KR20210015498A - Ceramic Materials with open-cell structures prepared by 3D printing and hydration-setting, and Manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a ceramic molded body obtained by water-curing an output of an open-cell structure manufactured by using 3D printing, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a non-sintering method ceramic molded body, in which a tricalcium silicate powder is used as a 3D printing composition for printing, and the output has secured durability and strength by hydration reaction.

Description

3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체 및 이의 제조방법{Ceramic Materials with open-cell structures prepared by 3D printing and hydration-setting, and Manufacturing method of the same}Ceramic materials with open-cell structures prepared by 3D printing and hydration-setting, and Manufacturing method of the same}

본 발명은 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트리칼슘실리케이트 분말을 주성분으로 조성물을 3D 프린팅을 이용하여 개방셀 구조의 출력물을 출력하고, 이 출력물을 수경화에 의해 내구성 및 강도를 확보함으로써 무소결 방식의 세라믹 성형체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic molded body in which an output of an open-cell structure manufactured using 3D printing is hydro-cured and a method for manufacturing the same, and in more detail, a composition based on tricalcium silicate powder is used as a main component. The present invention relates to a non-sintering ceramic molded body and a method of manufacturing the same by outputting an open-cell structure output and securing durability and strength by hydrocuring the output.

개방형 오픈 셀 구조(open-cell structure) 또는 격자구조를 가지는 세라믹은 세라믹이 가지는 열안정성, 고강도, 내화학성 등의 고유물성을 기반으로 경량성, 내부유동성, 충격에너지 흡수능이 우수하므로 치밀질 구조체와는 달리 높은 비표면적, 경량성, 환류 기능을 발현할 수 있어, 분리, 촉매 지지체, 필터, 전극재료, 단열재, 스캐폴드(scaffold) 등에 사용된다. Ceramics with open-cell structure or lattice structure have excellent light weight, internal fluidity, and shock energy absorption ability based on the intrinsic properties of ceramics such as thermal stability, high strength, and chemical resistance. In contrast, since it can express high specific surface area, light weight, and reflux function, it is used for separation, catalyst support, filter, electrode material, insulating material, scaffold, and the like.

다공성 세라믹은 템플릿을 이용하거나, 발포, 주형, 직접 성형 방법 등에 의해 제조가 가능한데, 그 중 3D 프린팅 기술은 복잡하고 미세한 형상을 직접 성형할 수 있는 최적의 공정 방법이다. 세라믹 3D 프린팅 기술은 건조, 탈지 및 소결 과정과 후공정 필요 등의 요인으로 인해 상대적으로 기술 발전 속도가 느리게 진행되었으나, 최근 이를 극복하려는 시도가 시작되고 있다. 분말소재 기반의 세라믹은 성형 후 건조, 소결 단계에서 수축 등의 변형을 동반하기 때문에, 이를 해결할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. Porous ceramics can be manufactured by using a template or by foaming, molding, or direct molding methods, among which 3D printing technology is an optimal process method capable of directly molding complex and fine shapes. Ceramic 3D printing technology has progressed relatively slowly due to factors such as drying, degreasing, and sintering processes and the need for post-processing, but attempts to overcome this have been started recently. Since ceramics based on powder materials are accompanied by deformations such as shrinkage in drying and sintering steps after molding, there is a need for technology development to solve this problem.

한편, 트리칼슘실리케이트(tricalcium silicate, 3CaO

Figure pat00001
SiO2, C3S)는 아래 식 1의 수화반응에 의해 경화되어 강도를 발현할 수 있어 포틀랜드 시멘트와 MTA 계 근관충전재의 주성분으로 사용되고 있다.Meanwhile, tricalcium silicate (3CaO)
Figure pat00001
SiO 2 , C3S) can be hardened by the hydration reaction of Equation 1 below to develop strength, so it is used as a main component of Portland cement and MTA-based root canal filler.

[식 1] [Equation 1]

2(3CaO

Figure pat00002
SiO2) + 6H2O → 3CaO
Figure pat00003
2SiO
Figure pat00004
3H2O + 3Ca(OH)2 2(3CaO
Figure pat00002
SiO 2 ) + 6H 2 O → 3CaO
Figure pat00003
2SiO
Figure pat00004
3H 2 O + 3Ca(OH) 2

다만, 상기 C3S는 수화열이 낮은 반면 긴 경화시간이 요구되어 필요에 의해서는 경화시간이 단축되어야 하며, 경화 조건에 따라 발생하는 변형에 대한 평가와 보완이 요구된다. However, while the C3S has a low heat of hydration, a long curing time is required, so the curing time should be shortened if necessary, and evaluation and supplementation of the deformation occurring according to the curing conditions are required.

한국공개특허 제2010-0037979호Korean Patent Publication No. 2010-0037979 한국공개특허 제2015-0131319호Korean Patent Publication No. 2015-0131319

본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하고자 예의 연구 검토한 결과, 분말소재 기반의 세라믹을 성형한 성형체의 변형률이 크지 않으며, 트리칼슘실리케이트 (tricalcium silicate, 3CaO

Figure pat00005
SiO2, C3S)의 수화반응에 의한 경화 속도를 향상시킬 수 있는 방법을 알아내고, 본 발명을 완성하게 되었다.In the present invention, as a result of intensive research and examination in order to solve the above problems, the deformation rate of the molded body formed of the powder-based ceramic is not large, and tricalcium silicate (3CaO)
Figure pat00005
SiO 2 , C3S) found a method to improve the curing rate by the hydration reaction, and completed the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 성형체의 변형률이 크지 않아 우수한 수치 안정성을 나타내고, C3S를 기반으로 하는 3D 프린팅용 조성물을 제조하는데 있어서 수화반응 속도를 향상시킴으로써 빠른 반응 시간 내에 고내구성 및 고강도 특성을 확보할 수 있는 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체를 제공하기 위한 것이다.Therefore, it is an object of the present invention to exhibit excellent numerical stability because the deformation rate of the molded article is not large, and to secure high durability and high strength properties within a fast reaction time by improving the hydration reaction rate in preparing a composition for 3D printing based on C3S. It is to provide a ceramic molded body in which the output of an open cell structure manufactured by using 3D printing capable of being hydraulically cured.

한편으로, 본 발명은On the one hand, the present invention

트리칼슘실리케이트 분말을 포함하는 조성물을 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체를 제공한다. It provides a ceramic molded article obtained by hydro-curing the output of an open-cell structure prepared by 3D printing a composition containing tricalcium silicate powder.

다른 한편으로, 본 발명은 On the other hand, the present invention

(i) 트리칼슘실리케이트 분말, 바인더(binder) 및 매질(media)을 포함하는 3D 프린팅용 조성물을 제조하는 단계; 및 (i) preparing a composition for 3D printing comprising tricalcium silicate powder, a binder, and a medium; And

(ii) 상기 조성물을 3D 프린터를 이용하여 개방셀(Open-cell) 구조 형태로 출력하고, 상기 출력되는 출력물을 수경화시켜 세라믹 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법을 제공한다.(ii) A step of producing a ceramic molded body by outputting the composition in an open-cell structure form using a 3D printer and hydrocuring the output output; including, manufacturing a hydrocurable ceramic molded body using 3D printing Provides a way.

본 발명에 따른 세라믹 성형체는, 트리칼슘실리케이트 분말을 3D 프린팅의 조성물로 사용하여 수화반응에 의해 경화됨으로서 탈지·소결 등의 과정을 거치지 않아도 내구성 및 강도를 확보할 수 있는 세라믹 성형체를 제조할 수 있다. The ceramic molded body according to the present invention uses tricalcium silicate powder as a composition for 3D printing and is cured by a hydration reaction, so that a ceramic molded body capable of securing durability and strength without undergoing processes such as degreasing and sintering can be manufactured. .

또한, 본 발명에 따른 제조방법은 수경화 공정을 이용하므로 탈지·소결을 위한 열처리 공정에서 요구하는 고온을 필요로 하지 않아 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 열경화 공정에서 발생하는 변형 문제와 비교시 수경화 공정으로 인한 변형 정도가 작아 수치 안정성이 우수하다. In addition, since the manufacturing method according to the present invention uses a hydrocuring process, it does not require high temperatures required in the heat treatment process for degreasing and sintering, so it is not only economical, but also can be compared with the deformation problem occurring in the thermal curing process. The degree of deformation due to the curing process is small, and the numerical stability is excellent.

도 1은 본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 세라믹 성형체의 표면 및 층간 필라멘트 표면에 발생하는 균열을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교에에 따른 세라믹 성형체의 수경화시 발생하는 팽창 변형률을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 비교예에 따른 세라믹 성형체를 건조·소결하는 과정에서 발생하는 변형정도를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 성형체의 압축 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기공률에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 성형된 수경화 전 출력물(좌)과, 80℃ 및 80% 습도 조건에서의 수경화된 세라믹 성형체(우)를 나타낸 사진이다.
1 is a photograph showing a ceramic molded body obtained by hydro-curing the output of an open cell structure manufactured using 3D printing according to the present invention.
2 is a photograph showing a crack occurring on the surface of the ceramic formed body and the interlayer filament surface according to the comparative example of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the expansion strain generated when the ceramic formed body is hydraulically cured according to an embodiment and a comparison of the present invention.
4 is a photograph showing the degree of deformation occurring in the process of drying and sintering a ceramic formed body according to a comparative example of the present invention.
5 is a graph showing the compressive strength of a ceramic formed body according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing compressive strength according to porosity according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing the output before hydrocuring (left) molded according to an embodiment of the present invention and the ceramic molded body (right) hydrocured under 80°C and 80% humidity conditions.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시형태에 따른 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법은, A method of manufacturing a hydrocurable ceramic molded body using 3D printing according to an embodiment of the present invention,

(i) 트리칼슘실리케이트 분말, 바인더(binder) 및 매질(media)를 포함하는 3D 프린팅용 조성물을 제조하는 단계; 및 (i) preparing a composition for 3D printing comprising tricalcium silicate powder, a binder, and a medium; And

(ii) 상기 조성물을 3D 프린터를 이용하여 개방셀(Open-cell) 구조 형태로 출력하고, 상기 출력되는 출력물을 수경화시켜 세라믹 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. (ii) And producing a ceramic molded body by outputting the composition in an open-cell structure using a 3D printer, and hydrocuring the output.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 (i) 단계에서 트리칼슘실리케이트 분말 단독으로 사용하는 것 대신, 트리칼슘실리케이트(C3S) 및 트리칼슘알루미네이트(C3A)를 혼합한 혼합 분말을 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, instead of using the tricalcium silicate powder alone in step (i), a mixed powder obtained by mixing tricalcium silicate (C3S) and tricalcium aluminate (C3A) may be used.

본 발명에서는, 수화반응에 의해 경화되어 고강도 특성을 나타낼 수 있는 트리칼슘실리케이트(tricalcium silicate, 3CaO

Figure pat00006
SiO2, C3S)를 주원료로 사용하여, 고온에서의 소결과정을 필요로 하지 않으므로 간단한 공정 단계 및 시간, 비용 감소 효과를 나타낼 수 있으며, 성형체의 변형률을 최소화할 수 있다.In the present invention, tricalcium silicate (3CaO), which can be cured by a hydration reaction to exhibit high strength properties.
Figure pat00006
SiO 2 , C3S) is used as the main raw material, and since it does not require a sintering process at high temperature, it can show a simple process step, time and cost reduction effect, and can minimize the strain of the molded body.

그런데, 상기 트리칼슘실리케이트는 경화되는데 긴 시간이 소요되며, 초기 경화단계에서 내구성을 확보하고 전체 경화시간을 단축하기 위해 트리칼슘알루미네이트(tricalcium aluminate, 3CaO

Figure pat00007
Al2O3)를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 트리칼슘알루미네이트는 아래 식 2와 같이 수화반응 속도가 빨라 성형체의 내구성 유지에 기여할 수 있는 장점이 있으나, 강도 향상 효과는 없다.However, the tricalcium silicate takes a long time to cure, and in order to secure durability and shorten the total curing time in the initial curing step, tricalcium aluminate (3CaO)
Figure pat00007
Al 2 O 3 ) is characterized in that it is used by mixing. Tricalcium aluminate has the advantage of contributing to maintaining the durability of the molded body due to the fast hydration reaction rate as shown in Equation 2 below, but there is no effect of improving strength.

[식 2] [Equation 2]

2(3CaO

Figure pat00008
Al2O3)+6H2O→ 3CaO
Figure pat00009
Al2O3
Figure pat00010
6H2O2(3CaO
Figure pat00008
Al 2 O 3 )+6H 2 O→ 3CaO
Figure pat00009
Al 2 O 3
Figure pat00010
6H 2 O

따라서, 본 발명에 따른 제조방법을 통해 트리칼슘실리케이트와 트리칼슘알루미네이트를 혼합한 분말을 3D 프린팅 조성물로 사용하여 빠른 반응 시간 내에 내구성 및 강도를 확보할 수 있는 세라믹 성형체를 제조할 수 있다. Therefore, through the manufacturing method according to the present invention, a ceramic molded body capable of securing durability and strength within a fast reaction time can be manufactured by using a powder obtained by mixing tricalcium silicate and tricalcium aluminate as a 3D printing composition.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 트리칼슘실리케이트(C3S) 및 트리칼슘알루미네이트(C3A)는 배합비 50:50 내지 70:30로 하여 혼합되는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the tricalcium silicate (C3S) and tricalcium aluminate (C3A) are preferably mixed in a blending ratio of 50:50 to 70:30.

상기 C3A를 배합비 50% 초과하여 사용하는 경우, 팽창률이 크게 발생하여 수치안정성 확보가 어렵고, 상대적으로 C3S를 소량 포함하게 되므로 세라믹 성형체가 고강도 특성을 나타낼 수 없다. 또한, 상기 C3A를 배합비 30% 미만으로 사용하는 경우, 세라믹 성형체의 수경화 단계가 완료되는 과정 중에 초기 내구성을 확보하기 어려워 형체를 유지하지 못하고 함수현상에 의해 출력물의 층간 또는 표면에 균열이 발생할 수 있다. C3S의 함량 증가에 의한 결함은 수화 방법, 출력물의 설계에 의해 보정할 수 있으나 상기 C3S 및 C3A는 상기 범위로 사용되는 것이 바람직하다. When the C3A is used in excess of 50% of the blending ratio, it is difficult to secure numerical stability due to a large expansion rate, and since it contains a relatively small amount of C3S, the ceramic molded body cannot exhibit high strength characteristics. In addition, when the C3A is used at a blending ratio of less than 30%, it is difficult to secure initial durability during the process of completing the hydro-curing step of the ceramic molded body, so that the shape cannot be maintained, and cracks may occur between the layers or the surface of the output due to the water function. have. Defects caused by an increase in the content of C3S can be corrected by the hydration method and design of the printout, but the C3S and C3A are preferably used in the above range.

상기 트리칼슘실리케이트(C3S) 및 트리칼슘알루미네이트(C3A)는 평균 입경 약 0.05 내지 5 ㎛ 크기의 분말을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. The tricalcium silicate (C3S) and tricalcium aluminate (C3A) are preferably powders having an average particle diameter of about 0.05 to 5 µm, but are not limited thereto.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 3D 프린팅용 조성물은 상기 C3S 및 C3A의 혼합 분말, 바인더(binder) 및 매질(media)을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the composition for 3D printing includes the mixed powder of C3S and C3A, a binder, and a media.

상기 혼합 분말은 상기 전체 조성물 100 중량% 대비 45 내지 80 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 바인더는 5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 매질(Media)은 10 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. The mixed powder is preferably included in 45 to 80% by weight based on 100% by weight of the total composition, and the binder is preferably included in 5 to 30% by weight, and the medium is included in 10 to 30% by weight. It is desirable.

상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 계열을 사용하는 것이 바람직하며, PEG 500, PEG 1000, PEG 4000 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. It is preferable to use a polyethylene glycol (PEG) series as the binder, and PEG 500, PEG 1000, PEG 4000, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 매질은 폴리알킬렌글리콜을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 폴리프로필렌글리콜(PPG)을 사용하며, PPG 400 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The medium is preferably polyalkylene glycol, specifically, polypropylene glycol (PPG), and PPG 400, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조성물을 성형하기 위한 3D 프린터로는 필라멘트 압출 방식(FDM type) 3D 프린터를 이용하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, it is preferable to use a filament extrusion method (FDM type) 3D printer as a 3D printer for molding the composition, but is not limited thereto.

또한, 상기 조성물은 이와 같은 3D 프린터를 이용하여 큐브타입의 개방셀(Open-cell) 구조 형태로 출력하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 개방셀 구조 형태로는 메쉬 형태, 스캐폴드 형태 등이 될 수 있으며, 모든 구멍이 연결되어 있는 개기공 구조라면 이에 제한되지 않는다. In addition, it is preferable to output the composition in the form of a cube-type open-cell structure using such a 3D printer. In this case, the open cell structure may be a mesh type, a scaffold type, or the like, and the open-pore structure in which all holes are connected is not limited thereto.

본 발명에 따른 세라믹 성형체는 수경화 공정을 통해 무소결 경화되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 탈지·소결을 위한 열처리 공정과 같은 고온을 필요로 하지 않으므로 경제성이 우수할 뿐만 아니라, 열경화 공정시 발생하는 변형 문제와 비교하면 수경화 공정으로 인한 변형 정도가 작아 수치 안정성이 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 성형체는 C3S 분말을 사용하되 C3A의 혼합 분말을 사용함으로써, 성형체의 경화 시간을 단축할 수 있고, 초기 경화 과정에서는 내구성을 확보함으로써 층간 또는 표면의 균열 발생을 방지할 수 있다. The ceramic formed body according to the present invention is characterized in that it is non-sintered and hardened through a hydraulic hardening process. Therefore, since it does not require a high temperature such as a heat treatment process for degreasing and sintering, it is not only economical, but also has excellent numerical stability due to a small degree of deformation due to the water hardening process compared to the deformation problem occurring during the heat hardening process. In addition, the molded article according to the present invention uses C3S powder, but by using a mixed powder of C3A, it is possible to shorten the curing time of the molded article, and by securing durability in the initial curing process, it is possible to prevent the occurrence of cracks between layers or surfaces. .

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 수경화 공정은 상기 조성물의 3D 프린터 출력물을 증류수에 담지 또는 침지하여 수행할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the hydrocuring process may be performed by immersing or immersing the 3D printer output of the composition in distilled water, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 출력물은 대기 중의 수분과 접촉하여 경화가 진행될 수 있으며, 습도가 유지되는 분위기(humid) 하에서는 수경화 공정이 진행될 수 있다. For example, the output may be cured by contacting moisture in the atmosphere, and a hydrocuring process may be performed under an atmosphere in which humidity is maintained (humid).

본 발명의 제조방법에 따른 세라믹 성형체는 고강도 특성 및 우수한 수치 안정성을 나타내므로 스캐폴드, 촉매 지지체, 세라믹 필터, 치과, 외과용 임플란트 등으로 사용될 수 있다. Since the ceramic molded body according to the manufacturing method of the present invention exhibits high strength characteristics and excellent numerical stability, it can be used as a scaffold, catalyst support, ceramic filter, dental, surgical implant, and the like.

본 발명의 일 실시형태에 따른 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체는, A ceramic molded article obtained by hydrocuring the output of an open cell structure manufactured using 3D printing according to an embodiment of the present invention,

트리칼슘실리케이트 분말을 포함하는 조성물을 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체인 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it is a ceramic molded body in which the output of an open-cell structure manufactured by 3D printing a composition containing tricalcium silicate powder is hydro-cured.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 조성물은 트리칼슘실리케이트 분말을 사용할 수도 있고, 트리칼슘실리케이트 및 트리칼슘알루미네이트의 혼합 분말을 사용할 수도 있다. In one embodiment of the present invention, the composition may be tricalcium silicate powder, or a mixed powder of tricalcium silicate and tricalcium aluminate may be used.

또한, 상기 조성물은 상기 분말 외에 바인더(binder), 매질(media) 등을 추가로 포함할 수 있다. In addition, the composition may further include a binder, a medium, etc. in addition to the powder.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 트리칼슘실리케이트(C3S) 및 트리칼슘알루미네이트(C3A)를 배합비 50:50 내지 70:30로 하여 혼합하는 경우, 출력 필라멘트의 지름이 400 - 550 μm 범위인 성형물의 기공률이 50% 미만인 출력물의 수경화 시편은 바람직하게는 압축강도가 5 내지 22 MPa인 것을 특징으로 하고, 보다 바람직하게는 12.6 내지 19.3 MPa인 것을 특징으로 한다. 출력 필라멘트의 지름이 250 - 400 μm 범위인 성형물의 기공률 65% 이상인 출력물의 수경화 시편의 압축강도는 2 내지 20 MPa 인 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, when the tricalcium silicate (C3S) and tricalcium aluminate (C3A) are mixed in a blending ratio of 50:50 to 70:30, the output filament has a diameter in the range of 400-550 μm. The hydraulic specimen of the output having a porosity of less than 50% is preferably characterized in that the compressive strength is 5 to 22 MPa, more preferably 12.6 to 19.3 MPa. The compression strength of the hydraulically cured specimen of the output having a porosity of 65% or more of the molded product having a diameter of the output filament in the range of 250-400 μm is 2 to 20 MPa.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1: 3D 프린팅용 조성물의 제조Example 1: Preparation of 3D printing composition

평균 입경 3 ㎛ 크기의 트리칼슘실리케이트(C3S) 분말을 전체 조성물 100 중량% 대비 50 중량%로 포함하고, 바인더로 PEG1000을 5 내지 10 중량%를 포함하고 매질(Media)로 PPG를 40 내지 45 중량%를 포함하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. Tricalcium silicate (C3S) powder having an average particle diameter of 3 µm is included in an amount of 50% by weight relative to 100% by weight of the total composition, and PEG1000 is included in 5 to 10% by weight as a binder, and PPG is 40 to 45% by weight as a medium. A composition for 3D printing was prepared, including %.

실시예 2: 3D 프린팅용 조성물의 제조Example 2: Preparation of 3D printing composition

평균 입경 3 ㎛ 크기의 트리칼슘실리케이트(C3S)와 평균 입경 3 ㎛ 크기의 트리칼슘알루미네이트(C3A)를 분말 배합비 50:50으로 하여 혼합 분말을 제조하였다. 이때 전체 조성물 100 중량% 대비 상기 혼합 분말은 50 중량%를 포함하였다. 그리고 상기 전체 조성물 100 중량% 대비 바인더로 PEG1000을 5 내지 10 중량%를 포함하고 매질(Media)로 PPG를 40 내지 45 중량%를 포함하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. A mixed powder was prepared by using tricalcium silicate (C3S) having an average particle diameter of 3 μm and tricalcium aluminate (C3A) having an average particle diameter of 3 μm at a powder mixing ratio of 50:50. At this time, the mixed powder contained 50% by weight relative to 100% by weight of the total composition. In addition, a composition for 3D printing was prepared by including 5 to 10% by weight of PEG1000 as a binder and 40 to 45% by weight of PPG as a medium relative to 100% by weight of the total composition.

실시예 3: 3D 프린팅용 조성물의 제조Example 3: Preparation of 3D printing composition

상기 C3S와 C3A의 분말 배합비를 50:50 대신 65:35로 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2과 동일한 방법을 수행하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. A composition for 3D printing was prepared in the same manner as in Example 2, except that the powder mixing ratio of C3S and C3A was 65:35 instead of 50:50.

실시예 4: 3D 프린팅용 조성물의 제조Example 4: Preparation of 3D printing composition

상기 C3S와 C3A의 분말 배합비를 50:50 대신 70:30으로 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2과 동일한 방법을 수행하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. A composition for 3D printing was prepared in the same manner as in Example 2, except that the powder mixing ratio of C3S and C3A was set to 70:30 instead of 50:50.

실시예 5: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Example 5: Preparation of open-cell structured hydraulic ceramic molded body using 3D printing

상기 실시예 1에서 제조된 3D 프린팅용 조성물을 필라멘트 압출 방식(FDM type) 3D 프린터를 이용하여 10×10×9mm 큐브타입의 메쉬 형태로 출력하였고, 상기 출력되는 출력물을 증류수에 침지하여 수경화시켜 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다(출력조건: 노즐크기 0.4 mm, 층간두께 0.4 mm, 압출량 2.5 %, 성형속도 25 mm/sec). 이때, 총 경화시간은 약 18시간이 소요되었다. The composition for 3D printing prepared in Example 1 was output in the form of a 10×10×9mm cube-type mesh using a filament extrusion method (FDM type) 3D printer, and the output was immersed in distilled water to cure. A ceramic molded body having an open cell structure was prepared (output conditions: nozzle size 0.4 mm, interlayer thickness 0.4 mm, extrusion amount 2.5%, molding speed 25 mm/sec). At this time, the total curing time took about 18 hours.

실시예 6: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Example 6: Preparation of open-cell structured hydraulic ceramic molded body using 3D printing

상기 실시예 2에서 제조된 3D 프린팅용 조성물을 필라멘트 압출 방식(FDM type) 3D 프린터를 이용하여 10×10×9mm 큐브타입의 메쉬 형태로 출력하였고, 상기 출력되는 출력물을 증류수 침지하여 경화시켜 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다(출력조건: 노즐크기 0.4 mm, 층간두께 0.4 mm, 압출량 2.5 %, 성형속도 25 mm/sec). 이때, 초기경화시간은 약 15분이 소요되었으나 최종적으로는 18시간 경화 단계를 유지하였다. The composition for 3D printing prepared in Example 2 was output in the form of a 10×10×9mm cube-type mesh using a filament extrusion method (FDM type) 3D printer, and the output was immersed in distilled water and cured to open cell A ceramic molded body having a structure was prepared (output condition: nozzle size 0.4 mm, interlayer thickness 0.4 mm, extrusion amount 2.5%, molding speed 25 mm/sec). At this time, the initial curing time took about 15 minutes, but finally, the curing step was maintained for 18 hours.

실시예 7: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Example 7: Preparation of open-cell structured hydraulic ceramic molded body using 3D printing

상기 실시예 2에서 제조된 조성물 대신에 상기 실시예 3에서 제조된 조성물을 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법을 수행하여 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다. 이때, 경화시간은 약 15분이 소요되었으나 최종적으로는 18시간 경화 단계를 유지하였다. A ceramic molded body having an open cell structure was manufactured by performing the same method as in Example 6, except that the composition prepared in Example 3 was used instead of the composition prepared in Example 2. At this time, the curing time took about 15 minutes, but finally, the curing step was maintained for 18 hours.

실시예 8: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Example 8: Preparation of a hydrocurable ceramic molded body having an open cell structure using 3D printing

상기 실시예 2에서 제조된 조성물 대신에 상기 실시예 4에서 제조된 조성물을 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법을 수행하여 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다. 이때, 경화시간은 약 15분이 소요되었으나 최종적으로는 18시간 경화 단계를 유지하였다. A ceramic molded body having an open cell structure was manufactured by performing the same method as in Example 6, except that the composition prepared in Example 4 was used instead of the composition prepared in Example 2. At this time, the curing time took about 15 minutes, but finally, the curing step was maintained for 18 hours.

비교예 1: 3D 프린팅용 조성물의 제조Comparative Example 1: Preparation of 3D printing composition

상기 C3S와 C3A의 분말 배합비를 50:50 대신 80:20으로 하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법을 수행하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. A composition for 3D printing was prepared in the same manner as in Example 2, except that the powder mixing ratio of C3S and C3A was set to 80:20 instead of 50:50.

비교예 2: 3D 프린팅용 조성물의 제조Comparative Example 2: Preparation of 3D printing composition

전체 조성물 100 중량% 대비 평균 입경 3 ㎛ 크기의 트리칼슘알루미네이트(C3A)를 50 중량%로 포함하고, 바인더로 PEG1000을 5 내지 10 중량%를 포함하고 매질(Media)로 PPG를 40 내지 45 중량%를 포함하여 3D 프린팅용 조성물을 제조하였다. Contains 50% by weight of tricalcium aluminate (C3A) having an average particle diameter of 3 μm compared to 100% by weight of the total composition, 5 to 10% by weight of PEG1000 as a binder, and 40 to 45% by weight of PPG as a medium A composition for 3D printing was prepared, including %.

비교예 3: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Comparative Example 3: Preparation of a hydrocurable ceramic molded body having an open cell structure using 3D printing

상기 실시예 1에서 제조된 조성물 대신에 상기 비교예 1에서 제조된 조성물을 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법을 수행하여 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다. 이때, 경화하는 도중 3분 이내로 표면에 균열이 나타나는 것을 확인하였다. A ceramic molded body having an open cell structure was manufactured by performing the same method as in Example 6, except that the composition prepared in Comparative Example 1 was used instead of the composition prepared in Example 1. At this time, it was confirmed that cracks appeared on the surface within 3 minutes during curing.

비교예 4: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 수경화성 세라믹 성형체의 제조Comparative Example 4: Preparation of open-cell structured hydraulic ceramic molded body using 3D printing

상기 실시예 1에서 제조된 조성물 대신에 상기 비교예 2에서 제조된 조성물을 이용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 방법을 수행하여 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 제조하였다. 이때, 경화하는 도중 3분 이내로 표면에 균열이 나타나는 것을 확인하였다. A ceramic molded body having an open cell structure was manufactured in the same manner as in Example 6, except that the composition prepared in Comparative Example 2 was used instead of the composition prepared in Example 1. At this time, it was confirmed that cracks appeared on the surface within 3 minutes during curing.

비교예 5: 3D 프린팅을 이용한 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체의 제조Comparative Example 5: Preparation of a ceramic molded body having an open cell structure using 3D printing

전체 조성물 100 중량% 대비 알루미나 페이스트 50 중량%, 바인더로 PVA 0.8 내지 2 중량%를 포함하고 매질(Media)로 PEG400을 1 내지 5 중량%를 포함하고, 나머지는 증류수를 포함하여 3D 프린팅용 수계 조성물을 제조하였다. Aqueous composition for 3D printing including 50% by weight of alumina paste, 0.8 to 2% by weight of PVA as a binder, 1 to 5% by weight of PEG400 as a medium, and distilled water based on 100% by weight of the total composition Was prepared.

상기 조성물을 필라멘트 압출 방식(FDM type) 3D 프린터를 이용하여 30×30×1.5mm 크기의 메쉬 형태로 출력하여 건조시킨 후, 약 1,450 ℃에서 열처리하여 소결하였다(출력조건은 실시예 6과 동일하게 하였다). The composition was printed in a mesh form of 30×30×1.5mm using a filament extrusion method (FDM type) 3D printer, dried, and sintered by heat treatment at about 1,450°C (output conditions were the same as in Example 6). Did).

실험예 1: 성형, 경화 테스트Experimental Example 1: Molding and curing test

상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 3 내지 4에서 제조된 오픈 셀 구조의 세라믹 성형체를 아래 표 1에 정리하여 나타내었다. The ceramic molded articles of the open cell structure prepared in Examples 4 to 6 and Comparative Examples 3 to 4 are summarized in Table 1 below.

C3S:C3AC3S:C3A 100:0
(실시예 5)
100:0
(Example 5)
80:20
(비교예 3)
80:20
(Comparative Example 3)
70:30
(실시예 4)
70:30
(Example 4)
50:50
(실시예 6)
50:50
(Example 6)
0:100
(비교예 4)
0:100
(Comparative Example 4)
출력물Printout --

Figure pat00011
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00014
수화물
(경화물)
Luggage
(Hardened)
Figure pat00015
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00019
경화상태
(분, min)
Cured state
(Minutes, min)
최종경화 18시간18 hours of final curing 최종경화 18시간18 hours of final curing 초기경화 15분
(최종 18시간)
Initial hardening 15 minutes
(Last 18 hours)
초기경화 15분
(최종 18시간)
Initial hardening 15 minutes
(Last 18 hours)
초기경화 15분
(최종 18시간)
Initial hardening 15 minutes
(Last 18 hours)
균열crack 1분 이내 균열Crack within 1 minute 3분이내
표면 균열
Within 3 minutes
Surface crack
-- -- --

상기 표 1을 참조로, C3A를 전체 혼합 분말 100% 대비 30% 이상으로 포함하는 경우 실시예 4, 실시예 6, 비교예 4를 통해 초기경화 15 분 내지 최종경화 18 시간 이내에 경화가 이루어지는 것을 확인하였다. 본 발명에서 초기경화란 3D 프린터로 출력한 출력물이 손상없이 이동가능한 정도의 내구성을 가진 상태를 정의하며, 수경화 물질의 특성상 수화 시간이 길어질수록 고강도를 나타내므로 적용 조건에 따라 경화시간의 조절이 필요하다. 본 발명에서는 성형 필라멘트의 직경이 350 μm이며 70%의 기공률을 가지는 출력물의 압축강도가 3MPa 이상을 나타내기 되기 위해서는 경화시간이 12시간 이상 요구된다. 이에 따라 보다 바람직한 범위는 12 시간 내지 18 시간이다. Referring to Table 1, when C3A is included in an amount of 30% or more compared to 100% of the total mixed powder, it is confirmed that curing is performed within 15 minutes of initial curing to 18 hours of final curing through Examples 4, 6 and Comparative Example 4. I did. In the present invention, initial curing is defined as a state in which the output printed by the 3D printer has a degree of durability that can be moved without damage. Due to the nature of the hydrocuring material, the longer the hydration time, the higher the strength is. need. In the present invention, a curing time of 12 hours or more is required in order to exhibit a compressive strength of 3 MPa or more of a molded filament having a diameter of 350 μm and a porosity of 70%. Accordingly, a more preferable range is 12 hours to 18 hours.

또한, C3S를 전체 혼합 분말 100% 대비 80% 이상 및 C3A를 전체 혼합분말 대비 30% 이하로 포함하는 경우 수경화 도중 출력물 층간 필라멘트 표면(a) 및 성형체 표면(b)에 균열이 발생하는 것을 확인하였다(도 2 참조). 또한, 수경화 시간이 지속될수록 필라멘트의 형상을 유지하는 데에 어려움이 있었다(도 2 (c) 참조). In addition, when containing 80% or more of C3S compared to 100% of the total mixed powder and 30% or less of C3A compared to the total mixed powder, it was confirmed that cracks occurred on the surface of the interlayer filament (a) and the surface of the molded body (b) during water curing. (See Fig. 2). In addition, as the water curing time continued, it was difficult to maintain the shape of the filament (see FIG. 2 (c)).

이를 통해, C3A는 전체 혼합 분말 100% 대비 30% 미만으로 포함하는 것이 바람직함을 알 수 있었다. Through this, it was found that it is preferable to include C3A in an amount of less than 30% compared to 100% of the total mixed powder.

실험예 2: 변형률(수치 안정성) 테스트Experimental Example 2: Strain (numerical stability) test

상기 실시예 6 내지 8 및 비교예 4의 방법으로 제조되는 세라믹 성형체 샘플을 각각 3개씩 준비하여 수경화 후의 변형 여부를 확인하였고, 그 평균 값 결과를 아래 표 2 및 도 3에 나타내었다. Three samples of ceramic molded bodies prepared by the methods of Examples 6 to 8 and Comparative Example 4 were prepared, respectively, to check whether they were deformed after hydrocuring, and the average value results are shown in Tables 2 and 3 below.

구분division 샘플Sample shaft xx yy zz 실시예 6Example 6 #1#One 10.7810.78 10.8210.82 9.129.12 #2#2 10.8710.87 10.8610.86 9.099.09 #3#3 10.8210.82 10.8010.80 9.139.13 평균Average 10.82(±0.04)10.82(±0.04) 10.83(±0.06)10.83(±0.06) 9.12(±0.02)9.12(±0.02) 실시예 7Example 7 #1#One 10.6410.64 10.6110.61 9.569.56 #2#2 10.5910.59 10.7210.72 9.199.19 #3#3 10.5810.58 10.6410.64 9.219.21 평균Average 10.66(±0.03)10.66(±0.03) 10.66(±0.06)10.66(±0.06) 9.32(±0.21)9.32(±0.21) 실시예 8Example 8 #1#One 11.011.0 11.0111.01 9.119.11 #2#2 11.111.1 11.0911.09 9.129.12 #3#3 11.0811.08 11.0911.09 9.119.11 평균Average 11.06(±0.05)11.06(±0.05) 11.06(±0.04)11.06(±0.04) 9.11(±0.00)9.11(±0.00) 비교예 4Comparative Example 4 #1#One 11.9011.90 11.8711.87 9.239.23 #2#2 11.9711.97 11.9611.96 9.309.30 #3#3 11.9411.94 11.9511.95 8.928.92 평균Average 11.93(±0.04)11.93(±0.04) 11.93(±0.05)11.93(±0.05) 9.15(±0.20)9.15(±0.20)

도 3 및 표 2 참조로, 수경화 과정에서 팽창 변형이 발생하였으며, 특히 비교예 4의 성형체의 x, y축은 약 20% 정도 변형이 발생한 반면, 실시예 6 내지 8의 성형체는 x, y축 약 10% 미만, z축 약 5% 미만으로 변형률이 비교적 낮음을 확인하였다(도 3 및 표 2 참조). 그 중에서도 실시예 7의 경우 x, y 축 변형률이 7% 미만으로 가장 낮은 팽창 변형을 나타냈다. 3 and Table 2, expansion and deformation occurred during the hydrocuring process, and in particular, the x and y axes of the molded body of Comparative Example 4 were deformed by about 20%, whereas the molded bodies of Examples 6 to 8 were x and y axes. It was confirmed that the strain was relatively low with less than about 10% and less than about 5% of the z-axis (see FIG. 3 and Table 2). Among them, in the case of Example 7, the x- and y-axis strain was less than 7%, showing the lowest expansion strain.

또한, 수경화에 의한 변형 정도와 소결과정에 의한 변형 정도를 비교하기 위해, 상기 실시예 6 및 비교예 5의 성형체의 변형률을 비교하였다(도 4 참조). In addition, in order to compare the degree of deformation due to hydrocuring and the degree of deformation due to the sintering process, the deformation rates of the molded articles of Example 6 and Comparative Example 5 were compared (see FIG. 4).

도 4를 참조로, 상기 실시예 6의 성형체의 x, y축 길이는 약 31mm인 반면, 상기 소결단계를 거친 상기 비교예 5의 성형체의 x, y축 길이는 약 27mm로 수경화 공정 대비 약 25%의 수축 변형이 발생한 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 C3S 및 C3A 혼합 분말을 사용하고 이를 수경화시킴으로써, 열처리에 의한 소결 대비 수축 변형 정도가 작아 수치 안정성을 기대할 수 있었다. Referring to FIG. 4, the x and y-axis lengths of the molded body of Example 6 are about 31 mm, whereas the x and y-axis lengths of the molded body of Comparative Example 5 that have undergone the sintering step are about 27 mm, compared to the hydraulic process. It was confirmed that the shrinkage deformation of 25% occurred. Therefore, by using the mixed powder of C3S and C3A according to the present invention and hydraulically curing it, the degree of shrinkage deformation is small compared to sintering by heat treatment, so that numerical stability can be expected.

실험예 3: 압축강도 테스트Experimental Example 3: Compressive Strength Test

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 혼합 분말 비율에 따른 강도 변형 정도를 확인하기 위하여 상기 실시예 6 내지 8 및 비교예 4에서 제조된 세라믹 성형체에 대한 압축강도를 테스트하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. In order to check the degree of deformation of the strength according to the mixing powder ratio of the ceramic formed body according to the present invention, the compressive strength of the ceramic formed bodies prepared in Examples 6 to 8 and Comparative Example 4 was tested, and the results are shown in FIG. .

도 5를 참조로, C3A 분말만으로 구성되는 비교예 4의 세라믹 성형체는 압축강도가 5.6 MPa인 반면, C3S와 C3A의 혼합 분말로 구성되는 실시예 6 내지 8의 세라믹 성형체는 각각 압축강도가 12.6 MPa, 19.3 MPa, 14.2 MPa로 우수한 것을 확인하였다. Referring to FIG. 5, the ceramic compact of Comparative Example 4 composed of only C3A powder has a compressive strength of 5.6 MPa, whereas the ceramic compact of Examples 6 to 8 composed of a mixed powder of C3S and C3A each has a compressive strength of 12.6 MPa. , 19.3 MPa, 14.2 MPa was confirmed to be excellent.

이를 통해, C3A의 혼합비가 높을수록 경화시간은 단축되나 강도가 매우 약해지므로, C3S와 C3A의 혼합 분말을 사용하는 것이 바람직하고, C3S의 혼합비가 높을수록 고강도 특성을 발현하나 80% 이상의 C3S를 사용하는 경우 경화단계에서의 형상 유지가 어렵기 때문에 상기 C3S 및 C3A의 혼합 비율은 70:30 내지 50:50이 바람직하다는 것을 알 수 있었다(표 1 참조). Through this, the higher the mixing ratio of C3A, the shorter the curing time, but the strength is very weak, so it is preferable to use a mixed powder of C3S and C3A. In this case, it was found that the mixing ratio of C3S and C3A is preferably 70:30 to 50:50 because it is difficult to maintain the shape in the curing step (see Table 1).

실험예 4: 기공률에 따른 압축강도 테스트Experimental Example 4: Compressive strength test according to porosity

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 필라멘트 두께별, 기공 크기별에 따른 압축강도를 확인하기 위하여 C3S와 C3A의 65:35 비율의 조성물을 기공의 크기를 조절하여 세라믹 성형체에 대한 압축강도를 테스트하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. In order to check the compressive strength according to the filament thickness and pore size of the ceramic molded body according to the present invention, a composition of 65:35 of C3S and C3A was tested for the compressive strength of the ceramic molded body by adjusting the pore size. Is shown in FIG. 6.

50%-Infill mode를 적용한 10x10x10 크기의 다공체의 기공 크기를 조절하기 위하여 필라멘트의 적층방향에 따른 순서(적층방향)를 1x1, 2x2, 1x3로 조정하였다. 출력 필라멘트의 지름은 압출량에 의해 결정되며(출력물 이미지 ‘상단’), 층간격이 낮을수록 적층선폭과 선간격에 크기변형이 발생했다. In order to control the pore size of the 10x10x10 porous body to which the 50%-Infill mode was applied, the order (stacking direction) of the filaments was adjusted to 1x1, 2x2, and 1x3. The diameter of the output filament is determined by the amount of extrusion (the “top” of the printed image), and the smaller the layer spacing, the larger the lamination line width and the line spacing occurred.

적층방향(혹은 적층순서)을 변경함으로써 기공 크기를 ~700μm 까지 조절 가능하였고, 필라멘트의 지름을 작게(압출량 조절)하여 기공률을 ~70%로 조절할 수 있었다. Open-cell 구조를 가지는 성형체의 압축강도는 기공률에 따라 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(표 3 참조). By changing the lamination direction (or lamination order), the pore size could be adjusted to ~700 μm, and the porosity could be adjusted to ~70% by reducing the diameter of the filament (adjusting the extrusion amount). It was confirmed that the compressive strength of the molded body having an open-cell structure was different depending on the porosity (see Table 3).

적층조건Lamination condition 1x11x1 2x22x2 1x31x3 설계design

Figure pat00020
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Figure pat00021
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Figure pat00022
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출력물Printout
Figure pat00023
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Figure pat00025

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(상단)(Top)
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Figure pat00027
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Figure pat00028
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(단면)(section)
Figure pat00029
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Figure pat00030
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출력조건Output condition 노즐내경(mm)Nozzle inner diameter (mm) 0.40.4 0.40.4 0.40.4 압출량(%)Extrusion amount (%) 22 1.51.5 1.51.5 적층간격(μm)Stacking interval (μm) 400400 350350 350350 수경화 시편Hydrogenated specimen 출력지름(μm)Output diameter (μm) 500500 400400 400400 적층선폭(μm)Lamination line width (μm) 500500 400400 400400 층간간격(μm)Interlayer spacing (μm) 250250 450450 700700 hole 크기hole size 250x250250x250 400x450400x450 400x700400x700 기공률(%)Porosity (%) 48.148.1 70.770.7 69.769.7

실험예 5: 필라멘트 지름과 층간격 조절 테스트Experimental Example 5: Filament diameter and layer spacing control test

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 필라멘트의 지름과 층간격 조절에 의한 기공크기 변화를 확인하기 위하여 C3S와 C3A의 65:35 비율의 조성물을 지름과 층간격을 조절하여 테스트하였다. In order to confirm the change in pore size due to the adjustment of the filament diameter and the layer spacing of the ceramic molded body according to the present invention, a 65:35 composition of C3S and C3A was tested by adjusting the diameter and the layer spacing.

압출량을 조절함으로써 출력 필라멘트의 지름 제어가 가능했고, 적층 간격이 낮을수록 선형선폭과 선간격에 영향을 미치게 되므로 기공 크기 제어가 가능했다. 출력두께와 적층간격을 조절함으로써 기공률 ~73% 수준의 프린팅이 가능했다(표 4 참조). By controlling the amount of extrusion, it was possible to control the diameter of the output filament, and since the lower the lamination interval, the linear line width and line spacing were affected, so it was possible to control the pore size. By adjusting the output thickness and the lamination interval, printing with a porosity of ~73% was possible (see Table 4).

압출조건(압출량 변화)Extrusion conditions (change of extrusion amount) 1.51.5 1.21.2 1.01.0 상단Top

Figure pat00032

Figure pat00032

Figure pat00033

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Figure pat00034

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단면section
Figure pat00035

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Figure pat00036

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Figure pat00037

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출력조건Output condition 노즐내경(mm)Nozzle inner diameter (mm) 0.40.4 0.40.4 0.40.4 압출량(%)Extrusion amount (%) 1.51.5 1.21.2 1.01.0 적층간격(μm)Stacking interval (μm) 350350 340340 300300 수경화 시편Hydrogenated specimen 출력지름(μm)Output diameter (μm) 390390 380380 360360 적층선폭(μm)Lamination line width (μm) 410410 450450 480480 선간격(μm)Line spacing (μm) 470470 330330 270270 층간간격(μm)Interlayer spacing (μm) 430430 500500 450450 hole 크기hole size 470x430470x430 330x500330x500 270x450270x450 기공률(%)Porosity (%) 70.770.7 71.671.6 73.273.2

실험예 6: 채움기능을 이용한 기공크기 조절 테스트Experimental Example 6: Pore size control test using the filling function

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 채움기능을 이용한 기공 크기 변화를 확인하기 위하여 C3S와 C3A의 65:35 비율의 조성물을 채움기능을 통해 기공 크기 변화를 테스트하였다. In order to confirm the change in pore size using the filling function of the ceramic formed body according to the present invention, the change in pore size was tested through the filling function of a composition of 65:35 of C3S and C3A.

400μm 이하 크기의 기공 성형을 위해 채움(infill)양을 낮춤으로써 선간격을 조절했다. The line spacing was adjusted by lowering the infill amount for pore molding of 400 μm or less.

출력지름에 관계없이 과도하게 적층간격을 줄이게 되는 경우 층간 변형에 의해 성형물 자체의 정밀성이 떨어지므로, 출력지름과 층간두께 차이가 크지 않도록 고려되었다. Regardless of the output diameter, if the stacking interval is excessively reduced, the precision of the molded product itself is deteriorated due to interlayer deformation, so the difference between the output diameter and the interlayer thickness was considered not to be large.

적층간격을 좁힘으로써 기공크기가 과도하게 확장되는 것을 방지하였으며, 기공의 크기는 다르지만 기공률은 유사한 성형물의 제조가 가능한 것을 확인하였다.(표 5 및 표 6 참조) By narrowing the lamination interval, the pore size was prevented from being excessively expanded, and it was confirmed that moldings having different pore sizes but similar porosity could be manufactured (see Tables 5 and 6).

Infill Mode
Infill Mode
5555 5050 4848 4545
상단
Top

Figure pat00038

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Figure pat00039

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Figure pat00040

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단면
section

Figure pat00042

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Figure pat00044

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Figure pat00045

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출력조건Output condition 노즐내경(mm)Nozzle inner diameter (mm) 0.40.4 0.40.4 0.40.4 0.40.4 압출량(%)Extrusion amount (%) 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 적층간격(μm)Stacking interval (μm) 325325 275275 275275 250250 수경화 시편Hydrogenated specimen 출력지름(μm)Output diameter (μm) 350350 350350 350350 350350 적층선폭(μm)Lamination line width (μm) 420420 450450 430430 400400 선간격(μm)Line spacing (μm) 260260 330330 400400 430430 층간간격(μm)Interlayer spacing (μm) 420420 400400 400400 300300 hole 크기hole size 260x420260x420 330x400330x400 400x400400x400 430x300430x300 기공률(%)Porosity (%) 67.567.5 70.370.3 70.370.3 70.270.2

Figure pat00046
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00048
노즐: 0.4, 압출량 1.5%
출력지름: 390
층간두께 0.35
Nozzle: 0.4, extrusion volume 1.5%
Output diameter: 390
Interlayer thickness 0.35
노즐: 0.4, 압출량 1.0%
출력지름: 350
층간두께 0.275
Nozzle: 0.4, extrusion volume 1.0%
Output diameter: 350
Interlayer thickness 0.275
노즐: 0.4, 압출량 1.0%
출력지름: 350
층간두께 0.25
Nozzle: 0.4, extrusion volume 1.0%
Output diameter: 350
Interlayer thickness 0.25
[출력지름-층간두께 차이에 의해 나타나는 출력물 형상][Output shape indicated by the difference in print diameter-thickness between layers]

실험예 7: 채움기능의 출력두께 변경에 의한 기공크기 조절 테스트Experimental Example 7: Pore size control test by changing the output thickness of the filling function

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 채움기능의 출력두께 변경에 의한 기공 크기 변화를 확인하기 위하여 C3S와 C3A의 65:35 비율의 조성물을 출력두께 변경을 통해 기공 크기 변화를 테스트하였다. In order to confirm the change in pore size due to the change in the output thickness of the filling function of the ceramic molded body according to the present invention, the composition of the 65:35 ratio of C3S and C3A was tested for the change in pore size by changing the output thickness.

노즐을 320μm로 교체하여 필라멘트 성형 지름을 300μm로 축소시켜 pore volume을 확보하였다. The nozzle was replaced with 320 μm to reduce the filament molding diameter to 300 μm to secure pore volume.

이를 통해 infill 값이 작을수록 선간격이 벌어지며, 기공률에도 변화를 나타낸 것으로 확인되었다.(표 7 참조) Through this, it was confirmed that the smaller the infill value, the wider the line spacing, and showed a change in porosity (see Table 7).

Infill Mode
Infill Mode
4848 4545 4545 4242
상단
Top

Figure pat00049

Figure pat00049

Figure pat00050

Figure pat00050

Figure pat00051

Figure pat00051

Figure pat00052

Figure pat00052
단면
section

Figure pat00053

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Figure pat00054

Figure pat00054

Figure pat00055

Figure pat00055

Figure pat00056

Figure pat00056
출력조건Output condition 노즐내경(mm)Nozzle inner diameter (mm) 0.320.32 0.320.32 0.320.32 0.320.32 압출량(%)Extrusion amount (%) 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 적층간격(μm)Stacking interval (μm) 250250 250250 275275 250250 수경화 시편Hydrogenated specimen 출력지름(μm)Output diameter (μm) 300300 300300 300300 300300 적층선폭(μm)Lamination line width (μm) 350350 360360 360360 350350 선간격(μm)Line spacing (μm) 290290 290290 320320 400400 층간간격(μm)Interlayer spacing (μm) 330330 390390 410410 400400 hole 크기hole size 290x330290x330 290x390290x390 320x410320x410 400x400400x400 기공률(%)Porosity (%) 66.866.8 67.167.1 69.669.6 69.169.1

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it is obvious that these specific techniques are only preferred embodiments and are not intended to limit the scope of the present invention for those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Do. Those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Therefore, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

트리칼슘실리케이트 분말을 포함하는 조성물로, 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체.A ceramic molded article obtained by hydro-curing the output of an open-cell structure manufactured using 3D printing with a composition containing tricalcium silicate powder. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 트리칼슘실리케이트 및 트리칼슘알루미네이트의 혼합 분말을 포함하는, 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체.The ceramic molded article according to claim 1, wherein the composition comprises a mixed powder of tricalcium silicate and tricalcium aluminate, and the output of an open-cell structure manufactured using 3D printing is hydrocured. 제2항에 있어서, 상기 트리칼슘실리케이트 및 트리칼슘알루미네이트 분말은 배합비 50:50 내지 70:30으로 하여 혼합되는, 3D 프린팅을 이용하여 제조된 개방셀(Open-cell) 구조의 출력물을 수경화시킨 세라믹 성형체.The method of claim 2, wherein the tricalcium silicate and tricalcium aluminate powder are mixed at a blending ratio of 50:50 to 70:30, and the output of an open-cell structure manufactured using 3D printing is hydrocured. Ceramic molded body (i) 트리칼슘실리케이트 분말, 바인더(binder) 및 매질(media)을 포함하는 3D 프린팅용 조성물을 제조하는 단계; 및
(ii) 상기 조성물을 3D 프린터를 이용하여 개방셀(Open-cell) 구조 형태로 출력하고, 상기 출력되는 출력물을 수경화시켜 세라믹 성형체를 제조하는 단계;를 포함하는, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법.
(i) preparing a composition for 3D printing comprising tricalcium silicate powder, a binder, and a medium; And
(ii) outputting the composition in the form of an open-cell structure using a 3D printer, and hydrocuring the output to produce a ceramic molded body; including, hydrocurable ceramic using 3D printing Method of manufacturing a molded article.
제4항에 있어서, (i) 단계에서 트리칼슘실리케이트와 트리칼슘알루미네이트를 배합비 50:50 내지 70:30로 혼합한 혼합 분말을 사용하는, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법.The method of claim 4, wherein a mixed powder obtained by mixing tricalcium silicate and tricalcium aluminate at a blending ratio of 50:50 to 70:30 in step (i) is used, using 3D printing. 제4항에 있어서, 상기 바인더는 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용하고, 상기 매질은 폴리프로필렌글리콜(PPG)을 사용하는, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법.The method of claim 4, wherein the binder is polyethylene glycol (PEG), and the medium is polypropylene glycol (PPG). 제4항에 있어서, 상기 개방셀(Open-cell) 구조는 메쉬 형태 또는 스캐폴드 형태인, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법.The method of claim 4, wherein the open-cell structure is in a mesh form or a scaffold form, using 3D printing. 제5항에 있어서, 상기 트리칼슘실리케이트 및 트리칼슘알루미네이트의 혼합 분말을 포함하는 조성물은 수경화 공정을 통해 18 시간 이내로 경화가 완료되어 표면 균열 현상 없이 고강도 특성을 나타내는, 3D 프린팅을 이용한 수경화성 세라믹 성형체의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the composition containing the mixed powder of tricalcium silicate and tricalcium aluminate is cured within 18 hours through a water curing process, and thus exhibits high strength properties without surface cracking, hydrocuring using 3D printing. Method for producing a ceramic molded body.
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