KR20190063918A - Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof - Google Patents

Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20190063918A
KR20190063918A KR1020170163074A KR20170163074A KR20190063918A KR 20190063918 A KR20190063918 A KR 20190063918A KR 1020170163074 A KR1020170163074 A KR 1020170163074A KR 20170163074 A KR20170163074 A KR 20170163074A KR 20190063918 A KR20190063918 A KR 20190063918A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional structure
scale
supercritical
porous
dimensional
Prior art date
Application number
KR1020170163074A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101998309B1 (en
Inventor
박병규
김찬중
오윤석
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020170163074A priority Critical patent/KR101998309B1/en
Publication of KR20190063918A publication Critical patent/KR20190063918A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101998309B1 publication Critical patent/KR101998309B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/26Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a solid phase from a macromolecular composition or article, e.g. leaching out
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/008Processes carried out under supercritical conditions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36After-treatment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a multi-scale porous 3D structure using a supercritical or subcritical fluid and the multi-scale porous 3D structure. The present invention, specifically, relates to a manufacturing method of a multi-scale porous 3D structure having a structure in which micro-scale and nano-scale pores are mixed in a polymer material, through a post-treatment process for controlling a nucleation rate and size distribution while making a carbon dioxide fluid into a supercritical or subcritical state and penetrating the product into a polymer material, after using a 3D printing technique to manufacture the polymer material into a 3D structure having a milli-scale or micro-scale void structure. The present invention also relates to the multi-scale porous 3D structure manufactured thereby.

Description

초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법과 그 멀티스케일 다공성 3차원 구조체{Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof} Technical Field The present invention relates to a method for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using a supercritical or subcritical fluid and a multiscale porous three-dimensional structure using the same. }

본 발명은 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법과 그 멀티스케일 다공성 3차원 구조체에 관한 것으로, 자세하게는 3차원 프린팅 기술을 이용하여 폴리머 소재를 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극 구조의 3차원 구조체로 제조 후, 후처리 공정을 통해 초임계 또는 아임계 상태의 이산화탄소 유체를 폴리머 소재 내부에 침투시킨 후 성장시켜 마이크로스케일과 나노스케일의 포어(Pore)가 혼재된 멀티스케일 다공 구조를 가지는 3차원 다공성 구조체를 제조하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a multiscale porous three-dimensional structure using a supercritical or subcritical fluid and a multiscale porous three-dimensional structure, and more particularly, to a method for manufacturing a multiscale porous three- And a supercritical or subcritical carbon dioxide fluid is permeated into the polymer material and then grown to form a multi-scale porous structure in which micro-scale and nanoscale pores are mixed. ≪ / RTI > relates to a technique for manufacturing a three-dimensional porous structure.

일반적으로 3차원 프린팅 기술은 서로 분리 가능하게 장착되는 노즐 몸체부재와 노즐 몸체부재의 다른 한 면에 토출되는 니들부재를 포함하고 니들부재를 통해 용융 폴리머 용액을 압출 방사하는 것을 기본으로 하는 용융필라멘트제조법(fused filament fabrication)이 있다.Generally, a three-dimensional printing technique includes a nozzle body member detachably mounted on a nozzle body member and a needle member discharged on the other surface of the nozzle body member, and a molten filament manufacturing method based on extrusion-spinning a molten polymer solution through a needle member (fused filament fabrication).

또 다른 3차원 프린팅 기술로는 노즐 몸체의 중앙 상부에 필라멘트 공급관을 배치하여 피스톤 역할을 함으로써 압출되는 마이크로 섬유(micro fiber)가 온도 조절되는 베드와의 상대 운동으로 스퀴즈(squeeze)되면서 점착되어 적층되도록 하는 방법이 있다.In another three-dimensional printing technique, a filament feeding pipe is disposed at the upper center of the nozzle body to serve as a piston, so that the extruded micro fibers are squeezed and adhered to each other by relative movement with a bed controlled in temperature There is a way.

3차원 프린팅 기술은 설계 제품 형상의 확인이나 시작품을 점검하기 위해 간단히 제작하던 쾌속 조형 방법이었으나, 현재는 기술의 발전으로 다양한 산업분야로 급격히 파급되고 있는 실정이다. 특히, 현대의 소량 다품종 주문생산에 적합한 방식으로 설계변경에 쉽게 대응할 수 있는 적층 가공기술이다. 또한 시스템의 구성이 간단하고, 사용하기가 쉽고 비교적 손쉽게 접근할 수 있어 다양한 분야로 응용되어 하나의 산업군을 이룰 것으로 예상되는 제조방법이다. 3D printing technology was a rapid prototyping method that was simply made to check the design product shape or to check the prototype, but now it is spreading rapidly to various industrial fields due to the development of technology. In particular, it is a lamination processing technology that can easily cope with design changes in a manner suitable for modern small-lot order production. In addition, it is a manufacturing method that is expected to achieve one industry by being applied to various fields because the system configuration is simple, easy to use, and relatively easy to access.

하지만, 상기와 같은 장점에도 불구하고 종래의 3차원 프린팅 기술을 이용할 경우, 노즐을 통해 토출되는 용융 폴리머(polymer melt)의 급격하고 높은 점성으로 인하여 불연속이 존재하는 현수 3차원 구조체(suspended 3 dimensional structure)를 제조하는데 상당한 어려움이 있다. However, despite the advantages described above, when the conventional three-dimensional printing technology is used, a suspended three-dimensional structure in which a discontinuity exists due to abrupt and high viscosity of a polymer melt discharged through a nozzle ). ≪ / RTI >

또한 종래의 3차원 프린팅 기술을 이용한 일반적인 제조방법으로는 이송장치의 정밀도 제한으로 인하여 마이크로스케일 또는 나노스케일 형상을 가진 구조체를 제조하기 어려운 문제점이 있다. In addition, as a general manufacturing method using a conventional three-dimensional printing technique, there is a problem that it is difficult to manufacture a structure having a microscale or nanoscale shape due to the limitation of the accuracy of the transfer device.

이러한 제한 때문에 대부분의 3차원 프린팅 기술은 적층제조 방향을 변경함으로써 가능한 연속적인 토출방식을 추천하거나 보조 지지물을 함께 출력해서 후처리 가공시 이를 제거하는 방식을 추천하고 있다. 따라서 대부분의 공정이 쉬트와 같은 연속적인 2차원 형상에 제한되어 있다. Due to these limitations, most 3D printing techniques recommend a possible continuous ejection method by changing the direction of lamination manufacturing, or outputting ancillary supports together to remove them during post-processing. Thus, most processes are limited to continuous two-dimensional shapes such as sheets.

한편, 종래에는 주로 폴리머 쉬트에 마이크로스케일 포어를 형성하는 기술에 대한 연구 및 상업화가 이루어지고 있었고, 최근에야 나노스케일의 포어에 관한 연구개발이 일부 진행되고 있다. 현재까지는 단일 스케일의 폴리머 쉬트에 대한 연구가 주류를 이루고 있다. In the past, research and commercialization of techniques for forming microscale pores in polymer sheets have been conducted, and research and development on pores of nanoscale have recently been progressed. Until now, research on single-scale polymer sheets has been the mainstream.

그러나 단일 스케일로 이루어진 소재에서는 물성 제어의 폭이 좁고, 조절에도 제한이 있었다. 현재까지 알려진 열전도계수가 가장 낮은 물질은 에어로젤로 알려져 있지만, 강도가 너무 약해 쉽게 부스러져서 용도가 매우 제한적이다. However, in the material made of a single scale, the control of the physical properties is narrow and the control is limited. The material with the lowest known coefficient of thermal conductivity to date is known as aerogels, but its application is very limited because it is too weak to break easily.

이 때문에 지금까지의 마이크로스케일 또는 나노스케일 구조는 박막, 필름, 쉬트와 같은 단순하고 연속적인 형상에만 적용되고 있는 실정이다.For this reason, conventional microscale or nanoscale structures have been applied to simple and continuous shapes such as thin films, films, and sheets.

특히 포어(Pore) 직경이 10 nm ~ 100um 수준인 폴리머 박막이나 쉬트는 제조가 가능하지만 포어 직경이 커지면 막벽(membrane wall)이 파손되어 쪼그라들어 원하는 우수한 물성을 얻을 수 없게 되고, 수백 마이크론 포어만 존재하면 강도가 크게 떨어지는 단점이 있다. Particularly, a polymer thin film or sheet having a pore diameter of 10 nm to 100 μm can be manufactured. However, when the pore diameter is increased, the membrane wall is broken and shrunk to obtain desired excellent physical properties, and only a few hundred micron pores are present The strength is greatly reduced.

또한 일반적인 공정으로는 마이크로스케일과 나노스케일의 포어가 동시에 존재하고 원하는 크기 분포를 얻을 수가 없었다. As a general process, both microscale and nanoscale pores are present at the same time and the desired size distribution can not be obtained.

한국 등록특허공보 등록번호 10-1506704(2015.03.23.)Korean Registered Patent Publication No. 10-1506704 (March 23, 2015) 일본 공개특허공보 공개번호 P2015-226935A(2015.12.17.)Japanese Laid-Open Patent Publication No. P2015-226935A (Dec. 17, 2015)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 3차원 프린팅 기술을 이용하여 폴리머 소재를 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극 구조를 가지는 3차원 구조체로 제조 후, 이산화탄소 유체를 초임계 또는 아임계 상태로 만든 후 폴리머 소재 내부로 침투시키면서 핵생성 속도 및 크기 분포를 제어하는 후처리 공정을 통해 마이크로스케일과 나노스케일 포어(Pore)가 폴리머 소재 내부에 혼재된 구조를 가지는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제조하는 방법과 이로부터 제조된 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to make a polymer material into a three-dimensional structure having a mill scale or a micro-scale air gap structure by using a three-dimensional printing technique and then to make a carbon dioxide fluid into a supercritical or subcritical state A method of manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure having a structure in which microscale and nanoscale pores are mixed in a polymer material through a post-treatment process of controlling nucleation rate and size distribution while infiltrating into a polymer material And a multi-scale porous three-dimensional structure manufactured therefrom.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 폴리머 소재로 3차원 프린팅하여 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극구조를 가지는 3차원 구조체를 형성하는 단계(S100)와;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a three-dimensional structure, the method including: forming a three-dimensional structure having a mill scale or a micro-scale void structure by three-dimensionally printing with a polymer material;

이후 경화 및 건조 과정을 통해 3차원 프린팅된 3차원 구조체를 안정화하는 단계(S200)와;A step (S200) of stabilizing the three-dimensional printed three-dimensional structure through a curing and drying process;

이후 반응기 내에서 작동유체를 다단 압축과 다단 냉각 과정을 통하여 초임계 또는 아임계 유체 영역으로 도입하는 단계(S300)와;(S300) of introducing the working fluid into the supercritical or subcritical fluid region through the multi-stage compression and multi-stage cooling process in the reactor;

이후 반응기 내에서 초임계 또는 아임계 상태의 작동유체를 3차원 구조체 내부로 침투 및 확산시키는 단계(S400)와;(S400) penetrating and diffusing supercritical or subcritical working fluid into the three-dimensional structure in the reactor;

이후 3차원 구조체 내부에 멀티스케일 포어 셀의 크기 및 분포 형성을 위해 작동유체를 감압과 냉각/가열 과정을 통해 초임계유체 영역에서 액체영역으로 공정경로를 조정하는 단계(S500)와; (S500) of adjusting the process flow from the supercritical fluid region to the liquid region through the depressurization and cooling / heating process to form the size and distribution of the multi-scale forer cell inside the three-dimensional structure;

이후 멀티스케일 다공구조가 형성된 3차원 구조체를 건조하는 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법을 제공함으로써 달성된다.And then drying the three-dimensional structure having the multi-scale porous structure formed therein (S600). The method for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using the supercritical or subcritical fluid is also provided.

바람직한 실시예로, 상기 (S100)단계는 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극구조를 가지는 현수 자유형상(suspended freeform)의 3차원 구조체로 프린팅하는 단계일 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S100) may be a step of printing a three-dimensional structure of a suspended freeform having a mill scale or micro-scale void structure.

바람직한 실시예로, 상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시 폴리머 소재에 중공입자 또는 나노필러 또는 그래핀 나노플래이트를 혼입하여 불균일 포어 셀 형성이 시작되는 기포생성을 촉진시키도록 구성할 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S100) may be configured to incorporate hollow particles or nano-fillers or graphene nanoplets into the polymer material during three-dimensional printing to promote bubble generation in which uneven forer cell formation is initiated.

바람직한 실시예로, 상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시 프린팅 속도를 변경하여 3차원 구조체 출력물의 내부 잔류응력의 변화를 초래하여 후행되는 공정에서 포어의 형성, 분포를 제어할 수 있도록 하는 단계일 수 있다.In a preferred embodiment, step (S100) is a step of changing the printing speed in three-dimensional printing to change the internal residual stress of the output of the three-dimensional structure, thereby controlling the formation and distribution of pores in a subsequent process .

바람직한 실시예로, 상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시, 프린팅 높이를 변경하여 출력 경로 1개층 단면의 형상비(종횡비)를 변경시키거나 임의의 높이로 적층하거나, 주위의 간극을 조절함으로써 후행되는 공정에서 기포의 형상 및 크기분포를 제어할 수 있도록 하는 단계일 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S100) may be performed by changing the printing height in three-dimensional printing to change the aspect ratio (aspect ratio) of one layer of the output path, stacking it at an arbitrary height, So that the shape and size distribution of the bubbles can be controlled in the process.

바람직한 실시예로, 상기 (S500)단계는 포어 셀 성장 또는 포어 셀 합체 또는 포어 셀 안정화를 위해 작동유체의 상태 변화 없이 일정시간 유지하는 단계와; 작동유체를 다단으로 팽창 또는 가열하는 단계;를 복합 수행할 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S500) comprises the steps of: maintaining the state of the working fluid for a certain time for forer cell growth or forocell coalescence or forer cell stabilization; And expanding or heating the working fluid in multiple stages.

바람직한 실시예로, 상기 (S500)단계는 작동유체를 일정압력과 일정온도로 일정시간 유지하는 단계와; 작동유체를 감압과 냉각/가열하는 단계를 단계를 적어도 2회 이상 수행할 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S500) comprises the steps of: maintaining a working fluid at a constant pressure and a constant temperature for a predetermined time; The step of decompressing and cooling / heating the working fluid may be carried out at least twice or more times.

바람직한 실시예로, 상기 (S500)단계는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체에 다공성 재질 금속판이나 망을 사용한 형태고정용 치구 또는 탄성지지체를 설치하여 공정경로 유지단계를 수행하는 과정에서 발생한 3차원 구조체 내의 잔류응력을 완화하여 원래의 형상을 유지시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S500) comprises the steps of providing a fixture for fixation or a resilient support using a porous metal plate or mesh to a multi-scale porous three-dimensional structure, Thereby relieving the stress and maintaining the original shape.

바람직한 실시예로, 상기 (S500)단계는 포어셀 성장을 위해, 사용된 폴리머 소재의 유리전이온도의 절대온도를 기준으로 +/- 10% 범위 내에서 온도를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. In a preferred embodiment, step (S500) may comprise setting the temperature within the +/- 10% range based on the absolute temperature of the glass transition temperature of the polymeric material used for for cell growth.

바람직한 실시예로, 상기 (S500)단계는 상온의 액체 보관온도에서 가압하여 초임계상태에서 일정 시간을 유지한 0℃ 이하의 저온을 유지하여 평형상태가 된 후에 포어 셀 핵 생성을 유도하기 위하여 급격한 압력강하를 적어도 한 단계 이상 수행하도록 압력을 조절하여 내부의 핵생성 시차를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the step (S500) comprises the steps of pressurizing at a liquid storage temperature of room temperature, maintaining a low temperature of 0 DEG C or less maintained at a supercritical state for a predetermined time, And adjusting the pressure to adjust the inner nucleation parallax to perform at least one step of the pressure drop.

또한 본 발명은 다른 실시 양태로, The present invention also provides, in another embodiment,

상기 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법을 통해 제조되어, 3차원 구조체의 외부는 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극구조를 가지게 형성되고, 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부는 마이크로스케일 포어와 나노스케일 포어가 혼재된 멀티스케일 다공 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제공함으로써 달성된다.Dimensional structure by using the supercritical or subcritical fluid, the outside of the three-dimensional structure is formed to have a mill scale or micro-scale void structure, and the inside of the polymer material constituting the three- Dimensional porous structure having a multi-scale porous structure in which a micro-scale pore and a nanoscale pore are mixed.

바람직한 실시예로, 상기 3차원 구조체는 현수 자유형상 구조체일 수 있다.In a preferred embodiment, the three-dimensional structure may be a suspended free-form structure.

바람직한 실시예로, 상기 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부는 하나의 마이크로스케일 포어 주위에 다수의 나노스케일 포어가 에워싸는 구조로 형성될 수 있다.In a preferred embodiment, the interior of the polymer material constituting the three-dimensional structure may be formed by surrounding a plurality of nanoscale pores around one microscale pore.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 기능성 3차원 구조체 내부에 마이크로스케일과 나노스케일로 이루어진 멀티스케일 포어의 형성이 선택적으로 조절 가능하여 3차원 구조체의 조직과 제품의 물성을 자유롭게 조정할 수 있으며, 하나 또는 둘 이상의 공정 조건을 혼용하여 다양한 형태의 조직 및 유연성을 갖는 3차원 구조체 형상의 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다. The present invention having such characteristics as described above can freely adjust the physical properties of the structure and the product of the three-dimensional structure by selectively controlling the formation of the multi-scale pores consisting of microscale and nanoscale within the functional three-dimensional structure, It is possible to manufacture a product in the form of a three-dimensional structure having various types of tissues and flexibility by using two or more process conditions in combination.

또한 본 발명은 3차원 프린팅 공정에서 노즐 출력 간격을 조절함으로써 밀리미터 또는 마이크로스케일 이상의 공극 스케일을 가진 3차원 구조체를 제조할 수 있어서 외부 포어의 크기 및 형상 조절이 가능하다는 효과가 있다. 이것은 단위 표면적을 크게 함으로써 초임계 또는 아임계 유체가 폴리머 내부로 침투 확산시키는 속도를 현저히 향상시키고 공정시간을 현저히 단축시키는 효과가 있다. Further, the present invention can manufacture a three-dimensional structure having a pore scale of millimeter or micrometer or more by adjusting the nozzle output interval in the three-dimensional printing process, thereby enabling the size and shape of the outer pore to be adjusted. This has the effect of significantly increasing the rate at which the supercritical or subcritical fluid penetrates and diffuses into the polymer by significantly increasing the unit surface area and significantly shortening the process time.

또한 포밍 폴리머 내부 포어의 크기 및 형상을 임의로 제어하면 열적, 유전적, 투과적 성질(thermal, dielectric, permeability properties)들을 현저하게 향상시킬 수 있다는 효과가 있다. In addition, arbitrarily controlling the size and shape of the inner pores of the foaming polymer can remarkably improve thermal, dielectric, and permeability properties.

또한 고체상 포밍(solid state foaming)에서는 내부에서는 공정조건에 따라 다양한 포어의 형상, 크기 분포를 가지므로 유연성과 단열 특성이 우수하고, 외부 표면에는 셀의 발생이 잘 일어나지 않으므로 3차원 프린팅한 폴리머 층의 외부 표면간의 접합이 우수하여 단위 질량당 압축강도 및 굽힘강도가 높은 특성을 가질 수 있어서 고성능 기능성 소재의 성질을 갖는다는 효과가 있다. In addition, in solid state foaming, since the shape and size distribution of various pores are different according to the process conditions in the inside, the flexibility and the heat insulating property are excellent and the cell is not generated on the outer surface. Therefore, It is possible to obtain a high-performance functional material having high compressive strength and high bending strength per unit mass.

또한 본 발명에 따른 기술을 적용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체는 열전도계수가 낮을 뿐만 아니라 우수한 강도를 가지면서 가격 경쟁력이 있는 초단열재 소재의 강점을 가지고, 마이크로스케일의 포어 주위에 많은 수의 나노스케일 포어가 상당한 두께로 둘러싸고 있는 구조를 형성하여 Knudsen 효과로 열전도계수가 현저히 낮아져서 고성능 기능성 소재로서의 우수성을 달성할 수 있다는 효과가 있다.In addition, the multi-scale porous three-dimensional structure to which the technology according to the present invention is applied has not only a low thermal conductivity coefficient but also a strength of a super insulative material having excellent strength and cost competitiveness and has a large number of nanoscale pores Is formed to have a considerable thickness. Thus, the Knudsen effect remarkably lowers the thermal conductivity coefficient, thereby achieving an excellent performance as a high-performance functional material.

상기한 바와 같이 본 발명은 다양한 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.As described above, the present invention is a useful invention having various effects, and the invention is highly expected to be used in industry.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제조하는 공정 순서도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예 따른 폴리머 소재 내부에 형성되는 멀티스케일 포어에 대한 개념도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예 따른 3차원 프린팅시 제공되는 현수 3차원 구조체 단면도의 일례이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예 따라 3차원 구조체 프린팅 후 초임계 유체를 이용해 후가공하여 제조된 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 보인 예시도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예 따라 제작한 시편 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이고,
도 6은 본 발명에 사용되는 작동유체(CO2)의 초임계점, 삼중점을 나타내는 상태도 및 공정 경로(감압 및 냉각 또는 가열 과정)도이고,
도 7, 도 8은 본 발명기술을 적용한 경우의 포어 수, 확률분포함수 및 팽창비의 일 예를 보인 그래프이고,
도 9는 본 발명기술을 적용한 경우의 셀 수 밀도, 핵생성밀도의 일 예를 보인 그래프이고,
도 10, 도 11은 본 발명기술을 적용한 멀티스케일 3차원 구조체에서 포어의 사진 및 분포함수를 보인 그래프이다.
FIG. 1 is a process flow chart for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a conceptual view of a multi-scale pore formed in a polymer material according to an embodiment of the present invention,
3 is an example of a cross-sectional view of a suspended three-dimensional structure provided in three-dimensional printing according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a view showing a multi-scale porous three-dimensional structure manufactured by post-processing using a supercritical fluid after printing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention,
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen section manufactured according to an embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a diagram of a super critical point, a state diagram showing a triple point, and a process path (decompression and cooling or heating process) of a working fluid (CO2) used in the present invention,
7 and 8 are graphs showing an example of the number of pores, the probability distribution function, and the expansion ratio when the technique of the present invention is applied,
9 is a graph showing an example of cell density and nucleation density when the technique of the present invention is applied,
FIGS. 10 and 11 are graphs showing photographs and distribution functions of pores in a multiscale three-dimensional structure to which the present invention technology is applied.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 3차원 프린팅 기술을 이용하여 단위면적당 표면적을 매우 크게 제조한 자유형상(freeform)의 폴리머(polymer, 공중합체(co-polymer), 2종류 이상의 폴리머 혼합, 폴리머와 중공입자의 혼합 등을 포함한다) 현수 구조체(suspended structures)에 폴리머에 대한 침투력이 높은 초임계 또는 아임계 상태의 유체가 가지는 용매로서의 성질, 높은 용해력 및 높은 확산력을 갖는 성질을 이용하여 급속 포화시킨 다음, 핵생성 메커니즘과 포어 성장 메커니즘을 이용하여 압력과 온도를 조절하여 폴리머 내부에 발포시켜 내부에 형성되는 포어의 크기 및 분포를 조절하여 원하는 물성을 가진 폼(foam)을 얻도록 하는 임계유체 공정기술을 적용함으로써 재료 내부에는 마이크로스케일 또는 나노스케일의 크기를 갖는 포어를 형상하고 외부에는 밀리스케일 또는 마이크로스케일 크기 이상의 간극을 갖도록 조형한 현수 자유형상(suspended freeform) 3차원 구조체를 형성하여 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제조하는 기술이다. 상기 밀리스케일, 마이크로스케일, 나노스케일은 밀리미터스케일(millimeter scale), 마이크로미터스케일(micrometer scale), 나노미터스케일(nanometer scale)을 말하는 것으로 이하에서는 설명의 편의상 밀리스케일, 마이크로스케일, 나노스케일로 칭한다.The present invention relates to a method for producing a polymer having a free form of a polymer having a very large surface area per unit area by using a three-dimensional printing technique, a polymer (co-polymer), a mixture of two or more kinds of polymers, Rapidly saturated with suspended solids in a supercritical or subcritical fluid having high permeability to polymers, high solubility, and high diffusing properties, in suspending structures, By applying the critical fluid process technology to obtain foam with desired properties by controlling the size and distribution of the pores formed inside the polymer by controlling the pressure and temperature by using the pore growth mechanism, A pore having a size of a microscale or a nanoscale, and a pore having a size of a mill scale or a micro scale Dimensionally porous three-dimensional structure by forming a suspended freeform three-dimensional structure formed to have a gap equal to or larger than a kale size. The millimeter scale, the microscale scale, and the nanoscale scale are referred to as a millimeter scale, a micrometer scale, and a nanometer scale. Hereinafter, the scale is referred to as a mill scale, a microscale, and a nanoscale .

3차원 프린팅 기술은 이하에서는 편의상 재료압출법(ME, FFF, FDM)을 위주로 설명하였지만, 이외에도 UV 자외선을 조사하여 폴리머를 경화시키는 광경화법(PP, photoplymerization), 잉크제트와 같이 액체재료를 분사하여 고화시키는 재료분사법(MJ, material jetting), 재료분말에 결합제만을 분사하는 바인드분사법(BJ, binder jetting), 고정베드 상의 입자를 접합하는 파우더상제조(PBF, powder bed fabrication), 입자와 함께 고출력 에너지원을 조사하여 융접하는 직접에너지접착법(DED, direct energy deposition) 등을 사용하여 현수식 자유형상을 제조함으로써 단위 질량당 표면적을 크게 하는 방법을 사용할 수도 있다. Although the three-dimensional printing technique has been described mainly for the material extrusion method (ME, FFF, FDM) for the sake of convenience, a three-dimensional printing technique may also be applied to other methods such as photopolymerization (PP) BJ (binder jetting) for spraying only the binder onto the material powder, powder bed fabrication (PBF) for bonding the particles on the fixed bed, together with the particles (MJ, material jetting) It is also possible to use a method of increasing the surface area per unit mass by manufacturing a free-form free shape by using a direct energy deposition (DED) method in which a high-power energy source is irradiated and fused.

또한 본 발명은 제조된 3차원 자유형상 다공성 현수 구조체에 초임계/아임계 유체의 공정경로 및 공정속도를 제어함으로써 핵생성 속도 및 크기 분포를 원하는 방향으로 조절할 수 있게 함으로써 평균 포어의 크기가 10 ~ 수백 nm, 1 ~ 1000 um 정도의 다공성 포어가 산재하고 마이크로스케일의 큰 포어 주위를 수 많은 나노스케일 포어를 둘러싸고 있는 구조체의 형상을 갖는 3차원 구조체를 제조할 수 있다. 이 단계는 제조한 3차원 구조체를 회분식(batch) 반응기에 넣고서 초임계 또는 아임계 유체, 대표적으로 액체 이산화탄소를 펌핑 주입, 냉각, 가열과정을 거쳐 초임계, 근임계, 아임계 상태로 유지하여 소우킹(soaking)을 통하여 원하는 농도로 포화시키는 단계로, 이러한 단계를 적어도 한 단계 이상의 압력 수준으로 감압속도, 온도유지시간, 후처리 포밍온도 등을 조절함으로써 3차원 구조체 내부에 핵을 생성시키고, 성장시킴으로써 원하는 크기와 분포의 포어를 얻을 수 있다. 이를 통하여 다양한 구조, 내부 포어의 크기 및 분포를 갖도록 제어함으로써 멀티스케일 다공성 구조체를 제조할 수 있으며, 공정조건 및 공정경로에 따라 원하는 물성을 갖는 3차원 구조체를 제조할 수 있다. In addition, the present invention can control the nucleation rate and size distribution in a desired direction by controlling the process path and process speed of the supercritical / subcritical fluid in the prepared three-dimensional free porous structure, It is possible to manufacture a three-dimensional structure having a structure of a structure in which porous pores of several hundreds of nm and about 1 to 1000 μm are scattered and surrounds a large number of nanoscale pores around large pores of a microscale. In this step, the prepared three-dimensional structure is placed in a batch reactor, and supercritical or subcritical fluid, typically liquid carbon dioxide, is pumped into the supercritical, The step of forming a nucleus in the three-dimensional structure by controlling the pressure reduction rate, the temperature holding time and the post-treatment forming temperature at a pressure level of at least one step or more, This gives a pore of the desired size and distribution. Through this, a multi-scale porous structure can be manufactured by controlling various structures and sizes and distributions of internal pores, and a three-dimensional structure having desired physical properties can be manufactured according to process conditions and process paths.

본 발명에 적용된 초임계 유체공정, 특히 초임계 이산화탄소 이용 포밍기술은 지구환경에 유해한 용매를 사용하지 않는 청정생산기술로 많은 주목을 받아왔다. 이것은 초임계유체가 매질 내의 확산속도 및 용해도가 매우 높은 우수한 용매의 특성을 나타내기 때문이다. 나노스케일 폼(Foam)은 포어 크기가 표준 대기압 및 온도에서 공기의 평균자유행로(약 70nm)와 같아지면 가스의 열전도계수가 현저히 줄어드는 Kudsen 효과로 인하여 많은 주목을 받고 있다. 재료에서의 열전달은 고체를 통한 열전도, 기체를 통한 열전도, 기체의 대류열전달, 기공을 통한 참여매질의 복사열전달, 매질간의 연결효과로 인한 부분으로 구성된다. The supercritical fluid process applied to the present invention, particularly supercritical carbon dioxide-based foaming technology, has attracted much attention as a clean production technology that does not use solvents harmful to the global environment. This is because supercritical fluids exhibit excellent solvent properties with a very high diffusion rate and solubility in the medium. Nanoscale foams have received much attention due to the Kudsen effect, where the pore size is substantially equal to the average free path of air (about 70 nm) at standard atmospheric pressure and temperature, which significantly reduces the thermal conductivity coefficient of the gas. The heat transfer in the material consists of the heat transfer through the solid, the heat transfer through the gas, the convection heat transfer through the gas, the radiation heat transfer through the pore, and the coupling effect between the medium.

또한 PMMA, PC와 같은 투명 비정질 폴리머에서는 포어 크기가 가시광선의 파장보다 현저히 작을 때 빛의 투과도가 매우 높을 가능성이 커서 많은 관심을 받고 있다. 이외에도 여과, 가스분리, 에너지 저장, 촉매지지체 등에 활용될 수 있다. In transparent amorphous polymers such as PMMA and PC, when the pore size is significantly smaller than the wavelength of the visible light, the light transmittance is very high. In addition, it can be utilized for filtration, gas separation, energy storage, catalyst support, and the like.

따라서 폴리머 내부에 마이크로스케일 포어 주위에 많은 수의 나노스케일이 존재하는 멀티스케일 3차원 구조체를 구현함으로써 보다 우수한 물성 및 제어 범위의 현저한 확대가 가능해졌다.Thus, by realizing a multi-scale three-dimensional structure in which a large number of nanoscales exist around the microscale pores inside the polymer, it is possible to remarkably expand the physical properties and the control range.

또한 비정형 불연속 현수 형태로서 상당히 우수한 정도의 강도를 갖는 고성능 고기능성 소재의 개발에 멀티스케일 3차원 구조체 기술은 유용성이 매우 높은 기술로 본 발명에 의한 현수 3차원 구조체에서는 밀리스케일 또는 마이크로스케일 이상의 공극, 마이크로스케일, 나노스케일의 포어를 갖는 소재의 제조가 가능하고, 제조된 매트릭스의 공극률(porosity, 다공도), 강도, 투과성(permeability), 밀도 등의 물성을 조절함으로써 고성능 고기능성 소재의 생산이 가능하게 된다.In addition, the multi-scale three-dimensional structure technique is highly useful in the development of a high-performance high-performance material having a remarkably excellent strength as an atypical discontinuous suspension form. In the suspended three-dimensional structure according to the present invention, It is possible to manufacture a material having micro-scale and nanoscale pores and to control the physical properties such as porosity, strength, permeability and density of the produced matrix, thereby making it possible to produce a high- do.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 제조하는 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예 따른 폴리머 소재 내부에 형성되는 멀티스케일 포어에 대한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예 따른 3차원 프린팅시 제공되는 현수 3차원 구조체 단면도의 일례이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예 따라 3차원 구조체 프린팅 후 초임계 유체를 이용해 후가공하여 제조된 멀티스케일 다공성 3차원 구조체를 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예 따라 제작한 시편 단면의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.2 is a conceptual view of a multi-scale pore formed in a polymer material according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a multi- Figure 4 is a cross-sectional view of a suspended three-dimensional structure provided in three-dimensional printing in accordance with an embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross- FIG. 5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a specimen section manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG.

도시된 바와 같이 본 발명은, 먼저, 폴리머 소재로 3차원 프린팅하여 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극(10) 구조를 가지는 3차원 구조체(1)를 형성하는 단계(S100)를 가진다. As shown in the drawing, the present invention has a step (S100) of forming a three-dimensional structure 1 having a mill scale or micro scale gap 10 structure by three-dimensionally printing with a polymer material.

이때 밀리스케일 공극구조를 가지는 3차원 구조체는 바람직하게는 현수 자유형상(suspended freeform)을 가지는 구조체 형상으로 3차원 프린팅 한다. 현수 자유형상(suspended freeform)을 가지는 구조체는 단위질량당 표면적이 매우 커서 초임계유체의 확산이 매우 빠르게 되어 내부에 마이크로스케일 포어 또는 나노스케일 포어 또는 마이크로-나노스케일의 포어를 장입시키기에 좋은 환경을 제공하게 된다.At this time, the three-dimensional structure having a millisecale pore structure is preferably three-dimensionally printed in the form of a structure having a suspended freeform. Structures with suspended freeform have a very large surface area per unit mass, so that the diffusion of the supercritical fluid is very fast, which is a good environment for loading micro-scale pores, nanoscale pores or micro-nanoscale pores in the interior .

또한 3차원 프린팅시 1회 적층 단면의 세장비(aspect ratio)를 목적에 맞게 조절하여 구조체의 유연성 및 강도를 조절한다. 이때 3차원 프린팅시 1회 적층된 외곽에서는 포어가 발생하기 어려운 특성이 있기 때문에 수회 적층하여 현수 구조체의 형상을 프린팅하도록 한다.In addition, the flexibility and strength of the structure are controlled by adjusting the aspect ratio of the laminate section once for three-dimensional printing according to the purpose. In this case, since there is a characteristic that pores are difficult to be generated in the outer periphery once laminated in the 3D printing, the shape of the pendant structure is printed by laminating several times.

또한 폴리머 소재를 3차원 프린팅하게 되면 성형된 형상의 단면은 외관이 편평관과 유사하므로 대부분의 팽창이 두께방향, 내부에서 일어나게 된다. In addition, when the polymer material is three-dimensionally printed, the cross section of the formed shape resembles a flattened tube, so that most of the expansion occurs in the thickness direction and inside.

또한 각 층의 외부면 접촉면적이 커서 접함강도가 커지게 되어 하중시 층간의 슬립이 발생하기 어렵고 유연성은 증가하게 된다. In addition, since the contact area of the outer surface of each layer is large, the tear strength is increased, so that slip between the layers at the time of loading hardly occurs and flexibility is increased.

또한 이웃 층간의 간격 및 방향을 자유롭게 조절할 수 있어서 외부 접촉면의 간격을 밀리스케일에서 마이크로스케일로 조절이 가능한 자유형상(freeform)으로 제조할 수 있는 장점이 있어서 초임계 또는 아임계 유체공정에서의 침투 확산 속도를 크게 향상시킬 수 있어서 공정시간을 현저히 줄일 수 있게 된다. In addition, since the interval and direction between neighboring layers can be freely adjusted, it is possible to manufacture a freeform that can adjust the interval of the outer contact surfaces from the mill scale to the microscale, and thus the penetration diffusion in the supercritical or subcritical fluid process The speed can be greatly improved and the process time can be significantly reduced.

도 3에 도시된 도면은 3차원 구조체의 단면이지만 위에서 내려다 볼 경우 비정형 그리드 선의 각도를 임의로 변경하거나 조절할 수 있다.3 is a sectional view of the three-dimensional structure, but the angle of the atypical grid line can be arbitrarily changed or adjusted when viewed from above.

또한 열전달 경로가 길어져서(tortuosity(曲折性, 蛇行度) 증가) 고성능 단열, 흡음, 절연 특성을 가질 수 있게 된다.In addition, the heat transfer path becomes longer (tortuosity (folding property, increased meandering)), and it becomes possible to have high performance insulation, sound absorption and insulation characteristics.

상기 3차원 프린팅에 사용되는 폴리머 소재인 필라멘트의 재질로는 PLA, PET, PC, PMMA, PEI, PBT 등 열가소성(thermoplastic)을 포함하는 단일 폴리머(또는 코폴리머를 포함한다) 및 이들의 조합을 사용할 수 있다.As the material of the filament which is used for the three-dimensional printing, a single polymer (including a copolymer) including thermoplastic such as PLA, PET, PC, PMMA, PEI, and PBT and a combination thereof may be used .

또한 3차원 프린팅에 사용되는 폴리머 소재에 중공 마이크로입자, 나노입자, 그래핀 나노플래이트(graphene nano-platelet) 등을 혼입하여 불균일 핵이 시작되는 기포생성을 촉진시키는 핵생성 촉진제 역할을 하도록 한 폴리머 소재 필라멘트를 사용할 수 있다. In addition, a polymer material that acts as a nucleation promoter that promotes the formation of bubbles in which heterogeneous nuclei are formed by incorporating hollow microparticles, nanoparticles, and graphene nano-platelets into a polymer material used for three-dimensional printing Filaments can be used.

또한 반응기 내에서 폴리머 소재 내부에 포어 성장시 폴리머의 벽 또는 내부에 중공 마이크로입자, 나노입자, 그래핀 나노플래이트(graphene nano-platelet)와 같은 나노필러(nano-filler)가 존재하면 궁극적으로는 열전달 메커니즘의 산란자(scatter) 역할을 하는 고성능 단열 소재 제조가 가능하게 된다. 즉, 저온공정 조건 하에서는 아임계 유체의 포화농도를 증가시킬 수 있으며, 적은 에너지를 사용하여 포어의 발생 효율을 높일 수 있게 된다.In the reactor, when a pore grows inside the polymer material, nano-fillers such as hollow microparticles, nanoparticles and graphene nano-platelets are present in the walls or inside of the polymer, It becomes possible to manufacture a high-performance heat insulating material serving as a scattering mechanism. That is, the saturation concentration of the subcritical fluid can be increased under the low temperature process condition, and the efficiency of pore generation can be increased by using less energy.

또한 나노파이버는 인성을 증가시켜 기계강도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, nanofibers can increase toughness and improve mechanical strength.

또한 3차원 프린팅시 프린팅 속도를 변경하여 출력물의 내부 잔류응력의 변화를 초래하여 후속 공정에서 포어의 형성, 분포에 영향을 미칠 수 있도록 프린팅 할 수 있다.In addition, the printing speed can be changed during the three-dimensional printing to change the internal residual stress of the printout, so that printing can be performed so as to affect formation and distribution of pores in the subsequent process.

또한 3차원 프린팅시 프린팅 높이를 변경하면 출력경로 1개층 단면의 형상비(종횡비)를 변경시켜 후속 공정에서 포어의 형상 및 크기 분포를 제어할 수 있다.In addition, when the printing height is changed in three-dimensional printing, the shape and size distribution of the pores can be controlled in the subsequent process by changing the aspect ratio (aspect ratio) of one cross section of the output path.

이후 경화(냉각) 및 건조 과정을 통해 3차원 프린팅된 3차원 구조체를 안정화 하는 단계(S200)를 가진다. And then stabilizing the three-dimensional printed three-dimensional structure through the curing (cooling) and drying processes (S200).

이후 반응기 내에서 작동유체를 다단 압축과 다단 냉각 과정을 통하여 초임계 또는 아임계 유체 영역으로 도입하는 단계(S300)를 가진다. 이때 사용되는 작동유체로는 바람직하게는 이산화탄소 유체를 사용한다. 또한 이 단계는 흡착성능 향상을 위해 작동유체를 다단 압축/ 다단 냉각 과정을 통하여 초임계유체 또는 아임계 유체영역으로 도입하는 단계이다. 이때 작동유체로 사용되는 이산화탄소는 회수시스템이 일체화된 재순환 시스템을 통해 공급되고 회수되도록 구성할 수 있다.And then introducing the working fluid into the supercritical or subcritical fluid region through the multi-stage compression and multi-stage cooling process in the reactor (S300). A carbon dioxide fluid is preferably used as a working fluid to be used at this time. This step also introduces the working fluid into the supercritical fluid or subcritical fluid region through the multi-stage compression / multi-stage cooling process to improve the adsorption performance. At this time, the carbon dioxide used as the working fluid can be configured so that the recovery system is supplied and recovered through the integrated recirculation system.

이후 반응기 내에서 초임계 또는 아임계 상태의 작동유체를 3차원 구조체 내부로 침투 및 확산시키는 단계(S400)를 가진다.Thereafter, the step of penetrating and diffusing the supercritical or subcritical working fluid into the three-dimensional structure (S400) is performed in the reactor.

이 단계는 3차원 구조체 내부의 농도구배를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.This step may include adjusting the concentration gradient within the three-dimensional structure.

이후 3차원 구조체 내부에 멀티스케일 포어의 크기 및 분포 형성을 위해 작동유체를 감압과 냉각/가열 과정을 통해 초임계유체 영역에서 액체영역으로 공정경로를 조정하는 단계(S500)를 가진다. 여기서 액체영역은 대기압에서는 기체이지만 반응기 내부가 고압이므로 대부분의 경우 액체영역이고, 경로에 따라서는 기체일 수도 있으나 가능성이 극히 낮다.Thereafter, adjusting the process path from the supercritical fluid region to the liquid region through the depressurization and cooling / heating process (S500) for forming the size and distribution of the multi-scale pores inside the three-dimensional structure. Here, the liquid region is a gas at atmospheric pressure, but in most cases, it is a liquid region because the inside of the reactor is at a high pressure. Depending on the route, it may be gas, but the possibility is extremely low.

이 단계는 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부에 포어 셀 성장 또는 포어 셀 합체 또는 포어 셀 안정화를 위해 작동유체를 일정압력/일정온도로 일정시간 유지 대기하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 반응기인 항온액조에서 약 10분 이하(통상 3분 이하)로 유지하는 단계를 포함할 수 있다. This step may include a step of waiting for a predetermined period of time at a certain pressure / constant temperature for the working fluid for the forerel growth or the forecell coalescence or forer cell stabilization in the polymer material constituting the three-dimensional structure. That is, it may include a step of maintaining the reaction tank in the thermostat bath for about 10 minutes or less (usually, 3 minutes or less).

또한 작동유체의 상태를 변화 없이 일정압력과 일정온도로 일정시간 유지하는 단계와, 작동유체를 감압과 냉각/가열하는 단계를 2회이상 복합적으로 수행할 수 있다. 여기서 각 과정의 시간은 등차 또는 등비를 기준으로 해서 임의 배분한다. The operation fluid may be maintained at a constant pressure for a predetermined time without changing the state of the working fluid, and the pressure reducing and cooling / heating operations may be performed at least two times. Here, the time of each process is arbitrarily distributed based on the equilibrium or the equal ratio.

또한 이 단계는 포어셀 성장을 위해, 사용된 폴리머 소재의 유리전이온도의 절대온도를 기준으로 +/- 10% 범위 내에서 온도를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.This step may also include setting the temperature within the +/- 10% range based on the absolute temperature of the glass transition temperature of the polymeric material used for for cell growth.

또한 이 단계는 상온의 액체 보관온도에서 가압하여 초임계상태를 거친 후 0℃ 이하의 저온을 유지하여 평형상태가 된 후에 포어 셀 핵 생성을 유도하기 위하여 급격한 압력강하를 적어도 한 단계 이상 수행하도록 압력을 조절하여 내부의 핵생성 시차를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, this step is performed at a liquid storage temperature of room temperature, and after passing through a supercritical state, it is maintained at a low temperature of 0 ° C or lower. After equilibrium is reached, pressure And controlling the inner nucleation parallax by adjusting the inner nucleation time difference.

이 단계는 공정 조건들(dP, T_foam, t_foam)을 설정하여 조절함으로써 폴리머 소재 내부에 분포하는 포어의 크기 및 크기 분포를 조절하게 된다.This step adjusts the size and size distribution of the pores distributed within the polymer material by setting and controlling the process conditions (dP, T_foam, t_foam).

또한 이 단계는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체에 다공성 재질 금속판이나 적어도 2개 이상의 모눈 크기(메쉬번호)가 다른 여러겹의 망(mesh)을 사용한 형태고정용 치구 또는 스프링과 같은 탄성지지체를 설치하여 공정경로 유지단계를 수행하는 과정에서 발생하는 3차원 구조체 내의 잔류응력을 완화하여 원래의 평면을 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 포어셀 성장을 위해 설정한 등온 후공정(post foaming)에서 폴리머 내부에서의 불균일한 잔류응력 분포로 인하여 팽창시 불균일 팽창을 억제하는 단계이다.In this step, the porous multi-scale porous three-dimensional structure is provided with a porous metal plate or an elastic support such as a shape fixture or spring using a plurality of mesh having different mesh sizes (mesh number) And a step of maintaining the original plane by alleviating the residual stress in the three-dimensional structure generated in the course of performing the path maintenance step. In other words, it is a step to suppress non-uniform expansion during expansion due to non-uniform residual stress distribution inside the polymer in the post-foaming process set for for-cell growth.

이후 멀티스케일 다공구조가 형성된 3차원 구조체를 건조하는 단계(S600)를 가진다. 이 단계는 추가적인 포어 셀의 변화를 차단하기 위해; 저온 항온액조에서의 고정화 단계 및 오븐에서 건조 단계로 이루어진다.Thereafter, drying the three-dimensional structure having the multi-scale porous structure (S600) is performed. This step is to block the change of additional forer cell; An immobilization step in a low-temperature thermostat bath, and an oven-drying step.

상기한 단계를 거치게 되면 폴리머 소재를 이용하여 3차원 프린팅된 3차원 구조체(1)의 외부는 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극(10) 구조를 가지게 형성되고, 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부는 마이크로스케일 포어(11)와 나노스케일 포어(12)가 혼재된 멀티스케일 다공 구조로 이루어진 멀티스케일 다공성 3차원 구조체가 제조된다.When the above step is performed, the outside of the three-dimensional structure 1 printed with a three-dimensional pattern using the polymer material is formed to have a mill scale or a microscale gap 10 structure, and the inside of the polymer material constituting the three- A multi-scale porous three-dimensional structure having a multi-scale porous structure in which the scale pores 11 and the nanoscale pores 12 are mixed is manufactured.

상기와 같은 본 발명에 따른 내부에 멀티스케일 포어가 형성된 현수식 3차원 구조체인 멀티스케일 다공성 3차원 구조체는 다양한 용융필라멘트의 정형 및 비정형 제조형상을 설계 제작함으로써 제조비 절감 및 포어형성 효율을 높임과 동시에 내재된 포어의 크기 및 공간분포를 조절함으로써 생산성을 높일 수 있다. The multi-scale porous three-dimensional structure, which is a three-dimensional structure of the present invention in which a multi-scale pore is formed according to the present invention, can reduce the manufacturing cost and increase the pore formation efficiency by designing and manufacturing various shapes of the molten filament. Productivity can be increased by adjusting the size and spatial distribution of the intrinsic pores.

이러한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조기술은 단열, 흡음, 여과필터, 연료전지 등 여과, 개스분리, 에너지저장, 촉매지지체, 조직공학용 스캐폴드 등 고성능 기능성 소재산업, 유전(dielectric) 성질, 전자파 차단 등 군수용 특수 소재산업, 기타 장식 예술품에 적용될 수 있다. This multi-scale porous three-dimensional structure manufacturing technology is a high performance functional material industry such as insulation, absorption, filtration, fuel cell filtration, separation of gas, energy storage, catalyst support and tissue engineering scaffold, dielectric property, Special materials industry for military, and other decorative arts.

구체적인 응용 예로는 고성능 단열재, 고기밀성과 하중을 충분히 견딜 수 있는 창문틀(window frame), 초고층 빌딩의 단열재, 미세먼지 제거용 필터재, 진공단열패널(VIP, vacuum insulation panel)의 심재, 에너지 저장장치용 고기능성 막, 기능조절 바이오 소재(functionally graded materials), 식물공장에서의 식물배양지지재 등에 적용될 수 있다. 즉, 단열, 흡음, 진동댐퍼(방진재), 여과필터, 연료전지 등 여과, 개스분리, 에너지저장, 촉매지지체 등 고성능 기능성 소재산업, 인공 세포배양 조직공학용 scaffold 및 인공뼈 등 바이오소재산업, 유전(dielectric) 성질, 전자파 차단 등 군수용 특수 소재산업, 현지 자원이용(in-situ resource utilization) 건설산업, 우주산업, 청정생산, 친환경 에너지 산업, 기타 장식 예술품 등 문화산업 분야에도 기여할 수 있다. Specific applications include high performance insulation, window frames that can withstand high airtightness and load, insulation materials for skyscrapers, filter materials for fine dust removal, core of vacuum insulation panels (VIP), energy storage Functional films for devices, functionally graded materials, plant culture support materials in plant factories, and the like. In other words, the high performance functional materials industry such as insulation, sound absorption, vibration damper (dustproof material), filtration filter, fuel cell, separation of gas, separation of energy, energy storage and catalyst support, biomaterial industry such as scaffold and artificial bone for artificial cell culture tissue engineering, dielectric materials, electromagnetic shielding, in-situ resource utilization, cultural industries such as the construction industry, space industry, clean production, environment-friendly energy industry, and other decorative arts.

첨부된 도 5는 도 4의 우측 사진의 단면 일부에 대한 주사전자현미경(SEM, scanning electron microsopy)사진(각각 배율은 100x, 10,000x, 30,000x, 50,000x)이다. FIG. 5 is a scanning electron micrograph (SEM) (magnification: 100x, 10,000x, 30,000x, and 50,000x) of a cross section of the right photograph of FIG.

도 6은 본 발명에 사용되는 작동유체(CO2)의 초임계점, 삼중점을 나타내는 상태도 및 공정 경로(감압, 냉각 과정)도로, 좌측은 일반적인 CO2의 상태도(phase diagram)로서 초임계점과 삼중점을 나타낸 것이고, 우측은 CO2의 P-h 선도(pressure-enthalpy diagram)에 임의로 3개의 공정경로를 적색, 청색, 녹색 color 로 표시한 것이다. 공정 경로(감압, 냉각 또는 가열 과정)는 일반적으로 감압과정(ex. 10MPa=100기압에서 지정된 압력까지)에서는 감압시 동시에 냉각이 이루어지고 이어서 용기주변으로부터 약간의 여열이 들어와 가열되면서 평형상태에 도달하게 되는데, 본 발명의 다단공정에서는 평형상태가 되기 전에 다음 냉각과정이 진행되게 된다.FIG. 6 is a schematic diagram of a CO2 phase diagram of a supercritical point, a triple point state diagram and a process path (decompression and cooling process) of a working fluid (CO2) used in the present invention, And on the right is the pressure-enthalpy diagram of CO2, optionally with three process paths in red, blue and green color. The process path (decompression, cooling or heating process) generally cools down at the same time during the decompression process (eg up to the pressure specified at 10 MPa = 100 atmospheres) and then reaches a balance state In the multi-step process of the present invention, the next cooling process is performed before the equilibrium state is established.

도 7, 도 8은 본 발명기술을 적용한 경우의 포어 수, 확률분포함수 및 팽창비의 일 예를 보인 그래프이다.FIGS. 7 and 8 are graphs showing an example of the number of pores, the probability distribution function, and the expansion ratio when the technique of the present invention is applied.

도 7은 각 실험조건(ex. 포화(saturation)온도: -20℃, 후공정(postfoaming) 온도: 20℃ ~ 80℃)에 대해 SEM 사진을 이미지 프로세싱해서 얻은 포어셀의 크기와 포어셀의 수 밀도를 돗수분포로 나타낸 그림(좌측 수직축, 막대그래프)이며, 실선은 이 분포를 log-normal 확률분포함수(PDF, probability distribution function), 누적분포함수(CDF, cumulative distribution function)로 fitting(적합)한 결과(우측 수직축, 적색 및 청색 곡선)의 일 예이다. 7 shows the relationship between the size of the forer cell and the number of foreshells obtained by image processing the SEM photographs for each experimental condition (eg saturation temperature: -20 ° C., postfoaming temperature: 20 ° C. to 80 ° C.) (Solid vertical line, bar graph), and the solid line shows the distribution of the density as a function of the log-normal probability distribution function (PDF) and the cumulative distribution function (CDF) One example of a result (right vertical axis, red and blue curves).

도 8은 포화(saturation)온도: -20℃, 포화압력 5 MPa, 후공정(postfoaming) 온도: 20℃, 40℃, 60℃, 80℃에 따른 3차원 구조체 및 필라멘트의 팽창비를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the expansion ratios of the three-dimensional structure and the filament according to saturation temperature: -20 ° C., saturation pressure: 5 MPa, postfoaming temperature: 20 ° C., 40 ° C., 60 ° C. and 80 ° C.

도 9는 본 발명기술을 적용한 경우의 셀 수 밀도, 핵생성밀도의 일 예를 보인 그래프로, 도 8의 조건에서 단위 체적(cc)당 포어셀의 수밀도, 핵생성밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing an example of cell density and nucleation density when the technique of the present invention is applied. FIG. 9 is a graph showing the number density and nucleation density of forells per unit volume (cc) under the condition of FIG.

도 10, 도 11은 본 발명기술을 적용한 멀티스케일 3차원 구조체에서 포어의 사진 및 분포함수를 보인 그래프로, 도 10은 마이크로스케일 포어셀과 나노스케일 포어가 함께 존재하는 멀티스케일 3차원 구조체의 단면 사진의 일 예를 나타낸 것이고, 도 11은 마이크로스케일 포어셀과 나노스케일 포어가 함께 존재하는 멀티스케일 3차원 구조체의 단면 사진을 이미지 프로세싱하여 멀티스케일의 확률분포함수와 누적분포함수의 일 예를 나타낸 것으로 공정을 조절함으로써 포어의 크기 및 분포를 제어할 수 있음을 보여주는 일 예이다. 10 and 11 are graphs showing a photograph and a distribution function of a pore in a multiscale three-dimensional structure to which the technique of the present invention is applied, and Fig. 10 is a graph showing a photograph of a pore in a multiscale three- FIG. 11 shows an example of a multi-scale probability distribution function and a cumulative distribution function by image processing a cross-sectional photograph of a multi-scale three-dimensional structure in which a microscale forer cell and a nanoscale pore are present together And controlling the size and distribution of the pores by controlling the process.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

(1) : 다공성 3차원 구조체
(10) : 밀리스케일 또는 마이크로스케일 공극
(11) : 마이크로스케일 포어
(12) : 나노스케일 포어
(1): Porous three-dimensional structure
(10): Millimeter or micro-scale air gap
(11): Microscale Pore
(12): Nanoscale pores

Claims (13)

폴리머 소재로 3차원 프린팅하여 밀리스케일 공극구조를 가지는 3차원 구조체를 형성하는 단계(S100)와;
이후 경화 및 건조 과정을 통해 3차원 프린팅된 3차원 구조체를 안정화하는 단계(S200)와;
이후 반응기 내에서 작동유체를 다단 압축과 다단 냉각 과정을 통하여 초임계 또는 아임계 유체 영역으로 도입하는 단계(S300)와;
이후 반응기 내에서 초임계 또는 아임계 상태의 작동유체를 3차원 구조체 내부로 침투 및 확산시키는 단계(S400)와;
이후 3차원 구조체 내부에 멀티스케일 포어 셀의 크기 및 분포 형성을 위해 작동유체를 감압과 냉각/가열 과정을 통해 초임계유체 영역에서 액체영역으로 공정경로를 조정하는 단계(S500)와;
이후 멀티스케일 다공구조가 형성된 3차원 구조체를 건조하는 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
Dimensional printing with a polymer material to form a three-dimensional structure having a milky-scale pore structure (S100);
A step (S200) of stabilizing the three-dimensional printed three-dimensional structure through a curing and drying process;
(S300) of introducing the working fluid into the supercritical or subcritical fluid region through the multi-stage compression and multi-stage cooling process in the reactor;
(S400) penetrating and diffusing supercritical or subcritical working fluid into the three-dimensional structure in the reactor;
(S500) of adjusting the process flow from the supercritical fluid region to the liquid region through the depressurization and cooling / heating process to form the size and distribution of the multi-scale forer cell inside the three-dimensional structure;
(S600) drying the three-dimensional structure having the multi-scale porous structure formed thereon. The method for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using supercritical or subcritical fluid according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 (S100)단계는 밀리스케일 공극구조를 가지는 현수 자유형상(suspended freeform)의 3차원 구조체로 프린팅하는 단계인 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (S100) is a step of printing with a three-dimensional structure of a suspended freeform having a mill scale pore structure. The method of manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using supercritical or subcritical fluid according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시 폴리머 소재에 중공입자 또는 나노필러 또는 그래핀 나노플래이트를 혼입하여 불균일 포어 셀 형성이 시작되는 기포생성을 촉진시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (S100), the hollow particles, the nanofiller, or the graphene nanoflash are mixed with the polymer material during the three-dimensional printing, thereby promoting the formation of bubbles in which the formation of the heterogeneous forer cell is started. A method for manufacturing a multi -
청구항 1에 있어서,
상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시 프린팅 속도를 변경하여 3차원 구조체 출력물의 내부 잔류응력의 변화를 초래하여 후행되는 공정에서 포어의 형성, 분포를 제어할 수 있도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (S100) is a step of changing the printing speed during 3D printing to change the internal residual stress of the output of the three-dimensional structure, thereby controlling the formation and distribution of pores in the following process. Method of manufacturing a multi - scale porous three - dimensional structure using critical or subcritical fluid.
청구항 1에 있어서,
상기 (S100)단계는 3차원 프린팅시, 프린팅 높이를 변경하여 출력 경로 1개층 단면의 형상비(종횡비)를 변경시키거나 임의의 높이로 적층하거나, 주위의 간극을 조절함으로써 후행되는 공정에서 기포의 형상 및 크기분포를 제어할 수 있도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (S100), in the three-dimensional printing, the printing height is changed to change the aspect ratio (aspect ratio) of one cross section of the output path or to laminate at an arbitrary height, or to adjust the shape And controlling the size distribution of the porous multi-functional three-dimensional structure by using the supercritical or subcritical fluid.
청구항 1에 있어서,
상기 (S500)단계는 포어 셀 성장 또는 포어 셀 합체 또는 포어 셀 안정화를 위해 작동유체의 상태 변화 없이 일정압력과 일정온도로 일정시간 유지하는 단계와; 작동유체를 다단으로 팽창 또는 가열하는 단계;를 복합 수행하는 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (S500) may include maintaining a predetermined pressure and a constant temperature for a predetermined period of time without changing the state of the working fluid for forer cell growth or forer cell coalescence or forer cell stabilization; And expanding or heating the working fluid in a multi-stage manner. The method for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using supercritical or subcritical fluid according to claim 1,
청구항 6에 있어서,
상기 (S500)단계는 작동유체를 일정압력과 일정온도로 일정시간 유지하는 단계와; 작동유체를 감압과 냉각/가열하는 단계를 적어도 2회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 6,
In operation S500, the operation fluid is maintained at a predetermined pressure and a predetermined temperature for a certain period of time; Wherein the step of depressurizing and cooling / heating the working fluid is performed at least twice or more. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 (S500)단계는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체에 다공성 재질 금속판이나 망을 사용한 형태고정용 치구 또는 탄성지지체를 설치하여 공정경로 유지단계를 수행하는 과정에서 발생한 3차원 구조체 내의 잔류응력을 완화하여 원래의 형상을 유지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (S500), a shape fixing fixture or an elastic support using a porous metal plate or mesh is installed on the multi-scale porous three-dimensional structure to relax the residual stress in the three-dimensional structure generated during the process path maintenance step, And maintaining the shape of the porous multi-functional three-dimensional structure using the supercritical or subcritical fluid.
청구항 1에 있어서,
상기 (S500)단계는 포어셀 성장을 위해, 사용된 폴리머 소재의 유리전이온도의 절대온도를 기준으로 +/- 10% 범위 내에서 온도를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (S500) includes setting the temperature within a range of +/- 10% based on the absolute temperature of the glass transition temperature of the polymer material used for forer cell growth. The supercritical or subcritical (Method for manufacturing multi - scale porous three -
청구항 1에 있어서,
상기 (S500)단계는 상온의 액체 보관온도에서 가압하여 초임계상태에서 일정시간을 유지한 0℃ 이하의 저온을 유지하여 평형상태가 된 후에 포어 셀 핵 생성을 유도하기 위하여 급격한 압력강하를 적어도 한 단계 이상 수행하도록 압력을 조절하여 내부의 핵생성 시차를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (S500) may be performed at a liquid storage temperature of room temperature to maintain a low temperature of 0 ° C or less maintained in a supercritical state for at least a certain period of time, so as to bring about a sudden pressure drop And controlling the pressure to adjust the inner nucleation parallax so as to perform at least the step of forming the porous multi-functional three-dimensional structure using the supercritical or subcritical fluid.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 초임계 또는 아임계 유체를 이용한 멀티스케일 다공성 3차원 구조체 제조방법을 통해 제조되어, 3차원 구조체의 외부는 밀리스케일 공극구조를 가지게 형성되고, 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부는 마이크로스케일 포어와 나노스케일 포어가 혼재된 멀티스케일 다공 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체.
A method for manufacturing a multi-scale porous three-dimensional structure using supercritical or subcritical fluid according to any one of claims 1 to 10, wherein the outer part of the three-dimensional structure is formed to have a millis- Wherein the inside of the polymer material constituting the multi-scale porous three-dimensional structure is composed of a multi-scale porous structure in which a micro-scale pore and a nanoscale pore are mixed.
청구항 11에 있어서,
상기 3차원 구조체는 현수 자유형상 구조체인 것을 특징으로 하는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체.
The method of claim 11,
Wherein the three-dimensional structure is a pendent free-form structure.
청구항 11에 있어서,
상기 3차원 구조체를 구성하는 폴리머 소재 내부는 하나의 마이크로스케일 포어 주위에 다수의 나노스케일 포어가 에워싸는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 멀티스케일 다공성 3차원 구조체.

The method of claim 11,
Wherein the inside of the polymer material constituting the three-dimensional structure is formed by surrounding a plurality of nanoscale pores around one microscale pore.

KR1020170163074A 2017-11-30 2017-11-30 Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof KR101998309B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170163074A KR101998309B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170163074A KR101998309B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190063918A true KR20190063918A (en) 2019-06-10
KR101998309B1 KR101998309B1 (en) 2019-07-09

Family

ID=66848462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170163074A KR101998309B1 (en) 2017-11-30 2017-11-30 Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101998309B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115746482A (en) * 2022-11-02 2023-03-07 浙江大学杭州国际科创中心 Method for preparing porous material through 3D printing

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509220A (en) * 2003-10-23 2007-04-12 ユニバーシテイ・オブ・ノツテインガム Preparation of active polymer extrudates
WO2009013751A2 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 Objet Geometries Ltd. Solid freeform fabrication using a plurality of modeling materials
JP2010533757A (en) * 2007-07-16 2010-10-28 シーカ・テクノロジー・アーゲー Thermally curable foam
KR20100132933A (en) * 2009-06-10 2010-12-20 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing porous sheet and porous sheet manufactured by the method
KR101506704B1 (en) 2014-09-02 2015-03-27 조선대학교산학협력단 Porous scaffold based on high density poly ethylene using 3D printing and manufacturing method thereof
JP2015226935A (en) 2014-04-24 2015-12-17 ハウメット コーポレイションHowmet Corporation Ceramic casting core made by additive manufacturing

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007509220A (en) * 2003-10-23 2007-04-12 ユニバーシテイ・オブ・ノツテインガム Preparation of active polymer extrudates
JP2010533757A (en) * 2007-07-16 2010-10-28 シーカ・テクノロジー・アーゲー Thermally curable foam
WO2009013751A2 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 Objet Geometries Ltd. Solid freeform fabrication using a plurality of modeling materials
KR20100132933A (en) * 2009-06-10 2010-12-20 주식회사 엘지화학 Method for manufacturing porous sheet and porous sheet manufactured by the method
JP2015226935A (en) 2014-04-24 2015-12-17 ハウメット コーポレイションHowmet Corporation Ceramic casting core made by additive manufacturing
KR101506704B1 (en) 2014-09-02 2015-03-27 조선대학교산학협력단 Porous scaffold based on high density poly ethylene using 3D printing and manufacturing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115746482A (en) * 2022-11-02 2023-03-07 浙江大学杭州国际科创中心 Method for preparing porous material through 3D printing
CN115746482B (en) * 2022-11-02 2024-03-22 浙江大学杭州国际科创中心 Method for preparing porous material by 3D printing

Also Published As

Publication number Publication date
KR101998309B1 (en) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. A review of 3D printed porous ceramics
Huang et al. 3D printing of polymer-derived SiOC with hierarchical and tunable porosity
CN102006925B (en) Porous multilayer filter and method for producing same
KR20180111816A (en) Porous devices manufactured by laser attachment fabrication
KR101834848B1 (en) Sponge having multi-pored structure and manufacturing method for the same
Li et al. 3D printing of ultralow-concentration 2D nanomaterial inks for multifunctional architectures
Yang et al. Versatile Direct Writing of Aerogel-Based Sol–Gel Inks
Man et al. A review on porous ceramics with hierarchical pore structure by 3D printing-based combined route
KR101998309B1 (en) Manufacturing method of multi-scale porous three-dimensional suspended structures using super or sub critical fluid and three-dimensional suspended structures thereof
CN108586791B (en) Foaming material with gradient pore structure and preparation method thereof
Xiaohui et al. An unoriented three dimension framework (network) of fibrous porous ceramics prepared by freeze casting
CN104629151B (en) Porous vinyl resin film with controllable structure and preparation method thereof
CN106669443A (en) Polytetrafluoroethylene fiber tubular film
Huang et al. Additive manufacturing of SiOC scaffolds with tunable structure-performance relationship
IT201900012666A1 (en) Expanded beads with morphology and / or density gradients, and sintered foams obtained from them
JP6338054B2 (en) Method for producing porous filter
ES2928194T3 (en) Continuous composite surface and burner surface
US20140106181A1 (en) Foam material and method for the preparation thereof
KR20200020460A (en) Porous fluorine resin film
IT201800004727A1 (en) METHOD FOR THE REALIZATION OF STRATIFIED POLYMERIC MATERIALS
CN114454507A (en) Inverted gas expansion forming method of inclined micropore array
KR102611275B1 (en) High toughness based hierarchical porous structures and the manufacturing method of the same
Wu et al. Microstructure and mechanical properties of 3D printed porous Al2O3–ZrO2 laminated ceramics with tailored porosity
CN106674830B (en) Porous non-metallic material
CN111646804B (en) Preparation method of hollow tube micro-lattice structure ceramic material

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant