KR20190042837A - 3d 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플랫폼을 준비하는 단계; 플랫폼 상부에 양면 접착층을 도포하는 단계; 양면 접착층의 상부에 기능성 물질층을 도포하는 단계; 광경화성 액상 수지를 수용하는 수지조에 플랫폼을 담그는 단계; 플랫폼 위에 소정의 패턴으로 빛을 조사하여 3D 프린트 출력물을 형성하는 단계; 및 플랫폼으로부터 3D 프린트 출력물을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법에 관한 것이다.

Description

3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법{METHOD FOR TRANSFERING FUNCTIONAL MATERIAL LAYER ON THREE-DIMENSIONAL PRINT OBJECT}
본 발명은 3D 프린팅 출력물에 기능성을 부여하기 위한 방법으로, 구체적으로, 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근 3D 프린팅 소재 개발을 포함한 기술의 발달과 경제적 효용성으로 인해 3차원 물체 성형이 가능한 3D 프린터가 다양한 산업분야에 활용되면서 그 기술 수용성이 높아지고 있다.
3D 프린팅은 컴퓨터의 3D 설계 도면을 3D 프린터로 전송하여 제품을 성형하는 방식으로, 이러한 3D 프린터의 제품성형 방식에는 수지 등의 원료를 용융한 후 노즐을 통해 압출하여 경화된 얇은 막을 쌓아가는 방식(Fused Deposition Modeling; FDM 방식), 원료를 레이저로 가열하여 소결하는 방식(Selective Laser Sintering; SLS 방식) 및 광경화성 액체 수지가 담긴 수조에 레이저를 투사하여 경화시키는 방식(Stereo Lithography Appartus; SLA 방식) 등이 있다.
이러한 방식 중에서, SLA 방식 또는 DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린팅 기술은 광경화성 액상 수지가 담긴 수조 안에 자외선 또는 레이저 빔을 투사하여, 조형함의 수조 안에 있는 조형물이 한 층씩 만들어질 때마다 수조가 층 두께만큼 하강하고 다시 레이저를 주사하는 방식으로 조형하고 있다.
이러한, SLA 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린팅 기술은 출력물의 정밀도가 높으며 표면 조도가 우수한 장점을 가지고 있으며, 중간 정도의 조형속도로 가장 널리 쓰이는 기술이다.
최근, SLA 방식 또는 DLP 방식의 3D 프린팅 기술을 사용하여 제조된 3D 프린트 출력물에 기능성을 구현하기 위하여, 출력물의 외부에, 예를 들어, 전도성 기능을 갖는 코팅층을 제조하기 위한 시도가 이루어지고 있다.
예를 들어, 종래의 SLA 방식 또는 DLP 방식으로 제조된 출력물에 전도성 기능을 갖는 코팅층을 제조하기 위한 방법은, 완성된 출력물에 별도의 공정을 통해 전도성 물질층을 추가적으로 코팅하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 기능성 물질에 의한 기능성의 발현은 기능성 물질들 사이의 직접적인 접촉에 의해 발현되는데, 전술한 종래의 방법으로 기능성 코팅층을 형성하는 경우, 기능성 물질들 사이의 충분한 접촉이 어렵고, 직접적인 접촉을 위해 열처리 등과 같은 후처리 공정이 반드시 필요하다는 문제점이 있다.
따라서, 별도의 후처리 공정을 이용하지 않고, SLP 방식 또는 DLP 방식의 공정 내에서 기능성 코팅층을 부여할 수 있는 연구가 필요하다.
따라서, 본 발명은 매우 간단한 방법으로 SLA 방식 또는 DLP 방식의 공정 내에서 기능성 물질층을 부여할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 플랫폼으로부터 3D 프린트 출력물을 용이하게 분리할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기능성 물질 입자들 사이의 접촉을 제공하기 위한 추가적인 후처리 공정이 필요없는 방법을 제공하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 플랫폼을 준비하는 단계; 플랫폼 상부에 양면 접착층을 도포하는 단계; 양면 접착층의 상부에 기능성 물질층을 도포하는 단계; 광경화성 액상 수지를 수용하는 수지조에 플랫폼을 담그는 단계; 플랫폼 위에 소정의 패턴으로 빛을 조사하여 3D 프린트 출력물을 형성하는 단계; 및 플랫폼으로부터 3D 프린트 출력물을 분리하는 단계를 포함하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 기능성 물질층은 전도성 나노 물질로 이루어지고, 이러한 전도성 나노 물질은, 메탈 나노 입자, 메탈 나노 와이어, 카본 나노 튜브, 메탈 플레이크, 그래핀 입자 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 전도성 나노 물질은, 은 나노 와이어일 수 있으며, 은 나노 와이어의 일부는, 3D 프린트 출력물에 함침될 수 있다.
또한, 본 발명의 양면 접착층의 상부에 기능성 물질층을 도포한 이후에, 기능성 물질층을 롤러로 밀어 가압하여 얇은층으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 광경화성 소재는, 아크릴, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함하는 광경화성 고분자 액상 수지일 수 있고, 플랫폼 위에 소정의 패턴으로 빛을 조사하여 3D 프린트 출력물을 형성하는 단계는, 플랫폼을 하강시켜 3D 프린트 출력물의 두께를 순차적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 양면 접착층은 열접착해제 필름이고, 플랫폼으로부터 3D 프린트 출력물을 분리하는 단계는, 플랫폼에 소정의 열을 가하여 실시될 수 있다.
본 발명은 추가적인 공정 없이 기능성 물질들 사이의 직접적인 연결을 도모할 수 있으므로, 최소한의 기능성 물질의 양으로 기능성을 최대화할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 기능성 물질층이 부여된 3D 프린트 출력물을 플랫폼으로부터 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명은 0D, 1D, 2D 형상의 모든 나노 물질, 구체적으로, 0D 메탈 나노파티클, 1D 메탈 나노와이어, 1D 카본 나노 튜브, 2D 메탈 플레이크, 2D 그래핀 등의 다양한 물질에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 전사된 기능성 물질층이 3D 프린팅 출력물 바깥쪽에 위치하는 것이 아닌, 3D 프린팅 출력물 내부로 침투되어 있기 때문에, 굽힘 또는 접힘하에서도 높은 전도성을 유지할 수 있으며, 기능성 물질이 3D 프린팅 출력물과 쉽게 분리되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법을 단계별로 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 플랫폼에 기능성 물질층을 도포하고, 이를 롤러로 밀어 가압하여 얇은층으로 형성한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 기능성 물질층이 전사된 3D 프린트 출력물을 플랫폼으로부터 분리한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층의 일부가 함침되어 있는 것을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하기 위한 장치(1)를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광경화성 액상 수지(61)가 저장된 수지조(60)로 프로젝터(50)가 빛(51)을 조사한다. 투명 소재의 수지조(60) 내부로 플랫폼(10)이 삽입된 상태로 위치하고, 빛이 조사된 영역에서 광경화성 액상 수지(61)가 경화되며, 플랫폼(10) 상에서 3D 프린트 출력물(40)이 조형된다.
이러한 광경화성 액상 수지의 소재는, 아크릴, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함하는 광경화성 고분자 액상 수지가 될 수 있다.
3D 프린트 출력물(40)이 조형되면서, 플랫폼(10)이 점차 하강하면서 경화층이 다층으로 적층되어 입체 형상의 3D 프린트 출력물이 조형될 수 있다.
한편, 3D 프린트 출력물(40)을 조형하기 전에, 플랫폼(10)에는 양면 접착층(20)이 미리 도포되어 있는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법을 단계별로 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 플랫폼(10) 위에 양면 접착층(20)을 도포한다. 이러한 양면 접착층(20)은 접착성을 가지고 있기 때문에, 하부의 플랫폼(10)과 상부에 도포되는 기능성 물질층(30) 사이에서 양면으로 접착된다.
한편, 본 발명에서 사용되는 양면 접착층(20)은 열에 의해 접착성이 해제될 수 있는 열접착해제 필름으로서, 최종 공정이 완료된 이후에, 상기 양면 접착층(20)에 열을 가하게 되면 3D 프린트 출력물(40)을 플랫폼(40)으로부터 용이하게 분리할 수 있다.
다음으로, 양면 접착층(20)의 상부에 소정의 영역으로 기능성 물질층(31)을 도포한다. 일차적으로 도포된 기능성 물질층(31)은 그 표면에 고르게 도포되지 않을 수 있기 때문에, 롤러(32) 또는 메이어 로드(meyer rod)를 통해 이를 밀어 가압하여, 얇은층으로 고르게 도포된 기능성 물질층(30)을 얻을 수 있다.
이러한 얇은층으로 고르게 도포된 기능성 물질층(30)이 얻어지는 단계는, 도 3에 기재된 사진으로부터 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에서는 기능성 물질층(30)으로서 전도성 나노 물질을 이용할 수 있으며, 이러한 전도성 나노 물질은, 메탈 나노 입자, 메탈 나노 와이어, 카본 나노 튜브, 메탈 플레이크, 그래핀 입자 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는 은 나노 와이어를 사용하였다.
다음으로, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 기능성 물질층(30)이 도포된 플랫폼(10) 위로 원하는 패턴의 출력물을 형성하기 위해 소정의 패턴으로 빛(51)을 조사한다. 빛(51)이 조사됨에 따라 광경화성 액상 수지가 경화되어 출력물(40)로 형성되고, 수지가 경화됨에 따라 플랫폼(10)을 순차적으로 하강시키는 경우, 경화된 출력물 위로 순차적으로 계속하여 경화가 진행되므로, 출력물(40)의 두께를 증가시킬 수 있다.
다음으로, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 소정의 두께와 패턴으로 출력물(40)을 얻어낸 이후 소정의 온도로 열(H)을 가한다. 전술한 바와 같이, 양면 접착층(20)은 열(H)에 의해 접착성이 해제되어, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 플랫폼(10)으로부터 3D 프린트 출력물(40)이 용이하게 분리될 수 있다.
한편, 도 2(d)에 있어서, 기능성 물질층(30) 위에 출력물(40)이 형성된 영역(30a)의 기능성 물질층은 출력물(40)로 모두 이동되어, 3D 프린트 출력물(40) 위로 전사된 기능성 물질층(40a)를 형성한다. 이와 같이 출력물(40)이 형성된 영역(30a)의 기능성 물질층이 러한 얇은층으로 고르게 도포된 기능성 물질층(30)이 얻어지고, 기능성 물질층 모두가 출력물(40)로 모두 이동된 것은 도 3에 기재된 사진으로부터 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층의 일부가 함침되어 있는 것을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기능성 물질(40a)은 제조 단계에서 3D 프린트 출력물(40)의 하중으로 인하여 압착(40a)되면서 서로 복수의 접촉이 이루어져, 충분한 전도성을 확보할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기능성 물질층(30)이 3D 프린트 출력물(40) 외부에 단순하게 배치되는 것이 아닌, 3D 프린트 출력물(31) 내부로 침투되어 있기 때문에, 기능성 물질층(21)이 3D 프린트 출력물(31)의 중앙 평면(31c)에 가깝게 위치할 수 있고, 이로 인하여, 기능성 물질층(21)이 전사된 3D 프린트 출력물(31)을 굽히거나 접더라도, 3D 프린트 출력물(31)로부터 기능성 물질층(21)이 이탈되지 않고 위치를 유지할 수 있다. 따라서, 기능성 물질층(21)이 전사된 3D 프린트 출력물(31)을 굽히거나 접더라도, 3D 프린트 출력물(31)의 기능성 물질층(21)에 의한 기능성을 계속하여 발현할 수 있다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 3D 프린트의 SLA 방식 또는 DLP 방식의 공정에서, 3D 프린트 출력물에 기능성을 부여하고, 플랫폼으로부터 3D 프린트 출력물을 용이하게 분리할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
10 플랫폼
20 양면 접착층
30 기능성 물질층
30a 출력물 형성 영역
31 기능성 물질
32 롤러
40 3D 프린트 출력물
40a 출력물로 전사된 기능성 물질층
50 프로젝터
51 빛
60 수지조
61 광경화성 액상 수지

Claims (9)

  1. 플랫폼을 준비하는 단계;
    상기 플랫폼 상부에 양면 접착층을 도포하는 단계;
    상기 양면 접착층의 상부에 기능성 물질층을 도포하는 단계;
    광경화성 액상 수지를 수용하는 수지조에 상기 플랫폼을 담그는 단계;
    상기 플랫폼 위에 소정의 패턴으로 빛을 조사하여 3D 프린트 출력물을 형성하는 단계; 및
    상기 플랫폼으로부터 상기 3D 프린트 출력물을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 물질층은 전도성 나노 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전도성 나노 물질은, 메탈 나노 입자, 메탈 나노 와이어, 카본 나노 튜브, 메탈 플레이크, 그래핀 입자 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전도성 나노 물질은, 은 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 은 나노 와이어의 일부는, 상기 3D 프린트 출력물에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양면 접착층의 상부에 기능성 물질층을 도포한 이후에, 상기 기능성 물질층을 롤러로 밀어 가압하여 얇은층으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경화성 소재는, 아크릴, 우레탄, 에폭시 중 하나 이상을 포함하는 광경화성 고분자 액상 수지인 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫폼 위에 소정의 패턴으로 빛을 조사하여 3D 프린트 출력물을 형성하는 단계는, 상기 플랫폼을 하강시켜 상기 3D 프린트 출력물의 두께를 순차적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 양면 접착층은 열접착해제 필름이고, 상기 플랫폼으로부터 상기 3D 프린트 출력물을 분리하는 단계는, 상기 플랫폼에 소정의 열을 가하여 실시되는 것을 특징으로 하는 3D 프린트 출력물에 기능성 물질층을 전사하는 방법.
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