KR20150136763A - 3-dimentional printing apparatus using electrohydrodynamic phenomena and printing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 전기수력학적현상(electrohydrodynamic, EHD)을 이용하는 프린팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 최적 공정 조건하에서 전기수력학적현상을 이용하여 3 차원 구조물의 형성이 용이한 3D 프린팅 장치 및 그를 이용한 프린팅 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a printing apparatus using electrohydrodynamic (EHD), and more particularly, to a printing apparatus using an electrohydrodynamic (EHD) And a printing method using the same.
종이 등의 프린트 대상물에 문자, 도안 등을 인쇄하는 프린터 장치는 종래부터 여러 가지가 알려져 있다. 종래의 프린터는, 프린트 대상물이 되는 종이 혹은 시트재를 소정의 방향으로 이송하면서, 프린터 헤드를 그 이송방향과 직각으로 주사(走査) 이동시키면서 인쇄를 하는 형식의 것이 일반적이었다. BACKGROUND ART [0002] Various printer devices for printing characters, drawings, and the like on a print object such as paper have been known in the past. Conventional printers generally have a type in which printing is performed while scanning the paper or sheet material to be printed in a predetermined direction while moving the printer head at a right angle to the conveying direction.
이와 같은 종래의 프린터 장치는, 평면형상의 시트 혹은 고체물의 평면에 대해 소정의 인쇄를 하는 것으로서 모두 2차원 인쇄를 하는 것이었으나, 최근에는 3차원형상의 표면(예: 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면 등)을 가지는 대상물에 대해 인쇄를 할 수 있는 프린터가 요구되고 있다.Such a conventional printer apparatus is to perform two-dimensional printing by performing predetermined printing on a flat sheet or a flat surface of a solid material, but recently, a three-dimensional surface (e.g., cylindrical surface, spherical surface, There is a demand for a printer capable of printing on an object having a curved surface or the like.
이러한 필요에 맞물려, 최근에는 전기수력학적현상을 이용하여 미세한 프린팅을 구현하는 3D 프린팅 장치에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅은 3 차원 구조물을 형성하기 위한 최적화된 공정 조건을 설정하기가 어려운 문제점을 가지고 있다.In order to meet such a need, researches on a 3D printing apparatus that realizes fine printing using an electrohydraulic phenomenon are under way. However, 3D printing using electrohydraulic phenomenon has a problem that it is difficult to set optimized process conditions for forming a three-dimensional structure.
본 발명은, 최적 공정 조건하에서 전기수력학적현상을 이용하여 3 차원 구조물의 형성이 용이한 3D 프린팅 장치 및 그를 이용한 프린팅 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a 3D printing apparatus and a printing method using the 3D printing apparatus which are easy to form a three-dimensional structure by using an electrohydraulic phenomenon under optimum process conditions.
본 발명은, 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 수용하고, 상기 잉크를 전기수력학적현상을 이용하여 절연성 기판에 토출하되, 상기 잉크에서 상기 용매가 증발되면서 상기 절연성 기판 상에 상기 파티클들로 3 차원 구조물을 형성하도록 하는 노즐과, 상기 절연성 기판을 지지하도록 상기 절연성 기판의 하부에 배치되는 도전성 기판 및 상기 노즐에 전기적으로 연결되고, 상기 전기수력학적현상이 발생되도록 상기 노즐에 전압을 인가하는 전원을 포함하되, 상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며, 상기 도전성 기판은 접지되어 있고, 상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며, 상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고, 상기 노즐과 상기 절연성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며, 상기 잉크 용매의 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치를 제공한다.The present invention relates to an inkjet recording method comprising the steps of: receiving an ink containing particles and a solvent; discharging the ink onto an insulating substrate using electrohydraulic phenomenon, A conductive substrate disposed below the insulating substrate to support the insulating substrate, and a power source electrically connected to the nozzle and adapted to apply a voltage to the nozzle to generate the electrohydraulic phenomenon, Wherein the power source has a terminal electrically connected to apply a voltage to the nozzle and a grounded second terminal, the conductive substrate is grounded, and the nozzle has a diameter in the range of 0.5 탆 to 10 탆 Wherein the power source applies a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle, Separation distance between has a range of 5 ㎛ to 200 ㎛, the vapor pressure of the solvent ink provides a 3D printing apparatus using a 0.01 mmHg to about 127 mmHg range the electro-hydraulic phenomenon at 25 ℃.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 접지된 도전성 기판이 하부에 배치된 절연성 기판을 노즐의 하측에 위치시키는 단계와, 상기 노즐에 전기수력학적현상이 발생되도록, 전원으로부터 전압을 상기 노즐에 인가하는 단계 및 상기 노즐로부터 상기 전기수력학적현상을 이용하여 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 토출시켜 상기 절연성 기판 상에 3 차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일츨 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며, 상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며, 상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고, 상기 노즐과 상기 절연성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며, 상기 용매에 대한 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electro-optical device, comprising: positioning an insulating substrate having a grounded conductive substrate on a lower side of the nozzle; And forming a three-dimensional structure on the insulating substrate by ejecting ink containing particles and a solvent from the nozzle using the electro-hydrodynamic phenomenon, wherein the power source applies a voltage And the other terminal being grounded, the nozzle having a diameter in the range of 0.5 [mu] m to 10 [mu] m, the power source applying a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle , The spacing distance between the nozzle and the insulating substrate is in the range of 5 [mu] m to 200 [mu] m, and the vapor pressure for the solvent is 0.01 mm Lt; RTI ID = 0.0 > Hg < / RTI > to 127 mmHg.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 수용하고, 상기 잉크를 전기수력학적현상을 이용하여 도전성 기판에 토출하되, 상기 잉크에서 상기 용매가 증발되면서 상기 도전성 기판 상에 상기 파티클들로 3 차원 구조물을 형성하도록 하는 노즐과, 상기 노즐에 전기적으로 연결되고, 상기 전기수력학적현상이 발생되도록 상기 노즐에 전압을 인가하는 전원을 포함하되, 상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며, 상기 도전성 기판은 접지되어 있고, 상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며, 상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고, 상기 노즐과 상기 도전성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며, 상기 잉크 용매의 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an inkjet printhead, comprising: receiving ink containing particles and a solvent; discharging the ink onto a conductive substrate using electrohydraulic phenomenon, A nozzle configured to form a three-dimensional structure on the substrate with the particles; and a power source electrically connected to the nozzle, the power source applying a voltage to the nozzle to generate the electrohydraulic phenomenon, Wherein the conductive substrate is grounded, the nozzle has a diameter in the range of 0.5 탆 to 10 탆, and the power source has a voltage of 150 V to 200 V, A voltage in the range of 500 to 500 V is applied to the nozzle, and a spacing distance between the nozzle and the conductive substrate is in the range of 5 to 200 mu m , The vapor pressure of the solvent ink provides a 3D printing apparatus using a 0.01 mmHg to about 127 mmHg range the electro-hydraulic phenomenon at 25 ℃.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 접지된 도전성 기판을 노즐의 하측에 위치시키는 단계와, 상기 노즐에 전기수력학적현상이 발생되도록, 전원으로부터 전압을 상기 노즐에 인가하는 단계 및 상기 노즐로부터 상기 전기수력학적현상을 이용하여 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 토출시켜 상기 도전성 기판 상에 3 차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일츨 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며, 상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며, 상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고, 상기 노즐과 상기 도전성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며, 상기 용매에 대한 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: positioning a grounded conductive substrate below a nozzle; applying a voltage from the power source to the nozzle such that electro- And forming a three-dimensional structure on the conductive substrate by ejecting ink containing particles and a solvent using the electrohydraulic phenomenon, wherein the power source is electrically connected to apply voltage to the nozzle Wherein the power supply has a voltage in the range of 150 V to 500 V applied to the nozzle and the voltage applied to the nozzle and the conductive < RTI ID = 0.0 > The spacing distance between the substrates is in the range of 5 탆 to 200 탆, and the vapor pressure for the solvent ranges from 0.01 mmHg to 127 mmHg at 25 캜. It provides 3D printing method using the force phenomena.
본 발명에 따른 전기수력학적현상을 이용하는 3D 프린팅 장치 및 그를 이용한 프린팅 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The 3D printing apparatus and the printing method using the electrohydraulic phenomenon according to the present invention have the following effects.
첫째, 3 차원형상의 표면(예: 원통면, 구면, 그 밖의 여러 가지 곡면 등)을 가지는 대상물에 대해 인쇄를 할 수 있다.First, printing can be performed on an object having a three-dimensional surface (e.g., a cylindrical surface, a spherical surface, or various other surfaces).
둘째, 최적 공정 조건상에서 전기수력학적현상을 이용하여 사용자가 원하는 3 차원 구조물을 용이하게 형성할 수 있다.Secondly, it is possible to easily form a three-dimensional structure desired by a user by using an electrohydraulic phenomenon on an optimum process condition.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 3D 프린팅 장치에 사용되는 교류 전압의 파형들을 도시하는 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 도 1에 도시된 3D 프린팅 장치를 이용한 프린팅 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 3D 프린팅 방법을 이용하여 형성한 구조물을 비교예와 비교한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 3D 프린팅 장치를 이용한 프린팅 방법을 도시하는 흐름도이다.1 is a schematic diagram showing a 3D printing apparatus using an electrohydraulic phenomenon according to an embodiment of the present invention.
Figs. 2 and 3 are graphs showing waveforms of alternating voltage used in the 3D printing apparatus shown in Fig. 1. Fig.
4 is a flowchart illustrating a printing method using the 3D printing apparatus shown in FIG. 1 of the present invention.
FIG. 5 is a photograph of a structure formed using the 3D printing method shown in FIG. 4 in comparison with a comparative example.
6 is a schematic view showing a 3D printing apparatus using an electrohydraulic phenomenon according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a printing method using the 3D printing apparatus shown in FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린팅 장치(100)(이하, 프린팅 장치라한다.)가 도시되어 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1, a 3D printing apparatus 100 (hereinafter referred to as a printing apparatus) according to an embodiment of the present invention is shown.
도 1 을 참조하면, 상기 프린팅 장치(100)는 노즐(130), 교류 전원(140), 도전성 기판(150)을 포함한다. 상기 노즐(130)은 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 수용하고, 상기 잉크를 전기수력학적현상을 이용하여 절연성 기판(120)에 토출한다. Referring to FIG. 1, the
상기 노즐(130)은 안쪽 지름이 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경으로 형성되는데, 상기 노즐(130)의 안쪽 지름이 0.5 ㎛ 미만인 경우 막힘으로 인해 잉크가 토출되지 않는다. 또한, 상기 노즐(130)의 안쪽 지름이 10 ㎛ 초과인 경우 상기 노즐(130)에서 프린팅 되는 잉크의 양이 많아서 3D 프린팅이 불가능하게 되는 것이다.When the inner diameter of the
상기 노즐(130)은, 유리재질의 마이크로피펫(micropipette)이 기본 구조를 하고 있으며, 측면 및 단부가 금속막으로 덮여 있다. 상기 금속막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 재질로 형성된다.The
상기 잉크는 상기 용매가 증발되면서 상기 절연성 기판(120) 상에 남는 파티클들로(예: 은, 코발트 등) 3 차원 구조물을 형성한다. 상기 용매에 대한 증기압(vapor pressure)은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위이고, 상기 절연성 기판(120)의 온도는 10℃ 내지 150℃ 범위에서 설정된다. The ink forms a three-dimensional structure with particles (e.g., silver, cobalt, etc.) remaining on the
상기 용매로는 엔메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone), 오쏘 다이클로로벤젠(Ortho di-Chlorob enzene), 에탄올(ethanol) 등을 포함하며, 상기 용매에 대한 증기압 파라미터는 엔메틸피롤리돈 0.29 mmHg1, 오쏘 다이클로로벤젠 47 mmHg, 에탄올 59.02 mmHg 이다. 상기 용매의 증기압이 0.01 mmHg 보다 낮은 경우(테트라데칸(Tetradecane)보다 낮은 증기압), 용매의 휘발성이 매우 작아진다. Examples of the solvent include N-methylpyrrolidone, Ortho di-Chlorobenzene, ethanol and the like. The vapor pressure parameter for the solvent is 0.29 mmHg1 of enemethylpyrrolidone 47 mmHg of orthodichlorobenzene, and 59.02 mmHg of ethanol. When the vapor pressure of the solvent is lower than 0.01 mmHg (vapor pressure lower than tetradecane), the volatility of the solvent becomes very small.
3D 프린팅의 원리는 용매가 빠르게 휘발되면서 파티클들이 적층되는 원리인데, 이 경우 용매의 휘발이 어려워져서 액체 상태의 용매 방울 위에 또 다른 액체 상태의 용매 방울이 적층 되므로, 결국 적층 되지 않고 옆으로 퍼져버리게 된다. (예: 글리세린(glycerin), (~0.0001 mmHg at 25℃)The principle of 3D printing is that the particles are stacked as the solvent is rapidly volatilized. In this case, the volatilization of the solvent becomes difficult and the solvent droplets of another liquid state are stacked on the solvent droplets in the liquid state, . (Eg, glycerin, (~ 0.0001 mmHg at 25 ° C)
상기 용매에 대한 증기압이 127 mmHg 보다 높은 경우(메탄올(Methanol)보다 높은 증기압) 용매의 휘발성이 매우 커진다. 과도하게 휘발성이 크면 프린팅시, 상기 노즐(130)속에서 용매가 휘발 되어서 노즐(130)이 막혀버리기 때문에 프린팅이 아예 되지 않게 된다. (예: 아세톤(acetone), (226mmHg at 25℃))When the vapor pressure for the solvent is higher than 127 mmHg (vapor pressure higher than methanol), the volatility of the solvent becomes very large. If the
상기 절연성 기판(120)의 온도가 10℃ 미만일 경우, 용매의 증기압이 낮아져서 용매의 휘발성이 작아져 3D 프린팅에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 상기 절연성 기판(120)의 온도가 150℃를 초과할 경우, 파티클들이 적층되기 전에 녹아 3D 프린팅에 부정적인 영향을 미친다.When the temperature of the
상기 파티클들은 3 nm 내지 500 nm 범위의 크기를 가진다. 그 이유는 작은 크기의 노즐(3 um 미만)(130)을 사용할시 500 nm 크기를 초과하는 파티클을 사용한다면, 노즐(130)이 막히게 되기 때문이다. 또한, 3D 프린팅은 3차원 구조물 형성을 위한 구조 적층시, 파티클들이 마치 작은 자갈들이 모여서 3D 구조를 만드는 것인데 500 nm 크기를 초과하는 파티클들은 이와 같이 적층되지 않는다.The particles have a size ranging from 3 nm to 500 nm. This is because, if particles having a size of more than 500 nm are used when a small-sized nozzle (less than 3 μm) 130 is used, the
한편, 노즐(130)과 연결되어 노즐(130)에 공기압을 제공함으로써, 상기 잉크가 노즐(130)에 공급되도록 공압 부재(160)가 구비 된다. 노즐(130)로부터 잉크가 토출될 때, 상기 공압 부재(160)는 상기 잉크에 공기압을 제공하여, 상기 노즐(130)로부터의 상기 잉크의 토출을 보조할 수 있다. 이러한, 공압 부재(160)는, 예를 들어 펌프일 수 있다. The
도전성 기판(150)은 상기 절연성 기판(120)을 지지하도록 상기 절연성 기판(120)의 하부에 배치되며, 상기 도전성 기판(150)은 접지(143)되어 있다. 이러한 접지(143)는 프린팅 장치(100)의 본체가 그 역할을 수행할 수 있다. The
상기 절연성 기판(120)은, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA), 아크릴로나이트릴 부타디엔 스타이렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리아마이드(polyamide, PA), 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT), 유리, 폴리이미드(polyimide, PI) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
교류 전원(140)은, 도 2에 도시된 바와 같은 사인파형(sine-type) 교류 전압 또는 도 3에 도시된 바와 같은 펄스형(pulse-type) 교류 전압을 인가할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 다양한 형태로서 "+" 전압과 "-" 전압이 교번하는 교류 전압을 인가하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The
교류 전원(140)은 상기 노즐(130)에 전기적으로 연결되고, 상기 전기수력학적현상이 발생되도록 상기 노즐(130)에 교류 전압을 인가한다. 즉, 상기 전원은, 상기 노즐(130)에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자(141)와, 그라운드에 접지(143)된 타측 단자(142)를 구비한다. The
교류 전원(140)에 의하여 인가된 교류 전압에 의하여 상기 노즐(130) 은, "+"로 대전될 수 있고, 이에 따라 잉크 액적(110)도 상기 노즐(130)을 통하여 "+"로 대전될 수 있다. 상기 "+"로 대전된 잉크 액적(110)은 상기 노즐(130)로부터 토출되어 기판 상에 안착된다. 이때, 잉크 액적(110)은 여전히 "+"로 대전되어 있을 수 있다.The
하지만, 상기 노즐(130)은 이에 한정되지 않고, 상기 교류 전압의 특성에 따라 이전과는 반대 극성인, "-"로 대전될 수 있고, 이에 따라 잉크 액적(110)도 노즐(130)을 통하여 "-"로 대전될 수 있다. However, the
이럴 경우, 상기 "-"로 대전된 잉크 액적(110) 은 노즐(130)로부터 토출되어 기판 상에 안착된다. 이때에, 상기 "+"로 대전되고 미리 안착된 잉크 액적(110)에 의하여 "-"로 대전된 잉크 액적(110)은 인력을 받아 기판으로 이끌릴 수 있는데, 이러한 현상이 전기수력학적현상이다.In this case, the
여기서, 상기 전원은, 교류전원으로서 150 V 내지 500 V 범위의 전압으로서, 10 Hz 내지 500 Hz 범위의 주파수를 가지는 교류 전압을 상기 노즐(130)에 인가한다. 상기 전압이 상기 150 V 미만인 경우 상기 잉크가 토출되지 않는다.Here, the power source applies an alternating voltage having a frequency in the range of 10 Hz to 500 Hz to the
또한, 상기 전압이 500 V 초과하는 경우 잉크가 프린팅 되는 양이 많아서 3D 프린팅이 불가능하고, 과도하게 큰 전기장으로 인해 상기 노즐(130)이 손상 된다. 다만, 상기 전원은 교류 전원을 기준으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 직류 전원을 사용하는 것도 포함한다.In addition, when the voltage exceeds 500 V, the amount of ink to be printed is large and 3D printing is impossible, and the
상기 노즐(130)과 상기 절연성 기판(120) 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가진다. 상기 이격 간격이 5 ㎛ 미만인 경우 상기 노즐(130)에서 프린팅 되는 상기 잉크의 양이 많아져서 3D 프린팅이 불가능하며, 상기 노즐(130)이 손상된다. 상기 이격 간격이 200 ㎛를 초과하는 경우 상기 노즐(130)에서 상기 잉크가 토출되지 않는다.The distance between the
도 4는 도 1에 도시된 프린팅 장치(100)를 이용한 프린팅 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart showing a printing method (S100) using the
도 4를 참조하면, 우선, 접지(143)된 도전성 기판(150)이 하부에 배치된 절연성 기판(120)을 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경으로 형성된 노즐(130)의 하측에 위치시킨다.Referring to FIG. 4, an insulating
다음, 상기 노즐(130)에 전기수력학적현상이 발생되도록, 전원으로부터 전압을 상기 노즐(130)에 인가한다. 상기 교류 전원(140)은, 상기 노즐(130)에 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자(141)와, 접지(143)된 타측 단자(142)를 구비한다.Next, a voltage from the power source is applied to the
마지막으로, 상기 노즐(130)로부터 상기 전기수력학적현상을 이용하여 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 토출시켜 상기 절연성 기판(120) 상에 3 차원 구조물을 형성한다. Finally, the ink containing the particles and the solvent is ejected from the
상기 노즐(130)과 상기 절연성 기판(120) 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위로 , 상기 용매에 대한 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위로 설정한다.The spacing between the
도 5는 도 4에 도시된 프린팅 방법(S100)을 이용하여 형성한 3 차원 구조물을 비교예와 비교한 사진들이다. 도 5의 (a) 내지 (h)는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 방법(S100)을 이용하여 형성한 패턴들 3 차원 구조물 나타내는 실시예들이고, 도 5의 (i) 및 (k)는 최적 공정 조건을 벗어나는 비교예들이다.FIG. 5 is a photograph of a three-dimensional structure formed by using the printing method (S100) shown in FIG. 4 in comparison with a comparative example. 5 (a) to 5 (h) are examples showing patterns of three-dimensional structures formed using the printing method S100 according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 (i) and 5 These are comparative examples deviating from optimum process conditions.
도 5(i) 및 도 5(k)의 비교예를 참조하면, 흰색의 기둥이 먼저 프린팅 되어있는 기판에 전압 600 V를 인가하여 검은색 잉크를 프린팅할 때, 과다한 잉크가 프린팅 되어 흰색 기둥 모양을 뒤덮은 형태가 되고(도 5(i) 참조), 노즐(130) 사이즈가 50 ㎛인 경우 프린팅 되는 양이 너무 많아서 3D 프린팅이 불가능하고(도 5(j) 참조), 전압이 600 V, 기판과 노즐(130)사이의 거리가 3 ㎛인 경우 프린팅되는 양이 너무 많아서 3D 프린팅이 불가능하다(도 5(k) 참조). 반면, 도 5(a) 내지 도 5(h)를 참조하면, 다양한 재질로(예: 은, 코발트 등) 원하는 형상(예: 십자가, 알파벳 등)의 3 차원 구조물을 온전하게 형성할 수 있다.5 (i) and 5 (k), when a black ink is printed by applying a voltage of 600 V to a substrate on which a white column is first printed, excessive ink is printed to form a white columnar shape (See Fig. 5 (i)). When the size of the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치(100)를 도시하는 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram showing a
도 6을 참조하여 기술적 특징이 있는 부분에 대하여서 설명하면, 전원은 교류 전원(240)으로 노즐(230)에 교류 전압을 인가한다. 상기 전원은, 상기 노즐(230)에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자(241)와, 접지(143)된 타측 단자(242)를 구비한다. 다만, 상기 전원은 상기 교류 전원(240)으로 한정되지 않고 직류 전원을 포함한다.6, the power source applies an AC voltage to the
또한, 전술한 일실시예의 상기 절연성 기판(120)을 생략하고, 도전성 기판(250)을 사용하는 것도 가능하다. 이때, 상기 도전성 기판(250)은 상기 프린팅 장치(200)에 접지(143)된다.It is also possible to use the
도 7은 도 6에 도시된 프린팅 장치(200)를 이용한 프린팅 방법(S200)을 도시하는 흐름도이다. FIG. 7 is a flowchart showing a printing method (S200) using the
도 7을 참조하여 기술적 특징이 있는 부분을 위주로 설명하면, 본 발명의 상기 전원은 교류 전원(240)으로 상기 노즐(230)에 교류 전압을 인가한다. 상기 전원은, 상기 노즐(230)에 직류 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자(241)와, 접지(143)된 타측 단자(242)를 구비한다. Referring to FIG. 7, the power source of the present invention applies an AC voltage to the
본 발명의 다른 실시예인 프린팅 장치는(200) 상기 절연성 기판(120)을 생략하고, 도전성 기판(250)을 사용한다. 이때, 상기 도전성 기판(250)은 상기 프린팅 장치(200)에 접지(143)된다.
In the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
110, 210 : 잉크
120 : 절연성 기판
130, 230 : 노즐
140, 240 : 교류 전원
150, 250 : 도전성 기판
160, 260 : 공압 부재110, 210: Ink
120: Insulating substrate
130, 230: nozzle
140, 240: AC power source
150, 250: conductive substrate
160, 260: pneumatic member
Claims (10)
상기 절연성 기판을 지지하도록 상기 절연성 기판의 하부에 배치되는 도전성 기판; 및
상기 노즐에 전기적으로 연결되고, 상기 전기수력학적현상이 발생되도록 상기 노즐에 전압을 인가하는 전원을 포함하되,
상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며,
상기 도전성 기판은 접지되어 있고,
상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며,
상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고,
상기 노즐과 상기 절연성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며,
상기 잉크 용매의 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.Dimensional structure with the particles on the insulating substrate while the solvent is being evaporated from the ink by discharging the ink containing the particles and the solvent onto the insulating substrate using the electrohydraulic phenomenon, ;
A conductive substrate disposed under the insulating substrate to support the insulating substrate; And
And a power source electrically connected to the nozzle and applying a voltage to the nozzle to generate the electrohydraulic phenomenon,
Wherein the power source has one terminal electrically connected to apply a voltage to the nozzle and another terminal grounded,
Wherein the conductive substrate is grounded,
The nozzle having a diameter in the range of 0.5 [mu] m to 10 [mu] m,
The power source applies a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle,
Wherein a distance between the nozzle and the insulating substrate is in the range of 5 to 200 mu m,
Wherein the vapor pressure of the ink solvent is in the range of 0.01 mmHg to 127 mmHg at 25 [deg.] C.
상기 노즐에 전기적으로 연결되고, 상기 전기수력학적현상이 발생되도록 상기 노즐에 전압을 인가하는 전원을 포함하고,
상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일측 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며,
상기 도전성 기판은 접지되어 있고,
상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며,
상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고,
상기 노즐과 상기 도전성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며,
상기 잉크 용매의 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.Dimensional structure with the particles on the conductive substrate while the ink is being evaporated in the ink by discharging the ink containing the particles and the solvent onto the conductive substrate using the electrohydraulic phenomenon, And
And a power source electrically connected to the nozzle and applying a voltage to the nozzle to generate the electrohydraulic phenomenon,
Wherein the power source has one terminal electrically connected to apply a voltage to the nozzle and another terminal grounded,
Wherein the conductive substrate is grounded,
The nozzle having a diameter in the range of 0.5 [mu] m to 10 [mu] m,
The power source applies a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle,
Wherein the spacing between the nozzle and the conductive substrate is in the range of 5 [mu] m to 200 [mu] m,
Wherein the vapor pressure of the ink solvent is in the range of 0.01 mmHg to 127 mmHg at 25 [deg.] C.
상기 파티클들은.
3 nm 내지 500 nm 범위의 크기를 가지는 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method according to claim 1 or 2,
The particles are.
A 3D printing apparatus using an electrohydraulic phenomenon having a size ranging from 3 nm to 500 nm.
상기 절연성 기판의 온도는 10℃ 내지 150℃ 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method according to claim 1,
And the temperature of the insulating substrate is in the range of 10 to 150 占 폚.
상기 도전성 기판의 온도는 10℃ 내지 150℃ 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method of claim 2,
Wherein the electroconductive substrate has a temperature in a range of 10 to 150 占 폚.
상기 전원은 교류 전원이며,
상기 교류 전원은, 10 Hz 내지 500 Hz 범위의 주파수를 가지는 교류 전압을 상기 노즐에 인가하는, 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the power source is an AC power source,
Wherein the AC power source applies an AC voltage having a frequency in the range of 10 Hz to 500 Hz to the nozzle, using an electrohydraulic phenomenon.
상기 잉크에 포함된 파티클은.
상기 3 nm 내지 500 nm 범위의 크기를 가지고,
상기 절연성 기판의 온도는 10℃ 내지 150℃ 범위이며,
상기 전원은 교류 전원이며,
상기 교류 전원은, 10 Hz 내지 500 Hz 범위의 주파수를 가지는 교류 전압을 상기 노즐에 인가하는, 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method according to claim 1,
The particles included in the ink are:
Having a size ranging from 3 nm to 500 nm,
The temperature of the insulating substrate is in the range of 10 캜 to 150 캜,
Wherein the power source is an AC power source,
Wherein the AC power source applies an AC voltage having a frequency in the range of 10 Hz to 500 Hz to the nozzle, using an electrohydraulic phenomenon.
상기 잉크에 포함된 파티클은.
상기 3 nm 내지 500 nm 범위의 크기를 가지고,
상기 도전성 기판의 온도는 10℃ 내지 150℃ 범위이며,
상기 교류 전원은, 10 Hz 내지 500 Hz 범위의 주파수를 가지는 교류 전압을 상기 노즐에 인가하는, 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 장치.The method of claim 2,
The particles included in the ink are:
Having a size ranging from 3 nm to 500 nm,
The temperature of the conductive substrate is in the range of 10 캜 to 150 캜,
Wherein the AC power source applies an AC voltage having a frequency in the range of 10 Hz to 500 Hz to the nozzle, using an electrohydraulic phenomenon.
상기 노즐에 전기수력학적현상이 발생되도록, 전원으로부터 전압을 상기 노즐에 인가하는 단계; 및
상기 노즐로부터 상기 전기수력학적현상을 이용하여 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 토출시켜 상기 절연성 기판 상에 3 차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일츨 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며,
상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며,
상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고,
상기 노즐과 상기 절연성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며,
상기 용매에 대한 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 방법.Positioning an insulating substrate on which a grounded conductive substrate is disposed below a nozzle;
Applying a voltage from a power source to the nozzle such that an electrohydraulic phenomenon occurs in the nozzle; And
And forming a three-dimensional structure on the insulating substrate by discharging ink containing particles and a solvent from the nozzle using the electro-hydrodynamic phenomenon,
Wherein the power supply includes a first terminal electrically connected to apply a voltage to the nozzle and a second terminal grounded,
The nozzle having a diameter in the range of 0.5 [mu] m to 10 [mu] m,
The power source applies a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle,
Wherein a distance between the nozzle and the insulating substrate is in the range of 5 to 200 mu m,
Wherein the vapor pressure for the solvent ranges from 0.01 mmHg to 127 mmHg at 25 < 0 > C.
상기 노즐에 전기수력학적현상이 발생되도록, 전원으로부터 전압을 상기 노즐에 인가하는 단계; 및
상기 노즐로부터 상기 전기수력학적현상을 이용하여 파티클들 및 용매를 포함하는 잉크를 토출시켜 상기 도전성 기판 상에 3 차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전원은, 상기 노즐에 전압을 인가하도록 전기적으로 연결된 일츨 단자와, 접지된 타측 단자를 구비하며,
상기 노즐은 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 직경을 가지며,
상기 전원은, 150 V 내지 500 V 범위의 전압을 상기 노즐에 인가하고,
상기 노즐과 상기 도전성 기판 사이의 이격 간격은 5 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위를 가지며,
상기 용매에 대한 증기압은 25℃ 에서 0.01 mmHg 내지 127 mmHg 범위인 전기수력학적현상을 이용한 3D 프린팅 방법.
Positioning a grounded conductive substrate below the nozzle;
Applying a voltage from a power source to the nozzle such that an electrohydraulic phenomenon occurs in the nozzle; And
And forming a three-dimensional structure on the conductive substrate by discharging ink containing particles and a solvent from the nozzle using the electrohydraulic phenomenon,
Wherein the power supply includes a first terminal electrically connected to apply a voltage to the nozzle and a second terminal grounded,
The nozzle having a diameter in the range of 0.5 [mu] m to 10 [mu] m,
The power source applies a voltage in the range of 150 V to 500 V to the nozzle,
Wherein the spacing between the nozzle and the conductive substrate is in the range of 5 [mu] m to 200 [mu] m,
Wherein the vapor pressure for the solvent ranges from 0.01 mmHg to 127 mmHg at 25 < 0 > C.
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