KR20200108704A - Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays - Google Patents

Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays Download PDF

Info

Publication number
KR20200108704A
KR20200108704A KR1020190027716A KR20190027716A KR20200108704A KR 20200108704 A KR20200108704 A KR 20200108704A KR 1020190027716 A KR1020190027716 A KR 1020190027716A KR 20190027716 A KR20190027716 A KR 20190027716A KR 20200108704 A KR20200108704 A KR 20200108704A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer pattern
beads
sub
reference layer
pattern
Prior art date
Application number
KR1020190027716A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102206622B1 (en
Inventor
강기주
한승철
이용주
설재홍
서호정
공현택
정명철
선종현
Original Assignee
전남대학교산학협력단
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 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020190027716A priority Critical patent/KR102206622B1/en
Publication of KR20200108704A publication Critical patent/KR20200108704A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102206622B1 publication Critical patent/KR102206622B1/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
    • C08J9/24Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by surface fusion and bonding of particles to form voids, e.g. sintering
    • 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
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/12Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives
    • C08J5/122Bonding of a preformed macromolecular material to the same or other solid material such as metal, glass, leather, e.g. using adhesives using low molecular chemically inert solvents, swelling or softening agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a 3D structure with triply periodic minimal surfaces (TPMS) based on a bead arrangement, and more particularly, to a geometric shape of a bead arrangement for realizing TPMS and a method thereof. The bead arrangement is formed by forming a reference layer pattern, putting at least one sub-layer pattern into contact with an upper or lower portion of the reference layer pattern, and then bonding contact portions between all the beads constituting the reference layer pattern and the sub-layer pattern, and the sub-layer pattern has a projection surface pattern identical to or different from the reference layer pattern. According to the present invention, a 3D structure having another TPMS such as a D surface and an N-14 surface, and a 3D thin film porous structure using the same as a sacrificial structure may be manufactured in a mass-producible manner, and a technology related to the production of ″Shelluar″ of an ideal TPMS and an application range thereof can be further expanded. In addition, a technical concept of the reference layer pattern and sub-layer pattern introduced for arranging beads when implementing the D and N-14 surfaces and matters concerning a mechanical design of a reference plate used when forming the reference layer pattern can be applied when implementing other TPMS.

Description

구슬 배열에 기초한 3주기 최소 곡면을 갖는 3차원 구조체의 제조방법{FABRICATION METHOD OF 3 DIMENSIONAL STRUCTURE WITH TRIPLY PERIODIC MINIMAL SURFACES BASED ON BEAD ARRAYS} Manufacturing method of a 3D structure with a 3-cycle minimum curved surface based on an array of beads {FABRICATION METHOD OF 3 DIMENSIONAL STRUCTURE WITH TRIPLY PERIODIC MINIMAL SURFACES BASED ON BEAD ARRAYS}

본 발명은 구슬 배열에 기초한 3주기 최소 곡면을 갖는 3차원 구조체의 제조방법에 관한 것으로, 특히 3주기 최소 곡면 구현을 위한 구슬 배열의 기하학적 형태 및 그 방법에 관련된다. 상기 3차원 구조체는 특히 템플릿으로 활용되어 3차원 박막 다공질 구조체 제작에 활용될 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional structure having a three-cycle minimum curved surface based on a bead arrangement, and more particularly, to a geometric shape of a bead arrangement for realizing a three-cycle minimum curved surface and a method thereof. The three-dimensional structure may be used as a template, and thus, may be used to fabricate a three-dimensional thin-film porous structure.

근래 한승철 등은 얇은 박막으로 구성된 소위 “Shellular”라는 3차원 박막 다공질 구조체를 소개하였고(Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, “A New Type of Low Density Material; Shellular”, Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015.), 이러한 “Shellular”는 일정한 단위셀이 주기적으로 반복되며 박막으로 구성되어 매우 가볍고 강도가 높은 것으로 알려져 있다.Recently, Seung-cheol Han and others introduced a three-dimensional thin-film porous structure called “Shellular” composed of a thin film (Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, “A New Type of Low Density Material; Shellular”, Advanced Materials, Vol. 27, pp.5506-5511, 2015.), this “Shellular” is known to be very light and high in strength because a certain unit cell is repeated periodically and is composed of a thin film.

상기 “Shelluar”의 일예로 대한민국특허 제1612500호는 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있다. 구체적으로 상기 대한민국특허 제1612500호는 다수의 구슬을 서로 접촉시켜 배치한 후 구슬을 서로 부착 및 연결하여 3차원 구조체를 제조하고(도 1의 (a)), 이 3차원 구조체를 희생구조물(템플릿)으로 하여 그 표면에 박막을 형성한 후 내부의 희생구조물을 제거함으로써 최종적으로 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다(도 1의 (b)). 도 1의 (a)는 희생구조물에 대응하는 3차원 구조체를, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 희생구조물을 이용하여 제조된 '곡면' 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체를 각각 나타낸다. 이 경우, 희생구조물에 대응하는 3차원 구조체의 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 2 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. As an example of the “Shelluar”, Korean Patent No. 1612500 discloses a three-dimensional thin-film porous structure having a'curved surface' cell structure and a method of manufacturing the same. Specifically, the Korean Patent No. 1612500 discloses a three-dimensional structure by attaching and connecting the beads to each other after placing a plurality of beads in contact with each other (Fig. 1 (a)), and using the three-dimensional structure as a sacrificial structure (template ) To form a thin film on the surface and then remove the sacrificial structure therein, thereby finally manufacturing a three-dimensional thin film porous structure having a'curved' cell structure (Fig. 1(b)). Figure 1 (a) is a three-dimensional structure corresponding to the sacrificial structure, Figure 1 (b) is a three-dimensional thin film porous structure of a'curved' cell structure manufactured using the sacrificial structure of Figure 1 (a). Respectively. In this case, manufacturing a three-dimensional structure corresponding to the sacrificial structure involves applying a separate liquid resin between the beads in connection with a method of attaching and connecting a plurality of arranged beads to each other, and using a capillary phenomenon to soften the contact between the beads. It is performed by a method of hardening after forming a fillet (refer to Fig. 2), and in a 3D thin-film porous structure with a final'curved' cell structure using the manufactured sacrificial structure, the connection between unit cells is implemented in a smooth shape, thereby reducing stress concentration. Thus, it is disclosed that the strength and rigidity are remarkably increased.

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 3에 나타낸 바와 같이 다양한 형태가 존재하며 이중 도 3의 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.Meanwhile, as the ideal form of the “Shellular” mentioned above, the German mathematician H.A. Schwarz's first discovered Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) is known (Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer). TPMS is a curved surface having a constant mean curverture at all points on the curved surface. Here, the average curvature refers to the average value of the maximum and minimum curvatures in two directions perpendicular to each other at a point on the 3D surface. TPMS exists in various forms as shown in FIG. 3, of which P-surface and D-surface shown in the upper left of FIG. 3 are most representatively cited in the fields of chemistry and biology. In addition, TPMS with a zero mean curvature has the same optimal ratio of interior and exterior spaces as 1:1, but even if the volume ratio is different, if the average curvature is uniform, the curvature of the minimum surface area for a given interior/external space ratio is Because it is formed, it can be called TPMS (Reference: M. Maldovan and EL Thomas, “Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2). As such TPMS has a uniform average curvature everywhere on a curved surface, when an external load is applied to a thin film structure manufactured in the form of TPMS, the stress is not concentrated in any one part. Therefore, the premature local buckling phenomenon that occurs in conventional ultra-low density materials is prevented. It is not expected to occur.

상기 대한민국특허 제1612500호에 개시된 셀 구조의 3차원 박막 다공질 구조체는 우수한 강도 및 강성 특성을 보이나, 표면 형태가 곡면이어도 이상적인 TPMS 형태를 갖지 않기 때문에 강도 및 강성 측면에서 여전히 개선의 여지가 있다. 또한, 대한민국특허 제1612500호는 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 structure of the cell structure disclosed in Korean Patent No. 1612500 exhibits excellent strength and stiffness characteristics, but even if the surface shape is curved, since it does not have an ideal TPMS shape, there is still room for improvement in terms of strength and stiffness. In addition, Korean Patent No. 1612500 has a simple process in manufacturing a sacrificial structure and advantageous for large structures, but in the case of applying and curing a liquid resin when manufacturing a sacrificial structure, the liquid resin itself is expensive and the sacrificial structure In the removal process, since the resin for forming the fillet, which has been etched and coated/cured on the beads, must be removed through separate steps, the process becomes complicated.

이러한 대한민국특허 제1612500호가 갖는 문제를 개선한 것이 대한민국특허 제1905483호에 개시되어 있다. 대한민국특허 제1905483호는, 기본적으로 대한민국특허 제1612500호와 마찬가지로 구슬을 배열한 3차원 구조체를 희생구조물로 이용하는 것에 기초하되, 이와 동시에 해당 구슬을 배열한 3차원 구조체의 표면을 TPMS 형태로 구현하는 과정에 있어서 대한민국특허 제1612500호가 개시하고 있는 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 것에 대해 개시하고 있다. 도 4는 대한민국특허 제1905483호에 따른 구슬의 연결 과정에 관한 2차원 모식도이며 도 5, 도 6 및 도 7 각각은 대한민국특허 제1905483호의 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 나타내고 있다. It is disclosed in Korean Patent No. 1905483 that the problem of Korean Patent No. 1612500 is improved. Korean Patent No. 1905483 is based on using a 3D structure in which beads are arranged as a sacrificial structure, as in Korean Patent No. 1612500, but at the same time, the surface of the 3D structure in which the beads are arranged is implemented in TPMS form. In the process, instead of applying and curing a separate liquid resin disclosed in Korean Patent No. 1612500, after partial dissolution on the entire surface of the beads itself, the flowable material of high viscosity generated in the process penetrates between the beads by capillary phenomenon. It discloses that a surface of TPMS or a similar type is formed through a method of curing by using a method. FIG. 4 is a two-dimensional schematic diagram of a process of connecting beads according to Korean Patent No. 1905483, and FIGS. 5, 6, and 7 each show an arrangement pattern of beads according to Comparative Examples and Examples of Korean Patent No. 1905483 with a cubic grid ( PC; primitive cubic), face centered cubic (FCC), and body centered cubic (BCC) in the state of showing the shape of the three-dimensional structure shown in stages of production.

한편 TPMS는 도 3에 나타낸 것을 포함하여 최소 45가지 종류가 존재한다고 알려져 있으나 (http://facstaff.susqu.edu/brakke/evolver/examples/periodic/periodic.html), 앞서 대한민국특허 제1905483호는 실시예로 각각 P, I-WP 및 F-RD 등 세가지 TPMS 곡면 형태의 표면을 갖는 3차원 구조체를 제작하는 것에 대해서만 구체적으로 개시하고 있을 뿐이고, 이러한 P, I-WP 및 F-RD 등 세가지 TPMS 곡면 형태는 전통적인 고체의 원자 결정구조의 종류로 이미 잘 알려진 상기 도 5, 6 및 7 각각의 PC, BCC 및 FCC에 기초하고 있다. 도 8의 (a), (b), (c)는 각각 도 5 내지 도 7의 PC, BCC, FCC 세가지 결정격자 한 층에 대한 구슬 배열 패턴을 나타내고 있으나, 이러한 패턴의 구슬 배열만으로는 P, I-WP 및 F-RD 외에 다른 TPMS를 구현할 수 없다. 따라서 이상적인 TPMS 곡면의 “Shelluar” 제작이라는 기술과 이에 의한 관련 산업분야의 발전을 위해서는, 공정 개선을 통한 보다 이상적인 TPMS 표면을 구현하고 양산성을 확보한다는 측면에서의 연구와 함께, P, I-WP 및 F-RD 외에도 현재 알려져 있는 다양한 종류의 TPMS 구현을 위해 이에 대응하여 구슬 배열을 구체적으로 어떻게 할지에 관해서도 새로운 연구를 통해 그 범위를 계속적으로 확장할 필요가 있다.Meanwhile, although it is known that at least 45 types of TPMS exist, including those shown in FIG. 3 ( http://facstaff.susqu.edu/brakke/evolver/examples/periodic/periodic.html ), Korean Patent No. 1905483 As an example, it is only specifically disclosed to fabricate a three-dimensional structure having three TPMS curved surfaces such as P, I-WP and F-RD, respectively, and three TPMS such as P, I-WP and F-RD The curved shape is based on PC, BCC and FCC of Figs. 5, 6 and 7, which are already well known as a kind of traditional solid atomic crystal structure. 8(a), (b), and (c) show the bead arrangement pattern for one layer of the three crystal lattice of PC, BCC, and FCC of FIGS. 5 to 7, respectively, but only the arrangement of beads of this pattern is P and I. -TPMS other than WP and F-RD cannot be implemented. Therefore, in order to develop a technology called “Shelluar” production of an ideal TPMS curved surface and related industrial fields by this, along with research in terms of realizing an ideal TPMS surface and securing mass production through process improvement, P, I-WP In addition to F-RD, there is a need to continuously expand the range through new research on how to specifically arrange beads in response to this for implementing various types of TPMS currently known.

대한민국특허 제1612500호Korean Patent No. 1612500 대한민국특허 제1905483호Korean Patent No. 1905483

- Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, “A New Type of Low Density Material; Shellular”, Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015.-Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, “A New Type of Low Density Material; Shellular”, Advanced Materials, Vol. 27, pp.5506-5511, 2015. - Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer-Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer - M. Maldovan and E. L. Thomas, “Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2-M. Maldovan and E. L. Thomas, “Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2 - O. Al-Ketana, R. Rowshan, R.K.A. Al-Rub, Topology-mechanical property relationship of 3D printed strut, skeletal, and sheet based periodic metallic cellular materials. Additive Manufacturing, Vol. 19 (2018) pp.167-183.-O. Al-Ketana, R. Rowshan, R.K.A. Al-Rub, Topology-mechanical property relationship of 3D printed strut, skeletal, and sheet based periodic metallic cellular materials. Additive Manufacturing, Vol. 19 (2018) pp.167-183.

본 발명의 목적은, 대한민국특허 제1905483호를 통해 이미 알려져 있는 P, I-WP, F-RD 등의 세가지 외에 다른 종류의 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체에 대한 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 이러한 3차원 구조체 제조방법에 수반되는 구슬 배열에 대한 방법 및 이에 이용되는 기구적 설계를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a three-dimensional structure having a TPMS curved surface of other types in addition to the three known P, I-WP, F-RD, etc. through Korean Patent No. 1905483. Another object of the present invention is to provide a method for arranging beads accompanying such a method for manufacturing a three-dimensional structure, and a mechanical design used therein.

본 발명자 등은, P, I-WP 및 F-RD 외에도 현재 알려져 있는 다양한 종류의 TPMS 구현을 위해 구슬 배열을 구체적으로 어떻게 할지에 관해 연구를 계속하는 과정에서, TPMS 곡면 중 D 곡면 및 N-14 곡면을 구현할 수 있는 새로운 구슬 배열의 기학학적 형태를 발견하고 이에 필요한 기구물에 대한 설계를 더욱 구체화함으로써 본 발명에 도달하게 되었다. 이상의 해결과제에 대한 인식 및 이에 기초한 해결수단에 관한 본 발명의 요지는 아래와 같다.In the course of continuing research on how to specifically arrange beads for realizing various types of TPMS, in addition to P, I-WP, and F-RD, among the TPMS curves, D curve and N-14 The present invention has been reached by discovering the geometrical form of a new bead arrangement capable of implementing a curved surface and further specifying the design of a device required for this. The gist of the present invention regarding the recognition of the above-described problem and a solution based thereon is as follows.

(1) 소정 패턴으로 다수의 구슬을 접촉시켜 구슬 배열를 형성한 후 구슬을 상호 연결하는 3차원 구조체 제조방법에 있어서, 상기 구슬 배열는 기준 레이어 패턴을 형성하고, 상기 기준 레이어 패턴의 상부 또는 하부에 적어도 하나 이상의 서브 레이어 패턴을 접촉시킨 후, 상기 기준 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴을 구성하는 모든 구슬 사이의 접촉부을 접착시킴으로써 형성되고, 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 서로 동일하거나 또는 다른 투영면 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.(1) In a method for manufacturing a three-dimensional structure in which a plurality of beads are brought into contact with each other in a predetermined pattern to form an array of beads, and then the beads are interconnected, wherein the bead arrangement forms a reference layer pattern, and at least After contacting at least one sub-layer pattern, it is formed by bonding contact portions between the reference layer pattern and all beads constituting the sub-layer pattern, and the sub-layer pattern has the same or different projection surface pattern as the reference layer pattern. 3D structure manufacturing method, characterized in that.

(2) 기준 레이어 패턴은 구슬을 수용하기 위해 구슬의 직경보다 작은 직경의 타공부를 구비한 플레이트 형상의 기준판을 이용해 배치되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법.(2) The method for manufacturing a three-dimensional structure of (1), wherein the reference layer pattern is disposed using a plate-shaped reference plate having a perforated portion having a diameter smaller than that of the bead to accommodate the bead.

(3) 상기 타공부의 직경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 3차원 구조체 제조방법.(3) The method of manufacturing a three-dimensional structure of (2), characterized in that the perforated portions have different diameters.

(4) 상기 타공부는 2종 직경을 가지고 교대로 형성되며 타공부의 중심을 연결할 때 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성되고, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 상기 (3)의 3차원 구조체 제조방법.(4) The perforated portions are formed alternately with two types of diameters, and when connecting the centers of the perforated portions, successive hexagonal array units are regularly formed, and the beads in the state of being completely accommodated in the perforated portions consist of two groups. The three-dimensional structure manufacturing method of (3), characterized in that the centers of the beads forming each group are placed on different planes.

(5) 상기 타공부의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 3차원 구조체 제조방법.(5) The method of manufacturing a three-dimensional structure of (2), wherein the perforated portions have the same diameter.

(6) 상기 타공부의 중심을 연결할 때 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성되고, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하는 것을 특징으로 하는 상기 (5)의 3차원 구조체 제조방법.(6) When connecting the centers of the perforated portions, square array units spaced apart from each other are formed at equal intervals in all directions, and the beads in a state completely accommodated in the perforated portions form a group based on the square array units, and the center thereof is The three-dimensional structure manufacturing method of (5), characterized in that lying on the same plane and intersecting with each other.

(7) 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성된 형태이고, 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법. (7) The reference layer pattern is a form in which successive hexagonal array units are regularly formed on a projection plane parallel to the layer when connecting the centers of the beads, and the beads forming the reference layer pattern form two groups, forming each group. The three-dimensional structure manufacturing method of (1), characterized in that the centers of the beads lie on different planes.

(8) 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 동일한 투영면 패턴을 가지며, 3종의 레이어 패턴은 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 각 레이어 패턴은 레이어 평면의 일축 방향으로 구슬 직경의 cos19.5˚만큼 상대적으로 평행 이동되어 적층되는 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 3차원 구조체 제조방법.(8) The sub-layer pattern has the same projection surface pattern as the reference layer pattern, and three types of layer patterns are vertically stacked along the projection surface direction, but each layer pattern is cos19.5° of the bead diameter in one axis direction of the layer plane. The method for manufacturing a three-dimensional structure of (7), characterized in that relatively parallel movement and stacked.

(9) 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성된 형태이고, 상기 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 3차원 구조체 제조방법.(9) The reference layer pattern is a shape in which square array units spaced apart from each other are formed at equal intervals in all directions on a projection plane parallel to the layer when the centers of the beads are connected, and the beads forming the reference layer pattern form the square array units. The method of manufacturing a three-dimensional structure of (1), characterized in that they form a group based on a group and their centers are placed on the same plane and cross each other.

(10) 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴의 상부 및 하부 각각에서 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 기준 레이어 패턴과 다른 투영면 패턴을 갖는 제1 서브 레이어 패턴 및 제2 서브 레이어 패턴 2종으로 구성하고, 상기 제1 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에서 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 변 중심에 위치하도록 적층되고, 상기 제2 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 대각 방향 중심에 위치하도록 적층되는 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 3차원 구조체 제조방법.(10) The sub-layer pattern is vertically stacked in the direction of the projection surface at each of the upper and lower portions of the reference layer pattern, and consists of two types of a first sub-layer pattern and a second sub-layer pattern having a different projection surface pattern than the reference layer pattern. , The beads constituting the first sub-layer pattern are stacked so that their center is positioned at the center of the side between the square array units on the projection surface, and the beads constituting the second sub-layer pattern have a center on the projection surface. The three-dimensional structure manufacturing method of (9), characterized in that the stacked so as to be located in the center of the diagonal direction between the square array units.

본 발명에 따르면, 대한민국특허 제1905483호 등을 통해 기존에 알려진 P, I-WP 및 F-RD 외에 D 곡면 및 N-14 곡면을 갖는 다른 3차원 구조체 및 이를 희생구조물로 한 3차원 박막 다공질 구조체도 양산가능하게 제조할 수 있어, 이상적인 TPMS 곡면의 “Shelluar” 제작과 관련된 기술 및 그 응용범위를 보다 확장할 수 있다. 또한 D 곡면 및 N-14 곡면을 구현시 구슬 배열을 위해 도입된 기준 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴에 관한 기술 개념과 상기 기준 레이어 패턴 형성시 사용된 기준판에 관한 기구적 설계에 관한 사항은 다른 TPMS 곡면 구현시 응용될 수 있을 것으로 기대된다.According to the present invention, in addition to P, I-WP, and F-RD previously known through Korean Patent No. 1905483, other three-dimensional structures having a D-curved surface and an N-14 curved surface, and a three-dimensional thin-film porous structure using the same as a sacrificial structure Also, it can be manufactured to be mass-producible, so the technology related to the production of “Shelluar” of the ideal TPMS curved surface and its application range can be further expanded. In addition, the technical concept of the reference layer pattern and sub-layer pattern introduced for arranging beads when implementing the D and N-14 surfaces and the mechanical design of the reference plate used when forming the reference layer pattern are different TPMS. It is expected to be applicable when implementing a curved surface.

도 1의 (a)는 대한민국특허 제1612500호에 따른 구슬로 배열된 3차원 구조체, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)를 희생구조체로 하여 제조된 3차원 박막 다공질 구조체의 구조도.
도 2는 대한민국특허 제1612500호에 따라 일정한 패턴으로 배치된 구슬을 별도의 액상 수지로 서로 연결하는 방법을 예시한 도면.
도 3은 여러가지 형태의 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface: 3-주기적 최소곡면)의 구조도.
도 4는 대한민국특허 제1905483호에 따른 구슬의 연결 과정에 관한 2차원 모식도.
도 5, 도 6 및 도 7 각각은 대한민국특허 제1905483호의 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 8의 (a), (b), (c)는 각각 도 5 재지 7의 PC, BCC, FCC 세가지 결정격자 한 층에 대한 구슬 배열.
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 D형 TPMS 곡면 구현시 사용되는 구슬에 대한 레이어 패턴에 대한 평면도 및 좌측면도이고, 도 9의 (c)는 이러한 레이어 패턴 형성을 위한 기준판 및 그 사용 상태도.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 D형 TPMS 곡면 구현을 위해 구슬에 대한 레이어 패턴을 3차원으로 적층하는 과정에 대한 설명도.
도 12의 (a) 및 (b)는 도 9 내지 11에 따른 구슬 배열에 기초해 D형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 제조과정에 대한 설명도 및 실물 사진.
도 13의 (a)는 이상적인 D형 TPMS 곡면에 대한 사진이고, 도 13의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 D형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 CT 영상 사진.
도 14의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 N-14형 TPMS 곡면 구현시 시용되는 구슬에 대한 기준 레이어 패턴에 대한 평면도이고, 도 14의 (b) 및 (c)는 도 14의 (a)의 기준 레이어 패턴 상부 및 하부 각각에 다른 형태의 서브 레이어 패턴이 적층되는 상태에서의 평면도.
도 15의 (a)는 도 14 (a)의 기준 레이어 패턴 형성을 위한 기준판에 대한 실물 사진이고, 도 15의 (b)는 도 14의 기준 레이어 패턴과 서브 레이어 패턴을 3차원으로 적층한 상태도.
도 16의 (a)는 N-14 곡면 구현에 사용되는 구슬 배열의 실물 사진이고, 도 16의 (b)는 도 16의 (a)의 구슬 배열을 대상으로 하여 대한민국특허 제1905483호에 제시된 구슬 연결 방법을 적용해 얻어진 3차원 구조체의 실물 사진.
도 17의 (a)는 이상적인 N-14형 TPMS 곡면에 대한 사진이고, 도 17의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 N-14형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 CT 영상 사진.
Figure 1 (a) is a three-dimensional structure arranged in beads according to Korean Patent No. 1612500, Figure 1 (b) is a structural diagram of a three-dimensional thin film porous structure manufactured using Figure 1 (a) as a sacrificial structure .
2 is a view illustrating a method of connecting beads arranged in a certain pattern with a separate liquid resin according to Korean Patent No. 1612500.
3 is a structural diagram of various types of TPMS (Triply Periodic Minimal Surface: 3-periodic minimal surface).
Figure 4 is a two-dimensional schematic diagram of the process of connecting beads according to Korean Patent No. 1905483.
5, 6, and 7 respectively show the arrangement pattern of beads according to Comparative Examples and Examples of Korean Patent No. 1905483 as a primitive cubic (PC), a face centered cubic (FCC), and a body centered cubic grid. (BCC; body centered cubic) the shape of the three-dimensional structure shown in stages of production.
Figure 8 (a), (b), (c) is the arrangement of beads for one layer of the three crystal lattice of PC, BCC, FCC of Figure 5, respectively.
9A and 9B are a plan view and a left view of a layer pattern for a bead used when implementing a D-type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9C is such a layer pattern formation. Reference plate for and its use state diagram.
10 and 11 are explanatory diagrams illustrating a process of laminating a layer pattern for beads in three dimensions to implement a D-type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention.
12 (a) and (b) are explanatory diagrams and real photographs of a manufacturing process of a three-dimensional structure having a D-type TPMS curved surface based on the arrangement of beads according to FIGS. 9 to 11.
13A is a photograph of an ideal D-type TPMS curved surface, and FIG. 13B is a CT image of a 3D structure having a D-type TPMS curved surface actually manufactured according to an embodiment of the present invention.
14A is a plan view of a reference layer pattern for a bead used when implementing an N-14 type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 14B and 14C are ( A plan view in a state in which sub-layer patterns of different shapes are stacked on top and bottom of the reference layer pattern of a).
FIG. 15A is a real photograph of the reference plate for forming the reference layer pattern of FIG. 14A, and FIG. 15B is a three-dimensional stacking of the reference layer pattern and the sub-layer pattern of FIG. 14 State diagram.
Figure 16 (a) is a real picture of the arrangement of beads used to implement the N-14 curved surface, Figure 16 (b) is the beads presented in Korean Patent No. 1905483 targeting the arrangement of beads in Figure 16 (a) A real photograph of a three-dimensional structure obtained by applying the connection method.
FIG. 17A is a photograph of an ideal N-14 type TPMS curved surface, and FIG. 17B is a CT image of a 3D structure having an N-14 type TPMS curved surface actually manufactured according to an embodiment of the present invention. Photo.

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 through examples. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the configuration of the embodiments described in the present specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention, and does not represent all the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of filing of the present invention It is to be understood that there may be variations and variations. On the other hand, in the drawings, the same or similar reference numbers are given to the same or equivalent material, and in the entire specification, when a certain part "includes" a certain component, this is another component unless otherwise stated. It does not mean that other components may be further included.

본원에 따른 3차원 구조체는, 그 종류는 다르지만 대한민국특허 제1905483호와 마찬가지로 3주기적 최소곡면 형태 또는 이에 근접한 형태로 구현된다. 또한 이러한 3차원 구조체는 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 구조체이다.The three-dimensional structure according to the present application is of a different type, but is implemented in the form of a three-periodic minimum curved surface or a form close thereto, as in Korean Patent No. 190283. In addition, such a three-dimensional structure may be particularly useful in manufacturing a three-dimensional thin film porous structure by using it as a template, that is, a sacrificial structure, 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 periodically repeated, such as “shellular” described above.

또한 본원에 따른 3차원 구조체는 소정 패턴으로 다수의 구슬을 접촉시켜 구슬 배열을 형성한 후 구슬을 상호 연결하는 방법으로 제조된다. 이 경우 구슬 사이의 최종 연결 작업은 도 2 및 대한민국특허 제1612500호에 따라 별도의 액상 수지로 연결하는 방식일 수도 있으나, 다만 이러한 연결 방식이 갖는 문제점을 개선한 대한민국특허 제1905483호에 따라 구슬 자체의 전체 표면을 부분 용해하여 유동성 물질을 형성하여 상기 구슬의 접촉부를 연결하는 방식이 보다 유리하게 적용될 수 있다.In addition, the three-dimensional structure according to the present application is manufactured by contacting a plurality of beads in a predetermined pattern to form an array of beads, and then interconnecting the beads. In this case, the final connection between the beads may be a method of connecting with a separate liquid resin according to FIG. 2 and Korean Patent No. 1612500, but the beads themselves according to Korean Patent No. 1905483, which improves the problems of this connection method. A method of connecting the contact portions of the beads by partially dissolving the entire surface of the bead to form a fluid material may be applied more advantageously.

본 발명은 상기 3차원 구조체 및 이를 템플릿을 한 3차원 박막 다공질 구조체 제조의 기초가 되는 '구슬 배열'과 관련하여, 대한민국특허 제1905483호 등에 개시된 바와 같이 P, I-WP 및 F-RD의 TPMS 곡면 구현시 기초가 되었던 상기 도 8에 따른 종래 일반적인 단순 결정 격자 형태와는 다른 '구슬 배열' 개념에 대해 개시한다. 즉, 본 발명에 따른 '구슬 배열'은 기준 레이어 패턴을 형성하고, 상기 기준 레이어 패턴의 상부 또는 하부에 적어도 하나 이상의 서브 레이어 패턴을 접촉시킨 후, 상기 기준 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴을 구성하는 모든 구슬 사이의 접촉부을 접착시킴으로써 형성되고, 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 서로 동일하거나 또는 다른 투영면 패턴을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 기준 레이어 패턴은 구슬을 수용하기 위해 구슬의 직경보다 작은 직경의 타공부를 구비한 플레이트 형상의 기준판을 이용해 배치될 수 있다. 한편, 실시예에서 타공부는 원형으로 예시되어 있으나, 구형 구슬이 관통하지 않을 정도의 크기로 제한된 다각형상 기타 다른 형상일 수 있다. 아래에서는 이러한 구슬 배열에 관한 기본 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴 개념과, 상기 기준 레이어 패턴 형성시 사용된 기준판에 관한 기구적 설계에 기초하여 TPMS 중 D 및 N-14 곡면을 구현하는 과정을 각각의 실시예에 대해 보다 구체적으로 설명한다.The present invention relates to the three-dimensional structure and the'bead arrangement' that is the basis for manufacturing a three-dimensional thin film porous structure using the same as a template, as disclosed in Korean Patent No. 1905483, TPMS of P, I-WP and F-RD. A concept of a'bead arrangement' different from the conventional general simple crystal lattice form according to FIG. 8, which was the basis for implementing a curved surface, is disclosed. That is, in the'bead arrangement' according to the present invention, after forming a reference layer pattern, contacting at least one sub-layer pattern above or below the reference layer pattern, all of the reference layer patterns and sub-layer patterns It is formed by bonding the contact portions between the beads, and the sub-layer pattern is characterized in that the sub-layer pattern has the same or different projection surface pattern as the reference layer pattern. In this case, the reference layer pattern may be disposed using a plate-shaped reference plate having a perforated portion having a diameter smaller than the diameter of the beads to accommodate the beads. On the other hand, in the embodiment, although the perforated portion is illustrated as a circle, it may have a polygonal shape or other shape limited to a size such that the spherical bead does not penetrate. Below, the process of implementing the D and N-14 curved surfaces in TPMS based on the concept of the base layer pattern and the sub-layer pattern for the arrangement of the beads and the mechanical design of the reference plate used when forming the reference layer pattern is described. The examples will be described in more detail.

먼저 도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 TPMS 중 D형 곡면을 구현하는 것에 관련된다. First, FIGS. 9 to 13 are related to implementing a D-shaped curved surface among TPMS according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 D형 TPMS 곡면 구현시 사용되는 구슬에 대한 레이어 패턴에 대한 평면도 및 좌측면도이고, 도 9의 (c)는 이러한 레이어 패턴 형성을 위한 기준판 및 그 사용 상태도를 나타낸다. 구체적으로 도 9의 (a)는 D형 곡면을 만들기 위한 구슬 배열 중 1개 레이어에 대한 평면도를 나타내고 있다. 해당 레이어에서, 구슬은 그 중심이 육각형의 꼭지점에 위치하면서 서로 접하고 있는 것을 하나의 단위로 하여 연속하여 위치한다. 이 경우 도 9의 (b)에 따른 좌측면도에 나타낸 바와 같이 이웃한 구슬 간 중심이 동일한 면상에 있지 않고 2rsin19.5o(여기서 r은 구슬의 반경) 만큼 높이 차이를 두고 번갈아 가면서 위치한다. 도 9 (c)는 도 9의 (a) 및 (b)에 따른 레이어 패턴으로 구슬을 배치할 목적으로 고안된 기준판(base plate)이다. 다수의 타공부의 중심이 6각형 꼭지점 위치하도록 타공되어 있지만 타공부의 크기가 두 종류로 번갈아 가면서 바뀐다. 구체적으로, 큰 타공부의 반경은 0.986r이고 작은 타공부의 반경은 0.553r로서, 타공부에 완전 수용되도록 구슬을 배치하면 저절로 서로 접촉하면서 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이 높낮이가 다른 구슬 그룹으로 분리되고 도 9의 (a)와 같이 평면도와 같은 형상이 된다. 다만 구슬의 직경의 크기는 하나의 예이고 구현하고자 하는 3차원 구조체의 셀 사이즈 및 이와 관련된 구슬 사이즈에 따라 다른 크기로 형성할 수 있다. 이런 상태로 접착제나 열을 가하여 임시로 구슬 사이 접촉부를 연결하여 한 개의 레이어 패턴을 만든다.9A and 9B are a plan view and a left view of a layer pattern for a bead used when implementing a D-type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9C is such a layer pattern formation. It shows the reference plate for and its use state diagram. Specifically, (a) of FIG. 9 shows a plan view of one layer of an array of beads for making a D-shaped curved surface. In this layer, the beads are placed in succession with the center of which is located at the vertex of a hexagon and in contact with each other as a unit. Also in this case it not in the center of the bead surface is the same between adjacent, as shown in a left side view in accordance with the 9 (b) o 2rsin19.5 positioned alternately with the height difference of (where r is the radius of the bead). 9 (c) is a base plate designed for the purpose of arranging beads in a layer pattern according to FIGS. 9 (a) and (b). A number of perforated parts are perforated so that the center of the perforated part is located at a hexagonal vertex, but the size of the perforated parts alternately changes into two types. Specifically, the radius of the large perforated portion is 0.986r and the radius of the small perforated portion is 0.553r, and when the beads are arranged so that they are completely accommodated in the perforated portion, they will automatically contact each other and have different heights as shown in FIG. 9B. It is divided into bead groups and has a shape like a plan view as shown in (a) of FIG. 9. However, the size of the diameter of the bead is an example and may be formed in a different size depending on the cell size of the 3D structure to be implemented and the size of the related bead. In this state, adhesive or heat is applied to temporarily connect the contacts between the beads to form a single layer pattern.

도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 D형 TPMS 곡면 구현을 위해 구슬에 대한 레이어 패턴을 3차원으로 적층하는 과정에 대한 설명도를 나타낸다. 구체적으로, 도 10 (a)의 A, B, C 각각은 상기의 방법으로 기준판 위에 배치되고 구슬이 서로 연결된 한 개의 레이어 패턴을 나타낸 것으로, A, B, C 레이어 패턴은 y방향으로 구슬 직경(2r)의 cos19.5˚만큼 상대적으로 평행 이동한 형태이다. 도 10의 (b)는 상기 레이어 패턴을 A-B-C 순서로 반복 적층한 3차원 구슬 구조체의 사시도와 투영도를 나타낸 것이다. 도 11은 상기 도 10(a)의 A, B, C 레이어 패턴을 반복 적층하여 도 10의 (b)는 구슬구조체를 만들 때 서로 접촉하는 방법을 나타낸다. 즉 도 11의 (a)는 A 레이어 패턴에 B 레이어 패턴을, 도 11의 (b)는 B 레이어 패턴 위에 C 레이어 패턴을, 도 11(c)는 C 레이어 패턴 위에 A 레이어 패턴을 각각 적층할 때 붉은 색으로 표시된 구슬들이 서로 수직으로 접촉해야 한다.10 and 11 are diagrams illustrating a process of laminating a layer pattern for beads in three dimensions to implement a D-type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention. Specifically, each of A, B, and C in FIG. 10 (a) shows one layer pattern arranged on the reference plate and connected to each other by the above method, and the A, B, and C layer patterns are in the y direction. It is a form of relatively parallel movement by cos19.5˚ of (2r). 10B is a perspective view and a projection view of a three-dimensional bead structure in which the layer patterns are repeatedly stacked in the order of A-B-C. FIG. 11 shows a method of contacting each other when forming a bead structure in FIG. 10(b) by repeatedly stacking the layer patterns A, B, and C of FIG. 10(a). That is, (a) of FIG. 11 is a layer pattern of B on the layer A pattern, (b) of FIG. 11 is a layer pattern of C on the layer pattern of B, and FIG. When the red colored marbles are in vertical contact with each other.

다시 도 9 내지 도 11을 참조할 때, 상기 D형 곡면을 위한 구슬 배열에 있어서, 도 10의 (a) 및 도 11에 도시된 바와 같이, 중간의 기준 레이어 패턴(B)은 두 개의 서브 레이어 패턴(A 및 C)과 동일한 투영면 패턴을 갖는다. 이러한 기준 레이어 패턴(B)과 서브 레이어 패턴(A 및 C)을 통칭하여 레이어 패턴으로 칭할 때, 상기 레이어 패턴 각각을 구성하는 구슬은 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 그 중심이 서로 상하 다른 평면에 놓이는 2종의 그룹으로 구분된다. 상기 레이어 패턴에서 이러한 2종 그룹의 구슬 배치를 위해, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 기준판의 타공부는 2종 직경을 가지고 교대로 형성되며, 타공부의 중심을 연결할 때 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성되며, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이게 된다.Referring back to FIGS. 9 to 11, in the arrangement of beads for the D-shaped curved surface, as shown in FIGS. 10A and 11, the middle reference layer pattern B is two sub-layers. It has the same projection surface pattern as the patterns A and C. When these reference layer patterns (B) and sub-layer patterns (A and C) are collectively referred to as a layer pattern, the beads constituting each of the layer patterns have their centers above and below each other as shown in FIG. 9B. It is divided into two groups lying on different planes. For the arrangement of these two groups of beads in the layer pattern, as shown in FIG. 9(c), the perforated portions of the reference plate are alternately formed with two types of diameters, and when connecting the centers of the perforated portions, Regular hexagonal array units are regularly formed, and the beads in the state of being completely accommodated in the perforated portion form two groups, and the centers of the beads forming each group are placed on different planes.

결과적으로 상기 D형 곡면을 위한 구슬 배열에 있어서, 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성된 형태이고, 상기 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이게 되는 것을 특징으로 한다고 볼 수 있다. 또한 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 동일한 투영면 패턴을 가지며, 3종의 레이어 패턴은 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 각 레이어 패턴은 레이어 평면의 일축 방향으로 구슬 직경(2r)의 cos19.5˚만큼 상대적으로 평행 이동되어 적층되는 것을 특징으로 한다고 볼 수 있다. As a result, in the bead arrangement for the D-shaped curved surface, the reference layer pattern is a form in which consecutive regular hexagonal array units are regularly formed on a projection surface parallel to the layer when the center of the bead is connected, and the beads forming the reference layer pattern Silver is a group of two types, and the center of each bead is placed on a different plane. In addition, the sub-layer pattern has the same projection surface pattern as the reference layer pattern, and three types of layer patterns are vertically stacked along the projection surface direction, but each layer pattern is cos19.5˚ of the bead diameter (2r) in one axis direction of the layer plane. It can be seen that it is characterized by being stacked by being moved in parallel with each other.

도 12의 (a) 및 (b)는 도 9 내지 11에 따른 구슬 배열에 기초해 D형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 제조과정에 대한 설명도 및 실물 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 12의 (a)는 상기 도 10의 (b)의 구슬 배열(도 12의 (a) 좌측 그림)을 대상으로 하여 대한민국특허 제1905483호에 개시된 것에 따라 구슬을 부분용해하여 구슬 사이에 필렛 연결부를 만들고 표면을 부드럽게 만들며 과량을 제거하는 방법으로 얻은 D형 TPMS 곡면 곡면을 갖는 3차원 구조체(도 12의 (a) 좌측 그림)를 나타내고 있다. 도 12의 (b)는 폴리머 구슬을 사용하여 화학적 방법으로 부분 용해하여 실제 제작된 3차원 구조체의 실물 사진을 나타낸다.12A and 12B show explanatory diagrams and real photographs of a manufacturing process of a 3D structure having a D-type TPMS curved surface based on the arrangement of beads according to FIGS. 9 to 11. Specifically, Figure 12 (a) is a target for the arrangement of beads of Figure 10 (b) (Figure 12 (a) left figure) as disclosed in Korean Patent No. 1905483 by partially dissolving the beads between the beads. It shows a 3D structure (Fig. 12 (a) left figure) with a D-type TPMS curved surface obtained by making a fillet connection and smoothing the surface and removing excess. 12(b) shows a real picture of a 3D structure actually fabricated by partially dissolving it by a chemical method using polymer beads.

도 13의 (a)는 이상적인 D형 TPMS 곡면에 대한 사진이고, 도 13의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 D형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 CT 영상 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 13의 (a)는 이상적인 D 곡면을 여러 방향에서 관찰한 형상을 나타내고 있고 도 13의 (b)는 도 12의 (b)의 폴리머 재질의 3차원 구조체를 CT(컴퓨터 단층) 촬영한 것이며, 도 13 (a)와 도 13의 (b) 양자를 비교할 때 서로 매우 유사함을 확인할 수 있다.FIG. 13A is a photograph of an ideal D-type TPMS curved surface, and FIG. 13B shows a CT image of a 3D structure having a D-type TPMS curved surface actually manufactured according to an embodiment of the present invention. Specifically, (a) of FIG. 13 shows the shape of the ideal D curved surface observed from various directions, and (b) of FIG. 13 is a CT (computer tomography) photograph of the three-dimensional structure of the polymer material of FIG. 12 (b). It can be seen that they are very similar to each other when comparing both of FIG. 13 (a) and FIG. 13 (b).

다음으로 도 14 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따라 TPMS 중 N-14형 곡면을 구현하는 것에 관련된다. Next, FIGS. 14 to 17 are related to implementing an N-14 type curved surface in TPMS according to another embodiment of the present invention.

도 14의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 N-14형 TPMS 곡면 구현시 시용되는 구슬에 대한 기준 레이어 패턴에 대한 평면도이고, 도 14의 (b) 및 (c)는 도 14의 (a)의 기준 레이어 패턴 상부 및 하부 각각에 다른 형태의 제1, 제 2 서브 레이어 패턴이 적층되는 상태에서의 평면도를 나타낸다. 구체적으로, 도 14는 N-14 곡면을 만드는데 필요한 구슬 배열을 나타내며, 이 중 도 14의 (a)는 기본이 되는 한 개의 기준 레이어 패턴을 나타내고 있다. 이러한 기본 레이어 패턴에서 네 개 구슬의 중심이 사각형의 꼭지점에 위치하면서 서로 접하고 있고 이것을 하나의 배열 유닛으로 하여 일정한 간격을 두고 사각 격자형태, 즉 사방으로 동일 간격을 두고 위치한다. 도 14의 (b)는 상기 기본 레이어 패턴 하부에 별도의 서브 레이어 패턴으로 구슬이 추가 배치된 것이고, 이 경우 아랫방향에서 투영면을 향해 바라볼 때 기본 레이어 패턴상 정사각 배열 유닛을 구성하는 구슬의 상하와 좌우 사이에 추가적인 구슬이 배치된 것으로 보여진다. 이렇게 기본 레이어 패턴의 하부에 배치되는 별도 레이어 패턴을 제1 서브 레이어 패턴으로 볼 때, 제1 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬의 중심이 상기 투영면 상에서 기본 레이어 패턴의 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 변 중심에 위치하도록 적층한 것으로 볼 수 있다. 도 14의 (c)는 상기 기본 레이어 패턴 상부에 별도의 서브 레이어 패턴으로 구슬이 추가 배치된 것이고, 이 경우 윗방향에서 투영면을 향해 바라볼 때 기본 레이어 패턴상 정사각 배열 유닛을 구성하는 구슬의 대각선 방향으로 추가적인 구슬이 배치된 것으로 보여진다. 이렇게 기본 레이어 패턴의 상부에 배치되는 별도 레이어 패턴을 제2 서브 레이어 패턴으로 볼 때, 제2 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬의 중심이 상기 투영면 상에서 기본 레이어 패턴의 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 대각 방향 중심에 위치하도록 적층한 것으로 볼 수 있다.14A is a plan view of a reference layer pattern for a bead used when implementing an N-14 type TPMS curved surface according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 14B and 14C are ( A plan view is shown in a state in which different types of first and second sub-layer patterns are stacked on top and bottom of the reference layer pattern of a). Specifically, FIG. 14 shows an arrangement of beads required to make an N-14 curved surface, of which (a) of FIG. 14 shows one basic reference layer pattern. In this basic layer pattern, the centers of the four marbles are located at the vertices of a square and are in contact with each other, and they are placed at regular intervals at regular intervals, that is, at equal intervals in all directions. 14B shows the additional arrangement of beads as a separate sub-layer pattern under the base layer pattern. In this case, the top and bottom of the beads constituting the square arrangement unit on the base layer pattern when viewed from the bottom toward the projection surface. It appears that there are additional marbles placed between the and left and right. When the separate layer pattern disposed under the base layer pattern is viewed as the first sub-layer pattern, the center of the beads constituting the first sub-layer pattern is the center of the side between the square array units of the base layer pattern on the projection surface. It can be seen as being stacked to be located at. 14(c) shows the additional arrangement of beads as a separate sub-layer pattern on the top of the base layer pattern, and in this case, the diagonal of the beads constituting the square arrangement unit on the base layer pattern when viewed from the top toward the projection surface It appears that there are additional marbles placed in the direction. When the separate layer pattern disposed above the base layer pattern is viewed as the second sub-layer pattern, the center of the beads constituting the second sub-layer pattern is in a diagonal direction between the square array units of the base layer pattern on the projection surface. It can be seen as being stacked to be located in the center.

도 15의 (a)는 도 14 (a)의 기준 레이어 패턴 형성을 위한 기준판에 대한 실물 사진이고, 도 15의 (b)는 도 14의 기준 레이어 패턴과 서브 레이어 패턴을 3차원으로 적층한 상태도를 나타낸다. 다수의 타공부가 형성되어 있고, 이 중 4개의 타공부가 상기한 정사각 배열 유닛에 대응하여 하나의 유닛을 형성하고 있고, 유닛을 이루는 4개의 타공부가 사방으로 소정 거리 이격되어 반복 형성된 형태이다. 이 경우 타공부의 직경은 동일하며, 기준판에 수용되어 기준 레이어 패턴을 형성하는 모든 구슬들의 중심은 상기 D 형의 기준 레이어 패턴과는 달리 그 높이가 모두 동일하다. 한편, N-14형에서 구슬 사이의 접촉부에 대한 접착은, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 기준판에 기준 레이어 패턴을 형성하고 제1 서브 레이어 패턴을 배치하여 접착한 것을 하나의 세트로 하고, 기준판에 기준 레이어 패턴을 형성하고 제2 서브 레이어 패턴을 형성하고 제2 서브 레이어 패턴을 배치하여 접착한 것을 또 다른 세트로 하여 제작한 후, 이러한 기준 레이어 패턴과 서브 레이어 패턴 세트를 다수로 적층하여 구슬 사이의 접촉부를 연결하는 방식일 수 있다.FIG. 15A is a real photograph of the reference plate for forming the reference layer pattern of FIG. 14A, and FIG. 15B is a three-dimensional stacking of the reference layer pattern and the sub-layer pattern of FIG. 14 Show the state diagram. A number of perforated portions are formed, of which four perforated portions form one unit corresponding to the above-described square arrangement unit, and the four perforated portions constituting the unit are repeatedly formed by a predetermined distance in all directions. . In this case, the diameter of the perforated portion is the same, and the centers of all the beads accommodated in the reference plate to form the reference layer pattern have the same height, unlike the D-type reference layer pattern. On the other hand, the adhesion to the contact part between the beads in the N-14 type is one set of a reference layer pattern formed on a reference plate and a first sub-layer pattern attached to each other as shown in FIG. 15B. And, after forming a reference layer pattern on a reference plate, forming a second sub layer pattern, arranging and attaching the second sub layer pattern to another set, the reference layer pattern and the sub layer pattern set It may be a method of connecting the contact portions between the beads by stacking a plurality of them.

다시 도 14 및 도 15를 참조할 때, 상기 N-14형 곡면을 위한 구슬 배열에 있어서, 도 14의 (a) 내지 (c) 및 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 기준 레이어 패턴(도 14의 (a))은 두 개의 제1, 제2 서브 레이어 패턴(도 14의 (b) 및 (c) 각각에서 도 14의 (a)의 대응하는 구슬을 제외한 레이어 패턴)과 서로 다른 투영면 패턴을 갖는다. 이 경우, 제1, 제2 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬의 중심은 동일한 높이로 위치할 뿐만 아니라, 기준 레이어 패턴을 구성하는 구슬의 경우도 상기 D 형의 경우와는 달리 그 중심은 동일한 높이에 위치하고 이에 대응하여 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 동일 직경의 타공부들이 그 중심을 연결할 때 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성되고, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하게 된다(도 14의 (a) 및 도 15의 (b) 참고). Referring back to FIGS. 14 and 15, in the arrangement of beads for the N-14 type curved surface, as shown in FIGS. 14A to 14C and 15B, the reference layer pattern (Fig. 14 (a)) is different from the two first and second sub-layer patterns (layer patterns excluding the corresponding beads in Fig. 14 (a) in Figs. 14 (b) and (c), respectively) It has a projection plane pattern. In this case, not only the centers of the beads constituting the first and second sub-layer patterns are located at the same height, but the center of the beads constituting the reference layer pattern is also at the same height, unlike the case of the D type. In response to this, when the perforated portions of the same diameter connect the centers of each other as shown in Fig. 15(b), square array units spaced apart from each other are formed at equal intervals in all directions, and are completely accommodated in the perforated portion. The marbles form a group based on the square array unit, and the centers of the beads are placed on the same plane and intertwine with each other (see FIGS. 14A and 15B).

결과적으로 상기 N-14형 곡면을 위한 구슬 배열에 있어서, 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성된 형태이고, 상기 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하는 것을 특징으로 한다고 볼 수 있다. 또한, 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴의 상부 및 하부 각각에서 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 기준 레이어 패턴과 다른 투영면 패턴을 갖는 제1 서브 레이어 패턴 및 제2 서브 레이어 패턴 2종으로 구성하고, 상기 제1 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에서 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 변 중심에 위치하도록 적층되고, 상기 제2 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 대각 방향 중심에 위치하도록 적층되는 것을 특징으로 한다고 볼 수 있다. As a result, in the bead arrangement for the N-14 type curved surface, the reference layer pattern is a form in which square array units spaced apart from each other are formed at equal intervals in all directions on a projection surface parallel to the layer when the centers of the beads are connected, and the The beads forming the reference layer pattern form a group based on the square arrangement unit, and the centers of the beads are placed on the same plane and intersect each other. In addition, the sub-layer pattern includes two types of first and second sub-layer patterns that are vertically stacked along a projection surface direction at each of the upper and lower portions of the reference layer pattern, and have a projection surface pattern different from the reference layer pattern, Beads constituting the first sub-layer pattern are stacked so that their centers are located at the centers of sides between the square array units on the projection surface, and the beads constituting the second sub-layer pattern have their centers on the projection surface. It can be seen that it is characterized in that it is stacked so as to be located in the center of the diagonal direction between the square array units.

도 16의 (a)는 N-14 곡면 구현에 사용되는 구슬 배열의 실물 사진이고, 도 16의 (b)는 도 16의 (a)의 구슬 배열을 대상으로 하여 대한민국특허 제1905483호에 제시된 구슬 연결 방법을 적용해 얻어진 3차원 구조체의 실물 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 16의 (a)는 상기 방법으로 배치된 구슬 사이 접촉부를 고정한 것을, 도 16의 (b)는 도 16의 (a)를 대한민국 특허 제1905483호에 개시된 대로 부분 용해하여 구슬사이에 연결부를 만들고 표면을 부드럽게 만들며 과량를 제거하는 방법으로 얻은 N-14곡면을 갖는 3차원 구조체의 형상을 나타내고 있다.Figure 16 (a) is a real picture of the arrangement of beads used to implement the N-14 curved surface, Figure 16 (b) is the beads presented in Korean Patent No. 1905483 targeting the arrangement of beads in Figure 16 (a) A real photograph of a three-dimensional structure obtained by applying the connection method is shown. Specifically, FIG. 16(a) shows that the contact part between the beads arranged in the above method is fixed, and FIG. 16(b) shows that FIG. 16(a) is partially dissolved as disclosed in Korean Patent No. 1905483. It shows the shape of a three-dimensional structure with N-14 curved surfaces obtained by making connections, smoothing the surface, and removing excess.

도 17의 (a)는 이상적인 N-14형 TPMS 곡면에 대한 사진이고, 도 17의 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 N-14형 TPMS 곡면을 갖는 3차원 구조체의 CT 영상 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 17의 (a)는 N-14 곡면의 사시도이고, 도 17의 (b)는 도 16 (b)의 폴리머 3차원 구조체를 CT(컴퓨터 단층) 촬영하여 얻은 것으로, 도 17의 (a)와 도 17(b)가 서로 유사함을 알 수 있다.FIG. 17A is a photograph of an ideal N-14 type TPMS curved surface, and FIG. 17B is a CT image of a 3D structure having an N-14 type TPMS curved surface actually manufactured according to an embodiment of the present invention. Show the picture. Specifically, Figure 17 (a) is a perspective view of the N-14 curved surface, Figure 17 (b) is obtained by CT (Computed Tomography) imaging of the polymer three-dimensional structure of Figure 16 (b), Figure 17 ( It can be seen that a) and FIG. 17(b) are similar to each other.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 대한민국특허 제1905483호 등을 통해 기존에 알려진 P, I-WP 및 F-RD 외에 D 곡면 및 N-14 곡면을 갖는 다른 3차원 구조체 및 이를 희생구조물로 한 3차원 박막 다공질 구조체도 양산가능하게 제조할 수 있어, 이상적인 TPMS 곡면의 “Shelluar” 제작과 관련된 기술 및 그 응용범위를 보다 확장할 수 있다. 구체적으로 D 곡면을 갖는 Shellular는 압축 하중을 받을시 높은 강도를 갖는 것으로 보고되고 있다(O. Al-Ketana, R. Rowshan, R.K.A. Al-Rub, Topology-mechanical property relationship of 3D printed strut, skeletal, and sheet based periodic metallic cellular materials. Additive Manufacturing, Vol. 19 (2018) pp.167-183.). N-14 곡면은 단위부피당 면적이 크므로 Shellular가 두 부공간(sub-volume) 사이의 계면으로서 열이나 물질, 이온 등의 전달(transfer)에 효율적으로 쓰일 수 있어, 예컨대 한 부공간에 물이 담겨 있고 나머지 부공간에 열이 가해지는 형태의 보일러, 또는 Shellular가 반투과성을 가지고 있고 한 부공간이 세포의 배양 장소, 나머지 부공간이 영양분, 산소 등을 포함한 유체가 흐르는 조직공학 Scaffold, 또는 Shellular가 전해질 막(membrane)이고 한 부공간에 산소, 나머지 부공간이 수소가 흐르는 연료전지 등에 활용될 수 있다. 또한 D 곡면 및 N-14 곡면을 구현시 구슬 배열을 위해 도입된 기준 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴에 관한 기술 개념과 상기 기준 레이어 패턴 형성시 사용된 기준판에 관한 기구적 설계에 관한 사항은 다른 TPMS 곡면 구현시 응용될 수 있을 것으로 기대된다.As described above, according to the present invention, in addition to P, I-WP and F-RD previously known through Korean Patent No. 1905483, other three-dimensional structures having a D-curve and N-14 curved surface, and a three-dimensional sacrificial structure Since thin-film porous structures can also be mass-produced, technology related to the production of “Shelluar” of ideal TPMS curved surface and its application range can be further expanded. Specifically, it has been reported that shellular with D curved surface has high strength when subjected to compressive load (O. Al-Ketana, R. Rowshan, RKA Al-Rub, Topology-mechanical property relationship of 3D printed strut, skeletal, and sheet based periodic metallic cellular materials.Additive Manufacturing, Vol. 19 (2018) pp.167-183.). Since the N-14 curved surface has a large area per unit volume, the Shellular is an interface between two sub-volumes and can be efficiently used for the transfer of heat, substances, ions, etc. A type of boiler or shellular that is contained and heat is applied to the remaining subspaces, and one subspace is a cell culture place, and the remaining subspace is a tissue engineering scaffold or shellular that flows fluid containing nutrients and oxygen. It is an electrolyte membrane and can be used for fuel cells in which oxygen in one sub-space and hydrogen flow in the other sub-space. In addition, the technical concept of the reference layer pattern and sub-layer pattern introduced for arranging beads when implementing the D and N-14 surfaces and the mechanical design of the reference plate used when forming the reference layer pattern are different TPMS. It is expected to be applicable when implementing a curved surface.

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 하며, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.The above description relates to specific embodiments of the present invention. The above embodiments according to the present invention are not understood as limiting the disclosed matters or the scope of the present invention for the purpose of explanation, and various changes and modifications without departing from the essence of the present invention are those of ordinary skill in the art. It should be understood that this is possible, and all such modifications and changes may be understood to correspond to the scope of the invention disclosed in the claims or equivalents thereof.

Claims (10)

소정 패턴으로 다수의 구슬을 접촉시켜 구슬 배열를 형성한 후 구슬을 상호 연결하는 3차원 구조체 제조방법에 있어서,
상기 구슬 배열는 기준 레이어 패턴을 형성하고, 상기 기준 레이어 패턴의 상부 또는 하부에 적어도 하나 이상의 서브 레이어 패턴을 접촉시킨 후, 상기 기준 레이어 패턴 및 서브 레이어 패턴을 구성하는 모든 구슬 사이의 접촉부을 접착시킴으로써 형성되고,
상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 서로 동일하거나 또는 다른 투영면 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
In the method of manufacturing a three-dimensional structure for interconnecting the beads after forming an array of beads by contacting a plurality of beads in a predetermined pattern,
The bead arrangement is formed by forming a reference layer pattern, contacting at least one sub-layer pattern above or below the reference layer pattern, and then bonding contact portions between all beads constituting the reference layer pattern and the sub-layer pattern. ,
The method of manufacturing a 3D structure, wherein the sub-layer pattern has the same or different projection surface pattern as the reference layer pattern.
제1항에 있어서, 기준 레이어 패턴은 구슬을 수용하기 위해 구슬의 직경보다 작은 직경의 타공부를 구비한 플레이트 형상의 기준판을 이용해 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reference layer pattern is disposed using a plate-shaped reference plate having a perforated portion having a diameter smaller than that of the beads to accommodate the beads.
제2항에 있어서, 상기 타공부의 직경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 2, wherein the perforated portions have different diameters.
제3항에 있어서, 상기 타공부는 2종 직경을 가지고 교대로 형성되며 타공부의 중심을 연결할 때 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성되고, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 3, wherein the perforated portions are alternately formed with two kinds of diameters, and when connecting the centers of the perforated portions, consecutive regular hexagonal array units are regularly formed, and two kinds of beads are completely accommodated in the perforated portion. A method for manufacturing a three-dimensional structure, characterized in that the centers of the beads forming a group of and each group are placed on different planes.
제2항에 있어서, 상기 타공부의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 2, wherein the perforated portions have the same diameter.
제5항에 있어서, 상기 타공부의 중심을 연결할 때 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성되고, 상기 타공부에 완전 수용된 상태의 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 5, wherein when connecting the centers of the perforated portions, square array units spaced apart from each other are formed at equal intervals in all directions, and beads in a state completely accommodated in the perforated portions form a group based on the square array units, and The three-dimensional structure manufacturing method, characterized in that the center is placed on the same plane and intersected with each other.
제1항에 있어서, 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 연속된 정육각 배열 유닛들이 규칙적으로 형성된 형태이고, 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 2종의 그룹을 이루며 각 그룹을 이루는 구슬의 중심은 서로 다른 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reference layer pattern is a form in which consecutive regular hexagonal array units are regularly formed on a projection plane parallel to the layer when the centers of the beads are connected, and the beads forming the reference layer pattern form two groups and each The three-dimensional structure manufacturing method, characterized in that the centers of the beads forming the group lie on different planes.
제7항에 있어서, 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴과 동일한 투영면 패턴을 가지며, 3종의 레이어 패턴은 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 각 레이어 패턴은 레이어 평면의 일축 방향으로 구슬 직경의 cos19.5˚만큼 상대적으로 평행 이동되어 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 7, wherein the sub-layer pattern has the same projection surface pattern as the reference layer pattern, and three types of layer patterns are vertically stacked along a projection surface direction, and each layer pattern has a bead diameter cos19 in a direction of one axis of the layer plane. 3D structure manufacturing method, characterized in that the relatively parallel movement by 5˚ stacked.
제1항에 있어서, 상기 기준 레이어 패턴은 구슬의 중심을 연결할 때 레이어에 평행한 투영면 상에서 서로 이격된 정사각 배열 유닛들이 사방으로 동일 간격을 두고 형성된 형태이고, 상기 기준 레이어 패턴을 이루는 구슬은 상기 정사각 배열 유닛을 기준으로 일군을 이루며 그 중심이 동일 평면에 놓여 서로 교접하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.
The method of claim 1, wherein the reference layer pattern is a shape in which square array units spaced apart from each other on a projection plane parallel to the layer are formed at equal intervals in all directions when the centers of the beads are connected, and the beads forming the reference layer pattern are A method for manufacturing a three-dimensional structure, characterized in that a group is formed based on an array unit and its center is placed on the same plane and intersected with each other.
제9항에 있어서, 상기 서브 레이어 패턴은 상기 기준 레이어 패턴의 상부 및 하부 각각에서 투영면 방향을 따라 수직 적층되되 기준 레이어 패턴과 다른 투영면 패턴을 갖는 제1 서브 레이어 패턴 및 제2 서브 레이어 패턴 2종으로 구성하고, 상기 제1 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에서 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 변 중심에 위치하도록 적층되고, 상기 제2 서브 레이어 패턴을 구성하는 구슬은 그 중심이 상기 투영면 상에 상기 정사각 배열 유닛들 사이의 대각 방향 중심에 위치하도록 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조체 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the sub-layer pattern is vertically stacked along a projection plane direction at each of the upper and lower portions of the reference layer pattern, and two types of a first sub-layer pattern and a second sub-layer pattern having a different projection plane pattern than the reference layer pattern. And the beads constituting the first sub-layer pattern are stacked so that their center is located at the center of the sides between the square array units on the projection surface, and the beads constituting the second sub-layer pattern have a center thereof. 3D structure manufacturing method, characterized in that stacked on the projection surface so as to be located at the center of the diagonal direction between the square array units.
KR1020190027716A 2019-03-11 2019-03-11 Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays KR102206622B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190027716A KR102206622B1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190027716A KR102206622B1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200108704A true KR20200108704A (en) 2020-09-21
KR102206622B1 KR102206622B1 (en) 2021-01-21

Family

ID=72707957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190027716A KR102206622B1 (en) 2019-03-11 2019-03-11 Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102206622B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113539526A (en) * 2021-07-05 2021-10-22 西安交通大学 Three-period minimum curved surface space porous runner integrated lower tube seat

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612500B1 (en) 2014-07-21 2016-04-15 전남대학교산학협력단 A Method to Fabricate Ultra Low Density Three-Dimensional Thin-Film Structures Using Beads
KR101699943B1 (en) * 2015-11-11 2017-01-25 전남대학교산학협력단 Fabrication method of three-dimension shell cellular structure based on wire-weaving
KR101905483B1 (en) 2016-09-12 2018-10-08 전남대학교산학협력단 Three-dimension structure composed using beads and manufactuirng method thereof, and fabrication method of three-dimension shell cellular structure using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612500B1 (en) 2014-07-21 2016-04-15 전남대학교산학협력단 A Method to Fabricate Ultra Low Density Three-Dimensional Thin-Film Structures Using Beads
KR101699943B1 (en) * 2015-11-11 2017-01-25 전남대학교산학협력단 Fabrication method of three-dimension shell cellular structure based on wire-weaving
KR101905483B1 (en) 2016-09-12 2018-10-08 전남대학교산학협력단 Three-dimension structure composed using beads and manufactuirng method thereof, and fabrication method of three-dimension shell cellular structure using the same

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
- Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer
- M. Maldovan and E. L. Thomas, "Periodic Materials and Interference Lithography, 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2
- O. Al-Ketana, R. Rowshan, R.K.A. Al-Rub, Topology-mechanical property relationship of 3D printed strut, skeletal, and sheet based periodic metallic cellular materials. Additive Manufacturing, Vol. 19 (2018) pp.167-183.
- Seung Chul Han, Jeong Woo Lee, Kiju Kang, "A New Type of Low Density Material; Shellular", Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113539526A (en) * 2021-07-05 2021-10-22 西安交通大学 Three-period minimum curved surface space porous runner integrated lower tube seat
CN113539526B (en) * 2021-07-05 2022-12-27 西安交通大学 Three-period minimum curved surface space porous runner integrated lower tube seat

Also Published As

Publication number Publication date
KR102206622B1 (en) 2021-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10994491B2 (en) Architected materials for enhanced energy absorption
CN107023074B (en) A kind of lattice material with functionally gradient
JP4685101B2 (en) Stereoscopic sheet structure
KR102206622B1 (en) Fabrication method of 3 dimensional structure with triply periodic minimal surfaces based on bead arrays
CN113494865A (en) Thermal ground plane with deformed mesh structure
CN111055546A (en) Netted bionic gradient-level honeycomb sandwich structure
KR20120050573A (en) Sandwich plate with sandwich-core using pyramidal truss-structure, and its manufacturing method
CN102424354A (en) Rough surface for fractal structure
KR102289462B1 (en) 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
CN113757281B (en) Energy-absorbing unit body based on multistable state and energy-absorbing material
CN107358652A (en) A kind of Wireless power transmission sphere concentrator Meshing Method based on regular dodecahedron
US20170014895A1 (en) Method for manufacturing three-dimensional lattice truss structure using flexible linear bodies
CN114523662B (en) Three-dimensional metamaterial functional component and manufacturing method thereof
KR102311049B1 (en) Fabrication method of 3 dimensional structure with gyroid triply periodic minimal surfaces based on bead arrays
CN109657296B (en) Composite material geometric model and periodic unit cell geometric model partitioning method thereof
US20210094036A1 (en) Lattice microfluidics
CN108699840B (en) Sandwich construction element with open core structure consisting of densely packed tetrahedrons
CN110395488B (en) Grid particle composite bed stacking method
CN210562917U (en) Grid structure with embedded latticed shell
KR101072686B1 (en) Three-dimensional truss type periodic cellular materials having internal walls and manufacture method of the same
CN216910354U (en) Filtering chip based on micro-nano structure
US8974893B2 (en) Artificial microstructure and artificial electromagnetic material using the same
CN117381859B (en) Be used for gentle body lattice structure of robot
CN116571287A (en) Filter chip based on micro-nano structure
CN115574033A (en) Three-dimensional bionic fishbone negative Poisson ratio lattice and honeycomb combined structure

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant