KR20180029454A - Three-dimension structure composed using beads and manufactuirng method thereof, and fabrication method of three-dimension shell cellular structure using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 표면이 부드러운 곡면으로 이루어진 3차원 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 3차원 구조체를 희생구조물로 한 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional structure and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a three-dimensional structure having a smooth curved surface and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a method for manufacturing a three-dimensional thin film porous structure using the three-dimensional structure as a sacrificial structure.
종래 스티로폼, 스폰지, 에어로젤, 발포 금속 등의 저밀도 물질은 내부에 존재하는 불규칙적인 셀이 결함으로 작용하여 기계적 강도(strength)와 강성(stiffness)이 떨어지는 문제점이 있었다.Conventionally, low-density materials such as styrofoam, sponge, aerogels, and foamed metal have disadvantages in that the irregular cells present therein serve as defects, resulting in poor mechanical strength and stiffness.
이에, 최근 2011년 11월자 Science 지(紙)(T.A. Schaedler, et al., Science, Vol.334. pp.962-965 November 18, 2011.)에는 3차원 격자 트러스 구조를 가지며, 밀도가 물의 1/1000 수준인 새로운 개념의 극저밀도 금속 마이크로 격자(Micro lattice)가 소개된 바 있다.Recently, TA Schaedler, et al., Science, Vol.334 pp.962-965 November 18, 2011.) has a three-dimensional lattice truss structure and has a density of 1 / 1000 levels of ultra-low-density metal micro-lattice has been introduced.
도 1은 상기 금속 마이크로 격자의 제조방법을 나타낸다. 먼저, 자외선에 노출시 고체화되는 액상 감광성 수지(photo monomer) 벌크의 특정면에 미세한 구멍이 규칙적으로 천공된 패턴을 갖는 마스크(mask)를 배치한다. 이후, 마스크 위로 자외선을 조사하면 마스크를 통과한 다수의 빔(beam)에 액상 감광성 수지가 노출되어 고체화된다. 이 경우, 고상 수지는 액상 감광성 수지보다 밀도가 높기 때문에 자외선이 고상 수지 내부로 전반사가 유도되어 분산되지 않고 직진하는 소위 “self propagating” 현상이 발생한다. 이러한 과정을 자외선 조사 방향을 다르게 하여 반복하면 액상 감광성 수지 벌크 내부에 고상 수지로 이루어진 격자가 형성된다. 마지막으로, 고상 수지 격자로부터 액상 감광성 수지를 제거하고, 고상 수지 격자 표면에 니켈 합금인 NiP를 자기촉매 무전해(autocatalytic electroless) 도금한 후 고상 수지를 화학적 에칭으로 제거함으로써 도 2에 도시된 바와 같은 마이크로 격자가 완성된다.FIG. 1 shows a manufacturing method of the metal micro grating. First, a mask having a pattern in which fine holes are regularly punctured is disposed on a specific surface of a liquid photo-polymer bulk solidified when exposed to ultraviolet rays. Thereafter, when ultraviolet rays are irradiated onto the mask, the liquid photosensitive resin is exposed to a plurality of beams passing through the mask and solidified. In this case, since the solid resin has a density higher than that of the liquid photosensitive resin, so-called " self propagating " phenomenon occurs in which ultraviolet light is totally guided into the solid resin and dispersed without being dispersed. When this process is repeated with different ultraviolet irradiation directions, a lattice made of a solid resin is formed inside the bulk of the liquid photosensitive resin. Finally, the liquid photosensitive resin is removed from the solid-phase resin lattice, the nickel-based alloy NiP is subjected to autocatalytic electroless plating on the surface of the solid-state resin lattice, and the solid phase resin is removed by chemical etching, The micro-grid is completed.
이러한 마이크로 격자는 반도체 제조 공정으로 잘 확립된 일종의 리소그래피(lithography) 기술에 기반을 두고 있으며, 극저밀도를 가지고 상대적으로 강도와 강성이 높은 장점이 있다. 그러나 상술한 제조방법에 의하면 면외(out-of-plane) 방향으로만 조사되는 자외선에 의해 트러스 요소가 형성되기 때문에 면내(in-plane) 방향으로의 트러스 요소가 결여되어 구조적 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 노란색으로 표시된 단위셀의 경우 붉은 점선 위치의 면내 방향 트러스 요소가 결여되어 있기 때문에 상부에서 압축하중 인가시 우측 도면과 같이 면외 방향 트러스 요소가 조기에 붕괴되기 쉽다.These micro-gratings are based on a lithography technique well-established in semiconductor manufacturing processes, and have advantages of relatively low density and relatively high strength and rigidity. However, according to the manufacturing method described above, since the truss elements are formed by the ultraviolet rays irradiated only in the out-of-plane direction, there is a disadvantage in that the truss elements are lacking in the in-plane direction, . In other words, as shown in FIG. 3, since the in-plane directional truss element at the red dotted line is absent in the unit cell indicated by yellow, when the compression load is applied at the upper portion, the outward direction truss element tends to collapse prematurely as shown in the right figure.
최근, 한승철 등은 얇은 박막으로 구성된 소위 “Shellular”라는 3차원 박막 다공질 구조체를 소개하였다(Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, “A New Type of Low Density Material; Shellular”, Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015.). 상기 “Shellular”는 박막으로 구성되어 매우 가볍고 강도가 높으며 일정한 단위셀이 주기적으로 반복되는 3차원 박막 다공질 구조체라는 점과, 폴리머로 희생구조물을 제조하고 이 희생구조물을 템플릿으로 하여 그 표면에 경질재료를 코팅한 후 희생구조물을 식각하여 제거하는 방법으로 얻는다는 점에서 상기의 마이크로격자와 유사하다. 다만 3차원 박막 다공질 구조체가 속이 빈 트러스 형태가 아니고 '다면체'나 부드러운 '곡면'의 쉘(shell) 구조를 갖는다는 점이 다르다. '다면체' 쉘 구조의 3차원 박막 다공질 구조체는 대한민국특허 제1341216호에, '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체는 대한민국특허 제1612500호에 예시되어 있다.Recently, Han Seung Chul et al. Introduced a so-called "Shellular" three-dimensional thin film porous structure composed of a thin film (Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, "A New Type of Low Density Material; .27, pp.5506-5511, 2015.). The "Shellular" is a three-dimensional thin film porous structure composed of a thin film, which is very light and has a high strength and has a constant unit cell repeated periodically. The sacrificial structure is made of a polymer and the sacrificial structure is used as a template. And then removing the sacrificial structure by etching. The microgrid is similar to the microgrid described above. However, the three-dimensional thin-film porous structure is not hollow truss type, but has a shell structure of 'polyhedron' or soft 'curved surface'. A three-dimensional thin-film porous structure having a 'polyhedral' shell structure is shown in Korean Patent No. 1341216, and a three-dimensional thin-film porous structure having a 'curved' cell structure is shown in Korean Patent No. 1612500.
상기 대한민국특허 제1341216호는, 액상의 감광성 수지 벌크에 각각 정해진 방향으로 서로 다른 패턴의 자외선을 조사하여 경화시킨 후 잔류 액상의 감광성 수지 벌크를 제거하여 고상 수지 구조체를 제조하고, 이 고상 수지 구조체를 희생구조물로 하여 그 표면에 박막 코팅 후 내부의 고상 수지 구조체를 제거함으로써 도 4의 '다면체' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다. 이 경우, 대한민국특허 제1341216호에 따른 희생구조물의 제조는 3차원 자외선 리소그래피를 이용하는 것이고, 마스크 패턴과 자외선 조사 방법에 따라 다양한 형상의 희생구조물 및 이를 이용한 3차원 박막 다공질 구조체를 제조할 수 있는 것으로 개시되어 있다. 도 4의 (a)는 희생구조체를, 도 4의 (b)는 도 4의 (a) 희생구조물을 이용하여 제조된 '다면체' 셀 구조의 '다면체' 형상의 3차원 박막 다공질 구조체를 나타낸다.Korean Patent No. 1341216 discloses a method of producing a solid resin structure by irradiating ultraviolet rays of different patterns in a predetermined direction to a liquid photosensitive resin bulk to cure it and then removing the photosensitive resin bulk of the residual liquid phase, Dimensional thin film porous structure of the 'polyhedron' cell structure of FIG. 4 by removing the solid resin structure inside the sacrificial structure after the thin film is coated on the surface thereof. In this case, the preparation of the sacrificial structure according to Korean Patent No. 1341216 uses three-dimensional ultraviolet lithography, and a sacrificial structure having various shapes according to a mask pattern and an ultraviolet irradiation method and a three-dimensional thin film porous structural body using the sacrificial structure can be manufactured Lt; / RTI > 4 (a) shows a sacrificial structure, and FIG. 4 (b) shows a three-dimensional thin film porous structure of a 'polyhedron' shape of a 'polyhedral' cell structure manufactured using a sacrificial structure of FIG.
상기 대한민국특허 제1612500호는 다수의 구슬을 서로 접촉시켜 배치한 후 구슬을 서로 부착 및 연결하여 희생구조물을 제조하고(도 5의 (a)), 이 희생구조물의 표면에 박막 형성 후 내부의 희생구조물을 제거함으로써 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다(도 5의 (b)). 도 5의 (a)는 희생구조체를, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 희생구조물을 이용하여 제조된 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체를 각각 나타낸다. 이 경우, 대한민국특허 제1341216호에 따른 희생구조물의 제조는 배치된 다수의 구슬을 서로 부착 및 연결하는 방법과 관련하여 구슬 사이에 별도의 액상 수지를 도포하고 모세관 현상을 이용하여 구슬 상호간의 접촉부에 부드러운 필렛을 형성한 후 경화시키는 방법으로 수행되며(도 6 참조), 제조된 희생구조물을 이용한 최종 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체는 단위셀 간 연결부가 부드러운 형상으로 구현됨으로써 응력집중이 완화되어 강도 및 강성이 현저히 상승되는 것으로 개시되어 있다. 도 7은 이러한 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체에 대한 하중-변위곡선을 나타내며, 단위셀 간 연결부가 부드러운 곡면으로 형성된 경우에 단순히 구형 단위 셀간 접촉된 경우보다 강도 및 강성이 우수한 것을 나타낸다.Korean Patent No. 1612500 discloses a method of manufacturing a sacrificial structure by placing a plurality of beads in contact with each other and then attaching and connecting beads to each other to prepare a sacrificial structure (FIG. 5A) (FIG. 5 (b)) discloses a method of manufacturing a three-dimensional thin film porous structure having a 'curved' cell structure by removing a structure. 5 (a) shows a sacrificial structure, and Fig. 5 (b) shows a three-dimensional thin film porous structure of a 'curved surface' cell structure manufactured using the sacrificial structure shown in Fig. 5 (a). In this case, the preparation of the sacrificial structure according to Korean Patent No. 1341216 is carried out by applying a separate liquid resin between the beads in connection with the method of attaching and connecting the plurality of beads to each other and by using capillary phenomenon, (See FIG. 6). The three-dimensional thin-film porous structure having the final 'curved surface' cell structure using the produced sacrificial structure has a smooth connection between the unit cells, And the strength and rigidity are remarkably increased. FIG. 7 shows the load-displacement curves of the three-dimensional thin-film porous structure of this 'curved surface' cell structure, showing that the connection between the unit cells is formed in a smooth curved surface, .
한편, 상기한 “Shellular”의 이상적인 형태로서 1865년 독일의 수학자 H.A. Schwarz가 최초로 발견한 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface: 3-주기적 최소곡면)이 알려져 있다(Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer). TPMS는 곡면 상의 모든 점에서 일정한 평균곡률(mean curverture)은 가지는 곡면으로서 여기서 평균곡률이란 3차원 면의 한 점에서 서로 수직한 두 방향의 최대곡률과 최소곡률의 평균값을 의미한다. TPMS는 도 8에 나타낸 바와 같이 다양한 형태가 존재하며 이중 도 8의 상부 좌측에 나타나 있는 P-surface와 D-surface 가 화학 및 생물분야에서 가장 대표적으로 인용되고 있다. 또한 영의 평균곡률을 갖는 TPMS는 내부와 외부 공간의 최적비가 1:1로 동일하지만, 체적비가 다른 경우에도 평균곡률이 균일하면 주어진 내/외부 공간비에 대해 최소 표면적(minimal surface)의 곡면이 형성되기 때문에 TPMS라고 할 수 있다(참고문헌: M. Maldovan and E. L. Thomas, “Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2). 이러한 TPMS는 곡면에 어디에서나 균일한 평균곡률을 가지고 있어 TPMS형태로 제조된 박막 구조체에 외부하중이 작용할 때, 응력이 어느 한 부분에 집중 되지 아니 하므로 종래 극저밀도 재료에서 발생하는 조기 국부좌굴현상이 발생하지 않을 것으로 기대되고 있다.On the other hand, as an ideal form of the above-mentioned "Shellular", the German mathematician H.A. The Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) first discovered by Schwarz is known (Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer). The TPMS is a curved surface having a mean curvature at all points on a curved surface. The mean curvature means an average value of a maximum curvature and a minimum curvature in two directions perpendicular to each other at a point on a three-dimensional surface. As shown in FIG. 8, there are various types of TPMS, and the P-surface and the D-surface shown in the upper left of FIG. 8 are cited most typically in the chemical and biological fields. Also, TPMS with zero mean curvature has the optimal ratio of inner and outer space of 1: 1. However, if the average curvature is uniform even if the volume ratio is different, the surface of minimal surface for a given inner / outer space ratio (Refer to M. Maldovan and EL Thomas, "Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2). Since the TPMS has a uniform average curvature at every point on the curved surface, when the external load acts on the thin film structure manufactured in the TPMS form, the stress is not concentrated in any one part, so that the early local buckling phenomenon It is expected that it will not happen.
상기 대한민국특허 제1341216호 또는 대한민국특허 제1612500호에 개시된 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체는 종래 단순 마이크로 격자 형태 구조체 대비 우수한 강도 및 강성 특성을 보이나, 대한민국특허 제1612500호와 같이 표면 형태가 곡면을 갖는 경우에서도 이상적인 TPMS 형태를 갖지 않기 때문에 강도 및 강성 측면에서 여전히 개선의 여지가 있다. 또한, 대한민국특허 제1612500호는 대한민국특허 제1341216호 대비 희생구조물의 제조에 있어 공정이 단순하고 대형 구조물 제작에 유리한 장점이 있으나, 희생구조물 제작시 액상 수지를 도포·경화하는 방식의 경우에는 액상 수지 자체가 고가이고 희생구조물 제거과정에서 구슬에 대한 식각 및 도포·경화된 필렛형성용 수지를 별도의 단계를 통해 각각 제거하여야 하기 때문에 공정이 복잡해지는 문제가 있다. The three-dimensional thin film porous structural body of the cell structure disclosed in Korean Patent No. 1341216 or Korean Patent No. 1612500 exhibits excellent strength and rigidity characteristics compared to the conventional simple micro-lattice structural body, but as shown in Korean Patent No. 1612500, There is still room for improvement in terms of strength and stiffness since it does not have an ideal TPMS form. Korean Patent No. 1612500 has a merit in manufacturing a sacrificial structure compared to Korean Patent No. 1341216 and advantageous in the production of a large structure. However, in the case of a method of applying and curing a liquid resin in the production of a sacrificial structure, The process is complicated because it is expensive and the resin for forming the etched and coated and hardened fillets on the beads must be removed through separate steps in the process of removing the sacrificial structure.
본 발명의 목적은, 전술한 대한민국특허 제1612500호를 더욱 개선하여, 별도의 액상 수지 없이 부드러운 필렛을 가지며 이와 동시에 전체 표면이 이상적인 TPMS 또는 이와 유사한 형태의 표면을 갖는 3차원 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 3차원 구조체를 희생구조물로 하여 TPMS 형태의 표면을 갖는 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a three-dimensional structure having the above-described Korean Patent No. 1612500 further improved to have a smooth fillet without a separate liquid resin and at the same time having a surface of TPMS or the like, . It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a three-dimensional thin film porous structural body having a surface of TPMS type using the three-dimensional structure as a sacrificial structure.
본 발명자들은, 종래 마이크로격자(Microlattice) 및 Shellur 등의 극저밀도 재료에서 문제가 되는 조기 국부좌굴 현상이 TPMS형태로 제조된 박막 구조체에서는 발생하지 않는다는 사실을 인지하였다. 또한 본 발명자들은, 이러한 TPMS 형태의 3차원 박막 다공질 구조체를 대량으로 생산할 수 있는 방안을 도모하는 과정에서 본 발명자들이 대한민국특허 제1612500호를 통해 이미 개시한 구슬을 배열한 3차원 구조체를 희생구조물로 이용하는 방안에 착안하고, 이와 동시에 해당 구슬을 배열한 3차원 구조체의 표면을 TPMS 형태로 구현하는 과정에서 종전 별도의 액상 수지를 도포 경화시키는 방법 대신에 구슬 자체의 전체 표면에서의 부분 용해 후 그 과정에서 생성된 고점도의 유동성 물질을 모세관 현상에 의해 구슬 사이에 침투시켜 경화시키는 방법을 통해 TPMS 또는 이와 유사한 형태의 표면이 형성되는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다. 이상의 해결과제에 대한 인식 및 이에 기초한 해결수단에 관한 본 발명의 요지는 아래와 같다.The present inventors have recognized that an early local buckling phenomenon, which is a problem in very low density materials such as Microlattice and Shellur, does not occur in a thin film structure manufactured in TPMS form. The present inventors have also found that, in a process of mass-producing such a three-dimensional thin film porous structural body of the TPMS type, a three-dimensional structure in which beads are arranged as disclosed in Korean Patent No. 1612500 by the present inventors as a sacrificial structure In the process of implementing the surface of the three-dimensional structure in which the beads are arranged in the form of TPMS, instead of applying and curing a separate liquid resin, the method of partially dissolving the beads on the entire surface thereof The present inventors have found that TPMS or a similar type of surface can be formed by curing a fluid material having a high viscosity generated in the surface of a bead by a capillary phenomenon. The gist of the present invention regarding the recognition of the above-mentioned problems and the solution means based on the above is as follows.
(1) 소정 패턴으로 다수의 구슬을 접촉시켜 배치한 후 상기 구슬의 접촉부를 연결하는 3차원 구조체의 제조방법으로서, 상기 구슬의 접촉부에 대한 연결은, (a) 구슬 자체의 전체 표면을 부분 용해하여 고점도 유동성 물질을 형성하는 단계; (b) 상기 유동성 물질의 일부가 모세관 현상에 의해 구슬의 접촉부로 침투되어 필렛을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 유동성 물질을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.(1) A method for manufacturing a three-dimensional structure in which a plurality of beads are arranged in contact with each other in a predetermined pattern and then connected to the contact portions of the beads, wherein the connection to the contact portion of the beads is performed by (a) Thereby forming a high viscosity fluid material; (b) a portion of the fluid material is infiltrated into the contact portion of the beads by capillary action to form a fillet; And (c) curing the fluid material.
(2) 상기 (b) 단계 이후에 상기 구슬 접촉부의 필렛를 포함하여 구슬 전체에 대해 추가적인 용해를 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법.(2) The method for manufacturing a three-dimensional structure according to (1) above, wherein after the step (b), further dissolution is performed on the whole beads including the fillet of the bead contacting portion.
(3) 상기 (a) 단계에서, 상기 유동성 물질은 상기 구슬 직경 대비 2 ~ 42% 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법.(3) The method for manufacturing a three-dimensional structure according to (1), wherein in the step (a), the fluid material is formed in a range of 2 to 42% of the bead diameter.
(4) 상기 (a) 단계에서, 상기 용해는 열적 또는 화학적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법.(4) In the step (a), the dissolution is performed thermally or chemically.
(5) 상기 (c) 단계는, 구조체의 방위를 변경하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체의 제조방법.(5) The method of manufacturing a three-dimensional structure according to (1), wherein the step (c) is performed while changing the orientation of the structure.
(6) 상기 구슬의 배치는 2차원 또는 3차원 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.(6) A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the beads are arranged in a two-dimensional or three-dimensional pattern.
(7) 상기 구슬의 크기는 동일하거나 또는 서로 다른 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체의 제조방법.(7) The method for producing a three-dimensional structure according to (1), wherein the beads have the same size or different sizes.
(8) 템플릿을 제조하는 단계; 상기 템플릿의 외부에 박막을 형성하는 단계; 상기 박막의 일부를 제거하여 템플릿의 일부를 노출시키는 단계; 및 상기 템플릿을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 템플릿은 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 따라 제조된 3차원 구조체를 희생구조체로 하고, 상기 박막의 곡면은 3주기적 최소곡면 또는 이와 유사한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.(8) fabricating a template; Forming a thin film outside the template; Removing a portion of the thin film to expose a portion of the template; And removing the template, wherein the template has the three-dimensional structure manufactured according to any one of (1) to (7) as a sacrificial structure, the curved surface of the thin film has three periodic minimum curved surfaces or Wherein the porous structure is formed in a similar shape.
(9) 상기 박막은 금속, 수지 또는 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 상기 (8)의 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.(9) The method for producing a three-dimensional thin film porous structural body according to (8), wherein the thin film is any one of metal, resin and ceramic.
(10) 상기 박막은 도금 또는 증착 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 상기 (8)의 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.(10) The method of manufacturing a three-dimensional thin film porous structural body according to (8), wherein the thin film is formed by plating or vapor deposition.
(11) 상기 박막 일부의 제거는 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 상기 (8)의 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.(11) The method of manufacturing a three-dimensional thin film porous structural body according to (8), wherein the removal of the thin film portion is performed by any one of mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical etching.
(12) 상기 내부 템플릿의 제거는 화학적, 물리적, 열적, 또는 광학적인 방법 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 상기 (8)의 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.(12) The method of manufacturing a three-dimensional thin film porous structural body according to (8), wherein the removal of the internal template is performed by any one of chemical, physical, thermal, and optical methods.
본 발명에 따르면, 소정 패턴으로 배치된 복수의 구슬 각각의 전체 표면적에서 열적 또는 화학적으로 부분 용해 후 용해과정에서 생성된 고점도 유동성 물질의 일부를 모세관 현상에 의해 구슬 사이에 침투시켜 경화시킴으로써, 종래 별도의 고가의 액상 수지를 이용하여 도포 경화하는 방법이나 최근 고가의 3차원 프린팅법 대비 저비용의 간단한 공정으로 구슬의 접촉부가 부드러운 필렛을 가지며 이와 동시에 전체 표면이 TPMS 또는 이와 유사한 형태의 표면을 갖는 3차원 구조체를 대량으로 생산하는 것이 가능하고, 또한 이러한 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 고강성의 극저밀도 3차원 박막 다공질 구조체를 대량으로 생산하는 것이 가능하다. According to the present invention, by partially curing a part of the highly viscous fluid material produced in the dissolution process after thermal dissolution or partial dissolution in the entire surface area of each of a plurality of beads arranged in a predetermined pattern by capillary action to cure the beads, In which the contact portion of the beads has a soft fillet at a low cost compared with the recent expensive 3-dimensional printing method, and at the same time, a three-dimensional It is possible to mass-produce the structure, and it is also possible to mass-produce a very low-density three-dimensional thin-film porous structural body with high rigidity using such a three-dimensional structure as a sacrificial structure.
또한, 희생구조체에 이용되는 구슬의 크기나 배열 개수를 조절하여 소형에서 대형에 이르기까지 크기 제한 없이 3차원 구조체 및 이를 이용한 3차원 박막 다공질 구조체를 제조할 수 있다.In addition, a three-dimensional structure and a three-dimensional thin-film porous structure using the three-dimensional structure can be manufactured without limitation of size from small size to large size by adjusting the size and arrangement number of beads used in the sacrificial structure.
도 1은 종래기술에 따른 금속 마이크로 격자의 제조방법을 나타낸 공정 개략도.
도 2는 도 1의 제조방법에 따라 제조된 금속 마이크로 격자의 구조도.
도 3은 도 2에 도시된 금속 마이크로 격자의 압축하중 인가 시 붕괴 모습을 나타낸 모식도.
도 4의 (a)는 대한민국특허 제1341216호에 따른 리소그래피 공정을 통해 얻어지는 고상 수지 구조체, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)를 희생구조체로 하여 제조된 3차원 박막 다공질 구조체의 구조도.
도 5의 (a)는 대한민국특허 제1612500호에 따른 구슬로 배열된 3차원 구조체, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)를 희생구조체로 하여 제조된 3차원 박막 다공질 구조체의 구조도.
도 6은 대한민국특허 제1612500호에 따라 일정한 패턴으로 배치된 구슬을 별도의 액상 수지로 서로 연결하는 방법을 예시한 도면.
도 7는 대한민국특허 제1612500호에 따른 3차원 박막 다공질 구조체의 강도와 강성을 평가하기 위한 구조해석 결과를 나타낸 도면.
도 8은 여러가지 형태의 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface: 3-주기적 최소곡면)의 구조도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구슬의 연결 과정에 관한 2차원 모식도.
도 10, 도 11 및 도 12 각각은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 구슬의 배치 패턴을 큐빅격자(PC; primitive cubic), 면심입방격자(FCC; face centered cubic) 및 체심입방격자( BCC; body centered cubic)로 한 상태에서 제작 단계별로 도시된 3차원 구조체의 형상.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 구조체에 대한 제조 단계별 시편 사진.
도 14, 도 15 및 도 16 각각은 도 10, 도 11 및 도 12 각각에 따른 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 제작되는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 3차원 박막 다공질 구조체의 단위셀의 형상.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a process for producing a metal micro grating according to the prior art; FIG.
2 is a structural view of a metal micro-grid fabricated according to the manufacturing method of FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing collapse of the metal micro-grid shown in FIG. 2 upon application of a compressive load;
4 (a) is a solid-state resin structure obtained through a lithography process according to Korean Patent No. 1341216, and Fig. 4 (b) is a schematic view of a structure of a three-dimensional thin film porous structural body made of a sacrificial structural body Degree.
5 (a) is a three-dimensional structure arranged in beads according to Korean Patent No. 1612500, and Fig. 5 (b) is a structural diagram of a three-dimensional thin film porous structural body made using sacrificial structure as shown in Fig. .
6 is a view illustrating a method of connecting beads arranged in a predetermined pattern according to Korean Patent No. 1612500 to a separate liquid resin.
7 is a view showing a structural analysis result for evaluating strength and rigidity of a three-dimensional thin film porous structural body according to Korean Patent No. 1612500;
8 is a structural view of various types of TPMS (Triply Periodic Minimal Surface).
9 is a two-dimensional schematic diagram of a bead connection process according to an embodiment of the present invention.
Each of Figs. 10, 11, and 12 is a plan view showing the arrangement pattern of the beads according to the comparative example and the embodiment of the present invention in a cubic lattice (PC), a face centered cubic (FCC) ; body centered cubic), the shape of the three-dimensional structure shown in the production steps.
13 is a photograph of a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.
14, 15, and 16 are sectional views of a unit cell of a three-dimensional thin-film porous structural body according to a comparative example and an embodiment of the present invention, which are manufactured by using the three-dimensional structure according to each of FIGS. 10, 11, shape.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the configuration of the embodiment described in the present specification is merely the most preferred embodiment of the present invention, and does not represent all the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations may be made. On the other hand, in the drawings, the same or similar reference numerals are given to the same or equivalent elements in the drawings, and, in the entire specification, when a component is referred to as being "comprising" But may include other components.
본원에 따른 3차원 구조체는 3주기적 최소곡면 형태 또는 이에 근접한 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다. 이러한 3차원 구조체는 아래의 실시예에서와 같이 이를 템플릿 즉 희생구조체로 하여 3차원 박막 다공질 구조체를 제조하는데 특히 유용하게 이용될 수 있지만, 그 용도가 이에 제한되는 것은 아니다. 이 경우, 3차원 박막 다공질 구조체는 상술한 “shellular”와 같이 박막으로 구성된 일정한 단위셀이 주기적으로 반복되는 경량 구조체이며, 박막의 표면은 템플릿으로 이용된 3차원 구조체와 마찬가지로 3주기적 최소곡면 형태 또는 이에 근접한 형태로 구현되는 것을 특징으로 한다. 상기 3차원 구조체는 기본적으로 소정 패턴으로 다수의 구슬을 접촉시켜 배치한 후 상기 구슬을 연결하는 작업에 의해 제조되고, 상기 3차원 박막 다공질 구조체는 제작된 3차원 구조체 템플릿을 희생구조체로 하고, 템플릿의 외부에 박막을 형성하고, 템플릿의 일부를 노출하여 제거하는 방식으로 제조된다. 이하 각 공정의 순서에 따라 순차적으로 설명한다. The three-dimensional structure according to the present invention is characterized in that it is implemented in a shape of three periodic minimum curved surfaces or in the vicinity thereof. Such a three-dimensional structure can be particularly useful for producing a three-dimensional thin film porous structure using the template or sacrificial structure as in the following embodiments, but its use is not limited thereto. In this case, the three-dimensional thin-film porous structure is a lightweight structure in which a certain unit cell composed of a thin film is repeated periodically, such as the above-mentioned "shellular", and the surface of the thin film has three periodic minimum curved shapes And is implemented in a form close to the above. The three-dimensional structure is basically formed by contacting a plurality of beads in a predetermined pattern and then connecting the beads. The three-dimensional thin film porous structure has a three-dimensional structure template as a sacrificial structure, And a part of the template is exposed and removed. Hereinafter, the steps will be sequentially described.
먼저, 3차원 구조체 제조방법에 대해 설명한다. First, a method for manufacturing a three-dimensional structure will be described.
구슬의 배치Arrangement of beads
구슬을 배치하는 단계는 3차원 박막 다공질 구조체의 형태를 결정하는 공정으로 다수의 구슬을 준비하여 원하는 소정 패턴으로 접촉시켜 배치한다. 이 경우 구슬의 소재와 내부 충진여부는 특별히 제한되지 않으나, 구슬로 제작된 3차원 구조체가 추후 3차원 박막 다공질 구조체 제조를 위한 희생구조체로 사용될 경우 그 제거가 용이한 수지 재질이 바람직하다. 또한 구슬의 크기는 형성하려고 하는 패턴에 따라 모두 동일하거나 또는 서로 다른 크기로 제작될 수 있다. The step of arranging the beads is a step of determining the shape of the three-dimensional thin-film porous structural body, and a plurality of beads are prepared and placed in contact with a desired predetermined pattern. In this case, there is no particular limitation on the material of the beads and whether the beads are filled in the inside. However, when the bead-formed three-dimensional structure is used as a sacrificial structure for manufacturing a three-dimensional thin film porous structure, Also, the size of the beads can be all the same or different sizes depending on the pattern to be formed.
상기 구슬의 배치 패턴은, 최종 제품인 3차원 박막 다공질 구조체에 요구되는 특성을 고려하여 다양한 패턴으로 형성될 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 구슬의 배치 패턴은 2차원 패턴 또는 2차원 패턴이 2층 이상 중첩된 3차원 패턴일 수 있고, 큐빅격자, 면심입방격자, 체심입방격자, 조밀육방격자 등의 고체결정 구조를 원용한 형태일 수 있고, 나아가 일정한 패턴 없이 불규칙하게 배치하는 것도 가능하다. The arrangement pattern of the beads can be formed in various patterns in consideration of the characteristics required for the three-dimensional thin film porous structural body which is the final product, and is not particularly limited. For example, the arrangement pattern of the beads may be a two-dimensional pattern or a three-dimensional pattern in which two or more layers are superimposed, or a solid crystal structure such as a cubic lattice, a face-centered cubic lattice, a body- Or even irregularly arranged without a certain pattern.
본 실시예에서는 수지로 이루어진 동일 크기의 구슬을 이용하여, 도 10의 큐빅격자(PC; primitive cubic), 도 11의 면심입방격자(FCC; face centered cubic), 도 12의 체심입방격자(BCC; body centered cubic)을 예시하였다. 한편 구슬의 배치 단계에서 구슬은 테프론 소재 등의 재질로 이루어진 육면체 상자와 같은 용기(도면 미도시)에 수용되어 구슬의 패턴 형태가 유지될 수 있다.In this embodiment, a cubic bead (PC), a face centered cubic (FCC) of FIG. 11, a body centered cubic (BCC) of FIG. body centered cubic). On the other hand, the beads are accommodated in a container (not shown) such as a hexahedron box made of a material such as a Teflon material, so that the pattern shape of the beads can be maintained.
구슬의 연결Connection of beads
본원은 3차원 구조체의 표면 또는 이를 이용해 제작되는 3차원 박막 다공질 구조체의 박막 표면이 3주기적 최소 곡면 또는 이에 근접한 형태 형성을 위해, 대한민국특허 제1612500호에서와 같이 별도의 액상 수지를 도포 경화시키거나 열적 또는 화학적 방법에 의해 구슬의 접촉부만을 단순히 연결시키는 방식 대신에, 구슬 자체의 전체 표면을 부분 용해하고 이 과정에서 생성된 유동성 물질의 일부가 모세관 현상에 의해 구슬의 접촉부로 침투되어 필렛을 형성시켜 경화시키는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 구슬에 대한 용해는 화학적 용해(dissolution) 및 열적 용해(melting)를 포함할 수 있다.For the purpose of forming the surface of the three-dimensional structure or the thin-film surface of the three-dimensional thin-film porous structure manufactured using the three-dimensional structure as the three-periodic minimum curved surface or a shape close thereto, a separate liquid resin is applied and cured as in Korean Patent No. 1612500 The whole surface of the bead itself is partially dissolved and a part of the fluid material produced in this process is penetrated into the contact portion of the beads by the capillary phenomenon to form a fillet in place of simply connecting the contact portion of the beads by a thermal or chemical method And curing. In this case, dissolution of the beads may include chemical dissolution and thermal dissolution.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구슬의 연결 과정에 관한 2차원 모식도를 나타낸다. 도 9의 (a)의 고상의 구슬을 2차원 사각 격자 형태로 배열한 것을 나타낸다. 도 9의 (b)는 고상 구슬 자체의 전체 표면을 부분 용해를 통해 고점도 유동성 물질을 형성시키는 과정을 나타낸다. 이 과정에서 구슬 자체의 전체 표면에서 표면 근처가 먼저 소실됨으로써 고상 구슬의 부피는 감소한다. 고상 물질로부터 천이된 고점도 유동성 물질의 일부는 모세관 현상에 의해 고상 구슬 사이의 접촉부 사이로 침투되어 필렛을 형성하게 되고, 구조체의 전체 표면은 3주기적 최소 곡면 또는 이와 유사한 형태로 형성된다. 한편, 도 9의 (c)는 고상 구슬 표면에 대한 소실과정을 추가적으로 진행한 것을 나타낸다. 이 과정에 의해, 도 9의 (b) 단계에서 고상 구슬 사이의 연결부를 포함하여 모든 표면에서의 물질을 더욱 소실시킴으로써 최종 부피분율을 감소한 상태로 조절할 수 있다. 이 경우, 도 9의 (c) 단계에서의 구조체도 도 9의 (b) 단계에서의 구조체 대비 부피분율이 작아지도록 조절될 뿐이며 그 전체 표면은 3주기적 최소 곡면 또는 이와 유사한 형태이고, 다만 도 9의 (b) 단계에서의 구조체와 도 9의 (c) 단계에서의 구조체의 평균 곡률은 상이하게 된다. 도 9의 (b) 및 (c)에서 점선은 실선은 해당 단계에서 소실되지 않은 구슬 영역을 나타내며, 점선은 직전 단계에서의 소실되지 않는 구슬 영역을 나타낸다. 도 9의 (c)에서 실선으로 표시된 영역은 우측 그림과 같은 표시되고, 이는 최외각의 자유표면의 효과를 배제하였을 때 내부의 규칙적인 구조 형태를 나타낸 것이다. 9 is a two-dimensional schematic diagram of a bead connection process according to an embodiment of the present invention. 9 (a) is arranged in the form of a two-dimensional square lattice. 9 (b) shows a process of forming a highly viscous fluid material through partial dissolution of the entire surface of the solid bead itself. In this process, the volume of the solid bead decreases as the surface near the surface disappears from the entire surface of the bead itself. Part of the highly viscous fluid material that has migrated from the solid material is permeated through contact between the solid beads by capillary action to form a fillet, and the entire surface of the structure is formed into a three periodic minimum curved surface or the like. On the other hand, FIG. 9 (c) shows that the disappearance process for the solid bead surface is further performed. By this process, the final volume fraction can be adjusted to a reduced state by further eliminating the material at all surfaces including the connection between the solid beads in step (b) of FIG. In this case, the structure in the step of FIG. 9 (c) is also adjusted so that the volume fraction of the structure in the step of FIG. 9 (b) becomes smaller and its entire surface is three periodic minimum curved surfaces or the like, The average curvature of the structure in the step (b) and the structure in the step (c) of FIG. 9 are different. 9 (b) and 9 (c), the solid line represents the bead region that has not been lost in the step, and the dotted line represents the bead region which is not lost in the previous step. The area indicated by the solid line in FIG. 9 (c) is displayed as shown in the right figure, which shows the regular internal structure when the effect of the outermost free surface is excluded.
본 발명은, 선행특허 제162500호에서 별도 재질의 액상 수지를 도포 경화시키거나 열적 또는 화학적 방법에 의해 구슬의 부피 변화를 수반하지 않으면서 구슬의 접촉부만을 단순히 연결시키는 방식과는 달리, 초기 배열된 구슬의 부피가 그 연결과정에서 전체 표면에서의 용해를 통해 감소되도록 하고 이와 동시에 고상 구슬로부터 동일 물질로 천이된 유동성 물질의 일부가 구슬 접촉부 사이에서 필렛을 형성하도록 유도함으로써 전체적으로 부드러운 3주기적 최소 곡면 또는 이와 유사한 형태의 표면을 자연스럽게 얻을 수 있다는 것이 특징이며, 이를 위해 구슬의 부피 변화의 기준치로서 상기 구슬 전체 표면에 대한 부분 용해의 정도는 상기 구슬 직경 대비 2 ~ 42 %의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. Unlike the method in which the liquid resin of the separate material is hardened by applying or curing the liquid resin in the prior art 162500, or the contact portion of the beads is simply connected without involving the volume change of the beads by the thermal or chemical method, The entire volume of the bead is reduced through dissolution at the entire surface during its connection and at the same time a portion of the fluid material that has transitioned from the solid bead to the same material forms a fillet between the bead contacts, It is preferable that the degree of partial dissolution with respect to the entire surface of the beads is set in a range of 2 to 42% of the diameter of the beads as a reference value of volume change of beads for this purpose .
이 경우, 상기 구슬 전체 표면에 대한 부분 용해는 열적 용해(melting) 또는 화학적 용해(dissolution) 방법으로 수행될 수 있으며, 도 9의 (c)에서 자유표면의 효과가 배제된 상태에서 표면 고점도 유동성 물질을 냉각 또는 건조하여 경화시킴으로써 본 발명에 따른 고상의 3차원 구조체가 제조된다. 한편, 경화전 고점도 유동성 물질에 대한 중력에 의한 자유표면 효과를 배제하여 소망하는 3주기적 최소곡면 또는 이에 근접한 형태를 갖기 위해서는, 실제 제작과정에서 구조체의 방위를 주기적으로 변경하면서 수행되는 것이 바람직하다.In this case, the partial dissolution of the entire surface of the beads may be performed by a method of thermal melting or dissolution, and the surface highly viscous fluid material (for example, Is cooled or dried and cured to produce a solid three-dimensional structure according to the present invention. Meanwhile, in order to have a desired three-periodic minimum curved surface or a shape close to the desired three-periodic minimum curved surface by excluding the free surface effect due to gravity on the high viscosity fluid material before curing, it is preferable that the orientation of the structure is periodically changed in an actual manufacturing process.
도 10, 도 11 및 도 12 각각은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따라 구슬의 배치 패턴을 큐빅격자(PC; primitive cubic), 면심입방격자(FCC; face centered cubic) 및 체심입방격자( BCC; body centered cubic)로 한 상태에서 제작 단계별로 도시된 3차원 구조체의 형상을 나타낸다. 이 경우, 도 10, 도 11 및 도 12 각각의 도면에서 해당 (a) 내지 (c)는, 도 9의 (a) 내지 (c) 단계에 대응되는 구조체의 형상을 나타낸다. Each of Figs. 10, 11, and 12 is a plan view showing the arrangement pattern of the beads according to the comparative example and the embodiment of the present invention in a cubic lattice (PC), a face centered cubic (FCC) ; body centered cubic), and shows the shape of the three-dimensional structure shown in each production step. In this case, (a) to (c) in FIGS. 10, 11 and 12 show the shapes of the structures corresponding to the steps (a) to (c) of FIG.
즉, 도 10, 도 11 및 도 12 각각의 도면에서, 해당 (a)는 비교예에 따라 대한민국특허 제1612500호에서와 같이 별도의 액상 수지를 도포 경화시키거나 열적 또는 화학적 방법에 의해 구슬의 접촉부만을 단순히 연결시키는 경우를 가정하여 형성된 3차원 구조체의 형상을 나타내고, 해당 (b) 및 (c)는 본 발명의 실시예에 따라 구슬 자체의 전체 표면에서의 부분 용해 후 모세관 현상에 의해 고점도의 유동성 물질을 구슬 사이에 침투시켜 형성된 3차원 구조체의 형상을 나타낸다. 도 10, 도 11 및 도 12 각각의 도면에서 해당 (b) 및 (c)는, 최외각의 자유표면의 효과를 배제하였을 때의 규칙적인 구조형태를 나타낸다.10, Fig. 11, and Fig. 12, (a) corresponds to a comparative example in which a separate liquid resin is applied and cured, as in Korean Patent No. 1612500, or by thermal or chemical methods, (B) and (c) illustrate the shape of a three-dimensional structure formed on the assumption that the beads are simply connected to each other. Dimensional structure formed by penetrating the material between the beads. (B) and (c) in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12, respectively, show a regular structural form when the effect of the outermost free surface is excluded.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 구조체에 대한 제조단계별 시편 사진을 나타낸다. 도 13의 실시예에서는, 수지로 이루어진 동일 크기의 구슬을 이용하여 도 10의 큐빅격자(PC; primitive cubic) 패턴을 적용하고, 상기 구슬 전체 표면에 대한 부분 용해는 화학적 용해(dissolution) 방법을 적용하였다. 구체적으로 설명하면, 먼저 다수의 구슬이 테프론 소재 등의 재질로 이루어진 육면체 상자와 같은 용기에 수용되어 도 10의 (a)와 같은 큐빅 격자 패턴으로 배치된 상태에서, 아세톤에 대략 30초 정도 담근 후 회수하여 상온에서 대략 20분 정도 건조시키면, 휘발성 아세톤은 모두 증발되고 구슬 사이의 접촉부가 서로 부착된다. 그 다음, 구조체를 THF(tetrahydrofuran)액에 0.5기압 이하의 진공 하에서 일정 시간 동안 담근 후 회수하고, 아세톤으로 대략 1분 동안 세척하여 THF(tetrahydrofuran)액에 용해되어 잔류하고 있는 폴리에틸렌 수지를 제거한 후, 대략 48시간 상온에서 건조하였다. 이 경우, 중력의 영향으로 용해된 고점도 수지에 대한 자유표면 효과로 인해 곡면이 왜곡되는 것을 방지하기 위하여 5분 간격으로 시편의 방위를 바꿔준다.FIG. 13 shows a photograph of a specimen according to manufacturing steps of a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 13, a cubic lattice (PC) pattern of FIG. 10 is applied using beads of the same size made of resin, and partial dissolution on the surface of the beads is performed by a chemical dissolution method Respectively. Specifically, first, a plurality of beads are accommodated in a container such as a hexagonal box made of a material such as Teflon, placed in a cubic lattice pattern as shown in FIG. 10 (a), immersed in acetone for about 30 seconds When it is recovered and dried at room temperature for about 20 minutes, all the volatile acetone is evaporated and the contact portions between the beads are attached to each other. Then, the structure was immersed in THF (tetrahydrofuran) solution under a vacuum of 0.5 atm or less for a certain period of time, collected and washed with acetone for approximately 1 minute to remove the residual polyethylene resin dissolved in THF (tetrahydrofuran) And dried at room temperature for about 48 hours. In this case, the orientation of the specimen is changed every 5 minutes to prevent distortion of the curved surface due to the free surface effect on the high viscosity resin dissolved by gravity.
도 13의 (A)는 구슬 사이의 접촉부만이 단순히 아세톤에 의해 부착된 형태를 나타낸 사진이고, 도 13의 (B), (C) 및 (D)는 THF(tetrahydrofuran)액에 담궈진 시간을 각각 5, 10, 20분으로 하였을 때의 시편 사진이고, 도 13의 (D)는 외각의 자유표면의 효과가 배제된 형상을 보여주기 위하여 4개의 측면과 상면을 샌드페이퍼로 1층씩 연삭한 후 촬영한 사진이다. 도 13의 (B), (C) 및 (D)에 따른 3차원 구조체의 경우, 단순히 구슬 사이의 접촉부만이 부착된 도 13의 (A)와는 달리, 구슬 자체로부터 용해된 물질을 이용하여 구슬 사이의 연결부를 구성할 뿐만 아니라 구슬 자체의 부피가 감소함과 동시에 표면에 3주기적 최소곡면 또는 이에 더욱 근접한 형상을 얻을 수 있다.13A is a photograph showing a state where only the contact portion between beads is simply adhered by acetone and FIGS. 13B, 13C and 13D are photographs showing a time when immersed in THF (tetrahydrofuran) FIG. 13 (D) is a photograph of the specimen taken at 5, 10, and 20 minutes, respectively. In order to show the shape free from the effect of the free surface of the shell, four side faces and upper faces are ground by sandpaper, It's a picture. In the case of the three-dimensional structure according to (B), (C) and (D) of Fig. 13, unlike Fig. 13 (A) in which only the contact portion between beads is attached, Not only the volume of the bead itself is reduced, but also the three periodic minimum curved surface or a shape closer thereto can be obtained on the surface.
다음으로, 제조된 3차원 구조체를 템플릿 내지 희생구조체로 한 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법에 대해 설명한다. Next, a method for manufacturing a three-dimensional thin-film porous structural body in which the produced three-dimensional structural body is a template or a sacrificial structural body will be described.
박막의 형성Thin film formation
상기한 구슬로 배열된 3차원 구조체의 표면에 고상의 박막을 형성한다. 박막의 재질은 금속, 수지 또는 세라믹 중 어느 하나일 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 또한, 박막 형성은 물리적, 화학적, 전기적, 열적 방법을 이용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, CVD, PVD, ALD 등 각종 진공막 형성(vacuum deposition)방식이나 전기도금, 무전해도금, 코팅 및 분말 야금, 액상 침지 및 스프레이 등의 방식을 적용할 수 있다.A solid-phase thin film is formed on the surface of the three-dimensional structure arranged in the beads. The material of the thin film may be any one of metal, resin, and ceramic, and is not particularly limited. The thin film formation can be performed by physical, chemical, electrical, or thermal methods, and is not particularly limited. For example, various vacuum deposition methods such as CVD, PVD and ALD, electroplating, electroless plating, coating and powder metallurgy, liquid immersion and spraying can be applied.
일부 박막 제거Some thin film removal
일부 박막 제거는 박막 내부의 3차원 구조체 물질을 제거를 위한 통로를 형성하는 공정으로서, 3차원 구조체 표면에 형성된 박막의 일부를 제거함으로써 희생구조체인 3차원 구조체 물질의 일부를 외부에 노출시킨다. 박막 제거 방법은, 물리적, 화학적, 전기적, 열적 방법을 이용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 외표면의 사포질, 방전가공(Electric Discharge Machining; EDM), 레이저에 의한 박막의 국부 절단, 집속이온빔(Focused Ion Beam; FIB), 전해연마(electropolishing) 등을 적용할 수 있다.Some thin film removal is a process for forming a passage for removing the three-dimensional structure material inside the thin film, and exposes a part of the three-dimensional structure material as a sacrificial structure to the outside by removing a part of the thin film formed on the surface of the three- dimensional structure. The thin film removing method may be physical, chemical, electrical, or thermal, and is not particularly limited. For example, sanding of the outer surface, electric discharge machining (EDM), local cutting of the thin film by laser, focused ion beam (FIB), electropolishing and the like can be applied.
박막 내부 물질 제거Removal of thin film materials
박막의 일부를 제거하여 희생구조체인 3차원 구조체 물질이 외부에 노출되면, 노출된 부분을 통해 물리적, 화학적, 전기적, 열적 방법으로 내부의 3차원 구조체 물질을 제거한다. 예컨대, 3차원 구조체 물질이 박막보다 녹는 온도, 비등 온도 또는 타는 온도가 현저히 낮다면 열을 가해 각각 액체, 기체 상태로 만들거나 태워서 제거할 수 있고, 특정 화학물질에 대한 내부 물질과 표면 박막에 대한 반응성을 이용하여 3차원 구조체 물질만을 녹여내는 것도 가능하다. 이 경우, 종래 대한민국특허 제1612500호에서 액상 수지를 도포·경화하는 방식으로 제작되어 이종 물질이 혼합된 희생구조물과는 달리, 본원의 희생구조물인 3차원 구조체는 구슬 자체의 단일 물질로 존재하기 때문에 그 제거과정이 훨씬 단순화될 수 있다.When a part of the thin film is removed and the three-dimensional structure material as a sacrificial structure is exposed to the outside, the inner three-dimensional structure material is removed by physical, chemical, electrical and thermal methods through the exposed part. For example, if the temperature of the three-dimensional structure material is lower than that of the thin film, the boiling temperature or the burning temperature is significantly low, heat can be applied to each of the liquid material and the gaseous material, It is also possible to dissolve only the three-dimensional structure material using reactivity. In this case, unlike a sacrificial structure prepared by applying and curing a liquid resin in a conventional Korean Patent No. 1612500 and mixed with a heterogeneous material, the three-dimensional structure, which is a sacrificial structure of the present invention, exists as a single material of the bead itself The removal process can be much simplified.
3차원 구조체 물질은 오픈셀 구조로 필렛 형태의 연결부를 통해 모두 연결되어 있으므로 비록 박막의 일부만 제거하더라도 3차원 구조체 물질 전체를 제거할 수 있고, 이에 따라 박막은 표면 손상 없이 잔존하게 되어 최종적으로 박막으로 구성된 일정한 단위셀이 주기적으로 반복되는 3차원 박막 다공질 구조체가 완성된다. 이러한 3차원 박막 다공질 구조체의 표면은 템플릿인 3차원 구조체의 표면에 따라 3주기적 최소곡면 또는 이에 근접한 형태로 구현된다.Since the three-dimensional structure material is connected to the open cell structure through the fillet-shaped connection portion, even if only a part of the thin film is removed, the entire three-dimensional structure material can be removed, and the thin film remains without surface damage, A three-dimensional thin film porous structure in which a predetermined unit cell is repeated periodically is completed. The surface of such a three-dimensional thin-film porous structure is realized as a three periodic minimum curved surface or a shape close to the three periodic minimum curved surface according to the surface of the three-dimensional structure as a template.
도 14, 도 15 및 도 16 각각은 도 10, 도 11 및 도 12 각각에 따른 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 제작되는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 3차원 박막 다공질 구조체의 단위셀의 형상을 나타낸다. 이 경우, 도 14, 도 15 및 도 16 각각의 도면에서 해당 (a) 내지 (c)는, 도 10, 도 11 및 도 12 각각의 도면에서 해당 (a) 내지 (c)에 대응된다.14, 15, and 16 are sectional views of a unit cell of a three-dimensional thin-film porous structural body according to a comparative example and an embodiment of the present invention, which are manufactured by using the three-dimensional structure according to each of FIGS. 10, 11, Shape. In this case, corresponding (a) to (c) in FIGS. 14, 15 and 16 correspond to the corresponding (a) to (c) in FIGS. 10, 11 and 12, respectively.
도 14, 도 15 및 도 16 각각의 도면에서 해당 (a)는, 비교예에 따라 대한민국특허 제1612500호에서와 같이 구슬의 접촉부만이 단순히 부착된 구조의 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 제작된 박막 구조체이기 때문에 박막 구조체의 단위셀의 표면 전체적으로 단순 구면이고 단위셀의 연결부에만 구멍이 형성된 형태를 나타낸다. 이에 대해 도 14, 도 15 및 도 16 각각의 도면에서 해당 (b) 및 (c) 는, 본원의 실시예에 따라 구슬 사이의 접촉부는 메워지고 구슬 자체의 표면 물질이 손실된 형태로서 부드러운 필렛의 연결부를 갖는 3주기적 최소곡면 또는 이에 근접한 형태의 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 제작된 박막 구조체이기 때문에 단위셀의 부피는 전체적으로 감소함과 동시에 전체적인 표면이 3주기적 최소곡면 또는 이에 더욱 근접한 형태를 갖게 된다. 즉, 본원의 실시예의 경우 구슬 자체의 물질로 연결부를 형성할 뿐만 아니라 구슬 본체의 부피도 감소하여 최소곡면에 더욱 근접한 형상을 얻게 된다. 도 14, 도 15 및 도 16 각각의 도면에서 해당 (b) 및 (c)의 우측에는 좌측과 부피분율이 동일한 경우에서 이상적인 TPMS를 나타내었다. 이 경우, '부피분율'은 3차원 박막 다공질 구조체의 전체 공간 부피에 대한 내부 공간 부피의 비율을 의미하며, '전체 공간'은 3차원 박막 다공질 구조체가 점유하는 '내부 공간'과 3차원 박막 다공질 구조체의 외곽 경계 내에서 3차원 박막 다공질 구조체가 점유하지 않는 '외부 공간'의 합으로 정의된다. 상기 '내부 공간'은 3차원 박막 다공질 구조체 제조를 위해 이용된 도 10, 도 11 및 도 12에 따른 3차원 구조체가 점유하는 공간이기도 하다.14A, 15A, and 16B, the corresponding (a) shows a three-dimensional structure having a structure in which only the contact portion of the beads is simply attached, as in the Korean Patent No. 1612500, Because of the thin film structure, the surface of the unit cell of the thin film structure is a simple spherical surface, and a hole is formed only in the connection portion of the unit cell. (B) and (c) of FIG. 14, FIG. 15, and FIG. 16 correspond to the shape of the soft fillet in which the contact portion between the beads is buried and the surface material of the bead itself is lost in accordance with the embodiment of the present invention The volume of the unit cell is reduced as a whole because the thin film structure is formed by using the triple periodic minimum curved surface having a connection portion or a three-dimensional structure in the vicinity thereof as a sacrificial structure. At the same time, do. That is, in the case of the embodiment of the present invention, not only the connection part is formed of the bead itself but also the volume of the bead body is reduced, so that a shape closer to the minimum curved surface is obtained. In FIGS. 14, 15, and 16, right-hand sides of (b) and (c) show the ideal TPMS when the volume fraction of the left side is the same. In this case, the 'volume fraction' means the ratio of the internal space volume to the total space volume of the three-dimensional thin film porous structure, and 'total space' means the 'internal space' occupied by the three- Is defined as the sum of the 'outer space' that the 3D thin film porous structure does not occupy within the outer boundary of the structure. The 'inner space' is a space occupied by the three-dimensional structure according to FIGS. 10, 11, and 12 used for manufacturing the three-dimensional thin film porous structure.
구체적으로, 도 14의 (b) 및 (c)에 따라 큐빅격자 패턴에 기초한 3차원 박막 다공질 구조체의 표면은 도 8의 P-surface 또는 이에 근접한 형태이며, 도 15의 (b) 및 (c)에 따라 면심입격방자 패턴에 기초한 3차원 박막 다공질 구조체의 표면(도면 중 녹색으로 표시된 부분)은 도 8의 F-RD surface 또는 이에 근접한 형태이며, 도 16의 (b) 및 (c)에 따라 체심입방격자 패턴에 기초한 3차원 박막 다공질 구조체의 표면은 도 8의 I-WP surface 또는 이에 근접한 형태를 나타낸다. Specifically, the surface of the three-dimensional thin-film porous structural body based on the cubic lattice pattern according to (b) and (c) of FIG. 14 is the P- The surface (indicated by green in the figure) of the three-dimensional thin-film porous structural body based on the surface roughness barrier pattern according to the present invention is the F-RD surface of FIG. 8 or a shape close thereto, and in accordance with FIG. 16 (b) The surface of the three-dimensional thin-film porous structure based on the body-centered cubic lattice pattern shows the I-WP surface or its close form in FIG.
한편, 도 14 내지 16 각각에서 해당 (b) 및 (c) 사이에 관측되는 형상의 차이는 최소곡면(TPMS)의 내/외부 공간비의 차이로 설명될 수 있다. 즉, 도 8의 최소곡면(TPMS)은 곡면 내/외부 공간비가 1인 경우을 나타내고 외부 공간에 대한 내부 공간의 비가 1 미만이 되면 홀쭉한 형상이 되는데, 도 14 내지 도 16의 (b) 및 (c) 모두 곡면의 내/외부 공간비가 1보다 작은 홀쭉한 형상을 나타낸다. 도 14 내지 도 16 각각에서, (b)의 경우가 (c)의 경우보다 부피분율이 상대적으로 커서 내/외부 공간비가 1에 훨씬 근접한 값을 가지며, 이에 따라 (c)가 (b)보다 더 홀쭉한 형상이 된다.On the other hand, the difference in shape observed between (b) and (c) in FIGS. 14 to 16 can be explained by the difference of the inner / outer space ratio of the minimum curved surface (TPMS). That is, the minimum curved surface TPMS of FIG. 8 represents a case where the curved surface inner / outer space ratio is 1, and when the ratio of the inner space to the outer space is less than 1, the curved surface has a slender shape. FIGS. 14 to 16B and c) All of the curved surfaces have a slender shape with an inner / outer space ratio of less than 1. 14 to 16, the case of (b) has a volume fraction relatively larger than that of (c), so that the inner / outer space ratio has a value much closer to 1, so that (c) It becomes a slender shape.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 소정 패턴으로 배치된 복수의 구슬 각각의 전체 표면적에서 열적 또는 화학적으로 부분 용용 후 모세관 현상에 의해 고점도의 유동성 물질을 구슬 사이에 침투시켜 경화시킴으로써, 종래 별도의 고가의 액상 수지를 이용하여 도포 경화하는 방법이나 그 분해능에 한계가 있어 부드러운 곡면 구현이 어렵고 오랜 작업 시간을 요하는 고가의 3차원 프린팅 방법 등과 대비할 때, 상대적으로 저비용의 간단한 공정으로 구슬의 접촉부가 부드러운 필렛을 가지며 이와 동시에 전체 표면이 TPMS 또는 이와 유사한 형태의 표면을 갖는 3차원 구조체를 대량으로 생산하는 것이 가능하고, 또한 이러한 3차원 구조체를 희생구조체로 하여 고강성의 극저밀도 3차원 박막 다공질 구조체를 대량으로 생산하는 것이 가능하다. 또한, 희생구조체에 이용되는 구슬의 크기나 배열 개수를 조절하여 소형에서 대형에 이르기까지 크기 제한 없이 3차원 구조체 및 이를 이용한 3차원 박막 다공질 구조체를 제조할 수 있다.Industrial Applicability As described above, according to the present invention, fluidity material having a high viscosity is permeated between beads by capillary phenomenon after thermally or chemically partially melting in the entire surface area of each of a plurality of beads arranged in a predetermined pattern, The liquid contact resin is used to cure the coating. However, when compared with the expensive three-dimensional printing method which requires a long working time, it is difficult to realize a smooth curved surface because of its limited resolution. It is possible to produce a three-dimensional structure having a fillet at the same time and having a surface of TPMS or a similar shape in a large amount, and using this three-dimensional structure as a sacrificial structure, a highly rigid ultra-low density three-dimensional thin film porous structure It is possible to produce in large quantity. In addition, a three-dimensional structure and a three-dimensional thin-film porous structure using the three-dimensional structure can be manufactured without limitation of size from small size to large size by adjusting the size and arrangement number of beads used in the sacrificial structure.
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. The foregoing is a description of specific embodiments of the present invention. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments or constructions. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that this is possible.
예컨대, 실시예에서 박막을 단일 재질로 하여 단층으로 형성하는 것을 예시하였으나, 동종 또는 다른 재료로 복층으로 형성하여 최종 3차원 박막 다공질 구조체의 강도 및/또는 강성을 보강하거나 추가적인 기능을 갖게 하는 것도 가능하다. 이 경우 바람직하게는, 화학적, 물리적 또는 열적인 후처리 공정을 수행하여 코팅 또는 도금된 층간의 물질의 확산, 화학반응, 합금 현상을 유도함으로써 박막 층간에 발생하는 응력을 완하하거나 층의 박리에 대한 저항을 높일 수도 있다. 예커대, 1차로 금속 박막을 형성한 후 실리콘과 같은 세라믹 박막을 형성하면 온도 변화시 두 재료의 열팽창율의 차이 때문에 응력이 발생하며 이것이 층간 분리를 일으키는 원인이 될 수 있으나, 열을 가하여 금속 박막과 세라믹 박막 사이에 확산이 일어나게 하면 소위 경사(gradient) 재료가 되어 층간 응력 집중을 완화할 수 있다.For example, in the embodiment, a single layer of a thin film is formed as a single layer. However, it is also possible to form the multi-layered structure of the same or different materials to reinforce the strength and / or rigidity of the final three-dimensional thin film porous structure or to provide additional functions Do. In this case, chemical, physical or thermal post-treatment is preferably performed to induce the diffusion of the material between the coated or plated layers, the chemical reaction, and the alloying phenomenon, thereby relieving the stress generated between the thin film layers, The resistance can also be increased. For example, when a metal thin film is first formed and then a ceramic thin film such as silicon is formed, a stress is generated due to a difference in thermal expansion ratio between the two materials at the time of temperature change, which may cause interlayer separation. However, And diffusion between the ceramic thin film becomes a so-called gradient material, so that the inter-layer stress concentration can be mitigated.
또한, 최종 극저밀도 3차원 박막 다공질 구조체의 내부 공간에는 발포성 재료(prous material)을 충진하여, 박막형 셀과 발포성 재료로 이루어진 일종의 계층구조(hierarchical structure)를 형성함으로써 무게 증가를 최소화하면서 강도 향상을 도모하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 내부 공간은 박막형 셀이 점유하는 내부 공간 또는 그 외부 공간 중 어느 하나 또는 양자를 모두 포함할 수 있다.In addition, the inner space of the final ultra-low density three-dimensional thin film porous structure is filled with a prous material to form a hierarchical structure composed of a thin film type cell and a foamable material, It is also possible to do. In this case, the inner space may include any one or both of an inner space occupied by the thin film type cell or an outer space thereof.
따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.It is therefore to be understood that all such modifications and alterations are intended to fall within the scope of the invention as disclosed in the following claims or their equivalents.
Claims (12)
상기 구슬의 접촉부에 대한 연결은, (a) 구슬 자체의 전체 표면을 부분 용해하여 고점도 유동성 물질을 형성하는 단계; (b) 상기 유동성 물질의 일부가 모세관 현상에 의해 구슬의 접촉부로 침투되어 필렛을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 유동성 물질을 경화시키는 단계;를 포함하는 3차원 구조체 제조방법.A method of manufacturing a three-dimensional structure, comprising: placing a plurality of beads in contact with each other in a predetermined pattern and connecting the contact portions of the beads,
(A) partially melting the entire surface of the bead itself to form a highly viscous fluid material; (b) a portion of the fluid material is infiltrated into the contact portion of the beads by capillary action to form a fillet; And (c) curing the fluid material.
상기 템플릿은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따라 제조된 3차원 구조체를 희생구조체로 하고, 상기 박막의 곡면은 3주기적 최소곡면 또는 이와 유사한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법.Fabricating a template; Forming a thin film outside the template; Removing a portion of the thin film to expose a portion of the template; And removing the template,
Wherein the template is a sacrificial structure formed by the method according to any one of claims 1 to 7, and the curved surface of the thin film is formed in three periodic minimum curved surfaces or the like. Wherein the thin film porous structure is formed by a method comprising the steps of:
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190118037A (en) | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 전남대학교산학협력단 | Three-dimensional shell structure, pressure vessel provided with the same and fabrication method thereof |
| CN110497656A (en) * | 2019-07-29 | 2019-11-26 | 湖南大学 | A kind of core Cellular structure, porous structure core and sandwich endergonic structure |
| KR20200108703A (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-21 | 전남대학교산학협력단 | Three-dimension structure with triply periodic minimal surfaces based on polymer bead arrays, and fabrication method of shell cellular structure using the three-dimension structure as template |
| KR20210022365A (en) * | 2019-08-20 | 2021-03-03 | 전남대학교산학협력단 | Fabrication method of 3 dimensional structure with gyroid triply periodic minimal surfaces based on bead arrays |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190118037A (en) | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 전남대학교산학협력단 | Three-dimensional shell structure, pressure vessel provided with the same and fabrication method thereof |
| WO2019198917A1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 전남대학교산학협력단 | Three-dimensional shell structure, pressure vessel having same, and manufacturing method therefor |
| CN111936772A (en) * | 2018-04-09 | 2020-11-13 | 全南大学校产学协力团 | Three-dimensional shell structure, pressure vessel provided with same, and method for manufacturing same |
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