KR20210076204A - 3d 프린팅을 위한 저 점도 uv-경화가능 제제 - Google Patents

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KR20210076204A
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Abstract

적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료는 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머를 포함한다.

Description

3D 프린팅을 위한 저 점도 UV-경화가능 제제
본 발명은 적층 제조(additive manufacturing)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 적층 제조 시스템에서의 토출(ejection)을 위한 조성물에 관한 것이다.
고체 자유 형상 제작(solid freeform fabrication) 또는 3D 프린팅으로 또한 알려져 있는 적층 제조(AM; additive manufacturing)는, 2차원 층들로의 원재료(raw material)(예컨대, 분말들, 액체들, 현탁액들 또는 용융 고체들)의 연속적인 디스펜싱(dispensing)으로부터 3차원 오브젝트들이 빌드 업되는(built up) 제조 프로세스를 지칭한다. 이에 반해, 종래의 기계가공 기법들은, 물품(article)들이 스톡 재료(예컨대, 목재, 플라스틱, 복합물 또는 금속의 블록)로부터 절단되는 절삭 프로세스(subtractive process)들을 수반한다.
화학적 기계적 연마를 위한 연마 패드들은 전형적으로, 폴리우레탄 재료들을 몰딩 또는 캐스팅함으로써 제조된다. 몰딩의 경우, 연마 패드들은, 예컨대 사출 성형(injection molding)에 의해, 한번에 하나씩 제조될 수 있다. 캐스팅의 경우, 액체 전구체가 케이크(cake)로 캐스팅되고 경화되며, 그 케이크는 후속적으로, 개별적인 패드 피스들로 슬라이싱된다. 그런 다음, 이러한 패드 피스들은 최종 두께로 기계가공될 수 있다. 홈(groove)들이 연마 표면 내로 기계가공될 수 있거나, 또는 사출 성형 프로세스의 부분으로서 형성될 수 있다.
연마 패드들은 또한, 3D 프린팅 기법들에 의해 제작될 수 있다. 액체 전구체 재료는, 지지부 위로 이동하는 노즐로부터 디스펜싱되고 경화되어 연마 패드의 층을 형성할 수 있다.
일 양상에서, 적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료는 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머를 포함한다.
다른 양상에서, 연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법은 3D 프린터를 이용하여 연마 층의 복수의 서브층들을 연속적으로 증착하는 단계를 포함한다. 복수의 서브층들의 각각의 서브층은, 노즐로부터 액체 전구체 재료를 토출하고 ― 전구체 재료는 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머를 포함함 ―, 그리고 전구체 재료를 응고시켜 서브층의 응고된 연마 층 재료를 형성하기 위해 전구체 재료를 경화시킴으로써 증착된다.
잠재적 장점들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음).
전구체 재료는 감소된 점도를 가질 수 있지만, 또한, 빠른 경화, 높은 모듈러스, 및 높은 UTS(ultimate tensile strength)를 가질 수 있다. 더욱이, 이러한 특성들은 최종 경화된 부품의 낮은 함수율(water-uptake)을 유지하면서 달성될 수 있다. 추가하여, 더 높은 로딩(loading)의 고 분자량(MW; molecular weight) 올리고머들이 첨가되어, 더 강인한 층들(즉, UTS를 유지하면서 더 높은 파단 연신율(elongation-to-break)을 갖는 층들)을 가능하게 할 수 있다. 제제 조성을 조정함으로써, 4일 동안 실온의 물에 침지(soaking) 한 후에 아크릴아미드 또는 N-비닐 함유 모노머들을 포함하는 UV-경화가능 제제들의 함수율을 원래 중량의 10% 미만으로 감소시키는 것이 가능하다. 이는 잉크젯-기반 3D 프린팅 기술에 의해 제조되는 부품들에 대해 특히 바람직할 수 있다.
하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 아래의 상세한 설명에서 제시된다. 다른 특징들, 목적들, 및 장점들은 상세한 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
도 1은 예시적인 적층 제조 시스템을 예시하는 개략적인 측단면도이다.
도 2는 대조 UV 가교-결합가능(cross-linkable) 제제들을 열거하는 표이다.
도 3은 아크릴아미드 및 N-비닐 모노머들을 갖는 몇몇 제제들을 열거하는 표이다.
도 4는 3D 프린팅된 몇몇 제제들을 열거하는 표이다.
도 5는 도 4로부터의 제제들의 3D 프린팅된 표본들의 기계적 특성들을 열거하는 표이다.
도 6a 및 도 6b는 예시적인 연마 패드들의 개략적인 측단면도들이다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 기호들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
광-기반 경화, 예컨대 UV-경화를 사용하는 많은 3D 프린팅 기법들의 경우, 저 점도 제제들이 매우 바람직하다. 이는, 최종 제제의 점도가 제팅 온도(jetting temperature)(60-90℃)에서 10 내지 20 cP일 필요가 있는 잉크젯-기반 3D 프린팅 기법들에 중요할 수 있다. 종래에, 그러한 저 점도를 달성하기 위해, 제제에서는 저 점도 반응성 희석제들이 지배적이며(~70-80%), 제제의 단지 20-25%만이 최종 층들에 요구되는 기계적 특성들을 제공하는 고 점도 올리고머들이다. 따라서, 대부분의 경우들에서, 잉크젯-기반 3D 기술에 의해 획득된 최종 UV-경화된 층은, 스텝-성장 중합(step-growth polymerization) 기법들에 의해 획득될 수 있는 더 강인한 재료들과 대조적으로, 매우 취성(brittle)이고 경성(hard)이다.
UV-경화가능 층들에 사용되는 대부분의 반응성 희석제들은 아크릴레이트 및 메트아크릴레이트 모노머들과 모노, 디, 트리 또는 테트라-작용성 반응성(메트)아크릴레이트 기들의 조합이다. 하나의 그러한 일반적으로 사용되는 아크릴레이트 모노머는 ~8 cP의 RT 점도 및 ~90C의 Tg를 갖는 이소보르닐 아크릴레이트이다. 시클로헥실 메트아크릴레이트 및 메틸 메트아크릴레이트와 같은 더 낮은 점도를 갖는 다른 메트아크릴레이트 모노머들이 또한 반응성 희석제들로서 사용된다. 그러나, 이러한 모노머들에 기반하는 제제들은, 메트아크릴레이트 기의 더 느린 반응성으로 인해, 경화를 완료하기 위해서는 매우 높은 방사선량을 필요로 하거나 또는 경화하는 데 매우 느리다. 이는, 제제에서 그러한 모노머들을 더 많은 양들로 사용하기에는 비실용적이다.
그러나, 아크릴아미드 및 N-비닐 함유 모노머들, 예컨대 N,N 디메틸아크릴아미드, N,N 디에틸아크릴아미드 및 N-비닐 피롤리돈을 포함하는 제제들은 이러한 문제점들을 해결할 수 있다.
도 1은 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 부품, 예컨대 연마 패드를 제조하기 위한 예시적인 시스템(10)의 간략화된 예시이다. 시스템(10)은, 부품이 제작되는 지지부(20), 및 액체 전구체 재료의 액적들(34)이 토출될 수 있는 하나 이상의 노즐들(32)을 갖는 액적 토출 프린트헤드(30)를 포함한다. 액적 토출 프린터는 잉크젯 프린터와 유사할 수 있지만, 잉크 대신에 전구체 재료를 사용한다. 프린트헤드(30) 및 노즐(32)은 지지부(20)를 가로질러 병진운동(화살표 A로 도시됨)할 수 있다. 예컨대, 프린트헤드(30)는 선형 트랙(36) 상에 지지될 수 있고, 선형 액추에이터(38), 예컨대 스크루 구동 모터에 의해 트랙(36)을 따라 구동될 수 있다. 대안적으로, 프린트헤드(30)는 고정될 수 있고, 지지부(20)는 모터에 의해 수평으로 이동될 수 있다.
일부 구현들에서, 지지부(20)는 수직 액추에이터(22)에 의해 이동될 수 있다. 예컨대, 각각의 층이 증착된 후에, 지지부(20)는 방금 증착된 층의 두께와 동일한 거리만큼 하강될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 프린트헤드(30)는, 예컨대 수직 변위의 일부 또는 전부를 제공하기 위해 수직으로 이동될 수 있다. 이는 노즐(32)과 액적들(34)이 증착되는 표면 사이의 균일한 거리를 보장할 수 있으며, 이는 제작의 균일성을 개선하고 제어 전자기기를 단순화할 수 있다.
지지부(20)는 강성 베이스, 또는 가요성 막, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 층일 수 있다. 지지부(20)가 막인 경우, 지지부(20)는 부품의 일부를 형성할 수 있다. 예컨대, 지지부(20)는, 백킹 층 또는 연마 패드의 연마 층과 백킹 층 사이의 층을 형성할 수 있다. 대안적으로, 부품은 지지부(20)로부터 제거될 수 있다.
도 1은 단일 노즐(32)을 예시하지만, 실제로 프린트헤드(30)는 독립적으로 제어가능한 노즐들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 노즐들은, 지지 표면에 평행하게 그리고 프린트헤드(30)의 운동 방향에 대해 비스듬한 또는 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 노즐들의 어레이(32)는 지지부(20)의 빌드 영역(build area)의 폭에 걸쳐 있을 수 있다.
시스템(10)은 또한, 액체 전구체 재료(34)를 응고, 예컨대 경화시키기 위해 방사(42)를 방출하기 위한 에너지원(40)을 포함한다. 예컨대, 에너지원(40)은 하나 이상의 UV 램프들을 포함할 수 있다. 예컨대, 에너지원(40)은 LED들, 예컨대 UV-방출 다이오드들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. LED들의 선형 어레이는 지지부(20)의 빌드 영역의 폭에 걸쳐 있을 수 있다. 에너지원(40)은 또한, 예컨대 프린트헤드(30)와 동일한 방향으로 지지부(20)에 걸쳐 병진운동할 수 있다. 예컨대, 프린트헤드(30) 및 에너지원(40)은, 유닛으로서 이동되는 공통 프레임 상에 지지될 수 있거나, 또는 프린트헤드(30) 및 에너지원(40)은 동일한 또는 상이한 트랙들을 따라 독립적으로 이동가능할 수 있다.
응고는 중합에 의해 달성될 수 있다. 예컨대, 패드 전구체 재료의 층(50)은 모노머일 수 있고, 모노머는 UV(ultraviolet) 경화에 의해 인-시튜로 중합될 수 있다. 패드 전구체 재료는 증착 즉시 효과적으로 경화될 수 있거나, 또는 패드 전구체 재료의 전체 층(50)이 증착될 수 있고, 그런 다음, 전체 층(50)이 동시에 경화될 수 있다.
제조 프로세스에서, 재료의 얇은 층들이 점진적으로 증착되고 응고된다. 예컨대, 전구체 재료의 액적들(34)이 노즐(32)로부터 토출되어 층(50)을 형성한다. 증착된 제1 층(50a)의 경우, 노즐(34)은 지지부(20) 상에 토출할 수 있다. 후속하여 증착되는 층들(50b)의 경우, 노즐(34)은 재료(56)의 이미 응고된 층 상으로 토출될 수 있다. 각각의 층(50)이 응고된 후에, 그런 다음, 완전한 3-차원 부품, 예컨대 연마 패드가 제작될 때까지, 새로운 층이, 이전에 증착된 층 위에 증착된다. 각각의 층(50)은 부품의 총 두께의 50% 미만, 예컨대 10% 미만, 예컨대 5% 미만, 예컨대 1% 미만이다.
컴퓨터(60)는, 프린트헤드(30)가 지지부에 대해 이동함에 따라, 컴퓨터(60) 상의 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체, 예컨대 3D 드로잉 컴퓨터 프로그램에 데이터로서 저장된 패턴으로 각각의 층이 적용되도록, 다양한 노즐들(34)로부터의 액적들의 토출을 제어할 수 있다. 컴퓨터(60)는, 예컨대 프린트헤드(30) 및/또는 에너지원(40)의 병진운동 속도를 제어하기 위해, 에너지원(40)을 제어하기 위해, 예컨대 방사(42)의 세기 및 그에 따른 경화 속도를 제어하기 위해, 그리고 지지부(20)의 수직 액추에이터를 제어하기 위해, 다양한 액추에이터들을 제어할 수 있다.
액적들(34)의 액체 전구체 재료는, 아크릴아미드 및 N-비닐 함유 모노머들, 예컨대, N,N 디메틸아크릴아미드, N,N 디에틸아크릴아미드 및/또는 N-비닐 피롤리돈을 포함하는 제제일 수 있다. 그러한 제제는, 적층 제조, 예컨대 잉크젯-기반 3D 프린팅에서 UV-경화가능 층들을 형성하기에 적합하도록 저 점도를 가질 수 있다. 그러나, 제제는 또한, 다른 3D 프린팅 기법들, 예컨대 SLA(stereolithographic) 또는 DLP(digital light processing) 프린팅에 사용될 수 있다. 추가하여, 제제는 또한, 다른 애플리케이션들, 예컨대 다른 오브젝트들 상의 코팅들, 예컨대 보호 코팅들에 적용가능할 수 있다. 이러한 3D-프린팅된 부품들의 잠재적인 애플리케이션들은, 반도체 제작을 위한 CMP(chemical mechanical planarization)를 위한 연마 패드들의 제작뿐만 아니라 기능성 및 시제품화 애플리케이션들을 포함한다.
UV-경화가능 모노머들, 이를테면, 아크릴아미드 및 N-비닐 모노머들은 이전에, 이러한 모노머들의 높은 수용해도(water solubility)로 인해, 하이드로겔들과 같은 고 함수율 시스템들을 위한 3D 프린팅 이외의 UV-경화가능 제제들에 사용되었다. 놀랍게도, 그러한 제제들은 감소된 점도를 제공할 수 있지만, 또한, 빠른 경화, 높은 모듈러스, 및 높은 UTS(ultimate tensile strength)를 가질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 이러한 특성들은 최종 경화된 부품의 낮은 함수율을 유지하면서 달성될 수 있다. 추가하여, 더 높은 로딩의 고 분자량(MW; molecular weight) 올리고머들이 첨가되어, 더 강인한 층들(즉, UTS를 유지하면서 더 높은 파단 연신율(elongation-to-break)을 갖는 층들)을 가능하게 할 수 있다. 제제 조성을 조정함으로써, 4일 동안 실온의 물에 침지 한 후에 아크릴아미드 또는 N-비닐 함유 모노머들을 포함하는 UV-경화가능 제제들의 함수율을 원래 중량의 10% 미만으로 감소시키는 것이 가능하다. 이는 잉크젯-기반 3D 프린팅 기술에 의해 제조되는 부품들에 대해 특히 바람직할 수 있다.
제제는 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머를 포함한다. 반응성 희석제는 지방족, 사이클로지방족, 헤테로사이클릭, 방향족, 선형, 또는 분지형 메트(아크릴레이트) 모노머일 수 있다. N-비닐 함유 모노머는 N,N 디메틸아크릴아미드, N,N 디에틸아크릴아미드 및/또는 N-비닐 피롤리돈을 포함할 수 있다. 제제는 또한, 성능을 개선하기 위해, 광개시제, 감광제 및/또는 산소 스캐빈저를 포함할 수 있다. 그러나, 제제의 화학적으로 반응하는 부분들은, 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머만을 포함할 수 있는데, 예컨대 이들로만 이루어질 수 있다.
도 2는 EB270 올리고머(지방족 우레탄 아크릴레이트) 및 BR744BT 올리고머(지방족 폴리에스테르 우레탄 아크릴레이트)를 사용한 대조 UV 가교-결합가능 제제들의 조성들을 열거하는 표이다. 모노머 1은 이소보르닐 아크릴레이트(IBOA)이다. 모노머 3은 상표명 "SR 351 LV" 하에 Sartomer Americas로부터 입수가능한 저 점도 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)이다. 광개시제(PI)는, 미국 노스 캐롤라이나, 샬롯에 본사가 있는 IGM Resins USA Inc.로부터 입수가능한 Omnirad™ 819이다. 올리고머, 모노머 1, 모노머 3, 및 광개시제의 중량 퍼센트(%)가 주어진다. 점도는 도 2 내지 도 5의 표들에서 70℃에서의 cP(centipoise)로 주어진다. UTS(ultimate tensile strength)는 밀리파스칼(MPa)로 주어진다. % EI는 퍼센트 파단-연신율(percent elongation at break)이다. 저장 모듈러스는 30℃(E30), 60℃(E60), 및 90℃(E90)에서 주어진다.
도 2의 표에 도시된 바와 같이, 대표적인 올리고머들 중 2개의 경우, 2개의 모델 제제들의 점도들이 너무 높고, 기계적 특성들은 3D-프린팅에 의한 신속한 시제품화 또는 기능성-부품 생산에 대해서는 여전히 열악하다.
도 3은 도 2의 표에서의 대조 제제들보다 더 낮은 점도들 및 더 양호한 기계적 특성들을 갖는 아크릴아미드 및 N-비닐 모노머들을 갖는 몇몇 제제들을 열거하는 표이다. 모노머 DEAA는 N,N-디에틸 아크릴아미드이다. 모노머 DMAA는 N,N-디메틸 아크릴아미드이다. 모노머 NVP는 N-비닐피롤리돈이다. 올리고머, 모노머 1, 모노머 2, 모노머 3, 모노머 4, 및 광개시제(PI)에 대한 중량 퍼센트(%)가 괄호 안에 주어진다.
DLP, SLA 및 폴리-제트 기법들과 같은 3D 프린팅 기법들의 경우, 신속한 시제품화 또는 기능성-부품 생산을 가능하게 하는 더 낮은 점도의 제제들이 매우 바람직하다. 더 낮은 점도의 제제들은 취급하기 쉽고, 프린팅 시에 더 높은 분해능(resolution)을 제공한다. 그러한 저 점도를 달성하기 위해, 잉크 조성물에서는, 저 점도 액체들, 예컨대, 메트(아크릴레이트) 모노머, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머가 지배적일 수 있다(예컨대 적어도 약 50%, 예컨대, 70-80%). 조성물의 약 20-30%, 예컨대 20-25%는, 최종 경화된 층에 요구되는 기계적 특성들을 제공하는 고 점도 올리고머일 수 있다.
도 4는, 타입 IV 및 타입 V 도그-본(dog-bone)들 및 DMA 쿠폰 샘플들을 형성하기 위해 Stratasys로부터의 Connex 500 프린터를 사용하여 3D 프린팅된 몇몇 제제들(#10-14)을 열거하는 표이다. 3D 프린팅된 샘플들은 프린팅 후 1시간 동안 90℃에서 경화되었고, 그 시점에서 이들은 실온으로 냉각되었다. 모든 샘플들은 이들을 실온에 남겨둔 채로 24시간 후에 특성화되었다. 샘플들은 UTS, % 파단-연신율, 30C 및 90C에서의 저장 모듈러스, 및 실온에서 96시간 침지-시험 후의 함수율에 대해 특성화되었다. 3D 프린팅된 샘플들에 대한 바람직한 값들은, 각각 25-35 MPa, 20-75%, ~1 GPa - 1.5 GPa, 35-200 MPa 및 10% 초과의, UTS, % 연신율(elongation), E30, E90 및 함수율이다.
도 4의 표에서, 올리고머, 모노머 1, 모노머 2, 모노머 3, 모노머 4, 및 광개시제(PI)에 대한 중량 퍼센트(%)가 괄호 안에 주어진다. 모노머 SR 420은 Sartomer Americas로부터의 매우 저 점도의 단작용성 아크릴 모노머이다. 모노머 TMCHA는 3,3,5-트리메틸시클로헥실 메트아크릴레이트이다. 모노머 1.4 BDDA는 1,4-부탄디올 디아크릴레이트이다.
도 5는 도 4의 표로부터의 제제들 #11-#14의 3D 프린팅된 표본들의 기계적 특성들을 열거하는 표이다.
저 점도들을 갖는 아크릴아미드 및 N-비닐 모노머들을 포함하는 제제들이 적층 제조에 특히 바람직하다. 폴리-제트 3D 프린팅 기법을 사용한 제제의 하나의 그러한 애플리케이션은 더 높은 연신율 및 UTS를 갖는 진보된 CMP(chemical mechanical polishing) 패드들을 제조하기 위한 것이다. 제팅 온도에서 제제의 점도 범위는, 제팅 온도에서 10 내지 25 cP, 예컨대 12 내지 20 cP, 예컨대 13 내지 16 cP일 수 있다. 그러한 제제들에 대한 제팅 온도는 50 내지 100℃, 예컨대 55 내지 80℃, 예컨대 60 내지 70℃일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 위에서 그리고 표 3 및 표 4에서 논의된 전구체 재료의 제제를 사용하여 적층 제조에 의해 제작될 수 있는 연마 패드들(100)을 예시한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 연마 패드(100)는 위에서 언급된 전구체 재료를 사용하여 적층 제조에 의해 제작된 연마 층(102)으로 이루어진 단일-층 패드일 수 있다. 대안적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 연마 패드(100)는 연마 층(102) 및 적어도 하나의 백킹 층(104)을 포함하는 다층 패드일 수 있다.
연마 층(102)은 연마 프로세스에서 불활성인 재료일 수 있다. 연마 층(102)은, 쇼어 D 스케일(Shore D scale)에서, 약 40 내지 80, 예컨대 50 내지 65의 경도를 가질 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 층(102)은 균질한 조성의 층일 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 층(102)은 세공(pore)들, 예컨대 작은 공극(void)들을 포함한다. 세공들은 폭이 50-100 미크론일 수 있다.
연마 층(102)은, 80 mil 이하, 예컨대 50 mil 이하, 예컨대 25 mil 이하의 두께(D1)를 가질 수 있다. 컨디셔닝(conditioning) 프로세스가 커버 층을 마모시키는 경향이 있기 때문에, 유용한 수명(예컨대 3000 연마 및 컨디셔닝 사이클들)을 갖는 연마 패드(100)를 제공하도록, 연마 층(102)의 두께가 선택될 수 있다.
마이크로스코픽 스케일(microscopic scale)에서, 연마 층(102)의 연마 표면(106)은 거친 표면 텍스처(rough surface texture), 예컨대 2-4 미크론 rms를 가질 수 있다. 예컨대, 연마 층(102)은, 거친 표면 텍스처를 생성하기 위해, 그라인딩(grinding) 또는 컨디셔닝 프로세스를 겪을 수 있다. 게다가, 3D 프린팅은, 예컨대 200 미크론에 이르기까지, 작고 균일한 피처들을 제공할 수 있다.
연마 표면(106)이 마이크로스코픽 스케일에서 거칠 수 있지만, 연마 층(106)은, 연마 패드 그 자체의 매크로스코픽(macroscopic) 스케일에서 우수한 두께 균일성을 가질 수 있다(이러한 균일성은, 연마 층의 최하부 표면에 대한, 연마 표면(106)의 높이의 전역적인 변화를 의미하며, 연마 층에 의도적으로 형성된 임의의 매크로스코픽 홈들 또는 천공(perforation)들을 카운트하지 않음). 예컨대, 두께 불-균일성은 1 mil 미만일 수 있다.
선택적으로, 연마 표면(106)의 적어도 일부는, 슬러리를 운반하기 위해 연마 표면(106)의 적어도 일부에 형성된 복수의 홈들(108)을 포함할 수 있다. 홈들(108)은, 홈들에 대응하는 위치들에 전구체 재료를 단순히 토출하지 않음으로써 형성될 수 있다. 홈들(108)은, 동심원들, 직선들, 크로스-해치형(cross-hatched), 나선형들 등과 같이, 거의 어떠한 패턴으로도 이루어질 수 있다. 홈들(108)이 존재한다고 가정하면, 홈들(108) 사이의 연마 표면(106), 즉, 플래토(plateau)들은, 대략 연마 패드(100)의 총 수평 표면적, 즉, 연마 패드(100)의 총 수평 표면적의 25-90%일 수 있다. 따라서, 홈들(108)은, 연마 패드(18)의 총 수평 표면적의 10%-75%를 차지할 수 있다. 홈들(26) 사이의 플래토들은 약 0.1 내지 2.5 mm의 측방향 폭을 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 예컨대, 백킹 층(104)이 존재하는 경우, 홈들(108)은 연마 층(102)을 완전히 관통하여 연장될 수 있다. 일부 구현들에서, 홈들(108)은, 연마 층(102)의 두께의 약 20-80%, 예컨대 40%를 관통하여 연장될 수 있다. 홈들(108)의 깊이(D2)는 0.25 mm 내지 1 mm일 수 있다. 예컨대, 두께가 50 mil인 연마 층(102)을 갖는 연마 패드(100)에서, 홈들(108)은 약 20 mil의 깊이(D2)를 가질 수 있다.
백킹 층(104)은 연마 층(102)보다 더 연성일 수 있고, 더 압축성일 수 있다. 백킹 층(104)은, 쇼어 A 스케일에서 80 이하의 경도, 예컨대 약 60 쇼어 A의 경도를 가질 수 있다. 백킹 층(104)은 연마 층(102)보다 더 두꺼울 수 있거나, 또는 더 얇을 수 있거나, 또는 연마 층(102)과 동일한 두께일 수 있다.
예컨대, 백킹 층은, 개방-셀(open-cell) 또는 폐쇄-셀(closed-cell) 폼(foam), 이를테면, 공극들을 갖는 폴리실리콘 또는 폴리우레탄일 수 있고, 그에 따라, 압력 하에서, 셀들이 붕괴되고, 백킹 층이 압축된다. 백킹 층에 적절한 재료는, 코네티컷, 로저스의, Rogers Corporation으로부터의 PORON 4701-30, 또는 Rohm & Haas로부터의 SUBA-IV이다. 백킹 층의 경도는 층 재료 및 다공도의 선택에 의해 조절될 수 있다.
일부 구현들에서, 백킹 층(104)은 또한 3D 프린팅 프로세스에 의해 제작될 수 있다. 예컨대, 백킹 층(104) 및 연마 층(102)은 적층 제조 시스템(10)에 의해 중단없는 동작(uninterrupted operation)으로 제작될 수 있다. 상이한 전구체 재료를 사용함으로써, 그리고/또는 상이한 양의 경화, 예컨대 상이한 강도의 UV 방사를 사용함으로써, 백킹 층(104)에는 연마 층(102)과 상이한 경도가 제공될 수 있다.
다른 구현들에서, 백킹 층(104)은 종래의 프로세스에 의해 제작되고, 그런 다음 연마 층(102)에 고정된다. 예컨대, 연마 층(102)은, 예컨대 압력-감지 접착제로서 얇은 접착제 층에 의해 백킹 층(104)에 고정될 수 있다.
다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
층들의 각각의 층의 두께 및 복셀들 각각의 크기는 구현마다 변화할 수 있다. 일부 구현들에서, 지지부(20) 상에 디스펜싱될 때, 각각의 복셀은, 예컨대 10 μm 내지 50 μm(예컨대, 10 μm 내지 30 μm, 20 μm 내지 40 μm, 30 μm 내지 50 μm, 대략 20 μm, 대략 30 μm, 또는 대략 50 μm)의 폭을 가질 수 있다. 각각의 층은 미리 결정된 두께를 가질 수 있다. 두께는, 예컨대 0.10 μm 내지 125 μm(예컨대, 0.1 μm 내지 1 μm, 1 μm 내지 10 μm, 10 μm 내지 20 μm, 10 μm 내지 40 μm, 40 μm 내지 80 μm, 80 μm 내지 125 μm, 대략 15 μm, 대략 25 μm, 대략 60 μm, 또는 대략 100 μm)일 수 있다.
연마 패드는 원형 또는 어떤 다른 형상일 수 있다.
에너지원은 상이한 파장 범위들을 갖는 다수의 광원들을 포함할 수 있다. 예컨대, 에너지원은 2개의 행(row)들의 UV 광원들을 포함할 수 있으며, 그 2개의 행들은 상이한 파장 대역들을 갖는다.
장치가 연마 패드의 제작과 관련하여 설명되었지만, 장치는 적층 제조에 의한 다른 물품들의 제작에 적응될 수 있다.
따라서, 다른 실시예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (15)

  1. 적층 제조(additive manufacturing) 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료로서,
    메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머;
    반응성 희석제;
    메트(아크릴아미드) 모노머; 및
    N-비닐 함유 모노머를 포함하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반응성 희석제는 메트(아크릴레이트) 모노머를 포함하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 메트(아크릴레이트) 모노머는 지방족, 사이클로지방족, 헤테로사이클릭, 방향족, 선형, 및/또는 분지형 메트(아크릴레이트) 모노머를 포함하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 N-비닐 함유 모노머는 N,N 디메틸아크릴아미드, N,N 디에틸아크릴아미드 및/또는 N-비닐 피롤리돈을 포함하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 올리고머는 상기 액체 전구체의 20-30%를 제공하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 올리고머는 상기 액체 전구체의 20-25%를 제공하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  7. 제1 항에 있어서,
    광개시제, 감광제, 및/또는 산소 스캐빈저를 포함하는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 전구체는, 상기 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 상기 반응성 희석제, 상기 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 상기 N-비닐 함유 모노머, 및 선택적으로는 광개시제, 감광제, 및/또는 산소 스캐빈저 중 하나 이상으로 이루어지는,
    적층 제조 프로세스에서 디스펜싱하기 위한 액체 전구체 재료.
  9. 연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법으로서,
    연마 층의 복수의 서브층들을 3D 프린터로 연속적으로 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 복수의 서브층들의 각각의 서브층은,
    노즐로부터 액체 전구체 재료를 토출(ejecting)하고 ― 상기 전구체 재료는 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 반응성 희석제, 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 N-비닐 함유 모노머를 포함함 ―, 그리고
    상기 전구체 재료를 응고시켜 상기 서브층의 응고된 연마 층 재료를 형성하기 위해 상기 전구체 재료를 경화시킴으로써 증착되는,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 서브층들의 각각의 서브층의 두께는 상기 연마 층의 총 두께의 50% 미만인,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 서브층들의 각각의 서브층의 두께는 상기 연마 층의 총 두께의 1% 미만인,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 반응성 희석제는 메트(아크릴레이트) 모노머를 포함하는,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 N-비닐 함유 모노머는 N,N 디메틸아크릴아미드, N,N 디에틸아크릴아미드 및/또는 N-비닐 피롤리돈을 포함하는,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 올리고머는 상기 액체 전구체의 20-30%를 제공하는,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 액체 전구체 재료는, 상기 메트(아크릴레이트) 작용성 올리고머, 상기 반응성 희석제, 상기 메트(아크릴아미드) 모노머, 및 상기 N-비닐 함유 모노머, 및 선택적으로는 광개시제, 감광제, 및/또는 산소 스캐빈저 중 하나 이상으로 이루어지는,
    연마 패드의 연마 층을 제작하는 방법.
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