KR20160057261A - 광조형 방식 3d 프린터용 광경화 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

상기한 목적은 본 발명에 따라, 광조형 방식의 광경화 수지 조성물에 있어서, 광조형수지 60 ~ 95 중량%, 융점이 30 ~ 90℃인 왁스 2 ~ 20 중량% 및 잔량의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경화 수지 조성물를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 광조형시 조형 중 또는 조형완료 후의 변형을 개선한 광경화 수지 조성물을 제공하는 것이다.

Description

광조형 방식 3D 프린터용 광경화 수지 조성물 {Light curable Resin Composition using 3D printing}

본 발명은 광조형 방식의 3D 프린터 인쇄에 사용되는 광경화 수지 조성물에 관한 것이다.

수지층을 적층하여 조형물을 성형하는 광조형 방식 3D 프린터는 광경화 수지 조성물이 담긴 바닥판이 투명한 수지조에 빛을 조사하고 조형판이 상승이동하면서 1층분씩 경과되는 과정이 반복됨으로써 원하는 입체적인 조형물이 성형된다.

그런데 이러한 광조형 방식 3D 프린팅에서는, 광경화 수지 조성물이 단량체로 된 액상이기 때문에 빛을 받아 고분자로 경화되는 과정에서 부피 수축을 필연적으로 수반한다. 이러한 부피 수축 시에 발생되는 수축응력은 성형층이 누적됨에 따라 점진적으로 크게 축적되어 조형물을 변형시킨다.

이러한 문제를 개선하기 위해 광경화성 수지 조성물에 미소한 고체 입자를 포함시키는 방법이 시도되기도 하였으나, 누적 수축응력에 따른 변형 조형물의 변형 발생을 만족스럽게 근본적인 해결책을 제시하지는 못하였다.

따라서 본 발명의 목적은 광조형 방식의 3D 프린팅에 있어서 조형물의 수축변형을 최소화할 수 있는 광경화수지 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적은 본발명에 따라, 광조형 방식의 광경화 수지 조성물에 있어서, 광조형수지 60 ~ 95 중량%, 융점이 30 ~ 90℃인 왁스 2 ~ 20 중량% 및 잔량의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경화 수지 조성물에 의해 달성된다.

여기서, 상기 왁스의 입자 크기는 0.01mm 내지 0.5mm의 범위이거나 1단위층 광조형 두께보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 광경화수지는 에틸렌계 불포화 단량체로 구성된 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 광조형 방식의 3D 프린팅에 있어서 조형물의 수축변형을 최소화하여 높은 조형 정밀도를 갖는 조형물을 얻을 수 있다.

도 1은 광조형 방식 3D 프린팅 인쇄방법 중 하나인 DLP방식의 작업상태도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 DLP 방식의 3D 프린팅 인쇄는 광조형수지조성물(1)을 수지조(10)에 담고, 이미지소스(20)를 통해 이미지광(21)을 수지조(10)에 조사하면 광조형수지조성물(1)은 단위성형층(2)을 형성한다. 그리고, 1층분의 단위성형층(2)을 형성한 후 조형판구동부(31)는 상승 이동한다. 이러한 이미지광(210) 조사와 조형판(22) 상승 이동이 반복됨으로써 원하는 입체적인 조형물이 성형되게 된다.

이하 본 발명에 따른 광조형 방식의 3D프린팅용 광경화 수지 조성물을 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 광경화 수지 조성물은 DLP방식에만 한정되지 않으며, 광조형방식의 3D 프린팅 인쇄에 활용할 수 있다.

본 발명에 따라 광조형 방식의 3D프린터에 적용되는 광경화 수지 조성물은 광조형수지 60 ~ 95 중량%, 융점이 30 ~ 90℃인 왁스 2 ~ 20 중량% 및 잔량의 첨가제를 함유하는 것이다.

본 발명의 광경화 수지는 바람직하게는 에틸렌계 불포화 단량체이다. 에틸렌계 불포화 단량체는 분자 중에 에틸렌성 불포화 결합(C=C)를 갖는 화합물이다. 에틸렌계 불포화 단량체는 1분자 중에 1개의 에리렌성 불포화 결합을 갖는 단관능성 단량체와 1분자 중에 2개이상의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다관능성 단량체가 광조형용으로 이용된다.

단관능성 단량체로는 N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐 등의 질소 함유 비닐화합물, 디메틸아크릴아미드, 히드록시에틸아크릴아미드, 아쿠모르 폴린, 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 이소보닐아크릴레이트, 테트라 히드로푸르푸릴아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 에톡시에틸아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴 레이트, 사이클릭트리메틸올포멀아크릴레이트 등 을 사용할 수 있다. 이러한 메타아크릴레이트도 사용가능하지만, 아크릴레이트가 중합 속도가 빠르고 바람직하다.

다관능성 단량체로는 ,6-헥산디올디아크릴레이트, 지메찌롤트리시클로 데느낌아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,1(비스아크릴로일옥시메틸)에틸이소시아네이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이러한 메타크릴 레이트도 사용할 수 있지만 아크릴레이트가 중합 속도가 빠르고 바람직하다.

광경화 수지 조성물에 사용되는 왁스는 융점이 30 ~ 90℃인 왁스이다. 왁스는 통상적으로 "융점을 갖는 유기물"로 정의하며, 예를 들면, 동물성 왁스인 밀랍, 식물성 왁스인 카르나우바 왁스, 석유에서 유래한 광물성 왁스인 파라핀 왁스, 합성 왁스 등이 있다. 보통의 왁스는 30 ~ 100℃의 고온에서 녹는 성질을 가지고 있다. 본 발명의 실시를 위하여 융점이 40 ~ 80℃인 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 광경화 수지의 광중합반응시 온도가 보통 40 ~ 80℃의 범위 내에 있다. 그래서, 40℃보다 낮은 융점을 가지는 왁스의 경우에는 너무 빨리 녹아버려, 수축 응력 감소에 충분히 기여하지 않으며, 80℃보다 높은 융점을 가지는 왁스의 경우에는 녹는 시간이 너무 오래 걸려 수축 응력 감소에 기여하지 못한다. 따라서 더욱 바람직한 융점은 45 ~ 70℃이다.

왁스의 사용량은 2~20 중량%가 바람직하다. 본 발명의 발명자는 2중량%이하에서는 수축응력 감소의 효과를 발휘할 수 없고, 20중량%이상이면, 조형물을 고온에 방치할 때 왁스가 녹아 새어나오거나 조형물의 표면이 끈적거리는 문제가 발생할 수 있음을 실험결과 확인하였다. 의미있는 유효한 결과를 얻기 위해서는 5 ~ 15중량%로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

왁스의 입자크기는 0.01mm ~ 0.5mm이다. 이는 본원발명에 의한 광조형의 1층분의 적층높이가 0.025mm ~ 0.2mm인 것을 고려한다면, 0.02mm ~ 0.2mm가 더욱 바람직하다. 또한, 1층분의 적층높이보다 왁스의 입자크기는 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 잔량의 첨가제 중 광중합 개시제는 라디칼성 광중합 개시제로 빛에너지를 받음으로써 발생하는 라디칼에 의해 라디칼 중합반응을 개시시키는 화합물이다. 구체적인 예로는 ,2-디메톡시-1, 2-디페닐에탄-1-온, 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모토인프로판-1-온, 2,4,6트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드, 비스(2,4,6트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드 등을 들 수 있다. 이들 화합물은 1 종류를 단독으로 또는 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

광중합 개시제는 광증감제와 함께 사용될 수도 있다. 광증감제의 예로는 9,10-지브톡시안트라센, 9,10-디에톡시안트라센, 9,10-지브로봇록시안트라센, 9,10-비스(2-에틸헥실옥시)안트라센 등의 안트라센 유도체 , 2,4디에틸 티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 4-이소프로필티옥산톤 등의 티옥산톤 유도체이다.

본 발명의 광중합 개시제 이외의 잔량의 첨가제로는 기재습윤제, 레링제, 하지키방지제, 소포제, 안료분산제, 광흡수제, 중합금지제, 안료, 염료 등 일반 광조형 수지에 사용되는 것이다.

이상 설명한 내용의 광경화수지, 왁스, 잔량의 첨가제로 구성된 광경화 수지 조성물을 이용하여 3D 프린팅을 진행하게 되면, 광경화 수지 조성물 내의 왁스 입자는 광경화수지의 광중합반응전에는 고체 상태로 존재하다가 광경화수지의 광중합반응시 발생하는 열에 의해 액체의 상태로 변한 후 광중합반응이 완료되고 광중합반응시 발생한 열이 시간에 따라 소멸됨에 따라 다시 고체 상태로 변하여 조형물 내부에 남게 된다. 따라서, 고체상태의 왁스가 액체가 되었다가 결국 고체상태가 됨에 따라 수축응력을 흡수할 수 있게 되며, 그렇게 수축응력이 줄어들게 되어, 수축응력에 의한 조형물의 변형이 최소화되게 된다.

1 : 광경화 수지 조성물
2 : 단위성형층
10 : 수지조
20 : 이미지소스
21 : 이미지광
22 : 조형판
31 : 조형판구동부

Claims (4)

1. 광조형 방식의 광경화 수지 조성물에 있어서,
   광경화수지 60 ~ 95 중량%, 융점이 30 ~ 90℃인 왁스 2 ~ 20 중량% 및 잔량의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 광경화 수지 조성물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스의 입자 크기는 0.01mm 내지 0.5mm의 범위인 것을 특징으로 하는 광조형 수지 조성물.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스의 입자 크기는 1단위층 광조형 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 광경화 수지 조성물.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 광경화수지는 에틸렌계 불포화 단량체로 구성된 것을 특징으로 하는 광경화 수지 조성물.
   
   

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