR1020200187208A 2020-12-30 2020-12-30 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트 KR102444863B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200187208A KR102444863B1 (ko) 2020-12-30 2020-12-30 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200187208A KR102444863B1 (ko) 2020-12-30 2020-12-30 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220097590A KR20220097590A (ko) 2022-07-08
KR102444863B1 true KR102444863B1 (ko) 2022-09-19

Family

ID=82407623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200187208A KR102444863B1 (ko) 2020-12-30 2020-12-30 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102444863B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115851156A (zh) * 2022-09-20 2023-03-28 东莞市赛越新材料科技有限公司 一种3d曲面保护膜及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101692146B1 (ko) * 2015-04-29 2017-01-03 이정애 3차원 프린터 출력베드 겸 배출 컨베이어 벨트
KR101842511B1 (ko) * 2016-03-22 2018-03-27 이병극 광경화식 3d 성형장치
KR101763855B1 (ko) 2016-09-19 2017-08-01 주식회사 캐리마 광경화 3d프린터 및 이의 광량편차 측정방법 및 보정방법
KR102118950B1 (ko) * 2018-08-31 2020-06-16 주식회사 덴티스 이형성 및 탄성을 향상시킨 3d 프린터용 이형 수조

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220097590A (ko) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Choi et al. Flexible and robust superomniphobic surfaces created by localized photofluidization of azopolymer pillars
JP6940495B2 (ja) 所望のゼータ電位を有する研磨用物品を形成するための装置及び方法
Lee et al. Transparent and superamphiphobic surfaces from mushroom-like micropillar arrays
CN108291011B (zh) 用于增材制造的环氧双重固化树脂
Chhatre et al. Scale dependence of omniphobic mesh surfaces
KR102444863B1 (ko) 이종유체를 수용하는 수조를 포함하는 3d 프린터용 빌드플레이트
Tuteja et al. Designing superoleophobic surfaces
Zahner et al. A facile approach to superhydrophilic–superhydrophobic patterns in porous polymer films
Darmanin et al. Superoleophobic meshes with high adhesion by electrodeposition of conducting polymer containing short perfluorobutyl chains
KR102255002B1 (ko) 패터닝 방법 및 패터닝 장치
Credi et al. Stereolithography of perfluoropolyethers for the microfabrication of robust omniphobic surfaces
TW201313428A (zh) 微細凹凸構造轉印用鑄模
WO2018085758A1 (en) System for printing three dimensional objects using a liquid-matrix support
Choi et al. Beauty of lotus is more than skin deep: Highly buoyant superhydrophobic films
Wang et al. Micro-nano hierarchical dendritic structures for droplet curve manipulation: Implications for microfluidic devices
KR101694605B1 (ko) 계층적 미세구조물, 이를 제조하기 위한 몰드 및 이 몰드의 제조방법
CN110896616B (zh) 阻粘元件、三维打印装置及三维打印方法
JP2012204429A (ja) インプリント用テンプレート、その製造方法及びパターン形成方法
US10118338B2 (en) Additive manufacturing with integrated microliter resin delivery
KR101221332B1 (ko) 3차원 형상제어기반 단분산성 고분자 마이크로 입자의 제조 방법
KR20190080224A (ko) 아조벤젠기를 함유하는 고분자의 국부적인 광유체화 현상을 이용한 초소수성 및 초발유성 표면체의 제조방법
KR20210125473A (ko) 적층 제조 공정을 향상시키기 위한 폐색 유체의 사용
JP6866152B2 (ja) 三次元造形装置および三次元造形方法
CN111107975A (zh) 树脂组合物、以及使用了该组合物的立体造型物的制造方法、立体造型物以及用于把持对象物的配件、以及使用该配件的工业用机器人
KR102416294B1 (ko) 3d 프린팅용 광경화성 조성물 및 이를 이용한 3차원 인쇄물 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant