KR102576629B1 - 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 - Google Patents
다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102576629B1 KR102576629B1 KR1020210016162A KR20210016162A KR102576629B1 KR 102576629 B1 KR102576629 B1 KR 102576629B1 KR 1020210016162 A KR1020210016162 A KR 1020210016162A KR 20210016162 A KR20210016162 A KR 20210016162A KR 102576629 B1 KR102576629 B1 KR 102576629B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ceramic
- printing
- colorant
- added
- volume ratio
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 191
- 239000003086 colorant Substances 0.000 title claims abstract description 182
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims description 8
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 126
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 37
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 31
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 22
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 22
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 17
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920002818 (Hydroxyethyl)methacrylate Polymers 0.000 claims description 8
- GNSFRPWPOGYVLO-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCCO GNSFRPWPOGYVLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FIHBHSQYSYVZQE-UHFFFAOYSA-N 6-prop-2-enoyloxyhexyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCCCCOC(=O)C=C FIHBHSQYSYVZQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- FSDNTQSJGHSJBG-UHFFFAOYSA-N piperidine-4-carbonitrile Chemical compound N#CC1CCNCC1 FSDNTQSJGHSJBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ZDHCZVWCTKTBRY-UHFFFAOYSA-N omega-Hydroxydodecanoic acid Natural products OCCCCCCCCCCCC(O)=O ZDHCZVWCTKTBRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N Hydroxyethyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCO WOBHKFSMXKNTIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- VFHVQBAGLAREND-UHFFFAOYSA-N diphenylphosphoryl-(2,4,6-trimethylphenyl)methanone Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(=O)P(=O)(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 VFHVQBAGLAREND-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=CC=C1 XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QKTWWGYCVXCKOJ-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-1-(2-methoxyphenyl)-2-phenylethanone Chemical group C=1C=CC=CC=1C(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1OC QKTWWGYCVXCKOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEQOALNAAJBPNY-UHFFFAOYSA-N antipyrine Chemical compound CN1C(C)=CC(=O)N1C1=CC=CC=C1 VEQOALNAAJBPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- PSGAAPLEWMOORI-PEINSRQWSA-N medroxyprogesterone acetate Chemical compound C([C@@]12C)CC(=O)C=C1[C@@H](C)C[C@@H]1[C@@H]2CC[C@]2(C)[C@@](OC(C)=O)(C(C)=O)CC[C@H]21 PSGAAPLEWMOORI-PEINSRQWSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229960005222 phenazone Drugs 0.000 description 2
- XNGJNGFXWWYBJS-UHFFFAOYSA-N phosphoroso-(2,4,6-trimethylphenyl)methanone Chemical compound CC1=CC(C)=C(C(=O)P=O)C(C)=C1 XNGJNGFXWWYBJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- -1 triethoxysilylmethyl Chemical group 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LVNLBBGBASVLLI-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropylurea Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCNC(N)=O LVNLBBGBASVLLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N diethylamine Chemical compound CCNCC HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- INJVFBCDVXYHGQ-UHFFFAOYSA-N n'-(3-triethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCNCCN INJVFBCDVXYHGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KOVKEDGZABFDPF-UHFFFAOYSA-N n-(triethoxysilylmethyl)aniline Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CNC1=CC=CC=C1 KOVKEDGZABFDPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N triethoxysilane Chemical compound CCO[SiH](OCC)OCC QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/10—Esters
- C08F220/26—Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen
- C08F220/28—Esters containing oxygen in addition to the carboxy oxygen containing no aromatic rings in the alcohol moiety
-
- 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
- B29C64/129—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 characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
-
- 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
- C08F2/50—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light with sensitising agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
- C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
- C08F220/10—Esters
- C08F220/12—Esters of monohydric alcohols or phenols
- C08F220/16—Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
- C08F220/18—Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
- C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/36—Silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
- C08K5/0041—Optical brightening agents, organic pigments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/54—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
- C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
Abstract
세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 착색제를 첨가하고, 첨가된 착색제의 최적 함량비에 따른 레올로직 분석을 통해 최적화된 다양한 색상 구현이 가능하도록 설계된 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머; 상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말; 상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가된 착색제; 및 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머; 상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말; 상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가된 착색제; 및 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 착색제를 첨가제로 첨가하는 것에 의해, 소결 과정시 레진이 기화되더라도 고유의 색상을 선명하게 구현할 수 있는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법에 관한 것이다.
현재까지, 대부분의 세라믹 소결체를 제조하는 방법으로는 몰드(mold)에 세라믹 분말을 압축 성형하여 펠렛 형태로 제조한 후 고온에서 소결하는 방법을 사용하고 있다.
이러한 방법은 소결체를 몰드(mold)의 내부 형태로만 제조되기 때문에 실생활 적용에 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해, 세라믹 3D 프린팅 출력물의 개발이 필요하였으며, 50vol% 이상의 고함량의 세라믹 분말이 레진에 포함되어야 출력된 그린 바디(green body)가 소결 후의 모양을 유지할 수 있게 된다.
그러나, 50vol% 이상의 고함량의 세라믹 분말이 레진에 포함될 경우, 너무 높은 점도로 인하여 세라믹 레진의 출력 특성이 저하되는 문제가 발생하였다.
또한, 지금까지는 대부분의 세라믹 3D 프린팅 출력물이 레진의 염료를 기반으로 하여 색상을 구현하고 있으나, 소결 진행 시 레진이 기화되어 다양한 색상의 세라믹 3D 프린팅 소결체를 제조하는데 어려움이 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1193972호(2012.10.24. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 제올라이트를 이용한 초극세 나노파이버의 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 착색제를 첨가제로 첨가하는 것에 의해, 소결 과정시 레진이 기화되더라도 고유의 색상을 선명하게 구현할 수 있는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머; 상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말; 상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가된 착색제; 및 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반응성 모노머는 1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 트리메틸로프로판트리아크릴레이트(TMPTA), HEMA(Hydroxy ethyl methacrylate), HPMA(Hydroxy propyl methacrylate) 및 DPGDA(Dipropylene glycol diacrylate)를 포함하는 광경화성 모노머 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 세라믹 분말은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹계 무기 분말 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 20,000 ~ 40,000cps의 점도를 갖는다.
상기 착색제는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
상기 착색제는 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법은 (a) 착색제를 함유하는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 형성하는 단계; (b) 상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 3D 프린팅 장치로 출력하여 세라믹 3D 프린팅 출력물을 형성하는 단계; (c) 상기 세라믹 3D 프린팅 출력물을 진공 건조하는 단계; (d) 상기 진공 건조된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 탈지하는 단계; 및 (e) 상기 탈지된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 소결하여 세라믹 3D 프린팅 소결체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머; 상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말; 상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가된 상기 착색제; 및 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함한다.
상기 착색제는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
상기 착색제는 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
상기 (c) 단계에서, 상기 진공 건조는 20 ~ 70℃로 유지되는 진공 오븐에서 0.5 ~ 30시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 (d) 단계에서, 상기 탈지는 280 ~ 320℃에서 2 ~ 4시간 동안 1차 탈지 처리하는 단계와, 360 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간 동안 2차 탈지 처리하는 단계와, 680 ~ 720℃에서 0.5 ~ 1.5시간 동안 3차 탈지 처리하는 단계를 포함한다.
상기 (e) 단계에서, 상기 소결은 1,400 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 (e) 단계 이후, 상기 세라믹 3D 프린팅 소결체는 99.90% 이상의 상대밀도 및 930MPa 이상의 이축강도를 갖는다.
본 발명에 따르면, 다양한 색상을 갖는 착색제가 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물 내에 첨가되는 첨가제로 사용되었기 때문에, 소결 과정시 레진이 기화되더라도, 착색제는 기화될 염려가 없어 착색제 고유의 색상을 선명하게 그대로 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물을 건조하고 탈지하는 과정에서 발생하는 결함 문제를 미연에 억제할 수 있으므로, 층간 분리 및 크랙 등의 결함 없이 안정적인 구조를 갖는 세라믹 3D 프린팅 출력물을 제조할 수 있으므로, 소결 후 표면 및 측면에 크랙이 발생하는 것 없이 우수한 강도를 나타낼 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체는 99.90% 이상의 상대밀도 및 930MPa 이상의 이축강도를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진.
도 4 및 도 5는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 6 및 도 7은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진.
도 10 및 도 11은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 12 및 도 13은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 14는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 미세구조를 나타낸 SEM 사진.
도 15는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 상대밀도 및 그레인 사이즈 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 16은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 이축강도 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 17은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 소결 전과 후 상태를 비교하여 나타낸 사진.
도 2는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진.
도 4 및 도 5는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 6 및 도 7은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진.
도 10 및 도 11은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 12 및 도 13은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 14는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 미세구조를 나타낸 SEM 사진.
도 15는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 상대밀도 및 그레인 사이즈 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 16은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 이축강도 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 17은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 소결 전과 후 상태를 비교하여 나타낸 사진.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머, 광개시제, 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말, 분산제, 착색제 및 유기 용매를 포함한다.
반응성 모노머는 실온에서 액상인 것이 사용될 수 있다. 반응성 모노머로는 1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 트리메틸로프로판트리아크릴레이트(TMPTA), HEMA(Hydroxy ethyl methacrylate), HPMA(Hydroxy propyl methacrylate) 및 DPGDA(Dipropylene glycol diacrylate)를 포함하는 광경화성 모노머 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
광개시제는 광조사에 의해 라디칼을 발생시켜, 중합 반응을 개시할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 이때, 광개시제로는 2,2'-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,2'-dimethoxy-2-phenylacetophenone : DMPA), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one : HMPP), 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드(2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide) 및 페닐비스 2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드(phenylbis 2,4,6-trimethylbenzoyl phosphine oxide) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 광개시제는 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 광개시제가 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 중량부 미만으로 첨가될 경우에는 광경화가 제대로 일어나지 않을 수 있다. 반대로, 광개시제가 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 3 중량부를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말은 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다.
실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말이 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 부피부 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가량이 미미하여 강도 향상 및 소결 특성 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말이 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 60 부피비를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 고분자의 경화 반응에 방해가 되어 오히려 강도를 저하시키는 요인으로 작용할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
세라믹 분말은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹계 무기 분말 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 반응성 모노머와 세라믹 분말 간의 계면친화력을 강화시켜 분산성을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 실란 커플링제로는 비닐트리에폭시실란(VTES), (3-아미노프로필)트리에톡시실란, (3-아미노프로필)트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 비스[(3-트리에톡시실릴)프로필]아민, N-(트리에톡시실릴메틸)아닐린, 트리에톡시실릴메틸)디에틸아민, 1-[3-(트리에톡시실릴)프로필]우레아 및 3-(2,3에폭시프로폭시프로필)트리에톡시실란 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으며, 이 중 (3-아미노프로필)트리메톡시실란을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
분산제는 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 이때, 분산제로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), BYK 계열에서 선택된 것이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 분산제는 반응성 모노머 및 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 간의 분산성을 향상시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
분산제가 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 중량부 미만으로 첨가될 경우에는 반응성 모노머 및 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 간의 분산성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 분산제가 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 3 중량부를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 연성이 과도하게 증가하여 3D 프린팅시 불필요한 변형을 가져올 수 있으므로 바람직하지 못하다.
착색제는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 첨가된다. 또한, 착색제는 다양한 색상을 구현하기 위한 첨가제의 역할을 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 레진의 염료를 기반으로 하여 색상을 구현하는 것이 아니라, 반응성 모노머에 분말 상태의 착색제가 첨가되는 것이므로, 소결 진행 시 레진이 기화되더라도, 착색제는 기화될 염려가 없어 착색제 고유의 색상을 선명하게 그대로 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
이러한 착색제로는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 유색 계열의 착색제는 노랑색, 핑크색, 파랑색, 녹색 등의 다양한 색상의 착색제를 포함할 수 있다.
이러한 착색제는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 착색제는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가되는 것이 좋다.
착색제의 첨가량이 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 부피비 미만일 경우에는 20,000cps 이상의 고점도를 확보하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 세라믹 분말이 뭉치는 현상을 유발할 수 있다. 반대로, 착색제의 첨가량이 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 10 부피비를 초과할 경우에는 착색제의 과도한 첨가로 인해 너무 묽어져 흐름성이 저하되는 문제가 있다.
유기 용매는 이소프로필알코올(IPA), 메틸에틸케톤, 다이메틸포름아미드, 에탄올 등에서 선택될 수 있으나, 이 중 이소프로필알코올(IPA)을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이때, IPA는 비 반응성 희석제로서 세라믹 복합수지 조성물(100)의 점도를 조절하게 되며, IPA 비율이 감소할수록 점도가 증가하는 경향을 나타낸다.
이러한 유기 용매는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다. 유기 용매가 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 부피비 미만으로 첨가될 경우에는 점도 조절 효과를 제대로 발휘하기 어려워 고점도는 구현할 수 있지만 너무 높은 고점도로 인해 3D 프린팅 공정이 불가능하다. 반대로, 유기 용매가 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 부피비를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 점도는 감소하나 광경화 반응을 저하시키는 요인이 되어 광경화성이 나빠지는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머, 광개시제, 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말, 분산제, 착색제 및 유기 용매의 비율에 대한 최적의 함량비를 도출하여 상용 저점도 세라믹 수지보다 훨씬 높은 20,000 ~ 40,000cps의 고점도를 갖는다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 착색제를 첨가제로 첨가하는 것에 의해, 소결 과정시 레진이 기화되더라도 고유의 색상을 선명하게 구현하는 것이 가능해질 수 있다.
이에 대해서는, 이하 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법을 통하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 형성 단계(S110), 세라믹 3D 프린팅 출력물 형성 단계(S120), 진공 건조 단계(S130), 탈지 단계(S140) 및 소결 단계(S150)를 포함한다.
세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 형성
세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 형성 단계(S110)에서는 착색제를 함유하는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 형성한다.
여기서, 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머, 광개시제, 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말, 분산제, 착색제 및 유기 용매를 포함한다.
반응성 모노머는 실온에서 액상인 것이 사용될 수 있다. 반응성 모노머로는 1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 트리메틸로프로판트리아크릴레이트(TMPTA), HEMA(Hydroxy ethyl methacrylate), HPMA(Hydroxy propyl methacrylate) 및 DPGDA(Dipropylene glycol diacrylate)를 포함하는 광경화성 모노머 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
광개시제는 광조사에 의해 라디칼을 발생시켜, 중합 반응을 개시할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 이때, 광개시제로는 2,2'-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,2'-dimethoxy-2-phenylacetophenone : DMPA), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one : HMPP), 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드(2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide) 및 페닐비스 2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드(phenylbis 2,4,6-trimethylbenzoyl phosphine oxide) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 광개시제는 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.
실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말은 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다. 세라믹 분말은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹계 무기 분말 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
분산제는 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 이때, 분산제로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), BYK 계열에서 선택된 것이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 분산제는 반응성 모노머 및 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 간의 분산성을 향상시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
착색제는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물의 출력 특성을 향상하기 위해 첨가된다. 또한, 착색제는 다양한 색상을 구현하기 위한 첨가제의 역할을 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 레진의 염료를 기반으로 하여 색상을 구현하는 것이 아니라, 반응성 반응성 모노머에 분말 상태의 착색제가 첨가되는 것이므로, 소결 진행 시 레진이 기화되어 다양한 색상의 세라믹 3D 프린팅 소결체를 제조하는데 어려움이 있었다.
이러한 착색제로는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 유색 계열의 착색제는 노랑색, 핑크색, 파랑색, 녹색 등의 다양한 색상의 착색제를 포함할 수 있다. 착색제는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 10 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 착색제는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가되는 것이 좋다.
유기 용매는 이소프로필알코올(IPA), 메틸에틸케톤, 다이메틸포름아미드, 에탄올 등에서 선택될 수 있으나, 이 중 이소프로필알코올(IPA)을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이때, IPA는 비 반응성 희석제로서 세라믹 복합수지 조성물(100)의 점도를 조절하게 되며, IPA 비율이 감소할수록 점도가 증가하는 경향을 나타낸다. 유기 용매는 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가되는 것이 바람직하다.
세라믹 3D 프린팅 출력물 형성
세라믹 3D 프린팅 출력물 형성 단계(S120)에서는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 3D 프린팅 장치로 출력하여 세라믹 3D 프린팅 출력물을 형성한다.
여기서, 세라믹 3D 프린팅 출력물은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물이 담긴 수조(Vat) 안에 자외선 또는 레이저 빔을 투사하여 조형함의 수조 안에 있는 조형물이 한 층씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하는 방식으로 조형이 이루어지는 SLA 방식의 3D 프린팅 기술에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 세라믹 3D 프린팅 출력물은 20,000 ~ 40,000cps의 점도, 보다 바람직하게는 25,000 ~ 32,000cps를 갖는 고점도 광경화성의 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물로 형성되므로, 높은 세라믹 함량에 의해 소결 후 안정성이 높고 고강도를 확보하는 것이 가능해질 수 있다.
진공 건조
진공 건조 단계(S130)에서는 세라믹 3D 프린팅 출력물을 진공 건조한다.
이때, 본 발명의 세라믹 3D 프린팅 출력물은 고점도 광경화성의 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물로 형성되므로, 저점도 광경화성 세라믹 복합수지에 비하여, 고분자의 함량이 매우 높기 때문에 소결 안정성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 고점도 광경화성의 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 이용하여 세라믹 3D 프린팅 출력물을 형성한 후에 실시되는 건조 및 탈지 단계에서 세라믹 3D 프린팅 출력물에 크랙이 발생하지 않도록 제어하는 것이 필요하다.
일반적인 건조는 건조 과정에서 용매나 수분 등의 잔류 물질이 빠져 나가면서 응력이 발생한다. 이에 따라, 한 층씩 적층되는 세라믹 3D 프린팅 출력물에 응력이 작용하여 층간 분리를 야기할 수 있다.
이를 미연에 방지하기 위해, 본 발명에서는 진공 오븐에서 일정 시간 동안 유지시키는 진공 건조를 실시하였다. 이러한 진공 건조를 실시하는 것에 의해, 잔류 물질이 낮은 활동성을 가지면서 가능한 천천히 빠져나올 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
진공 건조는 20 ~ 70℃로 유지되는 진공 오븐에서 0.5 ~ 30시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 진공 건조는 20 ~ 30℃로 유지되는 진공 오븐에서 20 ~ 30시간 동안 실시하는 것이 좋다.
진공 건조 온도가 20℃ 미만이거나, 진공 건조 시간이 0.5시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못하여 잔류 물질이 완벽하게 제거되지 못할 우려가 있다. 반대로, 진공 건조 온도가 70℃를 초과하거나, 진공 건조 시간이 30시간을 초과할 경우에는 잔류 물질이 급격히 빠져나가면서 응력이 발생하여 세라믹 3D 프린팅 출력물에 크랙을 발생하는 문제가 있다.
탈지
탈지 단계(S140)에서는 진공 건조된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 탈지한다.
본 단계에서, 탈지는 280 ~ 320℃에서 2 ~ 4시간 동안 1차 탈지 처리하는 단계와, 360 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간 동안 2차 탈지 처리하는 단계와, 680 ~ 720℃에서 0.5 ~ 1.5시간 동안 3차 탈지 처리하는 단계를 포함하는 3단 탈지로 수행되는 것이 바람직하다. 여기서, 탈지는 0.5 ~ 1.5℃/min의 속도로 승온시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 고분자가 탈지되어 흡열반응이 일어나는 대략 380℃ 부근에서 한 단계의 유지 단계를 더 두어 탈지된 고분자 물질이 낮은 활동성을 가지면서 가능한 천천히 빠져나올 수 있도록 제어하였다.
이와 같이, 3단 탈지에 의해 고분자 물질이 낮은 활동성을 가지면서 가능한 천천히 배출되도록 제어하는 것에 의해, 소결 후 표면 및 측면에 크랙이 발생하는 것 없이 우수한 강도를 나타낼 수 잇게 된다.
소결
소결 단계(S150)에서는 탈지된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 소결하여 세라믹 3D 프린팅 소결체를 형성한다.
본 단계에서, 소결은 1,400 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
만일, 전술한 건조 단계(S130) 및 탈지 단계(S140)에서 크랙 등의 결점이 발생할 경우, 세라믹이 치밀화되는 소결 단계(S150)에서 극대화되는 경향이 있기 때문에 건조 단계(S130) 및 탈지 단계(S140)에서 결점 없이 안정적인 구조의 세라믹 3D 프린팅 출력물을 제조하는 것이 매우 중요하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물을 건조하고 탈지하는 과정에서 발생하는 결함 문제를 미연에 방지하기 위해, 진공 건조 및 3단 탈지를 도입하였다.
이에 따라, 크랙 등의 결함 없이 안정적인 구조를 갖는 세라믹 3D 프린팅 출력물을 소결한 이후, 표면 및 측면에 크랙이 발생하는 것 없이 우수한 강도를 나타낼 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에서는 다양한 색상을 갖는 착색제가 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물 내에 첨가되는 첨가제로 사용되었기 때문에, 소결 과정시 레진이 기화되더라도, 착색제는 기화될 염려가 없어 착색제 고유의 색상을 선명하게 그대로 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법이 종료될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법은 다양한 색상을 갖는 착색제가 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물 내에 첨가되는 첨가제로 사용되었기 때문에, 소결 과정시 레진이 기화되더라도, 착색제는 기화될 염려가 없어 착색제 고유의 색상을 선명하게 그대로 유지하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법은 고점도의 세라믹 3D 프린팅 출력물을 건조하고 탈지하는 과정에서 발생하는 결함 문제를 미연에 억제할 수 있으므로, 층간 분리 및 크랙 등의 결함 없이 안정적인 구조를 갖는 세라믹 3D 프린팅 출력물을 제조할 수 있으므로, 소결 후 표면 및 측면에 크랙이 발생하는 것 없이 우수한 강도를 나타낼 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체는 99.90% 이상의 상대밀도 및 930MPa 이상의 이축강도를 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 샘플 제조
실란 커플링제가 코팅된 ZrO
2
분말 제조
에탄올183ml, 증류수15ml, VTES(vinyltriethoxysilane) 2ml를 20분 동안 교반하였다.
다음으로, 교반된 용액에 ZrO2 분말 70g 추가하여 40분 동안 교반한 후, 100℃에서 2시간 교반하여 용매를 제거하여 VTES가 코팅된 ZrO2 분말을 제조하였다.
세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 제조
반응성 모노머인 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate), 광개시제인 BAPO(2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide), 분산제인 BYK-111, 용기 용매인 IPA(isopropyl alcohol)와 착색제를 표 1에 기재된 함량비로 각각 첨가하고, 400rpm으로 속도로 50분 동안 교반하여 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 제조하였다. 여기서, 착색제는 백색 계열의 착색제인 WB를 HDDA 100 부피비에 대하여, 0, 5, 7.5, 10의 부피비로 첨가하였고, 유색 계열의 착색제인 YB 및 GB를 HDDA 100 부피비에 대하여, 5, 7.5의 부피비로 각각 첨가하였다.
세라믹 3D 프린팅 출력물 소결체 제조
세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 3D 프린팅 장치로 출력하여 세라믹 3D 프린팅 출력물을 형성한 후, 세라믹 3D 프린팅 출력물을 25℃의 진공 오븐에서 1시간 동안 진공 건조하였다.
다음으로, 진공 건조된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 0.83℃/min의 속도로 300℃까지 승온시킨 후, 300℃에서 3시간 동안 1차 탈지 처리하고, 0.83℃/min의 속도로 380℃까지 승온시킨 후, 380℃에서 2시간 동안 2차 탈지 처리하고, 0.83℃/min의 속도로 700℃까지 승온시킨 후, 700℃에서 1시간 동안 3차 탈지 처리하는 3단 탈지를 실시하였다.
다음으로, 3단 탈지된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 1,450℃에서 2시간 동안 소결하여 세라믹 3D 프린팅 출력물 소결체를 제조하였다.
[표 1]
2. 물성 평가
도 2는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 3은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량에 따른 점도 및 발림성을 비교한 결과가 나타나 있다.
이때, 점도는 착색제의 함량이 증가할 수록 점점 감소되는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 발림성 실험(도 2의 내부 이미지)에서도 알 수 있듯이, 착색제의 함량이 증가할수록 세라믹 분말이 뭉치는 현상이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
다만, 도 3에 도시된 바와 같이, 흐름성 실험에서는 착색제의 함량이 10vol%로 첨가될 시, 다른 함량비에 비하여 너무 많이 흐르는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량의 7.5vol%가 최적의 함량비인 것을 확인하였다.
도 4 및 도 5는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광경화성 측정 결과, 착색제의 함량이 증가할 수록 광경화성은 점점 증가하는 경향을 보이나, 큰 차이 없이 거의 유사한 경향을 나타내었다.
아울러, 도 5에 도시된 바와 같이, 착색제의 함량별 UV 경화시의 tanδ값(고체성향)을 측정한 결과가 나타나 있다.
이때, 착색제 0vol%와 5vol%에서는 점도가 너무 높아 측정이 불가하였다.
Tanδ값은 레진의 경화 정도를 파악할 수 있으며, 1 이하로 갈수록 레진이 점점 고체화되는 것을 의미한다.
tanδ값에 대한 측정 결과, 착색제 10vol%에서는 UV 경화에서 완전히 경화되지 않아 80sec 이후부터 피크에서 불안정한 현상이 관찰되었다. 반면, 착색제 7.5vol%에서는 UV 경화가 완전히 진행된 것을 확인하였다.
한편, 도 6 및 도 7은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 백색 계열의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 착색제의 함량별 레올로직 분석은 3ITT(three interval thixotropic test) 방법으로 분석을 진행하였다.
여기서, De는 구조적 변형정도, Rs는 상대적 견고성, Recs는 회복도를 의미한다. Rs 값이 0에 가까울수록 3D 프린팅 인쇄성이 우수한 것이고, Recs가 높을수록 3D 프린팅 인쇄성이 우수한 것이다.
레올로직 분석 결과, 착색제가 7.5vol%로 첨가된 복합수지 조성물의 프린팅 인쇄성이 가장 우수하였다. 따라서, 착색제의 최적의 함량은 7.5vol%로 판단하였다.
도 8은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 점도 및 발림성을 비교 평가한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 9는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 흐름성 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 유색 계열의 착색제의 함량에 따른 점도 및 발림성을 비교한 결과가 나타나 있다.
이때, 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에서 착색제인 WB(white)는 7.5vol%, PB(Pink)는 5vol%, YB(Yellow)는 5vol%, GB(Gray)는 7.5vol%로 각각 최적화하였다.
점도는 착색제의 함량이 증가할 수록 점점 감소되는 것을 확인할 수 있다.
아울러, 발림성 실험(도 8의 내부 이미지)에서도 알 수 있듯이, 착색제의 함량이 증가할수록 세라믹 분말이 뭉치는 현상이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 각 색상의 흐름성 분석 결과, 모든 색상에서 흐름성이 매우 안정적인 것을 확인할 수 있다.
도 10 및 도 11은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 광경화성 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 각 색상별 최적화된 착색제의 함량에 따른 광경화성 측정 결과가 나타나 있다.
광경화성 측정 결과, 거의 모든 색상에서 거의 유사한 광경화성 및 엔트로피가 관측되었다.
한편, 도 11에는 각 색상별 최적화된 착색제의 함량에 따른 UV 경화시, tanδ 값(고체성향)을 측정한 결과가 나타나 있다.
tanδ 값에 대한 측정 결과, 각 색상별 최적화된 착색제의 함량에 따른 tanδ 값의 경우, 모든 색상의 레진에서 UV 경화가 완전히 진행된 것을 확인할 수 있다.
도 12 및 도 13은 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물에 첨가되는 다양한 색상의 착색제의 함량별 레올로직 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 각 색상별 최적화된 착색제의 함량에 따른 레올로직 분석은 3ITT(three interval thixotropic test) 방법으로 분석을 진행하였다.
레올로직 분석 결과, 착색제의 함량이 최적화된 모든 색상의 레진에서 프린팅 인쇄성이 좋은 것을 확인하였다.
특히, GB(Gray) 7.5vol%로 최적화한 경우가 프린팅 인쇄성 면에서 가장 우수한 것을 확인하였다.
한편, 도 14는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 미세구조를 나타낸 SEM 사진이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 각 색상의 미세구조 분석 결과, 착색제의 함량이 최적화된 각각의 색상에서 미세기공 및 그레인(grain)과, 그레인 바운더리(grain boundary )의 붕괴 없이 소결이 완벽하게 이루어진 것을 확인하였다.
도 15는 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 상대밀도 및 그레인 사이즈 측정 결과를 나타낸 그래프이고, 도 16은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 이축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 각 색상별로 제조된 소결체(sintered body)의 상대밀도는 모두 99.94% 이상의 높은 수치가 확인되었으며. 그레인 사이즈(Grain size) 또한 약 2.70㎛로 거의 유사하게 측정되었다.
아울러, 도 16에 도시된 바와 같이, 이축강도 역시 모든 샘플에서 936MPa 이상의 높은 이축강도를 나타내었으며, 이는 압출성형 세라믹과 거의 유사한 이축강도 및 상대밀도를 나타낸다.
이와 같이, 본 발명에서는 3D 프린팅 방식을 적용하여 샘플을 제작했음에도 불구하고, 전통적인 세라믹 공정을 통하여 제조된 샘플에 필적할 만한 물성 값을 얻었다는 데서 의미하는 바가 크다.
도 17은 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 소결 전과 후 상태를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 최적화된 다양한 색상의 착색제를 첨가하여 제조된 세라믹 3D 프린팅 소결체에 대한 소결 전(green body)과 소결 후(sintered body) 상태가 나타나 있다.
도 17의 (a)에 도시된 바와 같이, 소결 후, 모든 샘플에서 표면 또는 측면 크랙은 관찰되지 않았으며, 모든 샘플의 색상 구현이 잘 된 것을 확인할 수 있다.
아울러, 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 다양한 색상을 적층한 이미지에서도 모든 색상 구현이 잘 이루어졌으며, 색상이 다른 샘플에서 크랙은 발생되지 않았다. 또한, 다양한 색상의 이종 소재를 연속 적층 및 동시 소결이 가능함을 확인하였다.
따라서, 본 발명에서는 기존의 세라믹 3D 프린팅의 다양한 색을 출력하지 못하는 한계를 극복하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물 형성 단계
S120 : 세라믹 3D 프린팅 출력물 형성 단계
S130 : 진공 건조 단계
S140 : 탈지 단계
S150 : 소결 단계
S120 : 세라믹 3D 프린팅 출력물 형성 단계
S130 : 진공 건조 단계
S140 : 탈지 단계
S150 : 소결 단계
Claims (14)
- 반응성 모노머;
상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제;
상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말;
상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제;
상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가된 착색제; 및
상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함하는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물로서,
상기 세라믹 분말은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹계 무기 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 25,000 ~ 32,000cps의 점도를 갖고,
상기 착색제는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함하되, 상기 착색제는 분말 상태인 것이 첨가되어, 소결 과정에서 레진이 기화되더라도 상기 분말 상태의 착색제는 기화되지 않고 상기 착색제 고유의 색상을 유지하는 것을 특징으로 하는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 반응성 모노머는
1,6-헥산디올디아크릴레이트(HDDA), 트리메틸로프로판트리아크릴레이트(TMPTA), HEMA(Hydroxy ethyl methacrylate), HPMA(Hydroxy propyl methacrylate) 및 DPGDA(Dipropylene glycol diacrylate)를 포함하는 광경화성 모노머 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- (a) 착색제를 함유하는 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 형성하는 단계;
(b) 상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물을 3D 프린팅 장치로 출력하여 세라믹 3D 프린팅 출력물을 형성하는 단계;
(c) 상기 세라믹 3D 프린팅 출력물을 진공 건조하는 단계;
(d) 상기 진공 건조된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 탈지하는 단계; 및
(e) 상기 탈지된 세라믹 3D 프린팅 출력물을 소결하여 세라믹 3D 프린팅 소결체를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 반응성 모노머; 상기 반응성 모노머 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 광개시제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 40 ~ 60 부피비로 첨가된 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말; 상기 실란 커플링제가 코팅된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부로 첨가된 분산제; 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 6 ~ 8 부피비로 첨가된 상기 착색제 ; 및 상기 반응성 모노머 100 부피비에 대하여, 5 ~ 40 부피비로 첨가된 유기 용매;를 포함하고,
상기 세라믹 분말은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹계 무기 분말 중 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 세라믹 3D 프린팅용 복합수지 조성물은 25,000 ~ 32,000cps의 점도를 갖고,
상기 (c) 단계에서, 상기 진공 건조는 20 ~ 70℃로 유지되는 진공 오븐에서 0.5 ~ 30시간 동안 실시하고,
상기 (d) 단계에서, 상기 탈지는 280 ~ 320℃에서 2 ~ 4시간 동안 1차 탈지 처리하는 단계와, 360 ~ 400℃에서 1 ~ 3시간 동안 2차 탈지 처리하는 단계와, 680 ~ 720℃에서 0.5 ~ 1.5시간 동안 3차 탈지 처리하는 단계를 포함하되, 상기 탈지는 0.5 ~ 1.5℃/min의 속도로 승온시키고,
상기 (e) 단계 이후, 상기 세라믹 3D 프린팅 소결체는 99.90% 이상의 상대밀도 및 930MPa 이상의 이축강도를 갖고,
상기 착색제는 백색 계열, 회색 계열 및 유색 계열의 착색제 중 적어도 하나 이상을 포함하되, 상기 착색제는 분말 상태인 것이 첨가되어, 소결 과정에서 레진이 기화되더라도 상기 분말 상태의 착색제는 기화되지 않고 상기 착색제 고유의 색상을 유지하는 것 을 특징으로 하는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 (e) 단계에서,
상기 소결은
1,400 ~ 1,500℃에서 1 ~ 3시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3D 프린팅 소결체 제조 방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210016162A KR102576629B1 (ko) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210016162A KR102576629B1 (ko) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220112895A KR20220112895A (ko) | 2022-08-12 |
| KR102576629B1 true KR102576629B1 (ko) | 2023-09-11 |
Family
ID=82804000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210016162A KR102576629B1 (ko) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102576629B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102129392B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2020-07-03 | 한국세라믹기술원 | 모노머 네트워크 구조에 의한 고점도 3d 프린팅용 세라믹 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101806252B1 (ko) * | 2015-10-02 | 2017-12-07 | 주식회사 쓰리디컨트롤즈 | 금속 분말 함유 조성물을 원료로 하는 3차원 프린팅 방법 |
| KR101980037B1 (ko) * | 2017-03-14 | 2019-08-29 | 금오공과대학교 산학협력단 | Sla 3d 프린팅용 광경화 수지 조성물 |
-
2021
- 2021-02-04 KR KR1020210016162A patent/KR102576629B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102129392B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2020-07-03 | 한국세라믹기술원 | 모노머 네트워크 구조에 의한 고점도 3d 프린팅용 세라믹 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220112895A (ko) | 2022-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210139720A1 (en) | 3d polymerizable ceramic inks | |
| RU2488485C2 (ru) | Изготовление литейных форм для литья | |
| KR20190042658A (ko) | 형상화된 겔 물품 및 그로부터 제조되는 소결된 물품 | |
| CN114651049A (zh) | 用于3d打印应用中的含有高折射率单体的能够光固化的组合物 | |
| CN110511002A (zh) | Dlp 3d打印技术制备zta陶瓷器件的方法 | |
| US7695657B2 (en) | Method for manufacturing articles in the form of slabs with a siliceous binder and slabs thus obtained | |
| JP2015218107A (ja) | セラミック物品を形成するための方法及び組成物 | |
| KR102576629B1 (ko) | 다양한 색상 구현이 가능한 세라믹 3d 프린팅용 복합수지 조성물 및 이를 이용한 세라믹 3d 프린팅 소결체 제조 방법 | |
| KR102129392B1 (ko) | 모노머 네트워크 구조에 의한 고점도 3d 프린팅용 세라믹 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 | |
| TW201518365A (zh) | 三維造形用粉末、三維造形用組合物、三維造形物之製造方法及三維造形物 | |
| CN117285349B (zh) | 一种3d打印彩色氧化锆陶瓷浆料及其制备方法和应用 | |
| KR102146039B1 (ko) | 3d 프린팅용 고점도 광경화성 세라믹 복합수지 조성물 및 그 제조 방법 | |
| JP2015208859A (ja) | 三次元造形物の製造方法および三次元造形物 | |
| KR102312734B1 (ko) | 세라믹 3d 프린팅 출력물 소결체의 제조 방법 | |
| CN108530028B (zh) | 一种用于3d打印洁具的陶瓷粉料及陶瓷洁具生产工艺 | |
| JPH06504233A (ja) | 鋳型としてのセラミックシェルを製造する方法および粘結剤 | |
| KR102444464B1 (ko) | 인조 대리석 및 이의 제조방법 | |
| CN114524676B (zh) | 一种光固化氮化硅陶瓷浆料、氮化硅陶瓷的制备方法 | |
| KR102393245B1 (ko) | Sla 방식의 세라믹 3d 프린팅 출력물 소결체 제조 방법 | |
| Camargo | DLP Additive Manufacturing of Ceramics: Photosensitive Parameters, Thermal Analysis, Post-Processing, and Parts Characterization | |
| JP2005239471A (ja) | セラミックス多孔体の製造方法およびセラミックス多孔体 | |
| US11993530B2 (en) | Production of glass bodies from polymerisable solutions | |
| JP6111226B2 (ja) | 印刷方法及び印刷物 | |
| Yao et al. | 3D printing of high solid Al2O3 ceramics based on green and renewable photosensitive resin with low viscosity and low shrinkage | |
| JP2015205952A (ja) | インクセット及びそれを用いた印刷方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |