KR20200130428A - 3-차원 세라믹 패턴의 잉크젯 프린팅 - Google Patents

3-차원 세라믹 패턴의 잉크젯 프린팅 Download PDF

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KR20200130428A
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힐라 에리메레츠
리오르 예디다이아
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나노-디멘션 테크놀로지스, 엘티디.
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Abstract

본 개시내용은 세라믹 유전체 부분들의 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법, 및 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은, 하나는 자유 라디칼 폴리머화에 의해 형성되고 다른 것은 졸-겔 폴리머화에 의해 형성되는 적어도 두 개의 상, 혹은 2-연속 상로 구성되는 프리-세라믹 폴리머 유래 상호침투 네트워크로부터 형성된 3차원 패턴의 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다.

Description

3-차원 세라믹 패턴의 잉크젯 프린팅
본 개시내용은 세라믹 및/또는 프리세라믹 물질의 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은 프리-세라믹 전구체 및/또는 폴리머 네트워크로 형성되는 3-차원(three-Dimensional: 3D) 세라믹 패턴들의 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법 및 조성물에 관한 것이다.
항공우주 산업은 다양한 부품(예를 들어, 다층 세라믹 커패시터, 인덕터, 압전 소자, 서미스터 등)뿐만 아니라 세라믹 물질의 설계 및 제조에서 유연성에 대한 수요가 최근 증가하고 있다. 이러한 수요의 증가는 적어도 부분적으로 극한 환경에서의 허용오차뿐만 아니라 복잡한 기하학적 구조에 대한 요건에 기인할 수 있다.
전통적인 제조 방법은 세라믹 물질의 이러한 복잡한 기하학적 구조를 지원할 수 없다. 또 하나의 다른 주된 문제는 하나의 객체 내에서의 다양한 물질의 조합인 복합 물질을 제조할 수 있는 능력이다. 마지막으로, 전통적인 제조 방법은 이러한 복잡한 기하학적 구조에서 필요할 수 있는 미세한 세부사항의 해상도가 상대적으로 낮다는 단점을 갖는다.
산업용 세라믹 3D 프린팅은 주로 세라믹 입자를 사용하는 것에 기반을 둔다. 예를 들어, DLP 기법 혹은 SLA 기법에 의해, 포토폴리머화가능 모노머로 분산되는 세라믹 입자로 구성된 잉크가 프린팅될 수 있다. 하지만, 이러한 기법은 얇은 층에서 빠른 폴리머화를 가능하게 하지 않거나, 필요한 해상도를 제공하지 않는다.
본 개시내용은 앞에서-식별된 단점들 중 하나 이상을 극복하는 것에 관한 것이다.
다양한 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머-상호침투 네트워크(Pre-Ceramic polymer-Interpenetrated Network: PCIN)로 형성된 3-차원(3D) 세라믹 패턴의 직접 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법 및 조성물이 개시되고, 프리-세라믹 폴리머-상호침투 네트워크(PCIN)는 적어도 두 개의 상 혹은 2-연속 상으로 구성되는데, 하나는 아크릴레이트 모노머에 기반을 두고 있으며 자유 라디칼 폴리머화에 의해 폴리머화되고, 다른 것은 프리-세라믹 분자, 다시 말해 실리콘 및 산소 원자들로 이루어진 프리-세라믹 분자에 기반을 두고 있다.
일 실시예의 경우, 잉크젯 프린터를 사용하여 3차원(3D) 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법이 본 명세서에서 제공되며, 이러한 방법은 잉크 젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계를 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 프린트 헤드를 포함하고, 프린트 헤드는, 적어도 하나의 개구, 프리-세라믹 잉크 저장소, 및 프리-세라믹 잉크 펌프를 가지며, 프리-세라믹 잉크 펌프는 개구를 통해 프리-세라믹 잉크 조성물을 공급하도록 구성되고, 프리-세라믹 잉크는 상호침투 폴리머 유래 세라믹 네트워크(Polymer Derived Ceramic Network: PDCN)를 형성하도록 구성된 조성물을 포함하며, 잉크 젯 프린팅 시스템은 또한, 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되어 기질을 프린트 헤드로 운반하도록 구성된 컨베이어를 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 또한, 컴퓨터 이용 제조(Computer Aided Manufacturing: "CAM") 모듈을 포함하고, CAM 모듈은, 프로세서, 비-휘발성 메모리, 및 비-휘발성 메모리 상에 저장된 실행가능한 명령들의 세트를 포함하고, 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 프로세서로 하여금: 3차원 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 3차원 프리-세라믹 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 3차원 패턴과 관련된 파라미터의 선택을 수신하는 것; 및 파라미터들의 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 변경하는 것을 수행하도록 하고, CAM 모듈은 프린트 헤드를 제어하도록 구성되고, 본 방법은 또한, 프리-세라믹 잉크젯 잉크 조성물을 제공하는 단계; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 3차원 프리-세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계(2D층은 프리-세라믹 잉크젯 잉크를 표현하는 패턴을 포함함); 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 3차원 프리-세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층 내에 프리-세라믹 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 단계; 3차원 프리-세라믹 패턴의 2D층 내의 프리-세라믹 표현에 대응하는 패턴을 경화시키는 단계; 동시에, 또는 경화시키는 단계 이전에 혹은 이후에, 3차원 세라믹 패턴의 2D층 내의 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 선택적으로 열분해시켜, 상호침투 세라믹 폴리머 네트워크를 형성하는 단계; 및 기질을 제거하여, 제1 3차원 세라믹 패턴층을 제조하는 단계를 포함한다.
또 하나의 다른 실시예에서, 세라믹 잉크는, 졸-겔 폴리머화에 의해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분, 및 자유 라디칼 폴리머화에 의해 폴리머화되도록 구성된 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 및/또는 비닐 성분을 포함한다.
일 실시예에서, 세라믹 잉크는 분산액, 에멀션, 겔, 현탁액, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또 다른 실시예의 경우, 3D 세라믹 패턴을 프린팅하기 위한 시스템이 본 명세서에서 제공되며, 이러한 시스템은 프린트 헤드를 포함하고, 프린트 헤드는, 적어도 하나의 개구, 세라믹 잉크 저장소, 및 세라믹 잉크 펌프를 가지며, 세라믹 잉크 펌프는 개구를 통해 세라믹 잉크 조성물을 공급하도록 구성되고, 세라믹 잉크는 프리-세라믹 폴리머 상호침투 네트워크(PCIN)를 형성하도록 구성된 조성물을 포함하며, PCIN은 별개의 상 및/또는 2-연속 상으로 구성되고, 시스템은 또한, 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되어 기질을 프린트 헤드로 운반하도록 구성된 컨베이어를 포함하고, 시스템은 또한, 컴퓨터 이용 제조("CAM") 모듈을 포함하고, CAM 모듈은, 프로세서, 비-휘발성 메모리, 그리고 비-휘발성 메모리 상에 저장된 실행가능한 명령들의 세트를 포함하고, 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 프로세서로 하여금: 3차원 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 3차원 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 3차원 패턴과 관련된 파라미터들의 선택을 수신하는 것; 및 파라미터들의 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 변경하는 것을 수행하도록 하고, CAM 모듈은 프린트 헤드를 제어하도록 구성된다.
일 실시예의 경우, 실행가능한 명령들의 세트를 갖는 프로세서-판독가능 미디어가 본 명세서에서 제공되고, 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 프로세서로 하여금: 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 3차원 세라믹 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 3차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터들의 선택을 수신하는 것; 파라미터들의 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 변경하는 것; 및 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 프린팅하도록 프린트 헤드를 제어하는 것을 수행하게 하도록 구성된다.
프리-세라믹 폴리머들의 잉크젯 프린팅을 위한 시스템, 방법, 및 조성물의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 한정적 의미가 아닌 예시적인 사례들 및 도면들과 연계되어 판독할 때 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
잉크젯 PCIN, 이의 제조 방법 및 조성물을 더 잘 이해하기 위해, 이들의 실시예에 관해, 수반되는 사례들 및 도면들이 참조되며, 여기서:
도 1은 본 명세서에서 설명되는 방법 및 조성물을 사용하여 프린팅되는 3D 프리-세라믹 층을 도시한 도면;
도 2는 도 1에서 보여지는 세라믹 층의 동적 기계적 DMA 분석의 결과들을 예시하는데, 상부 그래픽은 온도의 함수로서 주파수 스윕을 도시하고, 온도의 함수로서 저장 탄성률(G')의 변화를 도시하며, 하부 그래픽 상에는 변화의 1차 도함수(
Figure pct00001
)가 예시된 도면; 및
도 3은 잉크젯 프린팅을 통해 프린팅된 프리-세라믹 층에 대한 DMA 분석의 결과를 예시하는 그래프.
프리-세라믹 폴리머 상호침투 네트워크(PCIN)로부터 형성된 3차원 세라믹 패턴들의 잉크젯 프린팅을 위한 실시예가 본 명세서에서 제공되고, 프리-세라믹 폴리머 상호침투 네트워크(PCIN)는 적어도 두 개의 상 혹은 2-연속 상으로 구성되는데, 하나는 자유 라디칼 폴리머화에 의해 형성되고, 다른 것은 졸-겔 폴리머화에 의해 또한 폴리머화될 수 있는 프리-세라믹 구조를 포함한다.
추가적으로, 잉크-젯 프린팅을 통해 프리-세라믹 폴리머를 생성할 수 있는 안정적인 세라믹 잉크젯 잉크 조성물이 본 명세서에서 제공되고, 뿐만 아니라 다양한 객체를 획득하기 위해서 프리-세라믹 폴리머의 다-층을 프린팅하고 현재 이용가능한 유전체 물질보다 우수한 열적 안정성, 내마모성, 및 내충격성을 달성하는 방법이 또한 본 명세서에서 제공된다.
본 명세서에서 제공되는 세라믹 잉크 조성물은 유기적으로 수정된 실리케이트-기반 세라믹(ORganically MODified, Silicate-based ceramic: ORMODS) 코-모노머를 포함할 수 있는데, 이러한 코-모노머는 졸-겔 메커니즘을 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분을 가질 수 있고, 이러한 세라믹 성분은 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성되고 PCIN의 2-연속 상을 형성하도록 구성된 비닐/아크릴레이트/메타크릴레이트 성분에 쌍으로 결합된다.
이에 따라, 그리고 일 실시예의 경우, 잉크젯 프린터를 사용하여 3차원(3D) 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법이 본 명세서에 제공되며, 이러한 방법은 잉크 젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계를 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 프린트 헤드를 포함하고, 프린트 헤드는, 적어도 하나의 개구, 세라믹 잉크 저장소, 및 세라믹 잉크 펌프를 가지며, 세라믹 잉크 펌프는 개구를 통해 세라믹 잉크 조성물을 공급하도록 구성되고, 세라믹 잉크는 상호침투 프리-세라믹 폴리머 네트워크(PCIN)를 형성하도록 구성된 조성물을 포함하며, 잉크 젯 프린팅 시스템은 또한, 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되어 기질을 프린트 헤드로 운반하도록 구성된 컨베이어를 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 또한, 컴퓨터 이용 제조("CAM") 모듈을 포함하고, CAM 모듈은, 프로세서, 비-휘발성 메모리, 그리고 비-휘발성 메모리 상에 저장된 실행가능한 명령들의 세트를 포함하고, 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 프로세서로 하여금: 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 3차원 세라믹 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 3차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터들의 선택을 수신하는 것; 및 파라미터들의 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 변경하는 것을 수행하도록 하고, CAM 모듈은 프린트 헤드를 제어하도록 구성되고, 본 방법은 또한, 세라믹 잉크젯 잉크 조성물을 제공하는 단계; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 3차원 세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계(2D층은 세라믹 잉크젯 잉크를 표현하는 패턴을 포함함); 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 3차원 세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층 내에 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 단계; 3차원 세라믹 패턴의 2D층 내의 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 경화시키는 단계; 동시에, 또는 경화시키는 단계 이전에 혹은 이후에, 3차원 세라믹 패턴의 2D층 내의 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 선택적으로 열분해시켜, 상호침투 세라믹 폴리머 네트워크를 형성하는 단계; 및 기질을 제거하여, 제1의 3차원 세라믹 패턴층을 제조하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 방법은, CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 3D 세라믹 패턴의 후속 실질적으로 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계; 그리고 후속 3-차원 세라믹 패턴층을 형성하기 위한 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함한다.
용어 "프리-세라믹 폴리머 상호침투 네트워크(PCIN)"는, 유기 열경화성 폴리머들의 폴리머 네트워크에 의해 침윤된 혹은 이들에 쌍으로 결합된 세라믹 혹은 프리-세라믹 성분의 상호침투 네트워크를 지칭한다. 추가적으로, 용어 "2-연속"은 2개의 연속적인 뒤얽힌 계면을 갖는 형태를 지칭하도록 의도된 것이다. 따라서, 본 개시내용의 맥락에서, "PCIN의 2-연속 상"은, 자유 라디칼 폴리머화에 의해 폴리머화되는 아크릴레이트 모노머, 그리고 다른 것은 프리-세라믹 분자, 다시 말해 실리콘 원자 및 산소 원자로 이루어진 프리-세라믹 분자에 기반을 두고 있는 것으로부터 만들어지는 두 개의 연속적인 뒤얽힌 상을 나타낸다.
표시된 바와 같이, 본 명세서에서 개시되는 시스템에 의해 구현되는 방법에서 사용되는 본 명세서에서 제공되는 세라믹 잉크 조성물은, 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분, 및 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐/아크릴레이트/메타크릴레이트 성분을 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 졸-겔 폴리머화는 공정을 지칭하며, 이러한 공정에 의해 세라믹 잉크를 포함하는 세라믹 성분은, (약 23%에서 3차원(3D) 결합 침투 임계치보다 크도록 구성되어 사실상 상 전이를 생성하는) 적절한 조건의 온도 및 농도 하에서 프린팅될 때, 가수분해 및 응축을 겪게 되어 졸(콜로이드) 분산액을 형성하게 되는데, 이것은 이후 3차원 네트워크로 응집되고/되거나 응축되어, 이에 따라 유기 성분들을 포함하는 세라믹 잉크의 연속 액체 상 내에 응집체들의 겔을 형성한다. 표시된 바와 같이, 졸-겔 반응들은 무기 알콕사이드 모노머 및/또는 올리고머의 가수분해 및 응축 반응을 통해 콜로이드 입자의 응집체(졸) 및 이들의 궁극적인 네트워크 형성(겔)의 성장을 촉진할 수 있다. 이러한 콜로이드를 합성하기 위한 전구체는 다양한 반응성 리간드에 의해 둘러싸인 실리카 원소로 이루어진다. 달리 말하면, 세라믹 성분은 유기 아크릴레이트/비닐 성분과는 별개의 상 및/또는 2-연속 상을 형성한다. 주입시, 기질 상의 비말의 증착 이후 어떤 물리-화학적 변화시 있다면(예를 들어, 급속 가열, 약간의 수분 증발), 세라믹 성분은 빠른 응축 반응을 겪을 것이고, 그리고 PCIN의 졸-겔 유래 세라믹 네트워크 부분을 형성할 것이다. 일 실시예에서, 졸-겔 유래 세라믹 네트워크 부분은 PCIN의 자유 라디칼 유래 비닐/아크릴레이트 네트워크 부분과 졸-겔 유래 세라믹 간의 공유 결합을 포함한다. 더욱이, PCIN의 자유 라디칼 유래 비닐 네트워크 부분과 졸-겔 유래 세라믹은 각각 복합 영역 내에 상호침투 네트워크를 형성하거나, 2-연속 상들을 형성하고, 또는 졸-겔 유래 세라믹은 연속적인 상을 형성하고, 자유 라디칼 유래 비닐 부분은 3D 세라믹 패턴 내에서 불연속적인(분산된) 상을 형성한다. 일 실시예에서, 세라믹 성분은 졸-겔 유래 세라믹 네트워크를 형성하고, 이것은 최종 3D 세라믹 패턴의 약 28%와 48%(프린팅되고 경화된 3D 세라믹 패턴의 w/w) 사이이며, 반면 세라믹(액체) 잉크 조성물(즉, 프린팅 이전)의 약 20%와 약 80% w/w 사이를 구성한다.
이에 따라, 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분은, 테트라에틸 오쏘실리케이트, 테트라메틸 오쏘실리케이트, 테트라아이소프로필티타네이트, 트라이메톡시실란(trimethoxysilane: TMOS), 트라이에톡시실란(triethoxysilane: TEOS), 트라이메틸에톡시실란, 페닐트라이에톡시실란, 페닐메틸다이에톡시 실란, 메틸다이에톡시실란, 비닐메틸다이에톡시실란, 폴리(다이메톡시실란), 폴리(다이에톡시실란), 비닐메톡시실록산, 폴리(실라잔), 뿐만 아니라 티타늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 지르코늄 프로폭사이드, 트라이에틸 보레이트, 트라이메톡시보록신 다이에톡시실록산-에틸티타네이트, 티타늄 다이아이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트), 실라놀 포스, 알루미늄 트라이-sec-부톡사이드, 트라이아이소부틸알루미늄, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 1,3,5,7,9-펜타메틸사이클로 펜타실록산, 실록산의 폴리(다이부틸티타네이트) 올리고머, 및 Al-O-Al의 올리고머, Ti-O-Ti의 올리고머, Zn-O-Zn의 올리고머, 또는 전술한 것을 포함하는 조성물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 다작용성 실리케이트의 올리고머 및/또는 모노머를 포함할 수 있고, 또는, 다른 실시예에서는 실리콘, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄, 주석, 하프늄, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄 혹은 이리듐, 또는 이들의 혼합물의 옥사이드 네트워크를 포함할 수 있다.
따라서, 일 실시예에서, 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐 성분은, 다작용성 아크릴레이트를 포함하는 그룹으로부터 선택된 올리고머 및/또는 모노머, 이들의 카보네이트 코폴리머, 이들의 우레탄 코폴리머, 또는 전술한 것을 포함하는 올리고머 및/또는 모노머의 조성물이다. 따라서, 다작용성 아크릴레이트는, 1,2-에탄다이올 다이아크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이아크릴레이트, 1,4-부탄다이올 다이아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트, 다이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 에톡실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 하이드록시피발산 네오펜탄다이올 다이아크릴레이트, 에톡실화 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 글리세롤 트라이아크릴레이트, 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)아이소사이아누레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 다이트라이메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트 및 다이펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 다작용성 아크릴레이트 조성물이다.
더욱이, (제공된 프리-세라믹 잉크로부터 열분해 이후 형성된) 본 명세서에서 설명되는 폴리머-유래 세라믹 패턴을 형성하는 방법은, 제1 프린트 헤드 및/또는 제2 프린트 헤드를 사용하는 단계 이전에, 박리가능한 혹은 제거가능한 기질을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 선택적인 박리가능한 기질은 또한 단단하거나 유연할 수 있다. 용어 "박리가능한"은, 일 실시예의 경우, 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D 프리-세라믹 패턴(혹은 열분해 이후 세라믹 패턴들)을 형성하기 위한 방법, 조성물, 및 키트들에 의해 생성된 표면과 같은 표면들에 제거가능하게 도포될 수 있고 부착될 수 있으며 후속적으로 힘을 가해 해당 표면으로부터 제거될 수 있는 물질들을 지칭한다. 본 발명의 조성물 및 방법에 따른 박리가능한 필름들은, 프린터의 컨베이어 벨트 상에 배치된 척(chuck)에 부착가능하게 그리고 제거가능하게 도포될 수 있고, 힘을 가해 제거되어 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴 및 부품들을 노출시킬 수 있다.
제거가능한 기질은 또한, 파우더, 예를 들어, 세라믹 파우더일 수 있는데, 이것은 척에 도포될 수 있고, 압축될 수 있고, 이후 제거될 수 있다. 기질의 선택은 예를 들어, 최종 프린팅된 3D 세라믹 패턴들의 용도 및 구조에 의존할 수 있다. 더욱이, 기질의 제거는 전체 부품의 제조의 끝에서, 제1의 2D층의 제조의 끝에서, 혹은 그 중간의 임의의 단계에서 일어날 수 있다.
사례 I
길이 90.23㎜×폭 24.75㎜×2.19㎜의 치수를 갖는 스트립이 본 명세서에서 설명되는 방법을 사용하여 프린팅되었다(예를 들어, 도 1 참조).
표 1은 획득된 세라믹 잉크 특성을 보여준다:
Figure pct00002
세라믹 층을 제조하기 위해서, 적절한 프린팅을 가능하게 하는 세라믹 잉크 조성물 및 시스템의 적절한 조건들로 좁히는 것이 필요했다. 스트로브 스테이션 및 이미지화 모듈을 사용하여, 요구 조건들에 따른 방울을 생성하도록, 달리 말하면, 올바른 위치, 분량, 및 타이밍에서 비말을 생성하도록 조건들이 결정되었다. 사용된 시스템 파라미터들이 표 2에서 개시된다.
Figure pct00003
이러한 조건들은 본 명세서에서 개시되는 PCIN의 빠른 형성을 가능하게 하는 잉크에 대한 적절한 겉보기 점도를 제공했다. 본 명세서에서 설명되는 조건들 및 사용된 공식은 매우 매끄러운 프리-세라믹 층을 제공했는데, 이것은 PCIN 폴리머화의 정도가 높음을 표시한다.
열-기계적 속성 및 동적 기계적 분석이 동적 기계적 분석기(Dynamic Mechanical Analyzer: DMA) 및 열-기계적 분석기를 사용하여 측정되었다.
저장 탄성률 및 tan-δ가 30℃와 240℃사이에서 1 및 10 Hz에서의 샘플을 스캐닝함으로써 측정되었다. 결과들이 도 2에서 보여지는데, 상부 그래픽은 온도의 함수로서 주파수 스윕을 보여주고, 온도의 함수로서 저장 탄성률(G')에서의 변화들을 보여주고, 하부 그래픽 상에는 변화의 1차 도함수(
Figure pct00004
)가 예시된다. 예시되는 바와 같이, 하단선(1 Hz)에 대해 약 46℃(tan-d 그래픽들)에서 그리고 상단선(10 Hz)에 대해 58℃에서 시작되는 변곡점은 PCIN의 유기 성분들의 유리 전이를 표시하고, 반면 약 110 ~ 120℃에서 관측된 변화 조건들에 대한 무차별을 나타내는 플래토는 세라믹 물질들을 표시한다.
도 3은 샘플의 열팽창 계수를 측정하기 위해 사용되는 TMA 분석의 결과들을 예시한다. 도 3은 표 3에서 수치적으로 제공된다:
Figure pct00005
열팽창 계수의 결과, 온도의 함수로서 결과(
Figure pct00006
)는, 온도가 증가함에 따라 열팽창 계수가 감소하는 것을 보여주는데, 이러한 행태는 열경화성 수지와는 상반되지만 오히려 세라믹 물질들을 표시한다.
제공된 세라믹 잉크 조성물은, 크세로겔(xerogel)의 급격한 치밀화(수축)를 방지하도록 구성될 수 있고 층에 강성을 제공하는 비닐 성분들에서 함께-현탁된 높은 반응성을 가진 세라믹 성분(예를 들어, Si-OR4)을 포함한다.
일 실시예에서, 프리-세라믹 패턴은 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위해 열분해된다. 용어 "열분해"는 완전한 혹은 불완전한 레벨의 열분해일 수 있는 상승된 온도에서 유기 물질의 열적 분해 혹은 가열분해를 지칭한다. 특정 실시예에서, 열분해는, 실리콘 카보나이트라이드, 실리콘 옥시카바이드, 크리스토발라이트(cristobalite) 및 트리디마이트(tridymite) 중 적어도 하나와 같은 폴리머 유래 나노복합체 혹은 PDC 물질의 발생을 수반하는 교차결합된 폴리머의 가열분해를 지칭한다. 대안적으로 혹은 추가적으로, 2-상 상호침투 네트워크를 갖는 상황에서, 연속이든 그렇지 않든, 열분해는 상호침투 네트워크들의 교차결합된 유기 부분들의 가열분해를 지칭한다.
더욱이, 열분해된 3D 세라믹 패턴(들)은 약 12 g/ml와 약 22 g/ml 사이의 밀도를 나타내도록 구성되는데, 이 경우 열적 안정성은 1200℃보다 낮지 않고, 전단 강도는 1.5 MPa의 압축 강도와 결합되어 약 2 MPa이다. 열분해는 비활성 가스(예를 들어, 아르곤)를 사용하는 비활성 조건 하에서, 및/또는 주변(즉, 산소-함유) 분위기 하에서 가열된 오븐에서 일어날 수 있다. 더욱이, 열분해 온도는 약 700℃와 약 1500℃ 사이에 있을 수 있고, 반면 가열 속도는 원하는 밀도 및 강도에 따라(예를 들어, 1℃/분 내지 50℃/분 사이에서) 변할 수 있다. 프리-세라믹 패턴의 가열 프로파일은 일정할 수 있거나 변할 수 있고 온도 변화들(상승 혹은 하강), 뿐만 아니라 압력 변화들(상승 혹은 하강)의 다양한 단계를 따를 수 있으며, 압력 및 온도의 각각의 단계는 비활성 분위기 하에 있거나 주변 분위기 하에 있음이 이해돼야 한다. 전술한 인자들 중 일부 혹은 모두는, 최종 3D 세라믹 패턴 혹은 3D 세라믹 패턴을 포함하는 부품으로부터 요구되는 물리화학적 속성을 획득하기 위해 특정 실시예에서 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 열분해는 너무 빠른 용매 제거에 의해 초래되는 크랙 형성 및 전파를 방지하도록 구성된 시간/온도/압력 처방법의 조건들 하에서 수행된다. 빠른 용매 제거는 패턴에 걸쳐 불균일한 응력들을 초래할 수 있고, 이것은 크랙 형성 및 전파로 이어질 수 있다.
용어 "형성"(및 그 변형들인 "형성된" 등)은 일 실시예에서 본 발명의 기술분야에서 알려진 임의의 적절한 방식을 사용하여 또 하나의 다른 물질(예를 들어, 기질, 혹은 또 하나의 다른 층)과 접촉하게 유체 혹은 물질(예를 들어, 프리-세라믹 잉크)을 펌핑하는 것, 주입하는 것, 붓는 것, 배출하는 것, 변위시키는 것, 스폿팅하는 것, 순환시키는 것, 또는 그렇지 않으면 배치하는 것을 지칭한다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이 적절한 프린트 헤드에 의해 증착된 프리-세라믹 층 혹은 패턴을 경화시키는 것은, 예를 들어, 가열, 포토폴리머화, 건조, 플라즈마 증착, 어닐링, 산화환원 반응 촉진, 자외선 빔에 의한 조사, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 달성될 수 있다. 경화시키는 것은 단일 공정으로 수행될 필요가 없고 수 개의 공정들을 동시에 혹은 순차적으로 포함할 수 있다(예를 들어, 추가적인 프린트 헤드로 가교제를 건조시키고 가열하고 증착하는 것).
더욱이, 그리고 다른 실시예에서, 교차결합은 가교제를 사용하여 공유 결합에 의해, 즉 결합기를 형성하는 것에 의해, 또는 메타크릴레이트, 메타크릴아마이드, 아크릴레이트 또는 아크릴아마이드와 같은(하지만 이것에만 한정되는 것은 아님) 모노머의 라디칼 폴리머화에 의해, 반쪽들을 함께 연결하는 것을 지칭한다. 일부 실시예에서, 결합기들은 폴리머 암들의 끝으로 성장된다. 바람직한 실시예에서, 실록산-폴리머들 쌍결합체는 알케닐기를 갖고, 그리고 메타크릴레이트, 메타크릴아마이드, 아크릴레이트, 또는 아크릴아마이드와 같은(하지만 이것에만 한정되는 것은 아님) 알케닐기를 함유하는 다른 분자의 존재 혹은 부존재 하에서 라디칼 폴리머화에 의해, 그리고 가교제 및 라디칼, 음이온, 양이온 개시제에 의해 교차결합된다.
일 실시예에서, 용어 "코폴리머"는 (터폴리머, 테트라폴리머, 등을 포함하는) 둘 이상의 모노머로부터 유래된 폴리머를 의미하고, 그리고 용어 "폴리머"는 하나 이상의 상이한 모노머로부터 반복 단위들을 갖는 임의의 탄소-함유 화합물을 지칭한다.
마찬가지로, 다른 기능 헤드들이 프리-세라믹 잉크 프린트 헤드 이전에, 사이에, 혹은 이후에 위치될 수 있다. 이들은, 일 실시예의 경우 프리-세라믹 잉크에서 사용되는 포토폴리머화가능 성분을 가속시키고/시키거나 변조하고/하거나 촉진시키는데 사용될 수 있는 미리결정된 파장(λ)(예를 들어, 190㎚ 내지 약 400㎚ 사이의 파장, 예컨대, 395㎚)에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성된 전자기 방사선의 소스를 포함할 수 있다. 다른 기능 헤드들은, 가열 소자들, 다양한 잉크들을 갖는 추가적인 프린팅 헤드들(예를 들어, 다양한 부품, 예컨대, 커패시터, 트랜지스터 등의 지지, 라벨 프린팅), 및 전술한 것의 조합일 수 있다.
다른 유사한 기능 단계(및 이에 따른 이들 단계에 영향을 미치기 위한 수단)이 (예를 들어, 가수분해를 개시하기 위해) 프리-세라믹 폴리머 잉크 프린트 헤드 이전에 혹은 이후에 취해질 수 있다. 이러한 단계는: (가열 소자 또는 고온 공기에 의해 영향을 받는) 가열 단계; (포토레지스트 마스크 지지 패턴의) 광표백, 광경화, 혹은 (예를 들어, UV 광원을 사용하는) 임의의 다른 적절한 화학 방사선 소스에 대한 노출; (예를 들어, 진공 영역 혹은 가열 소자를 사용하는) 건조; (예를 들어, 가압 플라즈마 건 및 플라즈마 빔 제어기를 사용하는) (반응성) 플라즈마 증착; 코팅 전에, 어닐링, 또는 산화환원 반응들을 촉진시키는 것, 그리고 이러한 공정들이 이용되는 순서와는 상관 없이 이들의 조합을 포함할 수 있다(하지만 이것에만 한정되는 것은 아님). 특정 실시예에서, 레이저(예를 들어, 프리-세라믹 3D 패턴들의 직접 레이저 소결/용융, 선택적 레이저 소결/용융에 의한 열분해), 또는 전자-빔 용융이 프리-세라믹 3D 패턴 상에 사용될 수 있다.
본 명세서에서 제공되는 세라믹 잉크 조성물을 조제하는 것은, (예를 들어, 조성물의 점도 및 표면 장력 측면에서) 증착 툴에 의해 부과되는 요건들(만약 있다면), 및 증착 표면 특성들(예를 들어, 박리가능한 혹은 제거가능한 기질 혹은 척의 친수성 혹은 소수성, 및 계면 에너지), 또는 연속적인 층들이 증착되는 기질 층을 고려할 수 있다. 피에조 헤드를 갖는 잉크-젯 프린팅을 사용하면, (프린팅 온도(℃)에서 측정된) 프리-세라믹 잉크의 점도는 예를 들어, 약 5 cP보다 낮지 않을 수 있는데, 예를 들어, 약 8 cP보다 낮지 않을 수 있거나, 약 10 cP보다 낮지 않을 수 있으며, 그리고 약 30 cP보다 높지 않을 수 있는데, 예를 들어, 약 20 cP보다 높지 않을 수 있거나, 약 15 cP보다 높지 않을 수 있다. 세라믹 잉크는 각각 약 25 mN/m와 약 35 mN/m 사이, 예를 들어, 50 ms의 표면령과 25℃에서 최대 기포 압력 장력측정기에 의해 측정된 약 29 mN/m와 약 31 mN/m 사이의 동적 표면 장력(이것은 잉크-젯 잉크 비말이 프린트-헤드 개구에서 형성될 때의 표면 장력을 지칭함)을 갖도록 구성(예를 들어, 조제)될 수 있다.
일 실시예에서, 용어 "척(chuck)"은 기질 혹은 워크피스를 지지, 보유하거나 유지하기 위한 메커니즘을 의미하도록 의도된다. 척은 하나 이상의 피스를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 척은 스테이지와 인서트의 조합, 플래폼을 포함할 수 있고, 재킷을 가질 수 있거나 혹은 그렇지 않으면 가열 및/또는 냉각을 행하도록 구성될 수 있고, 또 다른 유사한 부품 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 3D 세라믹 패턴(들)의 직접적인, 연속적인, 혹은 반-연속적인 잉크-젯 프린팅을 가능하게 하는 잉크-젯 잉크 조성물, 시스템 및 방법은, 프린트-헤드(혹은 기질)가 예를 들어, 제거가능한 기질 또는 임의의 후속 층 위 미리결정된 거리에서 2 차원(X-Y)으로 이동됨에 따라(프린트 헤드는 또한 Z 축으로 움직일 수 있음이 이해돼야 함), 본 명세서에서 제공되는 액체 잉크-젯 잉크의 비말을 구멍으로부터 한번에 하나씩 방출시킴으로써 패터닝될 수 있다. 프린트 헤드의 높이는 예를 들어, 고정된 거리를 유지하면서 층들의 개수와 함께 변할 수 있다. 각각의 비말은 구멍에 동작 가능하게 결합된 웰(well) 내에서부터 일 실시예의 경우 가변 피에조-결정(piezo-crystal)을 통해, 예를 들어, 압력 임펄스에 의한 명령에 따라 기질까지 미리결정된 궤적을 취하도록 구성될 수 있다. 첫 번째 잉크젯 프리-세라믹 잉크의 프린팅은 부가적일 수 있고, 그리고 더 많은 개수의 층들을 수용할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법에서 사용되는 잉크-젯 프린트 헤드들은 약 0.3㎛ 내지 10,000㎛보다 작거나 같은 최소 층 필름 두께를 제공할 수 있다.
유사하게, 용어 "접촉"은 일 실시예에서 섞일 수 있거나, 혼합될 수 있거나, 슬러리화될 수 있거나, 용해될 수 있거나, 반응할 수 있거나, 처리될 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 어떤 다른 방식으로 접촉될 수 있는 물질들을 지칭하기 위해 사용된다. 따라서, 용어 "접촉"은 둘 이상의 부품들의 "반응"을 포괄하고, 그리고 또한 서로 반응하지 않는 둘 이상의 부품들의 "혼합" 혹은 "섞임"을 포괄한다.
설명된 시스템에서 구현가능하고 설명된 방법에서 사용되는 다양한 프린트 헤드들 사이에서 이동하는 컨베이어는 약 5 ㎜/초와 약 1000 ㎜/초 사이의 속도에서 움직이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 척의 속도는 예컨대, 원하는 처리량, 공정에서 사용되는 프린트 헤드들의 개수, 프린팅된 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)의 층들의 개수 및 두께, 잉크의 경화 시간, 잉크 용매들의 증발 속도, 프린트 헤드(들) 간의 거리에 의존할 수 있다.
일 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머 잉크의 각각의 비말의 부피는, 0.5 내지 300 피코리터(pL)의 범위, 예를 들어, 1 ~ 4 pL의 범위를 가질 수 있고, 잉크의 속성들 및 구동 펄스의 강도에 의존했다. 단일 비말을 방출시키기 위한 파형은 10 V 내지 약 70 V 펄스일 수 있거나, 또는 약 16 V 내지 약 20 V일 수 있고, 그리고 약 2 kHz와 약 500 kHz 사이의 주파수들에서 방출될 수 있다.
프리-세라믹 잉크들은 프린트 헤드 저장소 내에서 안정적이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 고체 함량(즉, 만약 콜로이드 현탁액이라면 현탁된 고체들, 혹은 만약 용액이라면 용질)은 약 5 wt%와 약 100 wt% 사이일 수 있다. 특정 실시예에서, 계면활성제들은 필요하지 않을 수 있고, 잉크는 주목할 만한 침강이 일어나지 않는 광활성 모노머/올리고머(유기 성분들)와 이들의 조합을 통합함으로써 100% 활성일 수 있다. 더욱이, 잉크 점도는 비말의 배출이 용이하도록 조정될 수 있다. 이것은 예를 들어, 프린트 헤드의 온도 및/또는 저장소의 온도를 제어함으로써 행해질 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)을 형성하는 방법에서 사용되는 프리-세라믹 잉크 용액들(혹은 임의의 다른 현탁된 시스템 형태)의 표면 에너지(γ) 및 이와 함께 동적 점도(μ)는, 약 25 mN/m와 약 35 mN/m 사이의 범위 및 약 8 mNs/㎡(cP)와 약 15 mNs/㎡(cP) 사이의 범위에 각각 있을 수 있다. 특정 실시예에서 사용되는, 예를 들어, 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)에서의 현탁된 서브-마이크론 입자(예를 들어, 세라믹 성분들)로 이루어진 프리-세라믹 잉크인 잉크는, 프린트 헤드(들)의 미소 액체 채널들 안쪽의 어떤 임계치(예를 들어, 노즐 구멍 및 노즐 넥)에 의해 결정되는 바와 같은 최적의 동작을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
설명되는 바와 같이, 3D 세라믹 패턴(들)의 제조를 위해 사용되는 CAM 모듈에 의해 수행되는 3D 세라믹 패턴(들)의 잉크젯 프린팅과 관련된 파라미터들의 선택의 단계에서 사용되는 파라미터들은, 예를 들어, 3차원 세라믹 패턴과 관련된 것은, 층에서의 세라믹 패턴, 사용된 유기 성분들에 대한 경화 요건들, 처리량 요건, 기질 온도, 프린트 헤드 온도, 프린트 헤드 전압, 잉크 방출 속도, 및 프린팅 속도, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터들의 조합 중 적어도 하나일 수 있다.
용어 "모듈"의 사용은 모듈의 일부로서 설명되거나 청구되는 부품들 혹은 기능이 모두 (단일한) 공통 패키지 내에 구성되는 것을 암시하지 않는다. 실제로, 제어 로직인지 혹은 다른 부품들인지 상관없이, 모듈의 다양한 부품들 중 임의의 부품 혹은 모든 부품은 단일 패키지 내에 결합될 수 있거나 별개로 유지될 수 있고, 또한 다수의 그룹들 혹은 패키지들에서 또는 다수의 (원격) 위치들 및 장치들에 걸쳐 분산될 수 있다.
CAM 모듈은: 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들) 부품의 3D 시각화 파일들로부터 변환된 파일들을 저장하는 2D 파일 라이브러리; 라이브러리와 통신하는 프로세서; 프로세서에 의해 실행되기 위한 동작 명령들의 세트를 저장하는 메모리 장치; 프로세서와 통신하고 라이브러리와 통신하는 미소기계 잉크젯 프린트 헤드 혹은 헤드들; 및 2D 파일 라이브러리, 메모리, 및 미소기계 잉크젯 프린트 헤드 또는 헤드들과 통신하는 프린트 헤드(혹은 헤드들의) 인터페이스 회로(2D 파일 라이브러리는 기능 층에 특정된 프린터 동작 파라미터들을 제공하도록 구성됨); 제조될 3D 프린팅된 세라믹 패턴(들)과 관련된 컴퓨터-이용 설계/컴퓨터-이용 제조(CAD/CAM) 발생 정보를 사전-프로세싱하여 복수의 2D 파일을 획득하는 단계; 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들) 3D 시각화 파일로부터의 사전-프로세싱하는 단계에서 프로세싱된 복수의 2D 파일(들)을 2D 파일 라이브러리로 로딩하는 단계; 그리고 2D 파일 라이브러리를 사용하여, 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)의 미리결정된 층을 미리결정된 순서로 프린팅하도록 프로세서에게 지시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)의 제조를 위해 사용되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)을 나타내는 3D 시각화 파일은, ODB, ODB++, .asm, STL, IGES, STEP, 카티아(Catia), 솔리드워크스(SolidWorks), 오토캐드, ProE+, 3D 스튜디오, 거버(Gerber), 라이노(Rhino), 알티움(Altium), 오알캐드(Orcad), 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일일 수 있고, 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는(그리고 라이브러리로 업로드되는) 파일은, 예를 들어, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합 중 적어도 하나일 수 있다.
특정 실시예에서, CAM 모듈은 또한, 3D 세라믹 패턴(들)을 포함하는 하나 이상의 복합 객체들, 예를 들어, 전자 부품, 기계 부분, 커넥터, 등을 제조하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 프린팅된 부품/객체(들)는, 이산 금속(전도성) 부품들, 이산 수지 부품들 및 세라믹 부품들 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이들은 각각 선택적으로 동시에 혹은 순차적으로 및 연속적으로 프린팅된다. 용어 "연속" 및 그 변형들은 실질적으로 중단없는 공정에서의 프린팅을 의미하도록 의도된다. 또 다른 실시예에서, 연속은 층, 부재, 혹은 구조에서 그 길이를 따라 뚜렷한 중단들이 없는 층, 부재, 혹은 구조를 지칭한다.
본 명세서에서 설명되는 프린팅 공정을 제어하는 컴퓨터는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있고, 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체에는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 구현되고, 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드는 디지털 컴퓨팅 장치 내의 프로세서에 의해 실행될 때 3-차원 잉크젯 프린팅 유닛으로 하여금, 제조될 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)과 관련된 컴퓨터-이용 설계/컴퓨터-이용 제조(CAD/CAM) 발생 정보(달리 말하면, 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들) 부품을 나타내는 3D 시각화 파일)를 사전-프로세싱하여 복수의 2D 파일들(달리 말하면, 예를 들어, 3D 세라믹 패턴(들), 뿐만 아니라 다른 부품들에 대한 구획 지정을 포함하는 혹은 포함하지 않는 복합 부품들을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일)을 획득하는 단계(여기서 각각의 2D 파일은 특정 순서에서 미리결정된 프리-세라믹 패턴층에 대해 특정됨); 사전-프로세싱하는 단계에서 프로세싱된 복수의 2D 파일을 2D 파일 라이브러리로 로딩하는 단계; 예를 들어, 프리-세라믹 잉크 물질의 비말의 스트림을 3-차원 잉크젯 프린팅 유닛의 제1 잉크젯 프린트 헤드로부터 기질(예컨대, 가열된 척)의 표면에 지향시키는 단계; 기질의 x-y 평면에서 기질에 대해 잉크젯 헤드들을 이동시키는 단계를 수행하도록 하며, , 기질의 x-y 평면에서 기질에 대해 잉크젯 헤드들을 이동시키는 단계는, 복수의 층들 각각에 대해, 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)의 층별 제조에서 수행된다.
추가적으로, 컴퓨터 프로그램은 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함할 수 있고, 뿐만 아니라 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로그램 제품이 컴퓨터의 메인 메모리에 로딩되고 컴퓨터에 의해 실행될 때, 인터넷 혹은 인트라넷과 같은 데이터 네트워크를 통해 액세스될 수 있는 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, DVD, USB 메모리 스틱, 또는 저장 매체와 같은, 컴퓨터에 의해 판독될 수 있는 매체 상에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함한다.
본 명세서에서 설명되는 방법에서 사용되는 바와 같은 메모리 장치(들)는 비-휘발성 메모리 장치들 혹은 저장 장치들의 다양한 타입들 중 임의의 타입일 수 있다(달리 말하면, 전력이 없는 경우에 메모리 장치들 상의 정보가 상실되지 않는 메모리 장치들). 용어 "메모리 장치"는 설치 매체, 예를 들어, CD-ROM, 플로피 디스크들, 혹은 테이프 장치, 또는 비-휘발성 메모리, 예컨대, 자기 미디어, 예를 들어, 하드 드라이브, 광학 스토리지, 또는 ROM, EPROM, 플래시, 등을 포괄하도록 의도된다. 메모리 장치는 또한 메모리의 다른 타입들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 메모리 매체는 프로그램들이 실행되는 제1 컴퓨터(예를 들어, 제공된 3D 잉크젯 프린터)에 위치할 수 있고/있거나, 인터넷과 같은 네트워크를 통해 제1 컴퓨터에 연결되는 제2의 상이한 컴퓨터에 위치할 수 있다. 후자의 경우에서, 제2의 컴퓨터는 또한 프로그램 명령들을 실행을 위해 제1 컴퓨터에 제공할 수 있다. 용어 "메모리 장치"는 또한 상이한 위치들에 상주할 수 있는, 예를 들어, 네트워크를 통해 연결되는 상이한 컴퓨터들에 상주할 수 있는, 둘 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 비트맵 라이브러리는, 제공된 3D 잉크젯 프린터에 결합되는 CAM 모듈로부터 원격지에 있는 메모리 장치 상에 상주할 수 있고, 제공된 3D 잉크젯 프린터에 의해(예를 들어, 광역 네트워크에 의해) 액세스 가능할 수 있다.
달리 특정적으로 기재되지 않는다면, 다음의 논의들로부터 명백해지는 바와 같이, 명세서 전체에 걸쳐 "프로세싱", "로딩", "통신", "검출", "계산", "결정", "분석", 등과 같은 용어들을 이용하는 논의들은, 트랜지스터 아키텍처와 같은 물리적인 것으로서 표현된 데이터를 물리적 구조(달리 말하면, PCIN) 층들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작하고/하거나 변환하는 컴퓨터 혹은 컴퓨팅 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 동작 및/또는 프로세스들을 지칭하는 것임이 이해돼야 한다.
더욱이, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "2D 파일 라이브러리"는 소정의 목적을 위해 사용되는 단일의 프린팅된 3D 프리-세라믹 패턴 혹은 복수의 3D 프리-세라믹 패턴들을 함께 정의하는 파일들의 소정의 세트를 지칭한다. 2D 파일 라이브러리는 2D층의 실질적으로 2D 표현 이미지에 관한 것임에 유의해야 한다. 용어 "2D 파일 라이브러리"는 또한, 3D 세라믹 패턴(들)을 포함하지 않는 소정의 부품의 구조 층들을 제공하기 위해 색인화될 수 있고, 검색될 수 있고, 그리고 재조립될 수 있는(검색이 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴에 대한 것인지 혹은 세라믹 패턴이 없는 소정의 특정 층에 대한 것인지 상관없음) 2D 파일들의 세트 또는 임의의 다른 래스터 그래픽 파일 포맷(일반적으로, 직사각형 격자의 형태에서 픽셀들의 집합으로서의 이미지들의 표현, 예를 들어, BMP, PNG, TIFF, GIF)을 지칭한다.
방법, 프로그램, 및 라이브러리에서 사용되는, 제조될 본 명세서에서 설명되는 프린팅된 3D (프리-)세라믹 패턴(들)과 관련된 컴퓨터-이용 설계/컴퓨터-이용 제조(CAD/CAM) 발생 정보는, 변환된 CAD/CAM 데이터 패키지에 근거할 수 있고, 예를 들어, IGES, DXF, DWG, DMIS, NC 파일, GERBER® 파일, EXCELLON®, STL, EPRT 파일들, ODB, ODB++, .asm, STL, IGES, STEP, 카티아, 솔리드워크스, 오토캐드, ProE, 3D 스튜디오, 거버, 라이노, 알티움, 오알캐드, 이글 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 패키지일 수 있다. 추가적으로, 그래픽 객체들에 첨부된 속성들은 제조를 위해 필요한 메타-정보를 전송하고, 그리고 본 명세서에서 설명되는 3D (프리-)세라믹 패턴(들)을 정밀하게 정의할 수 있는데, 이것은 결과적으로 설계(예컨대, 3D 시각화 CAD)로부터 제조(예컨대, CAM)까지 제조 데이터의 효율적 그리고 효과적 전송이 일어나게 한다. 이에 따라, 그리고 일 실시예에서, 사전-프로세싱 알고리즘을 사용하여, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 GERBER®, EXCELLON®, DWG, DXF, STL, EPRT ASM, 등이 2D 파일로 변환된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "포함하는" 및 그 파생어는, 기재된 특징, 요소, 부품, 그룹, 정수, 및/또는 단계의 존재를 특정하는, 하지만 다른 미기재된 특징, 요소, 부품, 그룹, 정수, 및/또는 단계의 존재를 배제하지 않는, 개방형 용어가 되도록 의도된다. 전술한 것은 또한 용어들 "포함하고", "갖는" 및 이들의 파생어들과 같은 유사한 의미를 갖는 단어들에도 적용된다.
본 명세서에서 개시되는 모든 범위들은 종점들을 포함하고, 그리고 종점들은 독립적으로 서로 결합가능하다. "조합"은 융합물, 혼합물, 합금, 반응 생성물, 등을 포함한다. 본 명세서에서의 단수적 용어들은, 분량의 한정을 나타내는 것이 아니며, 본 명세서에서 달리 표시되지 않는다면, 또는 맥락에 의해 명확히 모순되지 않는다면, 단수와 복수를 모두 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 접미어 "(들)"은 수식하는 용어의 단수와 복수를 모두 포함하도록 의도되며, 그럼으로써 해당 용어의 하나 이상을 포함하도록 의도된다(예를 들어, 프린트 헤드(들)는 하나 이상의 프린트 헤드를 포함함). 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예", "또 하나의 다른 실시예", "일 실시예", 등이 존재하는 경우 이에 대한 언급은, 실시예와 연계되어 설명되는 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조, 및/또는 특성)가 본 명세서에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 포함되고, 그리고 다른 실시예에서 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 추가적으로, 본 명세서에서 설명되는 요소들은 다양한 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있음이 이해돼야 한다. 더욱이, 본 명세서에서의 용어들 "제1", "제2", 등은 임의의 순서, 분량, 혹은 중요도를 나타내지 않으며, 오히려 하나의 요소를 또 하나의 다른 요소로부터 표시하기 위해 사용된다.
마찬가지로, 용어 "약"은 양, 크기, 공식, 파라미터, 및 다른 분량들 및 특성들이 정확하지 않음 그리고 정확할 필요가 없음, 하지만 허용오차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차, 등, 그리고 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게 알려진 다른 인자들을 반영하여 원하는 바에 따라 더 크거나 더 작을 수 있고 그리고/또는 근사치일 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 공식, 파라미터, 또는 다른 분량 혹은 특성은 "약" 또는 "대략"이다(명시적으로 그렇게 기재되든 그렇지 않든 상관없음).
이에 따라, 그리고 일 실시예에서, 본 명세서에서 제공되는 것은 잉크젯 프린터를 사용하여 3-차원(3D) 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법이고, 이러한 방법은, 잉크 젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계를 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 프린트 헤드를 포함하고, 프린트 헤드는 적어도 하나의 개구, 프리-세라믹 잉크 저장소, 및 프리-세라믹 잉크 펌프를 가지며, 프리-세라믹 잉크 펌프는 개구를 통해 프리-세라믹 잉크 조성물을 공급하도록 구성되고, 프리-세라믹 잉크는 폴리머-유래 세라믹 상호침투 네트워크를 형성하도록 구성된 조성물을 포함하고, 잉크 젯 프린팅 시스템은 또한 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되어 기질을 프린트 헤드로 운반하도록 구성된 컨베이어와, 그리고 컴퓨터 이용 제조("CAM") 모듈을 포함하고, CAM 모듈은, 프로세서와 비-휘발성 메모리를 포함하고, 비-휘발성 메모리 상에는 실행가능한 명령들의 세트가 저장되고, 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 프로세서로 하여금: 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 3차원 세라믹 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 3차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터들의 선택을 수신하는 것; 그리고 파라미터의 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 변경하는 것을 수행하도록 하고, 여기서 CAM 모듈은 프린트 헤드를 제어하도록 구성되고, 본 방법은 또한, 프리-세라믹 잉크젯 잉크 조성물을 제공하는 단계; CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 3-차원 세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계(여기서, 2D층은 프리-세라믹 패턴을 표현하는 패턴을 포함함); 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 3-차원 프리-세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층 내에 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 단계; 3-차원 세라믹 패턴의 2D층 내의 표현에 대응하는 프리-세라믹 패턴을 경화시키는 단계; 동시에, 또는 경화 단계 이후에, 3-차원 세라믹 패턴의 2D층 내의 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 열분해시켜, 상호침투 세라믹 폴리머-유래 네트워크를 형성하는 단계; 기질을 제거하여, 제1 3-차원 세라믹 패턴층을 제조하는 단계를 포함하며, 여기서 (i) 프리-세라믹 잉크는, 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분을 포함하고, 그리고 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐, 메타크릴레이트, 및 유기 성분들 중 적어도 하나를 포함하며, 본 방법은 또한, (ii) CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 3D 세라믹 패턴의 후속 실질적으로 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계; 그리고 후속 3-차원 세라믹 패턴층을 형성하기 위한 단계를 반복하는 것을 포함하며, (iii) 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분은, 테트라에틸 오쏘실리케이트, 테트라메틸 오쏘실리케이트, 테트라아이소프로필티타네이트, 트라이메톡시실란(TMOS), 트라이에톡시실란, 트라이메틸에톡시실란, 페닐트라이에톡시실란, 페닐메틸다이에톡시 실란, 메틸다이에톡시실란, 비닐메틸다이에톡시실란, 폴리다이메톡시실란, 폴리다이에톡시실란, 비닐메톡시실록산, 폴리실라잔, 티타늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 지르코늄 프로폭사이드, 트라이에틸 보레이트, 트라이메톡시보록신 다이에톡시실록산-에틸티타네이트, 티타늄 다이아이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트), 실라놀 포스, 알루미늄 트라이-sec-부톡사이드, 트라이아이소부틸알루미늄, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 1,3,5,7,9-펜타메틸사이클로 펜타실록산, 실록산의 폴리(다이부틸티타네이트) 올리고머, 및 Al-O-Al의 올리고머, Ti-O-Ti의 올리고머, Zn-O-Zn의 올리고머, 또는 전술한 것을 포함하는 조성물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 올리고머 및/또는 모노머이며, 여기서 (iv) 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 유기 성분들 중 적어도 하나는, 다작용성 아크릴레이트를 포함하는 그룹으로부터 선택된 올리고머 및 모노머, 이들의 카보네이트 코폴리머, 이들의 우레탄 코폴리머, 또는 전술한 것을 포함하는 올리고머 및/또는 모노머의 조성물 중 적어도 하나이며, (v) 다작용성 아크릴레이트는, 1,2-에탄다이올 다이아크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이아크릴레이트, 1,4-부탄다이올 다이아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트, 다이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 에톡실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 하이드록시피발산 네오펜탄다이올 다이아크릴레이트, 에톡실화 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 글리세롤 트라이아크릴레이트, 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)아이소사이아누레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 다이트라이메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트 및 다이펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 다작용성 아크릴레이트 조성물이며, (vi) 여기서 경화시키는 단계는, 가열, 포토폴리머화, 건조, 플라즈마 증착, 교차 결합, 어닐링, 산화환원 반응 촉진, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하며, 여기서, (vii) 선택적으로 열분해시키는 단계는 약 200℃와 약 1200℃ 사이의 온도에서 패턴을 국지적으로 가열하는 것을 포함하며, 여기서, (viii) 프리-세라믹 잉크 조성물은, 현탁액, 에멀션, 용액, 또는 전술한 것을 포함하는 조성물이며, (ix) 프리-세라믹 잉크는 또한, 라디칼 광개시제; 그리고 다작용성 아크릴레이트 모노머, 올리고머 또는 폴리머와는 다른 가교제를 포함하며, (x) 3-차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터의 선택에서 사용되는 파라미터는, 층에서의 세라믹 패턴, 사용된 비닐, 아크릴레이트 및 유기 성분들 중 적어도 하나에 대한 경화 요건, 처리량 요건, 선택적인 기질 온도, 프린트 헤드 온도, 프린트 헤드 전압, 잉크 방출 속도, 및 프린팅 속도, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터의 조합 중 적어도 하나이며, (xi) 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일은, .asm, STL, DFX 파일, CN 파일, IGES, STEP, 카티아, 솔리드워크스, ProE, 3D 스튜디오, 거버, 엑셀론 파일, 라이노 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일이고; 그리고 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일은, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합이며, (xii) 세라믹 성분 중량 농도(w/we)는 최종 3D 세라믹 패턴의 약 20%와 약 48%(w/w) 사이에 있으며, 여기서 (xiii) 라디칼 광개시제는, 에틸(2,4,6, 트라이메틸 벤조일) 페닐 포스피네이트), 벤조페논 및 아세토페논 화합물, 혼합된 트리아릴술포늄 헥사플루오로안티모네이트 염들, 2-아이소프로필티옥산톤 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 라디칼 광개시제 조성물이며, (xiv) 세라믹 성분은 프리-세라믹 잉크 조성물의 약 20%와 약 80%(w/w) 사이를 포함하며, (xv) 세라믹 성분은 프린팅시 크세로겔을 형성하도록 조정되며, 여기서 (xvi) 폴리머 유래 세라믹 상호침투 네트워크는 개별 상 및/또는 2-연속 상으로 구성되며, 그리고 (xvii) 졸-겔 폴리머화 성분은 실리콘, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄, 주석, 하프늄, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄 혹은 이리듐, 또는 이들의 혼합물의 옥사이드 네트워크를 포함한다.
변환된 3D 시각화 CAD/CAM 데이터 패키지에 근거하는 잉크젯 프린팅을 사용하여 (즉, 열분해 이후) 세라믹 패턴(들)의 3D 프린팅을 위한 앞서의 개시내용이 일부 실시예의 측면에서 설명되었지만, 다른 실시예가 본 명세서에서의 개시내용으로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 명백할 것이다. 더욱이, 본 명세서에서 설명되는 실시예는 단지 예로서 제시되었고, 그리고 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것이 아니다. 실제로, 본 명세서에서 설명되는 신규한 방법, 프로그램, 라이브러리, 및 시스템은 그 사상으로부터 벗어남이 없이 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 다른 조합, 생략, 대체, 그리고 수정은 본 명세서에서의 개시내용을 고려하여 숙련된 기술자에게 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 잉크젯 프린터를 사용하여 3-차원(3D) 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법으로서,
    a. 잉크 젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 잉크 젯 프린팅 시스템은,
    i. 프린트 헤드로서, 적어도 하나의 개구, 프리-세라믹 잉크 저장소 및 프리-세라믹 잉크 펌프를 가지며, 상기 프리-세라믹 잉크 펌프는 상기 개구를 통해 프리-세라믹 잉크 조성물을 공급하도록 구성되고, 상기 프리-세라믹 잉크는 폴리머-유래 세라믹 상호침투 네트워크를 형성하도록 구성된 조성물을 포함하는, 상기 프린트 헤드;
    ii. 상기 프린트 헤드에 동작 가능하게 결합되어 기질을 상기 프린트 헤드로 운반하도록 구성된 컨베이어; 및
    iii. 컴퓨터 이용 제조(Computer Aided Manufacturing)("CAM") 모듈로서, 상기 CAM 모듈은 프로세서; 비-휘발성 메모리를 포함하고, 상기 비-휘발성 메모리 상에는 실행가능한 명령들의 세트가 저장되고, 상기 실행가능한 명령들의 세트는 실행될 때 상기 프로세서로 하여금: 상기 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 3D 시각화 파일을 수신하는 것; 상기 3차원 세라믹 패턴을 프린팅하기 위해 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일을 발생시키는 것; 상기 3차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터들의 선택을 수신하는 것; 그리고 파라미터들의 상기 선택 중 적어도 하나에 근거하여 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 상기 파일을 변경하는 것을 수행하도록 하고, 상기 CAM 모듈은 상기 프린트 헤드를 제어하도록 구성되는, 상기 CAM 모듈을 포함하는, 상기 잉크 젯 프린팅 시스템을 제공하는 단계;
    b. 상기 프리-세라믹 잉크젯 잉크 조성물을 제공하는 단계;
    c. 상기 CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 상기 3-차원 세라믹 패턴의 실질적으로 제1의 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 단계로서, 상기 2D층은 상기 프리-세라믹 패턴을 표현하는 패턴을 포함하는 단계;
    d. 상기 프린트 헤드를 사용하여, 프린팅을 위한 상기 3-차원 프리-세라믹 패턴의 상기 실질적으로 제1의 2D층 내에 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 형성하는 단계;
    e. 상기 3-차원 세라믹 패턴의 상기 2D층 내의 상기 표현에 대응하는 상기 프리-세라믹 패턴을 경화시키는 단계;
    f. 상기 경화시키는 단계와 동시에, 또는 상기 경화시키는 단계 이후에, 상기 3-차원 세라믹 패턴의 상기 2D층 내의 세라믹 표현에 대응하는 패턴을 열분해시켜, 상기 상호침투 세라믹 폴리머-유래 네트워크를 형성하는 단계; 및
    g. 상기 기질을 제거하여, 제1 3-차원 세라믹 패턴층을 제조하는 단계를 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프리-세라믹 잉크는, 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 세라믹 성분을 포함하고, 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐, 메타크릴레이트, 및 유기 성분들 중 적어도 하나를 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 CAM 모듈을 사용하여, 프린팅을 위한 상기 3D 세라믹 패턴의 후속 실질적으로 2D층을 나타내는 발생된 파일을 획득하는 것; 그리고 후속 3-차원 세라믹 패턴층을 형성하기 위한 단계를 반복하는 것을 추가로 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 졸-겔 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 상기 세라믹 성분은,
    테트라에틸 오쏘실리케이트, 테트라메틸 오쏘실리케이트, 테트라아이소프로필티타네이트, 트라이메톡시실란(trimethoxysilane: TMOS), 트라이에톡시실란, 트라이메틸에톡시실란, 페닐트라이에톡시실란, 페닐메틸다이에톡시 실란, 메틸다이에톡시실란, 비닐메틸다이에톡시실란, 폴리다이메톡시실란, 폴리다이에톡시실란, 비닐메톡시실록산, 폴리실라잔, 티타늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 지르코늄 프로폭사이드, 트라이에틸 보레이트, 트라이메톡시보록신 다이에톡시실록산-에틸티타네이트, 티타늄 다이아이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트), 실라놀 포스, 알루미늄 트라이-sec-부톡사이드, 트라이아이소부틸알루미늄, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 1,3,5,7,9-펜타메틸사이클로 펜타실록산, 실록산의 폴리(다이부틸티타네이트) 올리고머, 및 Al-O-Al의 올리고머, Ti-O-Ti의 올리고머, Zn-O-Zn의 올리고머, 또는 전술한 것을 포함하는 조성물
    로 이루어진 군으로부터 선택된 올리고머 및/또는 모노머인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서, 자유 라디칼 폴리머화를 통해 폴리머화되도록 구성된 비닐, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 유기 성분들 중 상기 적어도 하나는, 다작용성 아크릴레이트, 이들의 카보네이트 코폴리머, 이들의 우레탄 코폴리머, 또는 전술한 것을 포함하는 올리고머 및/또는 모노머의 조성물로 이루어진 군으로부터 선택된 올리고머 및 모노머 중 적어도 하나인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다작용성 아크릴레이트는, 1,2-에탄다이올 다이아크릴레이트, 1,3-프로판다이올 다이아크릴레이트, 1,4-부탄다이올 다이아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트, 다이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 에톡실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 하이드록시피발산 네오펜탄다이올 다이아크릴레이트, 에톡실화 비스페놀-A-다이글리시딜 에터 다이아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 프로폭실화 글리세롤 트라이아크릴레이트, 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)아이소사이아누레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에톡실화 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 다이트라이메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트 및 다이펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 다작용성 아크릴레이트 조성물인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화시키는 단계는, 가열, 포토폴리머화, 건조, 플라즈마 증착, 교차 결합, 어닐링, 산화환원 반응 촉진, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 선택적으로 상기 열분해시키는 것는 약 200℃와 약 1200℃ 사이의 온도에서 상기 패턴을 국지적으로 가열하는 것을 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프리-세라믹 잉크 조성물은, 현탁액, 에멀션, 용액, 또는 전술한 것을 포함하는 조성물인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 프리-세라믹 잉크는, 라디칼 광개시제; 및 다작용성 아크릴레이트 모노머, 올리고머 또는 폴리머와는 다른 가교제를 추가로 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 3-차원 세라믹 패턴과 관련된 파라미터들의 상기 선택에서 사용되는 파라미터들은, 상기 층에서의 상기 세라믹 패턴, 사용된 상기 비닐, 아크릴레이트 및 유기 성분들 중 상기 적어도 하나에 대한 경화 요건들, 처리량 요건, 선택적인 기질 온도, 프린트 헤드 온도, 프린트 헤드 전압, 잉크 방출 속도, 및 프린팅 속도, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파라미터의 조합 중 적어도 하나인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 3차원 세라믹 패턴을 나타내는 상기 3D 시각화 파일은, .asm, STL, DFX 파일, CN 파일, IGES, STEP, 카티아, 솔리드워크스, ProE, 3D 스튜디오, 거버, 엑셀론 파일, 라이노 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 파일이고; 그리고 적어도 하나의 실질적으로 2D층을 나타내는 파일은, JPEG, GIF, TIFF, BMP, PDF 파일, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 세라믹 성분 중량 농도(w/we)는 최종 3D 세라믹 패턴의 약 20%와 약 48%(w/w) 사이에 있는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 라디칼 광개시제는, 에틸(2,4,6-트라이메틸 벤조일) 페닐 포스피네이트), 벤조페논 및 아세토페논 화합물, 혼합된 트리아릴술포늄 헥사플루오로안티모네이트 염들, 2-아이소프로필티옥산톤 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 라디칼 광개시제 조성물인, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 성분은 상기 프리-세라믹 잉크 조성물의 약 20%와 약 80%(w/w) 사이를 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 성분은 프린팅시 크세로겔(xerogel)을 형성하도록 조정되는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 유래 세라믹 상호침투 네트워크는 개별 상들 및/또는 2-연속 상들로 구성되는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
  18. 제2항에 있어서, 상기 졸-겔 폴리머화 성분은, 실리콘, 알루미늄, 지르코늄, 티타늄, 주석, 하프늄, 탄탈륨, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄 혹은 이리듐, 또는 이들의 혼합물의 옥사이드 네트워크를 포함하는, 3D 세라믹 패턴을 형성하기 위한 방법.
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