KR102466872B1 - Method and system for fabrication of high-resolution structure using size-tunable hydrogels - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예들은 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용한 고해상도 구조체 제작 방법을 제공한다. 다양한 실시예들에 따르면, 베이직 구조체를 생성하고, 베이직 구조체에 대해 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체를 생성하고, 하이드로젤을 수축시켜, 임시 구조체를 수축시키고, 수축된 임시 구조체 또는 베이직 구조체를 사용하여, 최종 구조체를 생성하는 것에 의해, 고해상도 구조체가 제작될 수 있다. Various embodiments provide a method for fabricating a high-resolution structure using a size-adjustable hydrogel. According to various embodiments, a basic structure is created, a hydrogel is applied to the basic structure, a temporary structure made of the hydrogel is created, the hydrogel is contracted, the temporary structure is contracted, and the contracted temporary structure or By using the basic structure to create the final structure, a high-resolution structure can be fabricated.

Description

사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용한 고해상도 구조체 제작 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR FABRICATION OF HIGH-RESOLUTION STRUCTURE USING SIZE-TUNABLE HYDROGELS}Method and system for manufacturing high-resolution structures using size-adjustable hydrogels

다양한 실시예들은 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용한 고해상도 구조체 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.Various embodiments relate to a method and system for fabricating a high-resolution structure using a size-adjustable hydrogel.

3D 프린팅 기술은 CAD(Computer-Aided Design) 프로그램을 사용하여 3차원으로 디자인된 모델 도면을 층별로 쌓아 올려서 제작하는 적층 제조(Additive Manufacturing; AM) 공법이다. 광경화성 수지에 레이저 혹은 자외선 노출을 통한 층별 경화를 사용해 구조를 적층시키는 경화 기반의 공법인 광조형 공정(Stereolithography, SLA)가 최초로 개발된 후, 열가소성 물질을 녹인 후 노즐을 통해 분사하면서 적층하여 3차원 구조를 제조하는 압축 적층(Fused Deposition Modeling; FDM) 방식을 포함하여 여러 공정들이 지속적으로 개발되어 왔다. 이러한 3D 프린팅 기법들은 기존의 2차원 평면에서 구현하기 어려운 다양하고 복잡한 구조들의 제작이 가능하며, 고분자 화합물, 금속, 세라믹 등 다양한 소재를 활용 가능하다는 특징을 가지고 있다. 3D printing technology is an additive manufacturing (AM) method in which three-dimensionally designed model drawings are stacked layer by layer using a CAD (Computer-Aided Design) program. After the first development of stereolithography (SLA), a curing-based method of laminating structures using layer-by-layer curing through laser or UV exposure on photocurable resin, the thermoplastic material is melted and then sprayed through a nozzle to form a 3D structure. Several processes have been continuously developed, including the Fused Deposition Modeling (FDM) method of fabricating structures. These 3D printing techniques are characterized by the ability to produce various and complex structures that are difficult to implement on a conventional two-dimensional plane, and to utilize various materials such as polymer compounds, metals, and ceramics.

3D 프린팅 기술은 1984년 미국의 Charles Hull이 3D 프린팅 시스템을 최초로 구현하여 광조형 공정과 관련된 특허를 출원한 후 본격적으로 제품화되기 시작하였는데, 이러한 3D 프린팅 기술의 원천특허가 만료됨으로써 3D 프린터와 관련된 비용이 하락하고 접근성이 높아짐에 따라 더욱 큰 관심을 끌게 되었다. 기존의 단순한 모형이나 시제품 제작(Rapid Prototyping; RP)을 뛰어넘어서 다양한 산업 분야에서 활용되고 있는 추세이다. 소재의 다양성과 기술력의 향상으로 새로운 분야로의 활용이 확산되고 있으며, 여러 산업 분야에서는 재료의 손실 최소화, 고객 맞춤형 생산, 설계의 용이성 및 정밀도 등을 이유로 3D 프린팅 기술의 도입을 적극적으로 추진하고 있다. 3D 적층 제조를 통한 제조업에서의 부품 제작 혹은 건설 산업에서의 활용뿐만 아니라, 환자 개개인에게 맞는 특수한 형태를 필요로 하는 바이오 및 의료 등의 생명공학 기술 산업 분야에서도 각광을 받고 있다.3D printing technology began to be commercialized in earnest in 1984 after Charles Hull of the United States implemented the 3D printing system for the first time and applied for a patent related to the stereolithography process. As it declined and became more accessible, it attracted more attention. It is a trend that goes beyond simple model or prototype production (Rapid Prototyping; RP) and is being used in various industrial fields. Due to the diversity of materials and the improvement of technology, their use in new fields is spreading, and many industries are actively promoting the introduction of 3D printing technology for reasons such as minimizing material loss, customized production, and ease and precision of design. It is not only used in manufacturing parts or construction industries through 3D additive manufacturing, but also in the biotechnology industry, such as bio and medical, which requires a special shape tailored to each patient.

이처럼 3D 프린팅은 다양한 분야에서 활용될 가능성을 가지는 미래 유망 기술로 주목받고 있으며, 그 활용도 역시 크게 증가하고 있다. 3D 프린팅을 활용한 적층 부품의 해상도는 사용하는 3D 프린팅 기법과 3D 프린터의 장비 성능에 의해 주로 좌우된다. 3D 프린팅 기법이 더욱 다양한 분야에서 활용되기 위해서는 디자인된 모델 도면을 얼마만큼 정밀하게 표현하여 제작할 수 있는 지가 중요한 이슈로 볼 수 있다. 기존에 비해 3D 프린팅과 관련된 비용이 하락하면서 3D 프린팅 기법이 주로 활용되던 산업 분야에서뿐만 아니라, 가정, 학교, 연구실 등으로도 응용 범위가 점차 확장되어가고 있다. 높아진 접근성을 바탕으로 일상생활에서도 활용 가능한 개인 맞춤형 생산을 위해서는 기존의 생산품을 대체할 수 있을 정도의 높은 3D 프린팅 해상도가 필수적인 요소로 떠오르고 있다.As such, 3D printing is attracting attention as a promising future technology that has the potential to be used in various fields, and its utilization is also greatly increasing. The resolution of laminated parts using 3D printing is mainly influenced by the 3D printing technique used and the equipment performance of the 3D printer. In order for 3D printing techniques to be utilized in more diverse fields, an important issue is how precisely the designed model drawings can be expressed and produced. As the cost related to 3D printing has decreased compared to the past, the scope of application is gradually expanding not only in the industrial field where 3D printing technique was mainly used, but also in the home, school, and laboratory. Based on increased accessibility, high 3D printing resolution that can replace existing products is emerging as an essential element for personalized production that can be used in everyday life.

3D 프린팅 기술이 맞춤형 제작 기법으로 다양한 분야에서 더욱 높은 활용도를 가지기 위해서는 소재의 다양성과 고해상도 제작을 통해 기존의 생산품을 대체할 수 있는 방향으로의 발전이 필요하다. 그에 따라 최초의 3D 프린팅 기법인 SLA 기법을 필두로 다양한 기법이 개발되어왔고, 더욱 높아진 해상도로 다양한 소재에 대해 3D 프린팅을 구현하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. In order for 3D printing technology to have higher utilization in various fields as a custom manufacturing technique, it is necessary to develop in a direction that can replace existing products through material diversity and high-resolution production. Accordingly, various techniques have been developed, starting with the SLA technique, which is the first 3D printing technique, and a lot of research is being conducted to implement 3D printing for various materials with higher resolution.

여러 3D 프린팅 기법들은 각각 수십에서 수백 마이크론 이상에 이르기까지 다양한 해상도를 가지고 있다. 수십 마이크론의 해상도를 가지는 SLA 기법이 가장 높은 해상도를 보여주며, 개인용 3D 프린터로 가장 많이 사용되는 방식인 FDM 기법의 경우는 수백 마이크론의 해상도로 상대적으로 낮은 경향을 보여준다. 하지만 일반적으로 3D 프린팅 기법에서 높은 해상도를 가질수록, 비용적인 측면을 포함하여 여러 한계점을 가지게 된다. 예를 들어, 수십 마이크론의 가장 높은 해상도를 가지는 SLA 기법의 경우는 사용하는 장비와 재료의 가격이 높은 편이며, 프린팅 속도가 느린 편이다. 반면, 가장 보편적인 FDM 기법은 상대적으로 저렴한 비용과 빠른 프린팅 속도를 가지지만, 해상도가 상대적으로 떨어진다는 특징을 가진다. 그 외의 SLS(Selective Laser Sintering), IP(Inkjet Printing) 등의 여러 3D 프린팅 기법들도 비슷한 경향을 가지고 있다.Different 3D printing techniques each have different resolutions, ranging from tens to hundreds of microns or more. The SLA technique with a resolution of tens of microns shows the highest resolution, and the FDM technique, which is the most used method for personal 3D printers, shows a relatively low tendency with a resolution of hundreds of microns. However, in general, the higher the resolution in the 3D printing technique, the more it has various limitations, including the cost aspect. For example, in the case of the SLA technique having the highest resolution of several tens of microns, the price of equipment and materials used is high, and the printing speed is slow. On the other hand, the most common FDM technique has a relatively low cost and fast printing speed, but has a relatively low resolution. Other 3D printing techniques such as SLS (Selective Laser Sintering) and IP (Inkjet Printing) have similar tendencies.

다양한 실시예들은 3D 프린팅 기법을 포함한 다양한 임의 구조체 제작 기법들이 공통적으로 가지는 해상도와 비용적인 측면에서의 한계점을 극복하기 위한 것으로, 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용한 고해상도 구조체 제작 기술을 제안한다. Various embodiments propose a high-resolution structure fabrication technology using a size-adjustable hydrogel in order to overcome the limitations in terms of resolution and cost that various arbitrary structure fabrication techniques, including 3D printing techniques, have in common.

다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작 방법은, 베이직 구조체를 생성하는 단계, 상기 베이직 구조체에 대해 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체를 생성하는 단계, 상기 하이드로젤을 수축시켜, 상기 임시 구조체를 수축시키는 단계, 및 상기 임시 구조체 또는 상기 베이직 구조체를 사용하여, 최종 구조체를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.A high-resolution structure manufacturing method according to various embodiments includes generating a basic structure, applying a hydrogel to the basic structure, and generating a temporary structure made of the hydrogel, contracting the hydrogel, and Shrinking the temporary structure, and generating a final structure using the temporary structure or the basic structure.

다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작 시스템은, 베이직 구조체를 생성하도록 구성되는 베이직 구조체 생성부, 상기 베이직 구조체에 대해 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체를 생성하도록 구성되는 임시 구조체 생성부, 상기 하이드로젤을 수축시켜, 상기 임시 구조체를 수축시키도록 구성되는 임시 구조체 수축부, 및 상기 임시 구조체 또는 상기 베이직 구조체를 사용하여, 최종 구조체를 생성하도록 구성되는 최종 구조체 생성부를 포함할 수 있다. A high-resolution structure manufacturing system according to various embodiments includes a basic structure generating unit configured to generate a basic structure, and a temporary structure configured to generate a temporary structure made of the hydrogel by applying a hydrogel to the basic structure. A temporary structure contracting unit configured to contract the temporary structure by contracting the hydrogel, and a final structure generating unit configured to generate a final structure using the temporary structure or the basic structure. .

다양한 실시예들은 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용하여 고해상도 구조체를 제작할 수 있다. 구체적으로, 3D 프린팅을 통해 제작되는 베이직 구조체를 하이드로젤로 치환하면서 반복적으로 하이드로젤을 수축시킴으로써, 고해상도의, 즉 축소된 사이즈의 최종 구조체가 획득될 수 있다. 이와 같이, 다양한 실시예들은 기존의 3D 프린팅 기법과 호환 가능하며, 저렴한 비용으로 합성할 수 있는 하이드로젤을 통해서 추가적인 장비 없이도 구현 가능하므로, 비용적, 시간적으로 유리할 수 있다. 아울러, 다양한 실시예들은 최종 구조체를 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 하이드로젤 등의 여러 소재로 제작할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들은 개개인의 니즈에 맞는 적합한 제품을 용이하게 제작하거나, 랩온어칩, 센서 등과 같은 다양한 기능을 갖는 고정밀도의 소형화 디바이스를 용이하게 제작하는 데 활용될 수 있을 것이다. In various embodiments, a high-resolution structure may be fabricated using a size-adjustable hydrogel. Specifically, a final structure with high resolution, that is, a reduced size, can be obtained by repeatedly contracting the hydrogel while substituting the basic structure manufactured through 3D printing with the hydrogel. As such, various embodiments are compatible with existing 3D printing techniques and can be implemented without additional equipment through a hydrogel that can be synthesized at low cost, which can be advantageous in terms of cost and time. In addition, in various embodiments, the final structure may be made of various materials such as elastomer, resin, plastic, and hydrogel. Accordingly, various embodiments may be utilized to easily manufacture a product suitable for individual needs or to easily manufacture a high-precision miniaturized device having various functions such as a lab-on-a-chip or a sensor.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 방법을 도시하는 도면이다.
도 5 내지 도 11은 다양한 실시예들의 적용을 설명하기 위한 도면들이다.
1 is a diagram illustrating a system for fabricating a high-resolution structure according to various embodiments.
2 is a diagram for explaining a scenario for fabricating a high-resolution structure according to the first embodiment.
3 is a diagram for explaining a scenario for fabricating a high-resolution structure according to a second embodiment.
4 is a diagram illustrating a method for fabricating a high-resolution structure according to various embodiments.
5 to 11 are diagrams for explaining application of various embodiments.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. Hereinafter, various embodiments of this document will be described with reference to the accompanying drawings.

다양한 실시예들은 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용한 고해상도 구조체 제작 기술을 제안한다. 다양한 실시예들은 다음의 세 가지 특징들을 갖는다. 첫 번째 특징은, 다양한3D 프린터를 활용하여 해당 3D 프린터의 해상도를 뛰어넘는 고해상도 구조체를 제작할 수 있다는 것이다. 두 번째 특징은, 저렴한 비용으로 합성할 수 있는 하이드로젤을 통해서 추가적인 장비 없이 본 기술을 구현할 수 있다는 것이다. 세 번째 특징은 최종 구조체를 플라스틱, PDMS(polydimethysiloxane), 하이드로젤 등의 여러 소재들로 제작할 수 있다는 것이다.Various embodiments suggest a high-resolution structure fabrication technique using a hydrogel capable of adjusting the size. Various embodiments have the following three features. The first feature is that a high-resolution structure that exceeds the resolution of the 3D printer can be manufactured using various 3D printers. The second feature is that this technology can be implemented without additional equipment through a hydrogel that can be synthesized at low cost. The third feature is that the final structure can be made of various materials such as plastic, polydimethysiloxane (PDMS), and hydrogel.

다양한 실시예들은 3D 프린터 자체의 성능 향상이 아닌 새로운 재료적 접근법을 도입함으로써 기존의 해상도 향상을 위한 기술 연구 방향과는 차이점을 보인다. 일반적으로 3D 프린터로 제작된 구조체의 정밀도는 사용하고 있는 3D 프린팅 기법과 장비의 성능에 의해 주로 결정되며, 고해상도의 구조체를 얻기 위해서는 그에 상응하는 고가의 고성능 3D 프린터가 필요하다. 또한 기존의 출력 한계를 뛰어넘는 장비를 개발하기 위해서는 상당한 비용과 시간이 소모된다. 다양한 실시예들은 이러한 기존 3D 프린팅의 발전 방향과는 달리 수축이 가능한 하이드로젤이라는 재료를 중간 과정에 도입함으로써 비용적, 시간적 한계점을 극복할 수 있는 기술이다.Various embodiments show a difference from the existing technology research direction for resolution improvement by introducing a new material approach rather than improving the performance of the 3D printer itself. In general, the precision of a structure produced by a 3D printer is mainly determined by the 3D printing technique and performance of the equipment used, and a correspondingly expensive and high-performance 3D printer is required to obtain a high-resolution structure. In addition, considerable cost and time are consumed to develop equipment that exceeds the existing output limits. Various embodiments are technologies that can overcome cost and time limitations by introducing a material called a hydrogel capable of contraction in an intermediate process, unlike the development direction of the existing 3D printing.

다양한 실시예들은 독립적으로 사용되는 여러 3D 프린터에 대해서 호환이 가능하다는 특징을 가지며, 추가적인 장비 없이 저렴한 비용으로 합성할 수 있는 하이드로젤을 사용한다는 점에서 비용적인 측면에서 장점을 가진다. 다양한 실시예들은 보편적으로 접할 수 있는 저해상도 3D 프린터에 적용하여 해상도 한계를 뛰어넘을 수 있으며, 전체 과정을 반복적으로 수행함으로써 최초의 출력물보다 수배의 해상도를 가지는 구조체를 제작할 수 있다.Various embodiments are characterized by being compatible with several independently used 3D printers, and have an advantage in terms of cost in that they use hydrogels that can be synthesized at low cost without additional equipment. Various embodiments can be applied to commonly available low-resolution 3D printers to overcome the resolution limit, and by repeatedly performing the entire process, a structure with several times the resolution of the original output can be manufactured.

다양한 실시예들은 3D 프린팅 기법마다 기존의 제한된 프린팅 재료 외에도 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 하이드로젤 등의 여러 소재들로 구조체의 제작이 가능하다는 점에서 기존 3D 프린팅 기술과는 차이점을 보인다. 일반적으로 3D 프린팅 제조 기법에는 각각의 기법마다 호환되는 재료가 존재한다. FDM 기법의 경우는 고온에서 프린팅 재료를 녹인 후 노즐 분사를 통해 구조체를 제작하므로 열가소성 재료만 사용할 수 있으며, SLA 기법은 빛을 통해 층별로 구조체를 경화시키므로 광경화성 수지를 사용해야 한다. 다양한 실시예들은 PDMS, 에코플렉스(ecoflex)와 같은 탄성 중합체 외에도 레진, 플라스틱, 하이드로젤 등 경화가 가능한 여러 소재들로 최종 구조체를 제작할 수 있어서, 기존 3D 프린팅 기법보다 폭넓은 활용이 가능한 기술이다.Various embodiments differ from existing 3D printing technologies in that each 3D printing technique can manufacture a structure with various materials such as elastomer, resin, plastic, and hydrogel in addition to the existing limited printing materials. In general, 3D printing manufacturing techniques have compatible materials for each technique. In the case of the FDM technique, only thermoplastic materials can be used because the structure is manufactured through nozzle spraying after melting the printing material at a high temperature. In the SLA technique, since the structure is hardened layer by layer through light, a photocurable resin must be used. In various embodiments, in addition to elastomers such as PDMS and ecoflex, the final structure can be fabricated with various curable materials such as resin, plastic, and hydrogel, so it is a technology that can be widely used than conventional 3D printing techniques.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시나리오를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 제 2 실시예에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 시나리오를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a system 100 for fabricating high-resolution structures in accordance with various embodiments. 2 is a diagram for explaining a scenario for fabricating a high-resolution structure according to the first embodiment. 3 is a diagram for explaining a scenario for fabricating a high-resolution structure according to a second embodiment.

도 1을 참조하면, 시스템(100)은 수축이 가능한 하이드로젤을 사용하여, 베이직 구조체(210, 310)로부터 고해상도의 최종 구조체(250, 350)를 제작할 수 있다. 이 때, 시스템(100)은 반복적으로 하이드로젤을 사용하여 베이직 구조체(210, 310)를 축소시키고, 이를 통해, 보다 더 고해상도의, 즉 보다 더 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)를 제작할 수 있다. 구체적으로, 시스템(100)은 베이직 구조체 생성부(110), 임시 구조체 생성부(120), 임시 구조체 수축부(130), 반복 처리부(140), 또는 최종 구조체 생성부(150)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 시스템(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있으며, 적어도 하나의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 시스템(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 두 개가 하나로 통합될 수 있다. Referring to FIG. 1 , the system 100 may fabricate high-resolution final structures 250 and 350 from basic structures 210 and 310 using a hydrogel capable of contraction. At this time, the system 100 repeatedly uses the hydrogel to shrink the basic structures 210 and 310, and through this, a higher resolution, that is, a more reduced size final structure 250 and 350 can be manufactured. can Specifically, the system 100 may include a basic structure generator 110, a temporary structure generator 120, a temporary structure contraction unit 130, an iteration processor 140, or a final structure generator 150. have. In some embodiments, at least one of the components of system 100 may be omitted and at least one other component may be added. In some embodiments, at least any two of the components of system 100 may be integrated into one.

베이직 구조체 생성부(110)에서, 베이직 구조체(210)가 생성될 수 있다. 여기서, 베이직 구조체 생성부(110)에서, 베이직 재료를 이용하여, 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 그리고, 베이직 구조체 생성부(110)는 3D 프린팅을 비롯한 모든 패터닝, 프린팅, 몰딩 기술 등 임의의 이차원 및 삼차원 구조를 만들 수 있는 기술을 통해, 베이직 구조체(210, 310)를 생성할 수 있다. 이를 위해, 베이직 구조체 생성부(110)는 3D 프린터(P)를 포함할 수 있다. In the basic structure generating unit 110 , the basic structure 210 may be created. Here, in the basic structure generating unit 110, the basic structures 210 and 310 may be created using a basic material. In addition, the basic structure generating unit 110 may generate the basic structures 210 and 310 through any technology capable of creating an arbitrary two-dimensional or three-dimensional structure, such as 3D printing, all patterning, printing, and molding technologies. To this end, the basic structure generating unit 110 may include a 3D printer (P).

임시 구조체 생성부(120)에서, 베이직 구조체(210, 310)에 대해 하이드로젤을 적용하여, 임시 구조체(220, 320)가 생성될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220, 320)는 하이드로젤로 이루어질 수 있다. 이 때, 하이드로젤은 수축 가능한 특성을 가질 수 있다. 그리고, 하이드로젤은 흐름성을 갖는 액체 상태에서 겔화되어, 형태를 갖는 임시 구조체(220, 320)로 형성되며, 임시 구조체(220, 320)는 형태를 유지할 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤(220, 320)은 스트레처블(stretchable) 하이드로젤일 수 있으며, 이로써, 임시 구조체(220, 320)는 신축성 및 유연성을 가질 수 있다. 아울러, 임시 구조체(220, 320)에는, 베이직 구조체(210, 310)에 상응하는 채널(channel)이 마련될 수 있다. The temporary structures 220 and 320 may be generated by applying the hydrogel to the basic structures 210 and 310 in the temporary structure generator 120 . Through this, the temporary structures 220 and 320 may be made of hydrogel. At this time, the hydrogel may have a contractible property. In addition, the hydrogel is gelled in a liquid state having flowability and formed into temporary structures 220 and 320 having shapes, and the temporary structures 220 and 320 may maintain their shapes. For example, the hydrogels 220 and 320 may be stretchable hydrogels, and thus the temporary structures 220 and 320 may have elasticity and flexibility. In addition, channels corresponding to the basic structures 210 and 310 may be provided in the temporary structures 220 and 320 .

제 1 실시예에 따르면, 베이직 구조체 생성부(110)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(210)는 미리 정해진 패턴(211)을 가질 수 있다. 예를 들면, 베이직 구조체(210)의 일 면에, 패턴(211)이 제공될 수 있다. 이러한 경우, 임시 구조체 생성부(120)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(210)의 패턴(211) 상에 하이드로젤을 적용시켜, 임시 구조체(220)가 생성될 수 있다. 그리고, 패턴(211) 상에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 임시 구조체(220)가 획득될 수 있다. 여기서, 임시 구조체(220)가 신축성 및 유연성을 가짐에 따라, 임시 구조체(220)가 패턴(211) 상에서 분리될 때 임시 구조체(220)에 손상이 발생되는 것이 방지될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220)에는, 일 표면에 베이직 구조체(210)의 패턴(211)에 상응하는 리세스(recess)(221)가 채널로서 마련될 수 있다. According to the first embodiment, in the basic structure generating unit 110, as shown in FIG. 2, the basic structure 210 may have a predetermined pattern 211. For example, a pattern 211 may be provided on one surface of the basic structure 210 . In this case, as shown in FIG. 2 , in the temporary structure generating unit 120 , the temporary structure 220 may be generated by applying the hydrogel on the pattern 211 of the basic structure 210 . Then, the temporary structure 220 may be obtained by separating the temporary structure 220 from the pattern 211 . Here, since the temporary structure 220 has elasticity and flexibility, damage to the temporary structure 220 may be prevented when the temporary structure 220 is separated from the pattern 211 . Through this, a recess 221 corresponding to the pattern 211 of the basic structure 210 may be provided as a channel on one surface of the temporary structure 220 .

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체 생성부(110)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(310)는 미리 정해진 패턴(311)으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 임시 구조체 생성부(120)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(310)를 둘러싸도록 하이드로젤을 적용시켜, 임시 구조체(320)가 생성될 수 있다. 여기서, 하이드로젤은 물리적으로 힘을 가하거나 혹은 화학적 처리를 통해서 제거될 수 있다. 예를 들어, 특정 화학 조건(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)에서 융해되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. 또는 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거할 수 있다. 그리고, 임시 구조체(320)의 내부에서 베이직 구조체(310)를 제거하여, 임시 구조체(320)가 획득될 수 있다. 여기서, 베이직 구조체(310)는 물리적으로 힘을 가하거나 혹은 화학적 처리를 통해서 제거될 수 있다. 이를 위해, 베이직 구조체(310)의 베이직 재료는 PLA(Poly Lactic Acid), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등과 같이, 미리 정해진 조건 하에서 융해 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료가 클로로폼(chloroform), 디클로로메탄(dichloromethane) 등과 같은 유기 용매(organic solvent)를 이용하여 융해됨으로써, 임시 구조체(320)의 형태나 크기에는 영향을 주지 않으면서, 베이직 구조체(310)가 제거될 수 있다. 또는, 위와 같은 유기 용매 처리를 하여 연화(softening)한 후 물리적으로 제거할 수 있다. 또는 특정 화학 조건(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)에서 융해시키거나 연화시킨 후 물리적으로 제거할 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(320)에는, 내부에 베이직 구조체(310)의 패턴(311)에 상응하는 캐비티(cavity)(321)가 채널로서 마련될 수 있다. According to the second embodiment, in the basic structure generator 110, as shown in FIG. 3, the basic structure 310 may be implemented in a predetermined pattern 311. In this case, as shown in FIG. 3 , in the temporary structure generating unit 120 , the temporary structure 320 may be generated by applying a hydrogel to surround the basic structure 310 . Here, the hydrogel may be removed through physical force or chemical treatment. For example, a hydrogel that melts under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.) can be used. Alternatively, after using a hydrogel that can be swollen or easily deformed under these chemical conditions, the hydrogel can be physically removed. Then, the temporary structure 320 may be obtained by removing the basic structure 310 from the inside of the temporary structure 320 . Here, the basic structure 310 may be removed through physical force or chemical treatment. To this end, the basic material of the basic structure 310 may be a material that can be melted under predetermined conditions, such as PLA (Poly Lactic Acid) or ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene). For example, the basic structure is melted using an organic solvent such as chloroform or dichloromethane, without affecting the shape or size of the temporary structure 320. (310) can be eliminated. Alternatively, it may be physically removed after softening by treatment with an organic solvent as described above. Alternatively, it can be physically removed after melting or softening under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). Through this, a cavity 321 corresponding to the pattern 311 of the basic structure 310 may be provided as a channel in the temporary structure 320 .

임시 구조체 수축부(130)에서, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 이 때, 임시 구조체 수축부(130)에서, 하이드로젤을 건조시킴으로써, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 하이드로젤이 건조될 때, 하이드로젤에 함유된 수분이 증발되며, 이로써, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(220, 320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220, 320)의 채널 및 캐비티도 수축될 수 있다. 예를 들면, 등방적인 수축을 위해, 습한 환경에서 온도를 점차로 올려가면서, 하이드로젤이 천천히 건조될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220, 320)에는, 수축 전 대비 약 40 % 내지 약 50 % 정도로, 길이 방향의 수축이 발생될 수 있다. 또는, 특정 화학적 조건에서 수축되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. 예를 들어, 고온 혹은 저온에서 수축되거나, 높은 pH 혹은 낮은 pH에서 수축되거나, 높은 이온 농도 혹은 낮은 이온 농도, 혹은 화학반응 후 수축되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. In the temporary structure contraction unit 130, the temporary structures 220 and 320 may be contracted. At this time, the temporary structures 220 and 320 may be contracted by drying the hydrogel in the temporary structure contraction unit 130 . When the hydrogel dries, moisture contained in the hydrogel evaporates, and as a result, the temporary structures 220 and 320 may contract. At this time, as the temporary structures 220 and 320 contract, the channels and cavities of the temporary structures 220 and 320 may also contract. For example, for isotropic shrinkage, the hydrogel can be dried slowly by gradually raising the temperature in a humid environment. Through this, contraction in the longitudinal direction may occur in the temporary structures 220 and 320 by about 40% to about 50% compared to before contraction. Alternatively, a hydrogel that shrinks under specific chemical conditions can be used. For example, a hydrogel that shrinks at high or low temperature, shrinks at high or low pH, high or low ion concentration, or shrinks after a chemical reaction may be used.

필요한 경우, 반복 처리부(140)에서, 임시 구조체(220, 320)를 사용하여, 베이직 구조체(210, 310)가 재차 생성될 수 있다. 이를 통해, 반복 처리부(140)에서, 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 첫 번째 반복 시, 즉 반복 횟수가 1회인 경우, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈에 대해, 1/2 로 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 그리고, 반복 처리부(140)에서 생성된 베이직 구조체(210, 310)는 임시 구조체 생성부(120)로 제공될 수 있다. 이에 따라, 임시 구조체 생성부(120)와 임시 구조체 수축부(130)의 반복을 통해, 보다 더 축소된 사이즈의 임시 구조체(220, 320)가 획득될 수 있다. 즉, 반복적으로, 축소된 사이즈의 임시 구조체(220, 320)가 생성되어, 수축될 수 있다. 예를 들면, 반복 횟수가 2회, 3회로 추가됨에 따라, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈의 1/4, 1/8로 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 것이다. If necessary, the basic structures 210 and 310 may be regenerated in the iteration processing unit 140 using the temporary structures 220 and 320 . Through this, in the repetition processing unit 140, the basic structures 210 and 310 of a reduced size may be created. For example, at the time of the first iteration, that is, when the number of iterations is one, the size of the basic structure 210 or 310 first generated is reduced to 1/2 of the size of the basic structure 210 or 310 to be generated. can Also, the basic structures 210 and 310 generated by the iteration processing unit 140 may be provided to the temporary structure generation unit 120 . Accordingly, temporary structures 220 and 320 having a more reduced size may be obtained through repetition of the temporary structure generator 120 and the temporary structure contraction unit 130 . That is, temporary structures 220 and 320 of a reduced size may be repeatedly generated and contracted. For example, as the number of iterations is added to 2 or 3 times, the size of the basic structure 210 or 310 reduced to 1/4 or 1/8 of the size of the first generated basic structure 210 or 310 is generated. It will be.

제 1 실시예에 따르면, 반복 처리부(140)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(220)의 표면에 베이직 재료를 적용하여, 베이직 구조체(210)를 생성할 수 있다. 여기서, 베이직 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료는 임시 구조체(220)의 표면에 적용된 다음 경화되어, 베이직 구조체(210)로 형성될 수 있다. 그리고, 베이직 구조체(210)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 베이직 구조체(210)가 획득될 수 있다. 이 때, 임시 구조체 수축부(130)에서, 임시 구조체(220)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220)의 리세스(221)도 수축되며, 반복 처리부(140)에서, 베이직 구조체(210)는 임시 구조체(220)의 리세스(221)에 상응하는 패턴(211)을 가질 수 있다. 또한, 반복 처리부(140)에서 생성된 베이직 구조체(210)는 임시 구조체 생성부(120)로 제공될 수 있다.According to the first embodiment, as shown in FIG. 2 , in the iterative processing unit 140 , the basic structure 210 may be created by applying a basic material to the surface of the temporary structure 220 . Here, the basic material may be a curable material. For example, the basic material may be applied to the surface of the temporary structure 220 and then cured to form the basic structure 210 . And, by separating the temporary structure 220 from the basic structure 210, the basic structure 210 can be obtained. At this time, in the temporary structure contraction unit 130, as the temporary structure 220 contracts, the recess 221 of the temporary structure 220 also contracts, and in the repetition processing unit 140, the basic structure 210 The temporary structure 220 may have a pattern 211 corresponding to the recess 221 . In addition, the basic structure 210 generated by the iteration processing unit 140 may be provided to the temporary structure generation unit 120 .

제 2 실시예에 따르면, 반복 처리부(140)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(320)의 내부에 베이직 재료를 충전하여, 베이직 구조체(310)를 생성할 수 있다. 여기서, 베이직 재료는 임의의 모양을 가질 수 있으며 경화 가능할 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료는 임시 구조체(320)의 내부에 적용된 다음 경화되어, 베이직 구조체(310)로 형성될 수 있다. 그리고, 베이직 구조체(310)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 베이직 구조체(310)가 획득될 수 있다. 일 예로, 경화된 베이직 재료를 잘게 잘라 분말 형태로 만들고 임시 구조체(320) 내부의 캐비티(321)에 넣고, 온도를 올려 해당 베이직 재료를 연화(softening) 혹은 융해시켜 캐비티(321) 내부를 균일하게 채운 후, 다시 온도를 내려 베이직 재료를 경화할 수 있다. 다른 예로, 경화된 베이직 재료를 용매에 녹여 캐비티(321)에 넣고, 용매를 증발시켜 경화된 베이직 구조체(310)를 형성할 수 있다. 여기서, 임시 구조체(320)를 융해시켜, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤은 물리적인 힘을 가하거나 혹은 특정 화학 조건에서의 융해(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)를 통해서 제거될 수 있다. 또한, 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거함으로써 베이직 구조체(310)의 형태나 크기에는 영향을 주지 않으면서, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 이 때, 임시 구조체 수축부(130)에서, 임시 구조체(320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(320)의 캐비티(321)도 수축되며, 반복 처리부(140)에서, 베이직 구조체(310)는 임시 구조체(320)의 캐비티(321)에 상응하는 패턴(311)을 가질 수 있다. 또한, 반복 처리부(140)에서 생성된 베이직 구조체(310)는 임시 구조체 생성부(120)로 제공될 수 있다.According to the second embodiment, as shown in FIG. 3 , in the repetition processing unit 140 , the basic structure 310 may be created by filling the interior of the temporary structure 320 with a basic material. Here, the basic material may have an arbitrary shape and may be a material capable of being cured. For example, the basic material may be applied to the inside of the temporary structure 320 and then cured to form the basic structure 310 . And, by removing the temporary structure 320 from the outside of the basic structure 310, the basic structure 310 can be obtained. For example, the hardened basic material is cut into powder form, put into the cavity 321 inside the temporary structure 320, and the temperature is raised to soften or melt the basic material so that the inside of the cavity 321 is uniformly formed. After filling, the temperature can be lowered again to cure the basic material. As another example, the cured basic structure 310 may be formed by dissolving the cured basic material in a solvent, putting it into the cavity 321 and evaporating the solvent. Here, by melting the temporary structure 320, the temporary structure 320 may be removed. For example, the hydrogel can be removed by applying physical force or melting under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). In addition, after using a hydrogel that can be expanded or easily deformed under these chemical conditions, the temporary structure 320 can be removed without affecting the shape or size of the basic structure 310 by physically removing the hydrogel. can At this time, in the temporary structure contraction unit 130, as the temporary structure 320 is contracted, the cavity 321 of the temporary structure 320 is also contracted, and in the repetition processing unit 140, the basic structure 310 is temporarily The structure 320 may have a pattern 311 corresponding to the cavity 321 . In addition, the basic structure 310 generated by the repetition processing unit 140 may be provided to the temporary structure generation unit 120 .

최종 구조체 생성부(150)에서, 임시 구조체(220, 320) 혹은 베이직 구조체(210,310)를 사용하여, 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 여기서, 최종 구조체 생성부(150)에서, 최종 재료를 이용하여, 최종 재료(250, 350)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 PDMS, 에코플렉스 등과 같은 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 금속, 금속산화물, 세라믹, 고분자, 또는 하이드로젤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이를 통해, 최종 구조체 생성부(150)에서, 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 일 예로, 반복 처리부(140)에 의해 반복되지 않은 경우, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈에 대해, 1/2로 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 다른 예로, 반복 처리부(140)에 의해 반복 횟수가 1회, 2회로 추가됨에 따라, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈의 1/4, 1/8로 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 여기서, 최종 구조체(250, 350)는 임시 구조체(220, 320)에서부터 형성될 수 있다. 이러한 경우, 최종 구조체(250, 350)는 최초 형성된 베이직 구조체(210, 310)의 반대되는 구조(reverse tone)을 가지게 된다. 한편, 최종 구조체(250, 350)는 베이직 구조체(210, 310)에서부터 형성될 수 있다. 이러한 경우, 최종 구조체(250, 350)는 최초로 형성된 베이직 구조체(210, 310)와 크기는 작으면서 동일한 구조를 가지게 된다.In the final structure generating unit 150, the final structures 250 and 350 may be generated using the temporary structures 220 and 320 or the basic structures 210 and 310. Here, in the final structure generating unit 150, the final materials 250 and 350 may be created using the final materials. For example, the final material may include at least one of elastic polymers such as PDMS and Ecoplex, resins, plastics, metals, metal oxides, ceramics, polymers, and hydrogels. Through this, in the final structure generating unit 150, the final structures 250 and 350 having a reduced size may be created. For example, when not repeated by the iteration processing unit 140, the final structures 250 and 350 having a size reduced to 1/2 of the size of the first generated basic structures 210 and 310 may be generated. . As another example, as the number of iterations is added once or twice by the repetition processing unit 140, the final structure having a size reduced to 1/4 or 1/8 of the size of the first basic structure 210 or 310 ( 250, 350) can be created. Here, the final structures 250 and 350 may be formed from the temporary structures 220 and 320 . In this case, the final structures 250 and 350 have a reverse tone of the initially formed basic structures 210 and 310 . Meanwhile, the final structures 250 and 350 may be formed from the basic structures 210 and 310 . In this case, the final structures 250 and 350 have the same structure as the initially formed basic structures 210 and 310 while being smaller in size.

제 1 실시예에 따르면, 최종 구조체 생성부(150)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(220)의 표면에 최종 재료를 적용하여, 최종 구조체(250)를 생성할 수 있다. 여기서, 최종 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 임시 구조체(220)의 표면에 적용된 다음 경화되어, 최종 구조체(250)로 형성될 수 있다. 그리고, 최종 구조체(250)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 최종 구조체(250)가 획득될 수 있다. 이 때, 최종 구조체 생성부(150)에서, 임시 구조체(220)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220)의 리세스(221)도 수축되며, 최종 구조체 생성부(150)에서, 최종 구조체(250)는 임시 구조체(220)의 리세스(221)에 상응하는 패턴(251)을 가질 수 있다. According to the first embodiment, the final structure generating unit 150 may generate the final structure 250 by applying a final material to the surface of the temporary structure 220 as shown in FIG. 2 . Here, the final material may be a curable material. For example, the final material may be applied to the surface of the temporary structure 220 and then cured to form the final structure 250 . Then, the final structure 250 may be obtained by separating the temporary structure 220 from the final structure 250 . At this time, as the temporary structure 220 shrinks in the final structure generator 150, the recess 221 of the temporary structure 220 also shrinks, and in the final structure generator 150, the final structure 250 ) may have a pattern 251 corresponding to the recess 221 of the temporary structure 220 .

제 2 실시예에 따르면, 최종 구조체 생성부(150)에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(320)의 내부에 최종 재료를 적용하여, 최종 구조체(350)를 생성할 수 있다. 여기서, 최종 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 임시 구조체(320)의 내부에 적용된 다음 경화되어, 최종 구조체(350)로 형성될 수 있다. 그리고, 최종 구조체(350)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 최종 구조체(350)가 획득될 수 있다. 여기서, 임시 구조체(320)를 융해시켜, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤은 물리적인 힘을 가하거나 혹은 특정 화학 조건에서의 융해 (예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)를 통해서 제거될 수 있다. 또한, 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거함으로써 최종 구조체(350)의 형태나 크기에는 영향을 주지 않으면서, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 이 때, 임시 구조체 수축부(130)에서, 임시 구조체(320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(320)의 캐비티(321)도 수축되며, 최종 구조체 생성부(150)에서, 최종 구조체(350)는 임시 구조체(320)의 캐비티(321)에 상응하는 패턴(351)을 가질 수 있다.According to the second embodiment, the final structure generating unit 150 may generate the final structure 350 by applying a final material to the inside of the temporary structure 320 as shown in FIG. 3 . Here, the final material may be a curable material. For example, the final material may be applied to the interior of the temporary structure 320 and then cured to form the final structure 350 . Then, the final structure 350 may be obtained by removing the temporary structure 320 from the outside of the final structure 350 . Here, by melting the temporary structure 320, the temporary structure 320 may be removed. For example, hydrogels can be removed by applying physical force or melting under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). In addition, the temporary structure 320 can be removed without affecting the shape or size of the final structure 350 by physically removing the hydrogel after using a hydrogel that can be expanded or easily deformed under these chemical conditions. can At this time, as the temporary structure 320 shrinks in the temporary structure shrinking unit 130, the cavity 321 of the temporary structure 320 also shrinks, and in the final structure generating unit 150, the final structure 350 may have a pattern 351 corresponding to the cavity 321 of the temporary structure 320 .

도 4는 다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 방법을 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a method for fabricating a high-resolution structure according to various embodiments.

도 4를 참조하면, 수축이 가능한 하이드로젤을 사용하여, 베이직 구조체(210, 310)로부터 고해상도의 최종 구조체(250, 350)가 제작될 수 있다. 이 때, 반복적으로 하이드로젤을 사용하여 베이직 구조체(210, 310)가 축소되고, 이를 통해, 보다 더 고해상도의, 즉 보다 더 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 제작될 수 있다.Referring to FIG. 4 , high-resolution final structures 250 and 350 may be fabricated from the basic structures 210 and 310 using a hydrogel capable of contraction. At this time, the basic structures 210 and 310 are repeatedly reduced by using the hydrogel, and through this, the final structures 250 and 350 having a higher resolution, that is, a smaller size can be manufactured.

먼저, 410 단계에서, 베이직 구조체(210)가 생성될 수 있다. 여기서, 경화 가능한 베이직 재료를 이용하여, 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 그리고, 3D 프린팅을 비롯한 모든 패터닝, 프린팅, 몰딩 기술 등 임의의 이차원 및 삼차원 구조체를 만들 수 있는 기술을 통해, 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. First, in step 410, the basic structure 210 may be created. Here, the basic structures 210 and 310 may be created using a curable basic material. In addition, the basic structures 210 and 310 may be created through any technology capable of making two-dimensional and three-dimensional structures, such as 3D printing, all patterning, printing, and molding technologies.

다음으로, 420 단계에서, 베이직 구조체(210, 310)에 대해 하이드로젤을 적용하여, 임시 구조체(220, 320)가 생성될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220, 320)는 하이드로젤로 이루어질 수 있다. 이 때, 하이드로젤은 수축 가능한 특성을 가질 수 있다. 그리고, 하이드로젤은 흐름성을 갖는 액체 상태에서 겔화되어, 형태를 갖는 임시 구조체(220, 320)로 형성되며, 임시 구조체(220, 320)는 형태를 유지할 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤(220, 320)은 스트레처블 하이드로젤일 수 있으며, 이로써, 임시 구조체(220, 320)는 신축성 및 유연성을 가질 수 있다. 아울러, 베이직 구조체(210, 310)에 상응하는 채널, 즉 리세스(221) 또는 캐비티(321)가 마련될 수 있다. Next, in step 420, the temporary structures 220 and 320 may be created by applying the hydrogel to the basic structures 210 and 310. Through this, the temporary structures 220 and 320 may be made of hydrogel. At this time, the hydrogel may have a contractible property. In addition, the hydrogel is gelled in a liquid state having flowability and formed into temporary structures 220 and 320 having shapes, and the temporary structures 220 and 320 may maintain their shapes. For example, the hydrogels 220 and 320 may be stretchable hydrogels, and thus the temporary structures 220 and 320 may have elasticity and flexibility. In addition, a channel corresponding to the basic structures 210 and 310, that is, a recess 221 or a cavity 321 may be provided.

제 1 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(210)는 미리 정해진 패턴(211)을 가질 수 있다. 예를 들면, 베이직 구조체(210)의 일 면에, 패턴(211)이 제공될 수 있다. 이러한 경우, 베이직 구조체(210)의 패턴(211) 상에 하이드로젤을 적용시켜, 임시 구조체(220)가 생성될 수 있다. 그리고, 패턴(211) 상에서 임시 구조체(220)가 분리되어, 임시 구조체(220)가 획득될 수 있다. 여기서, 임시 구조체(220)가 신축성 및 유연성을 가짐에 따라, 임시 구조체(220)가 패턴(211) 상에서 분리될 때 임시 구조체(220)에 손상이 발생되는 것이 방지될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220)에는, 일 표면에 베이직 구조체(210)의 패턴(211)에 상응하는 리세스(221)가 채널로서 마련될 수 있다. According to the first embodiment, as shown in FIG. 2 , the basic structure 210 may have a predetermined pattern 211 . For example, a pattern 211 may be provided on one surface of the basic structure 210 . In this case, the temporary structure 220 may be created by applying the hydrogel on the pattern 211 of the basic structure 210 . Then, the temporary structure 220 may be separated from the pattern 211 to obtain the temporary structure 220 . Here, since the temporary structure 220 has elasticity and flexibility, damage to the temporary structure 220 may be prevented when the temporary structure 220 is separated from the pattern 211 . Through this, a recess 221 corresponding to the pattern 211 of the basic structure 210 may be provided as a channel on one surface of the temporary structure 220 .

제 2 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 베이직 구조체(310)는 미리 정해진 패턴(311)으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 베이직 구조체(310)를 둘러싸도록 하이드로젤을 적용시켜, 임시 구조체(320)가 생성될 수 있다. 여기서, 하이드로젤은 물리적으로 힘을 가하거나 혹은 화학적 처리를 통해서 제거될 수 있다. 예를 들어, 특정 화학 조건 (예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)에서 융해되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. 또는 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거할 수 있다. 그리고, 임시 구조체(320)의 내부에서 베이직 구조체(310)를 제거하여, 임시 구조체(320)가 획득될 수 있다. 여기서, 베이직 구조체(310)를 물리적으로 제거하거나 화학적으로 융해시켜, 베이직 구조체(310)가 제거될 수 있다. 이를 위해, 베이직 구조체(310)의 베이직 재료는 PLA, ABS 등과 같이, 미리 정해진 조건 하에서 융해 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료가 클로로폼, 디클로로메탄 등과 같은 유기 용매를 이용하여 융해됨으로써, 임시 구조체(320)의 형태나 크기에는 영상을 주지 않으면서, 베이직 구조체(310)가 제거될 수 있다. 또는, 위와 같은 유기 용매 처리를 하여 연화(softening)한 후 물리적으로 제거할 수 있다. 또는 특정 화학 조건(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)에서 융해시키거나 연화시킨 후 물리적으로 제거할 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(320)에는, 내부에 베이직 구조체(310)의 패턴(311)에 상응하는 캐비티(321)가 채널로서 마련될 수 있다.According to the second embodiment, as shown in FIG. 3 , the basic structure 310 may be implemented in a predetermined pattern 311 . In this case, the temporary structure 320 may be created by applying the hydrogel to surround the basic structure 310 . Here, the hydrogel may be removed through physical force or chemical treatment. For example, a hydrogel that melts under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.) can be used. Alternatively, after using a hydrogel that can be swollen or easily deformed under these chemical conditions, the hydrogel can be physically removed. Then, the temporary structure 320 may be obtained by removing the basic structure 310 from the inside of the temporary structure 320 . Here, the basic structure 310 may be removed by physically removing or chemically melting the basic structure 310 . To this end, the basic material of the basic structure 310 may be a material that can be melted under predetermined conditions, such as PLA or ABS. For example, since the basic material is melted using an organic solvent such as chloroform or dichloromethane, the basic structure 310 may be removed without giving an image of the shape or size of the temporary structure 320 . Alternatively, it may be physically removed after softening by treatment with an organic solvent as described above. Alternatively, it can be physically removed after melting or softening under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). Through this, a cavity 321 corresponding to the pattern 311 of the basic structure 310 may be provided as a channel in the temporary structure 320 .

이어서, 430 단계에서, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 이 때, 하이드로젤을 건조시킴으로써, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 하이드로젤이 건조될 때, 하이드로젤에 함유된 수분이 증발되며, 이로써, 임시 구조체(220, 320)가 수축될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(220, 320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220, 320)의 채널, 즉 리세스(221) 또는 캐비티(321)도 수축될 수 있다. 예를 들면, 등방적인 수축을 위해, 습한 환경에서 온도를 점차로 올려가면서, 하이드로젤이 천천히 건조될 수 있다. 이를 통해, 임시 구조체(220, 320)에는, 수축 전 대비 약 40 % 내지 약 50 % 정도로, 길이 방향의 수축이 발생될 수 있다. 또는, 특정 화학적 조건에서 수축되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. 예를 들어, 고온 혹은 저온에서 수축되거나, 높은 pH 혹은 낮은 pH에서 수축되거나, 높은 이온 농도 혹은 낮은 이온 농도, 혹은 화학반응 후 수축되는 하이드로젤을 사용할 수 있다. Subsequently, in step 430, the temporary structures 220 and 320 may be contracted. At this time, the temporary structures 220 and 320 may be contracted by drying the hydrogel. When the hydrogel dries, moisture contained in the hydrogel evaporates, and as a result, the temporary structures 220 and 320 may contract. At this time, as the temporary structures 220 and 320 contract, the channel of the temporary structures 220 and 320, that is, the recess 221 or the cavity 321 may also contract. For example, for isotropic shrinkage, the hydrogel can be dried slowly by gradually raising the temperature in a humid environment. Through this, contraction in the longitudinal direction may occur in the temporary structures 220 and 320 by about 40% to about 50% compared to before contraction. Alternatively, a hydrogel that shrinks under specific chemical conditions can be used. For example, a hydrogel that shrinks at high or low temperature, shrinks at high or low pH, high or low ion concentration, or shrinks after a chemical reaction may be used.

계속해서, 441 단계에서, 반복을 실행할 지의 여부가 판단될 수 있다. 즉, 보다 더 축소된 사이즈의 임시 구조체(220, 320)에 대한 요구가 있는 지의 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 441 단계에서, 반복을 실행해야 하는 것으로 판단되면, 445 단계에서, 임시 구조체(220, 320)를 사용하여, 베이직 구조체(210, 310)가 재차 생성될 수 있다. 이를 통해, 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 첫 번째 반복 시, 즉 반복 횟수가 1회인 경우, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈에 대해, 1/2 로 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 수 있다. 이 후, 420 단계 및 430 단계가 반복되어, 보다 더 축소된 사이즈의 임시 구조체(220, 320)가 획득될 수 있다. 즉, 반복적으로, 축소된 사이즈의 임시 구조체(220, 320)가 생성되어, 수축될 수 있다. 예를 들면, 반복 횟수가 2회, 3회로 추가됨에 따라, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈의 1/4, 1/8로 축소된 사이즈의 베이직 구조체(210, 310)가 생성될 것이다. Subsequently, in step 441, it may be determined whether or not to perform repetition. That is, it can be determined whether or not there is a request for the temporary structures 220 and 320 having a more reduced size. At this time, in step 441, if it is determined that repetition is to be executed, in step 445, the basic structures 210 and 310 may be regenerated using the temporary structures 220 and 320. Through this, the reduced-size basic structures 210 and 310 may be created. For example, at the time of the first iteration, that is, when the number of iterations is one, the size of the basic structure 210 or 310 first generated is reduced to 1/2 of the size of the basic structure 210 or 310 to be generated. can Thereafter, steps 420 and 430 are repeated to obtain the temporary structures 220 and 320 having a more reduced size. That is, temporary structures 220 and 320 of a reduced size may be repeatedly generated and contracted. For example, as the number of iterations is added to 2 or 3 times, the size of the basic structure 210 or 310 reduced to 1/4 or 1/8 of the size of the first generated basic structure 210 or 310 is generated. It will be.

제 1 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(220)의 표면에 베이직 재료를 적용하여, 베이직 구조체(210)를 생성할 수 있다. 여기서, 베이직 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료는 임시 구조체(220)의 표면에 적용된 다음 경화되어, 베이직 구조체(210)로 형성될 수 있다. 그리고, 베이직 구조체(210)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 베이직 구조체(210)가 획득될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(220)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220)의 리세스(221)도 수축되며, 베이직 구조체(210)는 임시 구조체(220)의 리세스(221)에 상응하는 패턴(211)을 가질 수 있다. 이 후, 420 단계 및 430 단계가 반복될 수 있다. According to the first embodiment, as shown in FIG. 2 , the basic structure 210 may be created by applying a basic material to the surface of the temporary structure 220 . Here, the basic material may be a curable material. For example, the basic material may be applied to the surface of the temporary structure 220 and then cured to form the basic structure 210 . And, by separating the temporary structure 220 from the basic structure 210, the basic structure 210 can be obtained. At this time, as the temporary structure 220 contracts, the recess 221 of the temporary structure 220 also contracts, and the basic structure 210 has a pattern corresponding to the recess 221 of the temporary structure 220 ( 211) may have. After this, steps 420 and 430 may be repeated.

제 2 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(320)의 내부에 베이직 재료를 충전하여, 베이직 구조체(310)를 생성할 수 있다. 여기서, 베이직 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 베이직 재료는 임시 구조체(320)의 내부에 적용된 다음 경화되어, 베이직 구조체(310)로 형성될 수 있다. 그리고, 베이직 구조체(310)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 베이직 구조체(310)가 획득될 수 있다. 일 예로, 경화된 베이직 재료를 잘게 잘라 분말 형태로 만들고 임시 구조체(320) 내부의 캐비티(321)에 넣고, 온도를 올려 해당 베이직 재료를 연화(softening) 혹은 융해시켜 캐비티(321) 내부를 균일하게 채운 후, 다시 온도를 내려 베이직 재료를 경화할 수 있다. 다른 예로, 경화된 베이직 재료를 용매에 녹여 캐비티에 넣고, 용매를 증발시켜 경화된 베이직 구조체(310)를 형성할 수 있다 여기서, 임시 구조체(320)를 융해시켜, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다 예를 들면, 하이드로젤은 물리적인 힘을 가하거나 혹은 특정 화학 조건에서의 융해(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)를 통해서 제거될 수 있다. 또한, 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거함으로써 베이직 구조체(310)의 형태나 크기에는 영향을 주지 않으면서, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(320)의 캐비티(321)도 수축되며, 베이직 구조체(310)는 임시 구조체(320)의 캐비티(321)에 상응하는 패턴(311)을 가질 수 있다. 이 후, 420 단계 및 430 단계가 반복될 수 있다.According to the second embodiment, as shown in FIG. 3 , the basic structure 310 may be created by filling the inside of the temporary structure 320 with a basic material. Here, the basic material may be a curable material. For example, the basic material may be applied to the inside of the temporary structure 320 and then cured to form the basic structure 310 . And, by removing the temporary structure 320 from the outside of the basic structure 310, the basic structure 310 can be obtained. For example, the hardened basic material is cut into powder form, put into the cavity 321 inside the temporary structure 320, and the temperature is raised to soften or melt the basic material so that the inside of the cavity 321 is uniformly formed. After filling, the temperature can be lowered again to cure the basic material. As another example, the cured basic material may be melted in a solvent, put into a cavity, and the solvent evaporated to form a cured basic structure 310. Here, the temporary structure 320 is melted and the temporary structure 320 is removed. For example, the hydrogel can be removed by applying physical force or melting under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). In addition, after using a hydrogel that can be expanded or easily deformed under these chemical conditions, the temporary structure 320 can be removed without affecting the shape or size of the basic structure 310 by physically removing the hydrogel. can At this time, as the temporary structure 320 is contracted, the cavity 321 of the temporary structure 320 is also contracted, and the basic structure 310 has a pattern 311 corresponding to the cavity 321 of the temporary structure 320. can have After this, steps 420 and 430 may be repeated.

마지막으로, 450 단계에서, 임시 구조체(220, 320) 또는 베이직 구조체(210, 310)를 사용하여, 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 이 때, 441 단계에서, 반복을 실행하지 않아도 되는 것으로 판단되면, 임시 구조체(220, 320) 또는 베이직 구조체(210, 310)를 사용하여, 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 여기서, 최종 재료를 이용하여, 최종 재료(250, 350)가 생성될 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 PDMS, 에코플렉스 등과 같은 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 금속, 금속산화물, 세라믹, 고분자 또는 하이드로젤 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이를 통해, 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 일 예로, 반복이 실행되지 않은 경우, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈에 대해, 1/2로 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 다른 예로, 반복 횟수가 1회, 2회로 추가됨에 따라, 최초로 생성된 베이직 구조체(210, 310)의 사이즈의 1/4, 1/8로 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 생성될 수 있다. 여기서, 최종 구조체(250, 350)는 임시 구조체(220, 320)에서부터 형성될 수 있다. 이러한 경우, 최종 구조체(250, 350)는 최초로 형성된 베이직 구조체(210, 310)의 반대되는 구조(reverse tone)을 가지게 된다. 한편, 최종 구조체(250, 350)는 베이직 구조체(210, 310)에서부터 형성될 수 있다. 이러한 경우, 최종 구조체(250, 350)는 최초로 형성된 베이직 구조체(210, 310)와 크기는 작으면서 동일한 구조를 가지게 된다. Finally, in step 450, the final structures 250 and 350 may be created using the temporary structures 220 and 320 or the basic structures 210 and 310. At this time, in step 441, if it is determined that the repetition is not necessary, the final structures 250 and 350 may be generated using the temporary structures 220 and 320 or the basic structures 210 and 310. Here, the final materials 250 and 350 may be created using the final materials. For example, the final material may include at least one of elastic polymers such as PDMS and Ecoplex, resins, plastics, metals, metal oxides, ceramics, polymers, and hydrogels. Through this, final structures 250 and 350 having a reduced size may be created. For example, when repetition is not executed, final structures 250 and 350 having a size reduced to 1/2 of the size of the first basic structures 210 and 310 may be generated. As another example, as the number of repetitions is added once or twice, final structures 250 and 350 having a size reduced to 1/4 or 1/8 of the size of the first basic structures 210 and 310 are generated. can Here, the final structures 250 and 350 may be formed from the temporary structures 220 and 320 . In this case, the final structures 250 and 350 have a reverse tone of the first formed basic structures 210 and 310 . Meanwhile, the final structures 250 and 350 may be formed from the basic structures 210 and 310 . In this case, the final structures 250 and 350 have the same structure as the initially formed basic structures 210 and 310 while being smaller in size.

제 1 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(220)의 표면에 최종 재료를 적용하여, 최종 구조체(250)를 생성할 수 있다. 여기서, 최종 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 임시 구조체(220)의 표면에 적용된 다음 경화되어, 최종 구조체(250)로 형성될 수 있다. 그리고, 최종 구조체(250)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 최종 구조체(250)가 획득될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(220)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(220)의 리세스(221)도 수축되며, 최종 구조체(250)는 임시 구조체(220)의 리세스(221)에 상응하는 패턴(251)을 가질 수 있다. 이 때, 이전 과정에서 생성된 베이직 구조체(210) 및 임시 구조체(220)는 제거되지 않고 유지되므로, 이들은 재차 사용될 수 있을 것이다. According to the first embodiment, as shown in FIG. 2 , the final structure 250 may be created by applying a final material to the surface of the temporary structure 220 . Here, the final material may be a curable material. For example, the final material may be applied to the surface of the temporary structure 220 and then cured to form the final structure 250 . Then, the final structure 250 may be obtained by separating the temporary structure 220 from the final structure 250 . At this time, as the temporary structure 220 contracts, the recess 221 of the temporary structure 220 also contracts, and the final structure 250 has a pattern corresponding to the recess 221 of the temporary structure 220 ( 251) may have. At this time, since the basic structure 210 and the temporary structure 220 generated in the previous process are maintained without being removed, they may be used again.

제 2 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 임시 구조체(320)의 내부에 최종 재료를 적용하여, 최종 구조체(350)를 생성할 수 있다. 여기서, 최종 재료는 경화 가능한 재료일 수 있다. 예를 들면, 최종 재료는 임시 구조체(320)의 내부에 적용된 다음 경화되어, 최종 구조체(350)로 형성될 수 있다. 그리고, 최종 구조체(350)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 최종 구조체(350)가 획득될 수 있다. 여기서, 임시 구조체(320)를 융해시켜, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤은 물리적인 힘을 가하거나 혹은 특정 화학 조건에서의 융해(예: pH, 온도, 이온 농도, 촉매 처리, 화학 반응 등)를 통해서 제거될 수 있다. 또한, 이러한 화학 조건에서 팽창되거나 쉽게 변형될 수 있는 하이드로젤을 사용한 후, 하이드로젤을 물리적으로 제거함으로써 최종 구조체(350)의 형태나 크기에는 영향을 주지 않으면서, 임시 구조체(320)가 제거될 수 있다. 이 때, 임시 구조체(320)가 수축됨에 따라, 임시 구조체(320)의 캐비티(321)도 수축되며, 최종 구조체(350)는 임시 구조체(320)의 캐비티(321)에 상응하는 패턴(351)을 가질 수 있다.According to the second embodiment, as shown in FIG. 3 , a final structure 350 may be created by applying a final material to the inside of the temporary structure 320 . Here, the final material may be a curable material. For example, the final material may be applied to the interior of the temporary structure 320 and then cured to form the final structure 350 . Then, the final structure 350 may be obtained by removing the temporary structure 320 from the outside of the final structure 350 . Here, by melting the temporary structure 320, the temporary structure 320 may be removed. For example, the hydrogel can be removed by applying physical force or melting under specific chemical conditions (eg, pH, temperature, ion concentration, catalytic treatment, chemical reaction, etc.). In addition, the temporary structure 320 can be removed without affecting the shape or size of the final structure 350 by physically removing the hydrogel after using a hydrogel that can be expanded or easily deformed under these chemical conditions. can At this time, as the temporary structure 320 shrinks, the cavity 321 of the temporary structure 320 also shrinks, and the final structure 350 has a pattern 351 corresponding to the cavity 321 of the temporary structure 320. can have

다양한 실시예들은 사이즈 조절이 가능한 하이드로젤을 사용하여 고해상도 구조체를 제작할 수 있다. 구체적으로, 3D 프린팅을 비롯한 임의의 이차원 및 삼차원 구조를 만들 수 있는 다양한 기술을 통해 제작되는 베이직 구조체(210, 310)를 하이드로젤로 치환하면서 반복적으로 하이드로젤을 수축시킴으로써, 고해상도의, 즉 축소된 사이즈의 최종 구조체(250, 350)가 획득될 수 있다. 이와 같이, 다양한 실시예들은 기존의 구조체 제작기법과 호환 가능하며, 저렴한 비용으로 합성할 수 있는 하이드로젤을 통해서 추가적인 장비 없이도 구현 가능하므로, 비용적, 시간적으로 유리할 수 있다. 아울러, 다양한 실시예들은 최종 구조체(250, 350)를 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 금속, 금속산화물, 세라믹, 고분자 또는 하이드로젤 등의 여러 소재로 제작할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들은 개개인의 니즈에 맞는 적합한 제품을 용이하게 제작하거나, 랩온어칩, 센서 등과 같은 다양한 기능을 갖는 고정밀도의 소형화 디바이스를 용이하게 제작하는 데 활용될 수 있을 것이다.In various embodiments, a high-resolution structure may be fabricated using a size-adjustable hydrogel. Specifically, by repeatedly contracting the hydrogel while replacing the basic structures 210 and 310 manufactured through various technologies capable of making arbitrary two-dimensional and three-dimensional structures, including 3D printing, with hydrogel, high-resolution, that is, reduced A final structure 250, 350 of any size may be obtained. As such, various embodiments are compatible with existing structure fabrication techniques and can be implemented without additional equipment through a hydrogel that can be synthesized at low cost, which can be advantageous in terms of cost and time. In addition, in various embodiments, the final structures 250 and 350 may be made of various materials such as elastomers, resins, plastics, metals, metal oxides, ceramics, polymers, or hydrogels. Accordingly, various embodiments may be utilized to easily manufacture a product suitable for individual needs or to easily manufacture a high-precision miniaturized device having various functions such as a lab-on-a-chip or a sensor.

다양한 실시예들에 따른 고해상도 구조체 제작을 위한 방법은, 베이직 구조체(210, 310)를 생성하는 단계(410 단계), 베이직 구조체(210, 310)에 대해 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체(220, 320)를 생성하는 단계(420 단계), 하이드로젤을 수축시켜, 임시 구조체(220, 320)를 수축시키는 단계(430 단계), 및 임시 구조체(220, 320) 또는 베이직 구조체(210, 310)를 사용하여, 최종 구조체(250, 350)를 생성하는 단계(450 단계)를 포함할 수 있다.A method for fabricating a high-resolution structure according to various embodiments includes generating the basic structures 210 and 310 (step 410), applying a hydrogel to the basic structures 210 and 310, and temporarily made of the hydrogel. Creating the structures 220 and 320 (step 420), shrinking the temporary structures 220 and 320 by contracting the hydrogel (step 430), and the temporary structures 220 and 320 or the basic structure 210 , 310) to generate the final structures 250 and 350 (step 450).

제 1 실시예에 따르면, 베이직 구조체(210)는, 미리 정해진 패턴(211)을 갖고, 임시 구조체(220)에는, 일 표면에 패턴(211)에 상응하는 리세스(221)가 마련될 수 있다. According to the first embodiment, the basic structure 210 has a predetermined pattern 211, and a recess 221 corresponding to the pattern 211 may be provided on one surface of the temporary structure 220. .

제 1 실시예에 따르면, 임시 구조체(220)를 생성하는 단계(420 단계)는, 패턴(211) 상에 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤의 겔화에 의해 임시 구조체(220)를 생성하는 단계, 및 패턴(211) 상에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 임시 구조체(220)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the first embodiment, the step of generating the temporary structure 220 (step 420) includes applying a hydrogel on the pattern 211 and generating the temporary structure 220 by gelation of the hydrogel; and separating the temporary structure 220 from the pattern 211 to obtain the temporary structure 220 .

제 1 실시예에 따르면, 임시 구조체(220)는, 임시 구조체(220)가 분리될 때 임시 구조체(220)에 손상이 발생되는 것을 방지하기 위해, 신축성 및 유연성을 갖도록 생성될 수 있다. According to the first embodiment, the temporary structure 220 may be created to have elasticity and flexibility in order to prevent damage to the temporary structure 220 when the temporary structure 220 is separated.

제 1 실시예에 따르면, 임시 구조체(220)를 수축시키는 단계(420 단계) 후에, 베이직 구조체(210)를 생성하는 단계(410 단계), 임시 구조체(220)를 생성하는 단계(420 단계), 및 임시 구조체(220)를 수축시키는 단계(430 단계)는, 반복될 수 있다. According to the first embodiment, after contracting the temporary structure 220 (step 420), generating the basic structure 210 (step 410), generating the temporary structure 220 (step 420), And contracting the temporary structure 220 (step 430) may be repeated.

제 1 실시예에 따르면, 베이직 구조체(210)를 생성하는 단계(410 단계)는, 반복될 때, 임시 구조체(220)의 표면에 베이직 재료를 적용하여, 베이직 구조체(210)를 생성하는 단계, 및 베이직 구조체(210)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 베이직 구조체(210)를 획득하는 단계(445 단계)를 포함할 수 있다. According to the first embodiment, the step (step 410) of generating the basic structure 210 is, when repeated, applying a basic material to the surface of the temporary structure 220 to create the basic structure 210; and obtaining the basic structure 210 by separating the temporary structure 220 from the basic structure 210 (step 445).

제 1 실시예에 따르면, 최종 구조체(250)를 생성하는 단계(450 단계)는, 임시 구조체(220)의 표면에 최종 재료를 적용하여, 리세스(221)에 상응하는 패턴(251)을 갖는 최종 구조체(250)를 생성하는 단계, 및 최종 구조체(250)에서 임시 구조체(220)를 분리시켜, 최종 구조체(250)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the first embodiment, the step 450 of creating the final structure 250 includes applying a final material to the surface of the temporary structure 220 to have a pattern 251 corresponding to the recess 221. A step of generating the final structure 250 and a step of obtaining the final structure 250 by separating the temporary structure 220 from the final structure 250 may be included.

제 1 실시예에 따르면, 최종 구조체(250)를 생성하는 단계(450 단계)는, 베이직 구조체(210)의 표면에 최종 재료를 적용하여, 리세스(221)와 동일한 패턴(251)을 갖는 최종 구조체(250)를 생성하는 단계, 및 최종 구조체(250)에서 베이직 구조체(210)를 분리시켜, 최종 구조체(250)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the first embodiment, the step of generating the final structure 250 (step 450) includes applying a final material to the surface of the basic structure 210 to have the same pattern 251 as the recess 221. It may include generating the structure 250 and obtaining the final structure 250 by separating the basic structure 210 from the final structure 250 .

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체(310)는, 미리 정해진 패턴(311)으로 구현되고, 임시 구조체(320)에는, 내부에 패턴(311)에 상응하는 캐비티(321)가 마련될 수 있다. According to the second embodiment, the basic structure 310 is implemented as a predetermined pattern 311, and the temporary structure 320 may have a cavity 321 corresponding to the pattern 311 provided therein.

제 2 실시예에 따르면, 임시 구조체(320)를 생성하는 단계(420 단계)는, 베이직 구조체(310)를 둘러싸도록 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤의 겔화에 의해 임시 구조체(320)를 생성하는 단계, 및 임시 구조체(320)의 내부에서 베이직 구조체(310)를 제거하여, 임시 구조체(320)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the second embodiment, the step of generating the temporary structure 320 (step 420) includes applying a hydrogel to surround the basic structure 310 and generating the temporary structure 320 by gelation of the hydrogel. and obtaining the temporary structure 320 by removing the basic structure 310 from the inside of the temporary structure 320 .

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체(310)는, 물리적으로 또는 미리 정해진 조건 하에서 화학적으로 제거 가능한 재료로 생성되며, 임시 구조체(320)의 내부에서 제거될 수 있다. According to the second embodiment, the basic structure 310 is made of a material that can be physically or chemically removed under predetermined conditions, and can be removed from the inside of the temporary structure 320 .

제 2 실시예에 따르면, 임시 구조체(320)를 획득하는 단계는, 유기 용매를 이용하여 베이직 구조체(310)를 융해시켜, 베이직 구조체(310)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. According to the second embodiment, the obtaining of the temporary structure 320 may include melting the basic structure 310 using an organic solvent to remove the basic structure 310 .

제 2 실시예에 따르면, 임시 구조체(320)를 수축시키는 단계(430 단계) 후에, 베이직 구조체(310)를 생성하는 단계(410 단계), 임시 구조체(320)를 생성하는 단계(420 단계), 및 임시 구조체(320)를 수축시키는 단계(430 단계)는, 반복될 수 있다. According to the second embodiment, after contracting the temporary structure 320 (step 430), generating the basic structure 310 (step 410), generating the temporary structure 320 (step 420), And contracting the temporary structure 320 (step 430) may be repeated.

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체(310)를 생성하는 단계(410 단계)는, 반복될 때, 임시 구조체(320)의 내부에 베이직 재료를 충전하여, 베이직 구조체(310)를 생성하는 단계, 및 베이직 구조체(310)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 베이직 구조체(310)를 획득하는 단계(445 단계)를 포함할 수 있다. According to the second embodiment, the step (step 410) of generating the basic structure 310 is, when repeated, filling the interior of the temporary structure 320 with a basic material to create the basic structure 310; and removing the temporary structure 320 from the outside of the basic structure 310 to obtain the basic structure 310 (step 445).

제 2 실시예에 따르면, 하이드로젤은, 물리적으로 또는 미리 정해진 조건 하에서 화학적으로 제거 가능하며, 베이직 구조체(310)의 외부에서 제거될 수 있다. According to the second embodiment, the hydrogel is physically or chemically removable under predetermined conditions, and can be removed from the outside of the basic structure 310 .

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체(310)를 획득하는 단계는, 미리 정해진 pH를 갖는 용액을 이용하여, 하이드로젤을 융해시킴으로써, 임시 구조체(320)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to the second embodiment, the step of obtaining the basic structure 310 may include removing the temporary structure 320 by melting the hydrogel using a solution having a predetermined pH.

제 2 실시예에 따르면, 최종 구조체(350)를 생성하는 단계(450 단계)는, 임시 구조체(320)의 내부에 최종 재료를 적용하여, 캐비티(321)에 상응하는 패턴(351)으로 구현되는 최종 구조체(350)를 생성하는 단계, 및 최종 구조체(350)의 외부에서 임시 구조체(320)를 제거하여, 최종 구조체(350)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the second embodiment, the step (step 450) of generating the final structure 350 is implemented as a pattern 351 corresponding to the cavity 321 by applying the final material to the inside of the temporary structure 320. It may include generating the final structure 350 and obtaining the final structure 350 by removing the temporary structure 320 from the outside of the final structure 350 .

제 2 실시예에 따르면, 최종 구조체(350)를 생성하는 단계(450 단계)는, 베이직 구조체(310)의 내부에 최종 재료를 적용하여, 캐비티(321)와 동일한 패턴(351)으로 구현되는 최종 구조체(350)를 생성하는 단계, 및 최종 구조체(350)의 외부에서 베이직 구조체(310)를 제거하여, 최종 구조체(350)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the second embodiment, the step (step 450) of generating the final structure 350 is a final material implemented in the same pattern 351 as the cavity 321 by applying a final material to the inside of the basic structure 310. A step of generating the structure 350 and removing the basic structure 310 from the outside of the final structure 350 to obtain the final structure 350 may be included.

제 2 실시예에 따르면, 베이직 구조체(310)를 생성하는 단계(410 단계)는, 3D 프린팅을 통해, 베이직 구조체(310)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to the second embodiment, the step of generating the basic structure 310 (step 410) may include generating the basic structure 310 through 3D printing.

다양한 실시예들에 따르면, 최종 구조체(250, 350)는, 탄성 중합체, 레진, 플라스틱, 금속, 금속산화물, 세라믹, 고분자 또는 하이드로젤 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.According to various embodiments, the final structures 250 and 350 may be formed of at least one of elastomer, resin, plastic, metal, metal oxide, ceramic, polymer, or hydrogel.

다양한 실시예들에 따르면, 전술된 방법에 의해, 고해상도의 최종 구조체(250, 350)가 제작될 수 있다. According to various embodiments, high-resolution final structures 250 and 350 may be fabricated by the above-described method.

다양한 실시예들에 따르면, 전술된 방법을 수행하여 고해상도 구조체 제작을 위한 시스템(100)은, 베이직 구조체(210, 310)를 생성하도록 구성되는 베이직 구조체 생성부(110), 베이직 구조체(210, 310)에 대해 하이드로젤을 적용하여, 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체(220, 320)를 생성하도록 구성되는 임시 구조체 생성부(120), 하이드로젤을 수축시켜, 임시 구조체(220, 320)를 수축시키도록 구성되는 임시 구조체 수축부(130), 및 임시 구조체(220, 320) 또는 베이직 구조체(210, 310)를 사용하여, 최종 구조체(250, 350)를 생성하도록 구성되는 최종 구조체 생성부(150)를 포함할 수 있다. According to various embodiments, the system 100 for manufacturing a high-resolution structure by performing the above-described method includes a basic structure generating unit 110 configured to generate the basic structures 210 and 310, and the basic structures 210 and 310 ) to apply the hydrogel to the temporary structure generating unit 120 configured to generate the temporary structures 220 and 320 made of the hydrogel, and to contract the temporary structures 220 and 320 by contracting the hydrogel. The final structure generating unit 150 configured to generate the final structures 250 and 350 using the configured temporary structure contraction unit 130 and the temporary structures 220 and 320 or the basic structures 210 and 310, can include

다양한 실시예들에 따르면, 시스템(100)은, 임시 구조체(220, 320)가 수축된 후에, 임시 구조체(220, 320)로부터 베이직 구조체(210, 310)를 생성하여, 임시 구조체 생성부(120)에 제공하도록 구성되는 반복 처리부(140)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the system 100 generates the basic structures 210 and 310 from the temporary structures 220 and 320 after the temporary structures 220 and 320 are contracted, and the temporary structure generator 120 ) may further include an iteration processing unit 140 configured to provide.

전술된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 기술은 수축 가능한 하이드로젤을 사용하여 3D 프린팅을 통해 생성된 베이직 구조체를 반복적으로 수축시켜, 높은 해상도의 최종 구조체를 얻는 기술이다. 도 5 내지 도 11은 다양한 실시예들의 적용을 설명하기 위한 도면들이다. As described above, a technique according to various embodiments is a technique of repeatedly contracting a basic structure generated through 3D printing using a contractible hydrogel to obtain a high-resolution final structure. 5 to 11 are diagrams for explaining application of various embodiments.

도 5에 도시된 바와 같이, 보편적으로 접할 수 있는 FDM 기반 저해상도 3D 프린터를 이용하여 4배, 2배, 1배 크기의 베이직 구조체를 제작하고, 다양한 실시예들에 따른 기술을 적용하여 수축시켰다. 출력 한계를 넘는 3D 프린팅을 통해 생성된 베이직 구조체는 출력 직후부터 형태가 명확하지 않은 반면, 3번의 수축을 통해 얻은 최종 구조체는 최초의 형태를 유지한 채 작은 사이즈로 획득되었다.As shown in FIG. 5, basic structures of 4x, 2x, and 1x sizes were fabricated using commonly available FDM-based low-resolution 3D printers, and contracted by applying techniques according to various embodiments. While the shape of the basic structure created through 3D printing beyond the output limit was not clear immediately after printing, the final structure obtained through three shrinkages was obtained in a small size while maintaining its original shape.

도 6에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅을 통해 300μm의 채널 두께를 가지는 몰드를 베이직 구조체로서 생성하고, 이러한 몰드에 다양한 실시예들에 따른 기술을 반복 적용하여 약 3배의 해상도 향상(~100μm)을 확인하였다. As shown in FIG. 6, a mold having a channel thickness of 300 μm is created as a basic structure through 3D printing, and the technology according to various embodiments is repeatedly applied to the mold to improve resolution by about 3 times (~100 μm). confirmed.

다양한 실시예들에 따른 기술에 사용되는 하이드로젤은 높은 신축성 및 유연성을 가지고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하이드로젤의 수축 과정에서 형태를 조정시킨 상태로 건조를 시키게 되면, 형태를 유지한 채로 그대로 사이즈가 수축하게 된다. 외부를 PDMS로 둘러싼 뒤, 내부의 하이드로젤을 녹여내어 내부에 구부러진 형태의 채널을 가지는 최종 구조체를 제작할 수 있음을 확인하였다. A hydrogel used in the technology according to various embodiments has high elasticity and flexibility. As shown in FIG. 7, when drying is performed in a state in which the shape is adjusted during the contraction process of the hydrogel, the size shrinks as it is while maintaining the shape. After covering the outside with PDMS, it was confirmed that the final structure having a curved channel inside could be fabricated by melting the hydrogel inside.

도 8에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 기술을 적용하여 축소된 채널을 가지는 하이드로젤의 최종 구조체를 제작하였다. 여기서, 최종 구조체는 최초로 생성된 베이직 구조체의 반대되는 구조로 제작되었다. 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이, 형광 염료를 내부에 주입함으로써 수축 후에도 구조가 잘 유지되는 것을 확인하였다. 또한, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 채널 내에 액체 금속(liquid metal)을 주입함으로써, 센서 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 보여주었다. As shown in FIG. 8, a final structure of a hydrogel having a reduced channel was fabricated by applying a technique according to various embodiments. Here, the final structure was fabricated in the opposite structure of the first basic structure. As shown in (A) of FIG. 8, it was confirmed that the structure was well maintained even after shrinkage by injecting the fluorescent dye into the inside. In addition, as shown in (B) of FIG. 8, by injecting a liquid metal into the channel, the possibility of application in various fields such as a sensor was shown.

도 9의 (A)에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에 따른 기술을 적용하여 물질 증착에 사용 가능한 하이드로젤 마스크를 임시 구조체로 제작하였다. 그리고, 스프레이 코팅(spray coating) 기술을 통해 은 나노와이어를 증착하였다. 한편, 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이, 하이드로젤이 가지는 유연성을 이용하여 유리 바이알 표면과 같이 구부러진 표면에 은 나노와이어를 증착한 후 회로를 구성하여 LED 점구 점등 테스트를 진행하였다. As shown in (A) of FIG. 9 , a hydrogel mask usable for material deposition was fabricated as a temporary structure by applying a technique according to various embodiments. Then, silver nanowires were deposited through a spray coating technique. On the other hand, as shown in (B) of FIG. 9 , silver nanowires were deposited on a curved surface such as a glass vial using the flexibility of a hydrogel, and then a circuit was constructed to conduct an LED spot lighting test.

다양한 실시예들에 따른 기술을 3차원 형태의 베이직 구조체에 적용하여 사이즈가 축소된 최종 구조체를 제작하였다. 여기서, 최종 구조체는 최초로 생성된 베이직 구조체와 동일한 구조의 축소된 사이즈로 제작되었다. 3차원 형태의 구조체에 대해서도 다양한 실시예들에 따른 기술이 적용 가능함을 확인하기 위하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 구형의 세라믹 볼을 둘러 싼 상태로 하이드로젤을 합성한 후 수축시켰다. 상대적으로 낮은 융점(60

Figure 112021107581616-pat00001
)을 가지는 PCL(polycaprolactone)을 녹여서 수축된 하이드로젤 내부에 주입한 후 경화시켜 수축된 3차원의 최종 구조체를 획득하였다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 3D 프린팅을 통해 제작한 3차원의 베이직 구조체에 대해서도 다양한 실시예들에 따른 기술을 적용하였다.Techniques according to various embodiments were applied to a three-dimensional basic structure to fabricate a final structure having a reduced size. Here, the final structure was manufactured in a reduced size of the same structure as the first generated basic structure. In order to confirm that the technology according to various embodiments can be applied to a three-dimensional structure, as shown in FIG. 10, a hydrogel was synthesized in a state surrounding a spherical ceramic ball and then shrunk. Relatively low melting point (60
Figure 112021107581616-pat00001
) was melted, injected into the contracted hydrogel, and then cured to obtain a contracted three-dimensional final structure. In addition, as shown in FIG. 11 , the technology according to various embodiments is applied to a three-dimensional basic structure manufactured through 3D printing.

맞춤형 제작이 가능하다는 장점을 바탕으로 3D 프린팅 기술은 기존의 제조 분야에서의 높은 활용 가능성을 보여주고 있으며, 소재의 다양성과 기술력의 향상은 보다 다양한 재료와 더 높은 퀄리티를 필요로 하는 많은 제조 분야에서 주목을 받고 있다. 특히, 바이오 및 의학 관련 산업에서는 복잡한 형상을 가지는 개인 맞춤형 의학용 부품의 제작을 가능하게 한다는 점에서 3D 프린팅 기술이 산업 전반에 빠르게 접목되고 있다. 또한, 3D 프린팅 기술을 활용한 다양한 디바이스의 제작 역시 기존의 복잡한 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 다양한 실시예들에 따른 기술을 적용하여 고해상도 구조체를 제작함으로써, 향상된 해상도를 바탕으로 복잡한 형상을 가지거나 미세한 구조가 필요한 다음의 여러 제조 산업에서 응용될 수 있다.Based on the advantage of being custom-made, 3D printing technology shows high potential for utilization in the existing manufacturing field, and the diversity of materials and the improvement of technology are used in many manufacturing fields that require more diverse materials and higher quality. It's getting attention. In particular, in bio and medical-related industries, 3D printing technology is rapidly being incorporated throughout the industry in that it enables the production of personalized medical parts with complex shapes. In addition, manufacturing of various devices using 3D printing technology is also attracting great attention in that it can simplify the existing complex manufacturing process. By manufacturing a high-resolution structure by applying the technology according to various embodiments, it can be applied to the following various manufacturing industries that have a complex shape or require a fine structure based on improved resolution.

첫 번째로, 바이오 및 의료 관련 산업에서 응용될 수 있다. 바이오 및 의료 관련 제조 산업은 환자 개인에게 맞는 의학용 부품의 제작이 중요하기 때문에 맞춤형 다품종의 소량 생산이 가능한 3D 프린팅 기술이 활용될 범위가 매우 넓은 분야 중 하나이다. 3D 프린팅을 통한 임플란트 부품의 제작은 이미 치아 보정에 활용되고 있으며, 복잡하고 미세한 구조를 가지는 뼈조직이나 인공 관절, 혈관과 같은 인체 기관을 프린팅하고자 하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.First, it can be applied in bio and medical related industries. Bio- and medical-related manufacturing industries are one of the fields where 3D printing technology, which enables small-scale production of a variety of customized products, can be used because it is important to manufacture medical parts tailored to individual patients. The production of implant parts through 3D printing is already being used for tooth correction, and research to print human organs such as bone tissue, artificial joints, and blood vessels with complex and fine structures is continuously being conducted.

두 번째로, 소형 디바이스 제작 (랩온어칩, 센서 등)에 응용될 수 있다. 디바이스는 의학 진단, 환경 및 화학 분석 등 다양한 분야의 연구에 활용 가능한 생체 모방 칩인 랩온어칩(lab-on-a-chip)이나 물리/화학적인 정보를 감지, 측정하여 출력하는 센서 등과 같이 특정한 기능을 수행하는 장치로써, 다양한 분야에서 사용되고 있다. 재료의 손실 최소화와 설계의 용이성 및 정밀도 등의 이유로 3D 프린팅을 활용하여 디바이스를 제작하고자 하는 연구가 이루어지고 있으며, 특히, 더욱 복잡하면서도 미세한 구조를 가지는 소형화된 디바이스의 제작을 통해, 디바이스의 측정 정밀도를 향상시키거나 복잡한 형태의 생체를 모방하고자 하는 시도가 진행되고 있다.Second, it can be applied to manufacturing small devices (lab-on-a-chip, sensors, etc.). The device has a specific function, such as a lab-on-a-chip, a biomimetic chip that can be used for research in various fields such as medical diagnosis, environmental and chemical analysis, or a sensor that detects, measures, and outputs physical/chemical information. As a device for performing, it is used in various fields. Research is being conducted to manufacture devices using 3D printing for reasons such as minimization of material loss and ease and precision of design. Attempts are being made to improve or mimic complex forms of living organisms.

다양한 실시예들에 따른 기술은 기존에 활용되던 개인 맞춤형 3D 프린팅 기술과 함께 사용될 수 있다. 최근에는 바이오, 의료 관련 시장에서는 생체의 복잡한 구조를 그대로 재현할 수 있는 고정밀도의 의학 용품 제작 기술을 활발하게 개발하고 있다. 다양한 실시예들에 따른 기술은 이처럼 복잡한 구조를 가지거나 높은 정밀도가 필요한 개인별 맞춤형 의학용 부품을 고해상도의 값비싼 3D 프린터가 아닌 보편적으로 공급된 3D 프린터를 활용하여 제작할 수 있게 할 것이다. 높은 접근성을 바탕으로 일상에서 쉽게 활용 가능하다는 점에서 개개인의 니즈에 맞춰 적합한 제품을 제작할 수 있게 될 것으로 기대된다.The technology according to various embodiments may be used together with the existing personalized 3D printing technology. Recently, high-precision medical product manufacturing technology that can reproduce the complex structure of a living body is being actively developed in the bio and medical related markets. Techniques according to various embodiments will make it possible to manufacture individually customized medical parts that have such complex structures or require high precision using universally supplied 3D printers instead of high-resolution and expensive 3D printers. Based on high accessibility, it is expected that it will be possible to produce products suitable for individual needs in that they can be easily used in daily life.

다양한 실시예들에 따른 기술은 기존의 3D 프린팅 기법을 바탕으로 소형화된 구조체를 제작할 수 있게 한다. 랩온어칩이나 센서 등과 같이 다양한 활용성을 보이는 디바이스 제작에 3D 프린팅 기법과 본 기술을 적용하게 되면, 고정밀도를 가지는 소형화된 디바이스를 제작할 수 있게 될 것이다. 더 작은 규모로 제작된 디바이스는 미세하고도 복잡한 구조를 바탕으로 높은 측정 정밀도를 보이거나, 생체 이식을 용이하게 하는 등 디바이스의 활용 범위를 넓혀줄 것으로 기대된다.The technology according to various embodiments makes it possible to manufacture a miniaturized structure based on a conventional 3D printing technique. If the 3D printing technique and this technology are applied to the manufacture of devices with various uses, such as lab-on-a-chips and sensors, it will be possible to manufacture miniaturized devices with high precision. Devices manufactured on a smaller scale are expected to broaden the range of use of devices, such as showing high measurement accuracy based on fine and complex structures or facilitating biotransplantation.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성 요소가 다른(예: 제2) 구성 요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.Various embodiments of this document and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the embodiments. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like elements. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this document, expressions such as "A or B", "at least one of A and/or B", "A, B or C" or "at least one of A, B and/or C" refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first", "second", "first" or "second" may modify the elements in any order or importance, and are used only to distinguish one element from another. The components are not limited. When a (e.g., first) component is referred to as being "(functionally or communicatively) connected" or "connected" to another (e.g., second) component, that component refers to the other (e.g., second) component. It may be directly connected to the component or connected through another component (eg, a third component).

본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다. The term "module" used in this document includes a unit composed of hardware, software, or firmware, and may be used interchangeably with terms such as logic, logic block, component, or circuit, for example. A module may be an integral part or a minimum unit or part thereof that performs one or more functions. For example, the module may be composed of an application-specific integrated circuit (ASIC).

다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 단계들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 단계들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 단계들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 단계들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 단계들이 추가될 수 있다. According to various embodiments, each component (eg, module or program) of the described components may include a singular object or a plurality of entities. According to various embodiments, one or more components or steps among the aforementioned components may be omitted, or one or more other components or steps may be added. Alternatively or additionally, a plurality of components (eg modules or programs) may be integrated into a single component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to integration. According to various embodiments, steps performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the steps are executed in a different order, omitted, or , or one or more other steps may be added.

Claims (20)

고해상도 구조체 제작 방법에 있어서,
베이직 구조체를 생성하는 단계;
상기 베이직 구조체에 대해 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체를 생성하는 단계;
상기 하이드로젤을 수축시켜, 상기 임시 구조체를 수축시키는 단계; 및
상기 임시 구조체 또는 상기 베이직 구조체를 사용하여, 최종 구조체를 생성하는 단계
를 포함하는,
방법.
In the high-resolution structure manufacturing method,
generating a basic structure;
generating a temporary structure made of the hydrogel by applying a hydrogel to the basic structure;
contracting the temporary structure by contracting the hydrogel; and
generating a final structure using the temporary structure or the basic structure;
including,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 베이직 구조체는,
미리 정해진 패턴을 갖고,
상기 임시 구조체에는,
일 표면에 상기 패턴에 상응하는 리세스(recess)가 마련되는,
방법.
According to claim 1,
The basic structure,
have a pre-determined pattern,
In the temporary structure,
A recess corresponding to the pattern is provided on one surface,
Way.
제 2 항에 있어서,
상기 임시 구조체를 생성하는 단계는,
상기 패턴 상에 상기 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤의 겔화에 의해 상기 임시 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 패턴 상에서 상기 임시 구조체를 분리시켜, 상기 임시 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 2,
The step of creating the temporary structure,
applying the hydrogel on the pattern and generating the temporary structure by gelation of the hydrogel; and
Obtaining the temporary structure by separating the temporary structure on the pattern
including,
Way.
제 3 항에 있어서,
상기 임시 구조체는,
상기 임시 구조체가 분리될 때 상기 임시 구조체에 손상이 발생되는 것을 방지하기 위해, 신축성 및 유연성을 갖도록 생성되는,
방법.
According to claim 3,
The temporary structure,
In order to prevent damage to the temporary structure when the temporary structure is separated, it is created to have elasticity and flexibility,
Way.
제 3 항에 있어서,
상기 임시 구조체를 수축시키는 단계 후에,
상기 베이직 구조체를 생성하는 단계, 상기 임시 구조체를 생성하는 단계, 및 상기 임시 구조체를 수축시키는 단계는,
반복되며,
상기 베이직 구조체를 생성하는 단계는,
반복될 때, 상기 임시 구조체의 상기 표면에 베이직 재료를 적용하여, 상기 베이직 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 베이직 구조체에서 상기 임시 구조체를 분리시켜, 상기 베이직 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 3,
After the step of contracting the temporary structure,
The step of generating the basic structure, the step of creating the temporary structure, and the step of contracting the temporary structure,
repeated,
The step of generating the basic structure,
When repeated, applying a basic material to the surface of the temporary structure to create the basic structure; and
Obtaining the basic structure by separating the temporary structure from the basic structure.
including,
Way.
제 3 항에 있어서,
상기 최종 구조체를 생성하는 단계는,
상기 임시 구조체의 상기 표면에 최종 재료를 적용하여, 상기 리세스에 상응하는 패턴을 갖는 상기 최종 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 최종 구조체에서 상기 임시 구조체를 분리시켜, 상기 최종 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 3,
The step of generating the final structure,
applying a final material to the surface of the temporary structure to create the final structure having a pattern corresponding to the recess; and
Separating the temporary structure from the final structure to obtain the final structure
including,
Way.
제 3 항에 있어서,
상기 최종 구조체를 생성하는 단계는,
상기 베이직 구조체의 상기 표면에 최종 재료를 적용하여, 상기 리세스와 동일한 패턴을 갖는 상기 최종 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 최종 구조체에서 상기 베이직 구조체를 분리시켜, 상기 최종 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 3,
The step of generating the final structure,
applying a final material to the surface of the basic structure to create the final structure having the same pattern as the recess; and
Separating the basic structure from the final structure to obtain the final structure
including,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 베이직 구조체는,
미리 정해진 패턴으로 구현되고,
상기 임시 구조체에는,
내부에 상기 패턴에 상응하는 캐비티가 마련되는,
방법.
According to claim 1,
The basic structure,
implemented in a pre-determined pattern,
In the temporary structure,
A cavity corresponding to the pattern is provided therein,
Way.
제 8 항에 있어서,
상기 임시 구조체를 생성하는 단계는,
상기 베이직 구조체를 둘러싸도록 상기 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤의 겔화에 의해 상기 임시 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 임시 구조체의 내부에서 상기 베이직 구조체를 제거하여, 상기 임시 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 8,
The step of creating the temporary structure,
applying the hydrogel to surround the basic structure and generating the temporary structure by gelation of the hydrogel; and
Obtaining the temporary structure by removing the basic structure from the inside of the temporary structure.
including,
Way.
제 9 항에 있어서,
상기 베이직 구조체는,
물리적으로 또는 미리 정해진 조건 하에서 화학적으로 제거 가능한 재료로 생성되며, 상기 임시 구조체의 내부에서 제거되는,
방법.
According to claim 9,
The basic structure,
Made of a material that is physically or chemically removable under predetermined conditions and removed from the interior of the temporary structure,
Way.
제 10 항에 있어서,
상기 임시 구조체를 획득하는 단계는,
유기 용매를 이용하여 상기 베이직 구조체를 융해시켜, 상기 베이직 구조체를 제거하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 10,
Obtaining the temporary structure,
Melting the basic structure using an organic solvent to remove the basic structure
including,
Way.
제 9 항에 있어서,
상기 임시 구조체를 수축시키는 단계 후에,
상기 베이직 구조체를 생성하는 단계, 상기 임시 구조체를 생성하는 단계, 및 상기 임시 구조체를 수축시키는 단계는,
반복되며,
상기 베이직 구조체를 생성하는 단계는,
반복될 때, 상기 임시 구조체의 내부에 베이직 재료를 충전하여, 상기 베이직 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 베이직 구조체의 외부에서 상기 임시 구조체를 제거하여, 상기 베이직 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 9,
After the step of contracting the temporary structure,
The step of generating the basic structure, the step of creating the temporary structure, and the step of contracting the temporary structure,
repeated,
The step of generating the basic structure,
When repeated, filling the inside of the temporary structure with a basic material to create the basic structure; and
Obtaining the basic structure by removing the temporary structure outside the basic structure.
including,
Way.
제 11 항에 있어서,
상기 하이드로젤은,
물리적으로 또는 미리 정해진 조건 하에서 화학적으로 제거 가능하며, 상기 베이직 구조체의 외부에서 제거되는,
방법.
According to claim 11,
The hydrogel,
Physically or chemically removable under predetermined conditions, removed from the outside of the basic structure,
Way.
제 13 항에 있어서,
상기 베이직 구조체를 획득하는 단계는,
미리 정해진 pH를 갖는 용액을 이용하여, 상기 하이드로젤을 융해시킴으로써, 상기 임시 구조체를 제거하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 13,
Obtaining the basic structure,
Removing the temporary structure by melting the hydrogel using a solution having a predetermined pH.
including,
Way.
제 9 항에 있어서,
상기 최종 구조체를 생성하는 단계는,
상기 임시 구조체의 내부에 최종 재료를 적용하여, 상기 캐비티에 상응하는 패턴으로 구현되는 상기 최종 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 최종 구조체의 외부에서 상기 임시 구조체를 제거하여, 상기 최종 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 9,
The step of generating the final structure,
generating the final structure implemented in a pattern corresponding to the cavity by applying a final material to the inside of the temporary structure; and
Obtaining the final structure by removing the temporary structure outside the final structure.
including,
Way.
제 9 항에 있어서,
상기 최종 구조체를 생성하는 단계는,
상기 베이직 구조체의 외부에 최종 재료를 적용하여, 상기 캐비티와 동일한 패턴으로 구현되는 상기 최종 구조체를 생성하는 단계; 및
상기 최종 구조체의 내부에서 상기 베이직 구조체를 제거하여, 상기 최종 구조체를 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 9,
The step of generating the final structure,
generating the final structure implemented in the same pattern as the cavity by applying a final material to the outside of the basic structure; and
Obtaining the final structure by removing the basic structure from the inside of the final structure.
including,
Way.
제 1 항에 있어서,
상기 베이직 구조체를 생성하는 단계는,
3D 프린팅을 통해, 상기 베이직 구조체를 생성하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The step of generating the basic structure,
Creating the basic structure through 3D printing
including,
Way.
제 1 항에 기재된 방법에 의해 제작되는 고해상도 구조체.
A high-resolution structure produced by the method according to claim 1.
제 1 항에 기재된 방법을 수행하는 고해상도 구조체 제작 시스템에 있어서,
베이직 구조체를 생성하도록 구성되는 베이직 구조체 생성부;
상기 베이직 구조체에 대해 하이드로젤을 적용하여, 상기 하이드로젤로 이루어지는 임시 구조체를 생성하도록 구성되는 임시 구조체 생성부;
상기 하이드로젤을 수축시켜, 상기 임시 구조체를 수축시키도록 구성되는 임시 구조체 수축부; 및
상기 임시 구조체 또는 베이직 구조체를 사용하여, 최종 구조체를 생성하도록 구성되는 최종 구조체 생성부
를 포함하는,
시스템.
In the high-resolution structure manufacturing system that performs the method according to claim 1,
a basic structure generating unit configured to generate a basic structure;
a temporary structure generating unit configured to generate a temporary structure made of the hydrogel by applying a hydrogel to the basic structure;
a temporary structure contraction unit configured to contract the temporary structure by contracting the hydrogel; and
A final structure generating unit configured to generate a final structure using the temporary structure or the basic structure.
including,
system.
제 19 항에 있어서,
상기 임시 구조체가 수축된 후에, 상기 임시 구조체로부터 베이직 구조체를 생성하여, 상기 임시 구조체 생성부에 제공하도록 구성되는 반복 처리부
를 더 포함하는,
시스템.
According to claim 19,
After the temporary structure is contracted, an iteration processing unit configured to generate a basic structure from the temporary structure and provide it to the temporary structure generating unit.
Including more,
system.
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