KR20030072248A - 렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체 제조 방법 - Google Patents

렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체 제조 방법 Download PDF

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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 사출 몰드 삽입체 및 예를 들어 다이아몬드 포인트에 의해 제조될 수 있는 단일 마스터 몰드 맨드렐의 다수의 복제품을 제공하는 렌즈 몰드를 성형하기 위한 사출 몰드 삽입체의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 맨드렐은 사출 성형의 표면을 형성하는 광학 특성 표면을 갖는 전기성형 몰드 사출 부품을 전기성형하기 위해 사용된다. 전기성형 몰드 삽입체를 별도로 가공된 몰드 삽입체 기판에 고정 부착하기 위해 접착제가 사용된다.

Description

렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체 제조 방법{Method of fabricating an injection mold insert for molding lens molds}
본 발명은 일반적으로 사출 몰드 삽입체와, 예를 들어 다이아몬드 포인트 가공에 의해 제조될 수 있는 단일 마스터 몰드 맨드렐의 다수의 복제품을 제공하는 렌즈 몰드를 성형하기 위한 사출 몰드 삽입체의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 맨드렐은 사출 몰드의 표면을 형성하는 광학 특성 표면을 갖는 전기성형 몰드 삽입체를 전기성형(electroform)하는데 사용된다. 상기 전기성형 몰드 삽입체를 별도로 가공된 몰드 삽입체 기판에 고정 부착하기 위해 접착제가 사용된다.
본 발명은 자동화된 제조 및 성형 공정에 있어서 복제된 몰드 삽입체에 의해 제조되는 소프트 콘택트 렌즈의 제조 비용을 상당히 절감하며, 여기서 복제된 몰드 삽입체는 그 각각이 소프트 콘택트 렌즈를 성형하는데 한번만 사용되고 폐기되는 광학 등급의 플라스틱 몰드 부품을 제조하는데 사용된다.
하이드로겔(hydrogel) 소프트 콘택트 렌즈를 제조하는 기술 분야는, 모노머(monomer: 단량체)를 전방 굴곡(FC: front curve) 및 후방 굴곡(BC: back curve) 몰드 섹션 절반부 사이에 샌드위치시키므로써 각각의 하이드로겔 소프트 콘택트 렌즈가 형성되는 자동화된 성형 시스템 및 조립 라인으로 발전되어 왔다. 상기 모노머는 렌즈를 형성하도록 중합되며, 이 렌즈는 이후 몰드 섹션 절반부로부터 제거되며 추가로 처리되어 소비자용으로 패키지화된다.
통상적인 종래의 소프트 콘택트 렌즈 제조 공정에서는, 금속 삽입체가 사출성형 공정에서 사출 성형기내에 사용되어 여러개의 열가소성 사출 성형된 전방 굴곡(FC) 몰드 및 후방 또는 베이스 굴곡(BC) 몰드를 제조하며, 이들 FC 몰드 및 BC 몰드 각각은 단일의 소프트 하이드로겔 콘택트 렌즈를 성형하기 위해 연속해서 단 한번만 사용된다. 이 공정에서, 열가소성 FC 몰드에는 콘택트 렌즈 성형 모노머가 도포되고, FC 몰드상에 BC 몰드가 조심스럽게 얹히며, 이들 두 몰드 절반부는 함께 가압되고, 초과 모노머는 몰드 절반부의 광학 표면 외부의 공간으로 방출된다. 이후 모노머는 렌즈를 형성하도록 중합화되며, 렌즈는 이후 몰드로부터 제거되고 추가로 처리되어 최종 소프트 하이드로겔 렌즈 제품이 된다.
도 1은 그 사이에서 소프트 콘택트 렌즈(14)가 성형되는 공간을 형성하는 FC 몰드 절반부(10)와 BC 몰드 절반부(12)를 구비하는 통상적인 종래의 몰드 조립체의 측면도이다.
상기 FC 몰드 절반부(10)는 광학 특성 오목면(12)을 갖는 중앙 곡선부를 형성하며, 이는 그 주위로 연장되며 원주둘레로 양호하게 형성된 첨예한 에지(16)를 갖는다. 상기 첨예한 에지(16)는 연속적으로 성형된 소프트 콘택트 렌즈를 위한 양호하게 형성되고 균일한 플라스틱 반경 분리선(에지)을 형성하기에 바람직하다. 마찬가지로, BC 절반부(12)는 광학 특성 볼록면을 갖는 중앙 곡선부를 한정한다.
상기 FC 및 BC 몰드는, 사출 성형될 수 있고 소요 광학 성질의 최종 주조 렌즈를 제공하는 임의의 열가소성 재료로 제조될 수 있으며, 몰드 프레임용으로의 양호한 재료는 폴리스티렌 및 폴리프로필렌이다. FC 및 BC 몰드를 사출 성형하기 위해, 소요 형상의 사출 금속 공구 삽입체는 통상 기계가공되어 사출 성형기에 장착된다. 사출 성형된 FC 와 BC 몰드는 사출 금속 몰드 삽입체의 거의 동일하게 복제가능한 역 복제물이며, 그 결과 얻어지는 성형 콘택트 렌즈들은 FC 및 BC 몰드의 거의 동일하게 복제가능한 복제물이다.
미국 특허 제 5,702,735호 및 제 5,861,114호에 개시된 사출 성형 삽입체는 상당히 긴 수명을 갖는 2-부분품(two-piece) 구조의 스틸 삽입체이지만, 사출 몰드에 조립되는 도중에 비용이 많이 드는 적층 및 정렬 작업을 필요로 한다.
일부 종래의 2부분품 구조 스틸 사출 몰드 삽입체는 배기구를 없애서 제조 시간을 단축하는 무 배기구 설계를 갖는다. 이러한 삽입체들은 또한 상당히 긴 수명을 갖지만, 사출 몰드에 조립되는 동안에 비용이 드는 적층 및 정렬 작업을 또한 필요로 한다.
다른 종래의 사출 몰드 삽입체는 단일 피스의 몰드 삽입체로서, 적층될 필요가 업지만, 스틸 몰드 삽입체에 비해 수명이 줄어들었다.
원환체 콘택트 렌즈 제품을 제조하는데 사용되는 일부 종래의 사출 몰드 삽입체들은 적층 및 정렬을 필요치 않는 수명이 짧은 단일 피스의 황동재 삽입체이다.
전기성형체가 몰드 기판에 납땜에 의해 부착될 수 있지만, 납땜 단계는 몰드 삽입체의 광학 특성 표면의 허용될 수 없는 뒤틀림을 초래하며, 따라서 납땜은 실행가능한 조립 방법이 아니다.
도 1은 소프트 콘택트 렌즈가 성형되는 체적을 그 사이에 형성하는 전방 굴곡 몰드 절반부 및 후방 굴곡 몰드 절반부를 구비하는 종래의 일반적인 몰드 조립체의 측면도.
도 2는 본 발명의 기술사상에 따라 구조된 전기성형-제조된 전방 또는 기저 곡선형 몰드 삽입체의 정면도.
도 3은 도 2의 전기성형 제조된 몰드 삽입체의 중심을 통한 단면도로서, 본 발명의 기술사상에 따라, 전기성형 제조된 광학 특성 전기성형 삽입체를 접착제에 의해 기판 삽입체 부품에 조립하는 것을 상세히 도시하는 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
22: 전기성형 삽입체 몰드 부품
24: 기판 삽입체 몰드 부품
따라서, 본 발명의 목적은 사출 몰드 삽입체, 및 렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체의 제조 방법으로서, 사출 몰드 삽입체의 비용을 절감하고, 실질적으로 동일한 복제된 사출 몰드 삽입체의 변이성을 감소시키며, 사출 몰드 삽입체의 범위를 확장하고, 기존의 사출 몰드 삽입체의 성능을 유지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 사출 몰드 삽입체 및 렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체의 제조 방법으로서, 예를 들어 다이아몬드 포인트 가공에 의해 제조될 수 있는 단일 마스터 몰드 맨드렐의 다수의 복제물을 제공하는 방법을 제공한다. 상기 맨드렐은 사출 몰드의 표면을 형성하는 광학 특성 표면을 갖는 전기성형 몰드 삽입체 부품을 전기성형하는데 사용된다. 기판 몰드 삽입체 부품은 별도로 기계가공되며, 접착제에 의해 전기성형 몰드 삽입체 부품을 지지하고 그에 고정 부착된다.
본 발명은 사출 몰드 삽입체 및 몰드 삽입체 복제 방법으로서, 자동화된 제조 및 성형 공정에 있어서 복제된 몰드 삽입체에 의해 제조되는 소프트 콘택트 렌즈의 제조 비용을 상당히 절감하는 복제 방법을 제공한다.
렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체를 제조하는 방법을 위한 본 발명의 상기 목적 및 장점들은 당업자에 의해 첨부도면을 참조하여 하기의 몇몇 실시예에 관한 상세한 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있으며, 몇몇 도면에 걸쳐서 유사한 구성요소는 동일한 참조번호로 지칭된다.
실시예
광학 몰드 삽입체는 그것으로부터 광학 구성요소들을 몰딩하기 위해 광학 특성 표면을 가지며, 비교적 고가이고 제조가 어렵다. 소프트 콘택트 렌즈의 상업적 제조를 위해 요구되는 광학 몰드 삽입체의 개수는 미래에 매우 높아질 것이며, 소프트 콘택트 렌즈의 스톡 유지 유닛(stock keeping units)의 개수는 이중촛점, 원환체용의 신규 제품의 지속적인 도입에 따라 미래에 상당히 증가될 것이다.
몰드 블록내의 모든 광학 몰드 삽입체는 원칙적으로 동일해야 하며, 실제적인 문제로서, 마스터 몰드 삽입체의 복제물은 소프트 콘택트 렌즈의 최종 제품이 상업적으로 허용가능한 제품이 되도록 마스터 몰드에 대해 충분히 가깝게 동일해야 한다. 예를 들어 단일 포인트의 다이아몬드 튜닝에 의해 가공된 단일의 마스터 광학 몰드 삽입체가 그 여러개의 복제된 카피를 제조하기 위해 재현 또는 복제될 수 있다면 소프트 콘택트 렌즈용 제조 공정의 비용이 상당히 절감되므로 유리할 것이다.
전기성형 펄스 도금은 상기 목적을 위해 복제된 광학 몰드 삽입체의 제조에 전기성형 공정을 적용하므로써 잠재적으로 사용될 수 있는 공정이다. 대개, 단 하나의 표면만을 복제하는 니켈과 같은 금속의 박막 셸만이 전기성형 공정에 의해 제조되며, 광학 몰드 삽입체는 정확하고 정밀한 전체 치수를 요하는 중실형 3차원 부품이다.
더욱이, 복제된 광학 몰드 삽입체는 상업적 성형 공정중에 급속히 가열 및 냉각될 수 있어야 하므로, 그 열전도성이 높고, 균일하며, 제어되어야 한다.
마스터 광학 몰드 삽입체의 광학적 상부만이 복제 또는 복사된다면, 복제된상부는 광학 몰드 삽입체의 기판 또는 기초부에 대해 전체 길이에 걸쳐 동축적으로 매우 미세한 공차를 갖고 고도의 정확도로 접합될 수 있어야 한다. 또한 그 사이의 조인트는 비교적 균일해야 하며 일체의 에어갭이 있어서는 안된다. 몰드 삽입체의 복제에 있어서 특히 중요한 것은, 상업적으로 허용가능한 공차를 갖는 복제된 몰드 삽입체가 종방향의 높이 또는 길이 및 동축 정렬을 갖는다는 것이다.
전체적으로 응력이 없는 부품을 안정적인 치수로 제조하고 또한 그로 인해 적층 또는 도금된 층의 두께의 균일성 및 조절성이 우수한 전기성형 펄스 도금 방법이 발전되어왔다. 이 방법은 현재 굴절 및 규칙 혼합 광학용의 고정밀 광학 몰드를 제조하는데 사용되고 있다. 1999년 9월 8일자로 공고된 EP 0 835 335 B1호에 개시된 전기성형 펄스-도금 방법은 본 발명에 적용되어 적합할 수 있다. 그러나, 다른 종래의 전기성형 펄스-도금 방법들도 본 발명의 실시에 있어서 유용할 수 있다.
도 2는 전기성형-제조된 기초부 또는 전방 굴곡 몰드 삽입체(20)의 정면도이다. 도 3은 도 2의 전기성형-제조된 몰드 삽입체(20)의 중심을 통한 단면도로서, 본 발명의 기술사상에 따라, 전기성형-제조된 광학 특성의 전기성형 삽입체 몰드 부품(22)을 기판 삽입체 몰드 부품(24)에 적절한 수단(26)에 의해 조립하는 것을 보다 상세히 도시하고 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 몰드 삽입체(20)는 맨드렐이나 마스터 몰드를 사용하여 제조될 수 있으며, 상기 맨드렐이나 마스터 몰드로부터 도 2 및 도 3에 도시된 여러가지 전기성형 삽입체 부품(22)이 복제된다.
맨드렐은 통상 그 광학 특성 표면을 예를 들어 다이아몬드 포인트 가공에 의해서 정확히 가공하므로써 제조된다. 맨드렐의 광학 특성 표면은 이후 당업계에 공지되어 있듯이 전기성형 공정에 의해 그 위에 여러가지 전기성형 삽입체 부품(22)을 전기성형하는데 사용된다.
맨드렐은 중실의 단일 피스 구조 맨드렐로서 제조될 수 있거나 또는 투피스(two-piece:2개의 피스로 이루어진 구조의) 맨드렐로서 제조될 수 있으며, 여기서 광학 특성 표면은 통상, 맨드렐 기판 부품에 접합되어 완전한 맨드렐을 형성하는 부품상에서 가공된다. 상기 맨드렐은 통상 투피스로 제조되며, 정밀하게 가공된 피스는 가공된 광학 특성 표면과 기판 피스를 갖는다. 두개의 부품은 스틸이나 니켈 코팅된 구리 합금으로 제조될 수 있으며, 이후 조립되어 첨예한 코너를 형성하므로써 첨예한 에지(16)를 형성하는 바, 이는 단일 피스 삽입체 구조에서는 달성하기 어려운 것이다. 맨드렐의 두개의 피스는, 삽입체를 사용시마다 적층 및 정렬할 필요가 없이 그리고 그로 인해 낮은 공차로 고생할 필요 없이, 조립중에만 적층 및 정렬될 필요가 있다. 상기 두 부품은 통상, 본 발명의 투피스의 접착 접합된 몰드 삽입체의 제조와 마찬가지로, 적절한 접착제로 접합된다. 이후, 상기 맨드렐은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 삽입체 부품(22)을 고도의 정확도와 표면 마무리로 전기성형하는데 사용된다.
전기성형 부품(22)은 맨드렐의 정밀가공된 광학 특성 표면을 복제한다. 상기 복제는 한번 이루어지면 네거티브 복제가 되며, 연속해서 두 번 이루어지면 포지티브 복제가 된다. 이러한 복제는, 볼록 굴곡 맨드렐에서 가공하고 이후 네거티브한 오목 굴곡 삽입체 부품(22)을 전기성형하므로써, 오목한 베이스 굴곡 삽입체에서 가공될 수 없는 삽입체를 제조할 수 있게 해준다. 또한 단일 맨드렐로부터 동일한 치수의 여러가지 전기성형 삽입체 부품(22)이 제조될 수 있으므로, 삽입체간 변형이 감소된다.
전기성형 삽입체 부품(22)의 표면은 원하는 콘택트 렌즈 전면 및 뒷면의 거울상이며, 통상 0.2 내지 1.5 mm 의 두께로 제조된다. 전술했듯이, BC 몰드의 볼록 광학 특성 표면은 두 번의 성형 단계의 결과일 수 있으며, 따라서 본래의 가공 작업은 볼록면상에서 수행된다.
맨드렐 마스터 몰드의 광학 특성 표면상에 층을 전기성형 도금하기 전에, 맨드렐의 광학 특성 표면은 코팅된 층이 광학 특성 표면에 접착되는 것을 방지하도록 활성화될 수 있다. 다양한 활성화 기법이 공지되어 있으며, 표면위에 얇은 분리 산화층을 형성하는 방법이 포함되는 바, 예를 들면 산화층의 두께를 조절하기 위해 전기분해 전류 및 전압이 조절되는 전기분해 산화법이나, 표면을 알부민 용액에 일정 시간 침지시키거나 또는 중크롬산 칼륨 용액에 일정 시간 침지시키므로써 표면상에 알부민(단백질) 분리층이 침착되는 화학적 활성화 기법이 있다.
기판 몰드 삽입체 부품은 정확한 치수와 공차를 갖고 정밀하게 가공될 수 있지만, 광학 특성 표면을 필요로 하지는 않는다. 구리, 주석, 알루미늄, 철(iron), 니켈, 아연으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속에 기초한 합금으로 형성될 수 있다.
전기성형 삽입체 부품(22)은 이후, 사출 성형 장비의 작동 조건을 견뎌내도록 압력하의 변형에 대한 허용가능한 저항치 및 고온 강도의 특성을 갖는 접착물질을 사용하므로써 삽입체 기판 부품에 접착 장착된다. 접착제는 적어도 200℃의 작동 온도를 견딜 수 있어야 하며, 적어도 60,000 psi (4218.4 kgf/㎠)의 접착 강도와 적어도 60,000 psi (4218.4 kgf/㎠)의 압축 강도를 구비해야 한다. 적절한 접착제는 삽입체 기판 부품(24)상에 전기성형된 삽입체 부품(22)을 응력 및 뒤틀림 없는 장착할 수 있게 하며, 그 결과 용접, 납땜에 의해 달성될 수 있는 것보다 우수한 렌즈 표면 특성이 얻어진다. 이러한 개괄적인 방법은, 각각의 완전한 맨드렐 또는 몰드 삽입체를 광학 특성 사양에 맞게 가공하고 오목면 가공의 추가적인 곤란함이 존재하는 현재의 시스템에 비해 상당히 경제적으로 장점을 갖는다.
접착제 층은 통상 삽입체의 열저항이 실질적으로 증가하지 않도록 얇다. 압축 및 피로 부하하의 접착제의 구조적 특성은 기판과 유사하며, 따라서 삽입체의 기계적 강도는 현저히 감소되지 않는다.
선호되는 접착제는 에폭시 접착제이며, United Resin Corp 사가 시판중인 Circuit-Bond(등록상표) 접착제가 본 발명에 특히 적합하다.
다른 적절한 접착제를 시판하는 곳은 하기와 같다: 위스콘신 소재의 Abatron, Inc. Kenosha; 조지아 로렌스빌 소재의 Conap; 캘리포니아 피츠버그 소재의 Dexter Corp., Aerospace Materials Div.; 미시간 미들랜드 소재의 Dow Corning; 로드 아일랜드 그린빌 소재의 Epoxies Etc.; 뉴욕 워터포드 소재의 GE Company, GE Silicons; 미시간 로얄오크 소재의 United Resin Corporation; 미네소타 세인트폴 소재의 3M Aerospace.
다이아몬드 포인트에 의해 단일 마스터 맨드렐을 형성하는 것에 대한 다른 접근은, 사용되고 있는 절차에 특정한 컴퓨터 제어 공정에서 물질의 증착, 제거, 또는 반응이 3차원적으로 발생하게 하는 집속된 에너지 비임에 의한 부품 성형의 발전을 이용하는 것이다. 보다 구체적으로, 광조형법(stereo lithography) 및 급속 원자충돌법(atom bombardment)은 물질 증착법을 나타내며, 이온 비임 미세가공은 물질 제거 방법이고, 2-광자 중합화(two photon polymerization)는 물질을 3차원 프레임내에서 반응시키는 방법이다.
렌즈 몰드를 성형하기 위한 사출 성형 삽입체를 제조하기 위한 방법에 관한 본 발명의 여러가지 실시예 및 변형예들이 본원에 상세히 기술되어 있지만, 본 발명의 개시내용 및 기술사상은 당업자에게 여러가지 대안적 설계를 제시할 것이다.

Claims (16)

  1. 사출면을 형성하는 표면을 갖는 전기성형 몰드 삽입체 부품과,
    상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 지지하고 이 삽입체 부품에 견고하게 부착되는 기판 몰드 삽입체 부품, 및
    상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 기판 몰드 삽입체 부품에 견고하게 고정하기 위한 접착제를 포함하는 사출 몰드 삽입체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 사출 몰드 삽입체는 콘택트 렌즈의 주조에 사용되는 렌즈 몰드의 제조를 위해 사용되는 사출 몰드 삽입체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 몰드 삽입체 부품은 구리, 주석, 알루미늄, 철, 니켈, 아연을 포함하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속에 기초한 합금으로 형성되는 사출 몰드 삽입체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체 부품은 니켈 합금으로 형성되는 사출 몰드 삽입체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체는 0.2 내지 1.5 mm 의 두께를 갖는 사출 몰드 삽입체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제는 에폭시 접착제인 사출 몰드 삽입체.
  7. 사출 몰드의 표면을 형성하는 표면을 갖는 전기성형 몰드 삽입체 부품을 전기성형하는 단계와,
    전기성형 몰드 삽입체 부품을 지지하고 이 삽입체 부품에 견고하게 부착되는 기판 몰드 삽입체 부품을 형성하는 단계, 및
    상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 접착제로 기판 몰드 삽입체에 견고하게 고정하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 콘택트 렌즈의 주조에 사용되는 렌즈 몰드를 제조하기 위해 사출 몰드 삽입체를 사용하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기판 몰드 삽입체 부품을 구리, 주석, 알루미늄, 철, 니켈, 아연을 포함하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속에 기초한 합금으로 형성하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 니켈 합금으로 형성하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체 부품은 0.2 내지 1.5 mm 의 두께로 전기성형되는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 에폭시 접착제로 기판 몰드 삽입체 부품에 견고하게 고정하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 전기성형 몰드 삽입체 부품을 광학 특성 표면을 갖는 맨드렐상에 전기성형하는 단계를 포함하는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 맨드렐의 광학 특성 표면은 다이아몬드 포인트 가공에 의해 제조되는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 맨드렐은 두 부품 피스와, 가공된 광학 특성 표면을 갖는 정밀 가공된 피스, 및 기판 피스로 제조되고, 맨드렐의 두 피스는 접착제에 의해 함께 견고하게 고정되는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 맨드렐의 두 피스는 에폭시 접착제에 의해 함께 견고하게 고정되는 사출 몰드 삽입체 제조 방법.
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