KR20220033572A - Method for manufacturing ceramic structure having functionally graded structure and ceramic structure having functionally graded structure manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic structure made of a plurality of materials by using a 3D printer, and a ceramic structure manufactured thereby. The present invention provides a method for manufacturing a ceramic structure having a functional gradient structure using a mixed material in which different types of materials are mixed. According to the present invention, a ceramic structure made of heterogeneous materials having different physical properties and a mixture of heterogeneous materials can be integrally formed and a sintering shrinkage of a plurality of printing materials and a mixture thereof is controlled, thereby providing an effect of preventing peeling, cracking, and shape deformation of the structure. In addition, a bonding surface between the heterogeneous materials is controlled by a graded structure, thereby preventing rapid change in physical properties and improving bonding characteristics between the heterogeneous materials. At this time, in functional gradient structure part, functional gradient structure conditions such as the thickness and shape of each composition can be precisely controlled layer by layer. Therefore, the method provides an effect of manufacturing a high-functionality and high-quality ceramic structure with high structural precision combining heterogeneous physical properties. The method comprises a first and second printing material preparation step, a mixed printing material preparation step, printing steps, and a sintering step.

Description

경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체{Method for manufacturing ceramic structure having functionally graded structure and ceramic structure having functionally graded structure manufactured thereby}A method for manufacturing a ceramic structure having a sloped functional structure and a ceramic structure having a sloped functional structure manufactured thereby

본 발명은 3D 프린터를 이용한 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 경사기능구조를 포함하는 세라믹 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic structure having a slanted functional structure using a 3D printer, and to a ceramic structure including a slanted functional structure manufactured by the method.

경사기능재료는 한 구조체 내에 조성, 마이크로구조 혹은 기공구조를 점진적으로 변화시켜 두 가지 재료의 접촉면에서 발생할 수 있는 급격한 성질 변화에 의한 스트레스를 줄여줌으로써 두 가지 재료의 연결성이 제어된 것을 일컫는다. 특히, 일반적인 경사기능재료라 함은 서로 다른 재료를 조성의 변화를 주어 중간층을 삽입함으로써 점진적인 변화를 통해 경사방식으로 두 재료를 접합하는 방법이다. 주로 서로 상이한 물성을 가지는 소재의 조합 즉, 내고온성이 우수한 세라믹과 높은 기계적 강도를 가지는 금속의 접합을 위해 두 재료의 상이한 열팽창계수 등으로 접합부분에서 발생할 수 있는 열 잔류응력의 차이로 인한 경계면 박리 및 파단 현상을 완화시키는 목적 등으로 사용하며, 고온재료, 에너지 흡수재료, 구조재료 및 생체재료 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. Gradient functional material refers to the controlled connectivity of two materials by gradually changing the composition, microstructure, or pore structure in one structure to reduce stress caused by abrupt change in properties that may occur at the contact surface of two materials. In particular, a general gradient functional material is a method of joining two materials in a gradient manner through gradual change by inserting an intermediate layer by giving different materials a change in composition. Interface separation due to the difference in thermal residual stress that may occur in the joint part due to different thermal expansion coefficients of the two materials for bonding a combination of materials with different physical properties, that is, a ceramic with excellent high temperature resistance and a metal with high mechanical strength. And it is used for the purpose of alleviating the fracture phenomenon, and is widely used in various fields such as high-temperature materials, energy-absorbing materials, structural materials, and biomaterials.

이러한 경사기능재료를 제조하는 방법은 PVD법, CVD법, 플라즈마 용사법, 복합 전주법, 공정 접합법, 가스분위기 열처리법 등이 있으며, 2단계 처리법은 먼저 경사구조의 압분체나 가성형체를 만들고 그 후 소성 처리하여 치밀한 경사기능재료를 만드는 방법이다. 경사기능 가성형체는 슬러리 단계 첨가법, 원심법, 입자배열법, 입자 분사법, 박막 적층법, 분체적층 충전법 등으로 제조한다. 그 다음의 소성방법은 방전플라지마소결법, 자기발열반응합성법, 열간 가압법, 열간등방가압소결법, 상압소결법 등이 있다. 이러한 종래의 경사기능재료를 제조하는 방법은 조성간 면밀한 두께제어가 어렵고 경사기능부 제어와 더불어 3차원 형상제어는 더욱 어렵다는 한계가 있다. Methods for manufacturing such a gradient functional material include PVD method, CVD method, plasma spraying method, composite electroforming method, process bonding method, gas atmosphere heat treatment method, etc. It is a method of making a dense slanted functional material by plasticizing treatment. The gradient function temporary molded article is manufactured by a slurry step addition method, a centrifugal method, a particle arrangement method, a particle spraying method, a thin film lamination method, a powder lamination filling method, and the like. The subsequent firing methods include the discharge plasma sintering method, the self-heating reaction synthesis method, the hot pressing method, the hot isostatic pressing sintering method, and the atmospheric pressure sintering method. The conventional method of manufacturing the inclined functional material has a limitation in that it is difficult to precisely control the thickness between the compositions, and it is more difficult to control the three-dimensional shape as well as to control the inclined functional part.

한편, 3D프린팅 기술은 원하는 3차원 형상을 스캔하거나 컴퓨터 모델링을 통해 설계하고 이를 2차원으로 미분한 것을 고분자, 금속, 세라믹 및 복합재 등 최종산물에 필요한 물성을 가지는 소재를 이용하여 한 층씩 만들어 내고 이를 적층하여 3차원 구조물을 만들어 내는 기술이다. 최근, 한 가지 소재만이 적용되던 3D프린팅 기술이 발전하여 다종소재를 적용할 수 이는 기술이 개발되었다. 또한, 특허문헌1 (대한민국 등록특허 제 10-1754771호, 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법) 및 특허문헌2 (대한민국 특허등록 제10-2109664호, 물성구배를 갖는 구조물의 제조장치 및 이를 이용한 물성 구배를 갖는 구조물의 제조방법)에서는 소재를 투명한 필름에 한층 씩 공급하는 방식을 도입하는 것으로 층간에 다른 소재를 사용할 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 즉, 서로 다른 조성의 소재를 한층 씩 공급함으로써 경사기능구조부를 구현함과 동시에 3D프린팅기술의 특징을 활용하여 종래 경사기능구조 제조법으로는 구현이 어려웠던 3차원 형상제어까지 동시에 가능할 것으로 성형체 (소결 전 3D프린팅된 구조체)를 통해 제시하고 있다. 또한 특허문헌3 (대한민국 공개특허 10-2019-0100854 경사기능형 복합소재 제조용 다종소재 기반 3D프린팅 기술)에서도 유사한 기술을 성형체로 제시하고 있다. On the other hand, 3D printing technology scans a desired three-dimensional shape or designs it through computer modeling and differentiates it into two dimensions, using materials having properties necessary for the final product, such as polymers, metals, ceramics, and composites, layer by layer. It is a technology that creates three-dimensional structures by stacking them. Recently, 3D printing technology, where only one material was applied, has been developed, and a technology that can apply multiple materials has been developed. In addition, Patent Document 1 (Republic of Korea Patent No. 10-1754771, Ceramic 3D Printing Device and 3D Printing Method) and Patent Document 2 (Korean Patent Registration No. 10-2109664, Apparatus for manufacturing a structure having a gradient of properties and the same) In the method of manufacturing a structure having a gradient of properties used), the possibility of using different materials between layers is suggested by introducing a method of supplying materials to a transparent film layer by layer. In other words, by supplying materials of different compositions layer by layer, the inclined functional structure is realized, and at the same time, by utilizing the features of 3D printing technology, it is possible to simultaneously control the three-dimensional shape, which was difficult to implement with the conventional inclined functional structure manufacturing method. 3D printed structure). In addition, Patent Document 3 (Korean Patent Publication No. 10-2019-0100854 Multi-material-based 3D printing technology for manufacturing inclined functional composite material) presents a similar technology as a molded body.

하지만 세라믹 소재를 재료로써 도입할 경우 3D프린팅으로 구현된 경사기능구조 및 3차원 형상은 상술한 성형체를 만드는 단계에 적용이 되는 것이며, 반드시 유기물을 제거하는 탈지 공정과 입자간 결합을 통해 구조물의 안정성과 기계적 물성을 확보하기 위한 고온 열처리 공정인 '소결' 공정이 반드시 동반된다. 이때 입자간 결합에 의해 구조물의 수축현상이 발생하며, 이는 적용되는 조성에 따라 수축률이 상이하기에 여러 조성을 가진 경사기능구조로 된 3차원 형상을 건전히 유지하기 위해서는 반드시 각 경사에 적용된 조성별 수축률 제어가 필요하다. 이때 조성별 소결수축률을 제어하지 않았을 때는 프린팅된 구조물의 뒤틀림, 박리 및 파단 현상이 발생하여 3차원 형상을 3D프린팅 기술로 제어하였다 하더라도 결국 조성간 박리 및 파단이 발생하여 경사기능구조를 2종 소재 접합에 적용하는 이유가 사라지게 된다. 또한, 세라믹은 소결온도에 따라 각 결정상이 변하게 되며 소결가능 온도가 상이한 경우 한 구조체에 동시에 프린팅 되더라도 동시 소결이 불가능 하게 된다. 예를 들어, 유리의 경우 비교적 낮은 소결온도를 필요로 하나 질화규소 등의 경우 높은 소결온도를 필요로 하므로 유리의 온도에 맞출 경우 질화규소가 소결되지 않고, 질화규소의 온도에 맞출 경우 유리는 녹아버리게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 열처리 온도 조건을 함께 제어할 수 있는 소재 조성조합으로 제어되어야 한다.However, when a ceramic material is introduced as a material, the inclined functional structure and three-dimensional shape realized by 3D printing are applied to the step of making the above-mentioned molded body, and the stability of the structure through the degreasing process to remove organic matter and inter-particle bonding. The 'sintering' process, which is a high-temperature heat treatment process to secure mechanical properties and mechanical properties, is always accompanied. At this time, the shrinkage of the structure occurs due to the inter-particle bonding, and the shrinkage rate is different depending on the applied composition. control is needed At this time, when the sintering shrinkage rate for each composition is not controlled, distortion, peeling, and fracture of the printed structure occur, and even if the three-dimensional shape is controlled with 3D printing technology, eventually peeling and fracture between the compositions occurs and the inclined functional structure is converted into two types of material. The reason for applying the joint disappears. In addition, each crystal phase of the ceramic changes according to the sintering temperature, and if the sinterable temperature is different, simultaneous sintering becomes impossible even if the ceramic is printed on one structure at the same time. For example, in the case of glass, a relatively low sintering temperature is required, but in the case of silicon nitride, etc., a high sintering temperature is required, so silicon nitride is not sintered when it matches the temperature of the glass, and when it matches the temperature of silicon nitride, the glass melts This happens. Therefore, it should be controlled by a material composition combination that can control the heat treatment temperature condition together.

또한, 세라믹의 경우 조성에 따라 밀도와 빛에 대한 반응 (광흡수, 광산란 등)이 상이하며 특히, 광중합방식의 3D프린팅에 적용할 경우 경사기능구조에 적용되는 조성별 소재밀도나 광흡수 및 광산란 특성을 검토하여 광조사 조건을 설정하여야 한다. 이는, 조성별 해당 특성에 따라 빛에 의해 경화되는 한 층의 두께가 상이하게 되며 2차원의 구조물을 한 층씩 쌓아 올려 3차원 형상을 제조하는 3D프린팅에 있어 경사구조 내 조성별 프린팅 가능한 한 층 두께를 제어하여 조정하여야만 한다. In addition, in the case of ceramics, the density and response to light (light absorption, light scattering, etc.) are different depending on the composition, and in particular, when applied to 3D printing of the light polymerization method, the material density or light absorption and light scattering by composition applied to the inclined functional structure Light irradiation conditions should be set by examining the characteristics. This is because the thickness of one layer that is cured by light is different depending on the corresponding properties for each composition, and in 3D printing, which produces a three-dimensional shape by stacking two-dimensional structures layer by layer, the thickness of one layer that can be printed by composition in the inclined structure must be controlled and adjusted.

이에, 본 발명의 발명자들은 세라믹 3D프린팅기술을 세라믹-세라믹 경사기능구조 제조에 적용하기 위하여 해결해야 하는 선행기술의 문제점을 해결하고 효과적으로 경사기능구조 세라믹 3차원 구조물을 제조하는 방법을 제공하고자 연구한 결과, 본 발명에 이르게 되었다. Accordingly, the inventors of the present invention studied to solve the problems of the prior art to be solved in order to apply the ceramic 3D printing technology to the manufacture of the ceramic-ceramic inclined functional structure, and to provide a method for effectively manufacturing the inclined functional structure ceramic three-dimensional structure. As a result, the present invention has been reached.

대한민국 등록특허 제 10-1754771호Republic of Korea Patent No. 10-1754771 대한민국 등록특허 제 10-2109664호Republic of Korea Patent Registration No. 10-2109664 대한민국 공개특허 제 10-2019-0100854호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0100854

본 발명은 경사기능구조를 가지는 세라믹 구조체 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic structure having a gradient functional structure and a ceramic structure having a gradient functional structure manufactured by the method.

상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명의 일 측면에서는,In one aspect of the present invention,

제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하여 일치된 소결 수축률 X1을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 준비하는 단계;preparing a first printing material and a second printing material having a matched sintering shrinkage ratio X1 by controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material different therefrom;

상기 일치하는 소결 수축률을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 조성비가 경사기능구조를 갖도록, 일치된 소결수축률 X2를 갖는 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계;adjusting the mixing ratio of the first printing material and the second printing material having the matching sintering shrinkage ratio, so that the composition ratio of the first printing material and the second printing material has a gradient functional structure, preparing a mixed printing material;

상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;

상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계;supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side;

상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계; 및supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side; and

프린팅된 구조체를 소결하는 단계;를 포함하되, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1 대비 ±1.5% 범위인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법을 제공한다.Sintering the printed structure; including, wherein the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials is in the range of ±1.5% compared to the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material. A method of manufacturing a ceramic structure is provided.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에서는In addition, in another aspect of the present invention

상기의 방법으로 제조되고, 제 1 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 일부;a part of the structure manufactured by the above method and formed by the first printing material;

상기 구조체의 일부와 일측에서 접하고, 제1 프린팅 재료 및 제2 프린팅 재료의 조성비가 경사 변화하는 다수의 혼합 프린팅 재료에 의하여 형성되는 경사기능구조부; 및an inclined functional structure part in contact with a part of the structure at one side and formed by a plurality of mixed printing materials in which the composition ratio of the first printing material and the second printing material is inclined; and

상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하고 제 2 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 타 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체를 제공한다.It provides a ceramic structure having an inclined functional structure comprising a; the other part of the structure which is in contact with the inclined functional structure part of the structure and is formed by the second printing material.

본 발명에 따르면 상이한 물성을 갖는 이종 재료 및 이종 재료의 혼합으로 이루어진 세라믹 구조체를 일체로 형성할 수 있으며, 복수의 프린팅 재료 및 이의 혼합 재료의 소결 수축률을 제어하여 구조체의 박리, 균열 및 형상 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이종 재료 간 접합면을 경사기능구조로 제어하여 급격한 물성 변화를 방지하고 이종 소재간 접합 특성을 개선할 수 있다. 이때 경사기능구조 부분은 각 조성의 두께 및 형상 등 경사기능구조 조건을 한 층씩 정밀히 제어할 수 있다. 따라서, 구조 정밀도가 높고 이종의 물성이 결합된 고기능성 고품질의 세라믹 구조체를 제조할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to integrally form a ceramic structure composed of a dissimilar material having different physical properties and a mixture of dissimilar materials, and control the sintering shrinkage rate of a plurality of printing materials and the mixed material to prevent peeling, cracking and shape deformation of the structure. It has a preventable effect. In addition, it is possible to prevent a sudden change in physical properties and improve the bonding characteristics between different materials by controlling the bonding surface between dissimilar materials with an inclined functional structure. In this case, the inclined functional structure part can precisely control the gradient functional structure conditions such as the thickness and shape of each composition layer by layer. Accordingly, there is an effect of manufacturing a high-functional, high-quality ceramic structure having high structural precision and combining different types of physical properties.

도 1은 본 발명의 일 실험예에 따른 알루미나 또는 지르코니아를 포함한 프린팅 재료의 세라믹 분말의 입자크기 및 무기물 함량에 대한 소결수축률을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실험예에 따른 중간층을 도입한 알루미나-지르코니아 구조체의 개략적인 제조과정 및 소결 후의 층간 분리 상태를 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따른 중간층을 도입한 알루미나-지르코니아 구조체의 적층구조를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따른 혼합 프린팅 재료(알루미나 80중량% 및 지르코니아 20중량%) 및 혼합되지 않은 프린팅 재료(알루미나 100중량%)의 소결 후의 입자성장을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실험예 3에 따른 상이한 조성의 다수의 알루미나-지르코니아 혼합 프린팅 재료를 1500℃에서 소결하여 조성에 따른 소결수축률을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 상이한 조성의 다수의 알루미나-지르코니아 혼합 프린팅 재료를 1500℃에서 소결하여 조성에 따른 소결수축률을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험예 5에 따른 상이한 조성의 다수의 알루미나-지르코니아 혼합 프린팅 재료를 1500℃에서 소결하여 조성에 따른 소결수축률을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조체를 도식화한 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 상이한 조성의 다수의 알루미나-지르코니아 프린팅 재료의 조성에 따른 광 경화 조건을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따라 프린팅한 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조체의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지 및 이를 EDX를 통해 맵핑한 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실험예에 따라 프린팅한 후 1500℃에서 소결한 경사기능구조를 포함하는 알루미나-지르코니아 구조체의 단면을 촬영한 SEM 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따라 프린팅한 후 1500℃에서 소결한 경사기능구조를 포함하는 알루미나-지르코니아 구조체의 상이한 조성으로 이루어진 각 층의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 EDX를 통해 맵핑한 이미지 및 각 층의 조성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 따라 제조한 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조체의 상이한 조성의 각 층 부분의 입자 구조를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지이다.
도 14는 본 발명의 일 실험예에 따라 제조한 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조체의 상이한 조성의 각 층 부분의 조성에 따른 밀도 변화를 측정한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실험예에 따른 3차원 형상을 모델링하여 구현한 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체를 나타낸 이미지이다.
도 16은 본 발명의 일 실험예에 따라 모델링한 3차원 형상으로 프린팅한 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 및 이를 소결한 후의 이미지이다.
도 17은 본 발명의 일 실험예에 따른 모델링한 3차원 형상으로 프린팅한 세라믹 구조체를 소결한 후의 이미지이다.
1 is a graph measuring sintering shrinkage with respect to the particle size and inorganic content of ceramic powder of a printing material including alumina or zirconia according to an experimental example of the present invention.
2 is an image showing a schematic manufacturing process of an alumina-zirconia structure to which an intermediate layer is introduced according to an experimental example of the present invention and a state of interlayer separation after sintering.
3 is an image observed with a scanning electron microscope (SEM) of the laminated structure of the alumina-zirconia structure to which the intermediate layer is introduced according to an experimental example of the present invention.
4 is an SEM image of observing grain growth after sintering of a mixed printing material (alumina 80% by weight and zirconia 20% by weight) and an unmixed printing material (alumina 100% by weight) according to an experimental example of the present invention.
5 is a graph of measuring sintering shrinkage according to composition by sintering a plurality of alumina-zirconia mixed printing materials of different compositions according to Experimental Example 3 of the present invention at 1500°C.
6 is a graph of measuring sintering shrinkage according to composition by sintering a plurality of alumina-zirconia mixed printing materials of different compositions according to Experimental Example 4 of the present invention at 1500°C.
7 is a graph of measuring sintering shrinkage according to composition by sintering a plurality of alumina-zirconia mixed printing materials of different compositions according to Experimental Example 5 of the present invention at 1500°C.
8 is a schematic image of an alumina-zirconia structure having a gradient functional structure according to an experimental example of the present invention.
9 is a graph measuring light curing conditions according to the composition of a plurality of alumina-zirconia printing materials of different compositions according to an experimental example of the present invention.
10 is an image obtained by photographing a cross-section of an alumina-zirconia structure having a slanted functional structure printed according to an experimental example of the present invention with a scanning electron microscope, and an image mapped thereto through EDX.
11 is an SEM image of a cross-section of an alumina-zirconia structure including an inclined functional structure sintered at 1500° C. after printing according to an experimental example of the present invention.
12 is a scanning electron microscope (SEM) image of each layer made of a different composition of an alumina-zirconia structure including a gradient functional structure after printing according to an experimental example of the present invention and sintered at 1500° C. through EDX. It is a graph showing the image and the composition of each layer.
13 is a scanning electron microscope (SEM) image of the particle structure of each layer portion having a different composition of an alumina-zirconia structure having a gradient functional structure prepared according to an experimental example of the present invention.
14 is a graph measuring the density change according to the composition of each layer portion having a different composition of an alumina-zirconia structure having a gradient functional structure prepared according to an experimental example of the present invention.
15 is an image showing a ceramic structure having an inclined functional structure implemented by modeling a three-dimensional shape according to an experimental example of the present invention.
16 is an image of a ceramic structure having an inclined functional structure printed in a three-dimensional shape modeled according to an experimental example of the present invention and sintering the same.
17 is an image after sintering a ceramic structure printed in a modeled three-dimensional shape according to an experimental example of the present invention.

본 발명은 여러 변경을 가할 수 있으며 이에 따라 다양한 실시예가 나올 수 있는 바, 특정 실시예를 하단에 제시하고 상세하게 설명하고자 한다. Since the present invention can make various changes and thus various embodiments can be made, specific embodiments will be presented below and described in detail.

또한 특별히 정의가 되지 않은 본 명세서의 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자 모두에게 이해가 가능한 의미로 사용할 수 있을 것이다.In addition, all terms in this specification that are not specifically defined may be used in a meaning that can be understood by all those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

그러나 이는 본 발명은 하단에 기술될 특정한 실시예에만 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, it should be understood that the present invention is not intended to be limited only to the specific embodiments to be described below, and includes all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 다른 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며, 본 명세서에서 제시하는 실시예는 가장 바람직한 실시예 일 뿐이다.Accordingly, there may be other equivalents and modifications to the embodiment described herein, and the embodiment presented herein is only the most preferred embodiment.

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

본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,

제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하여 일치된 소결 수축률 X1을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 준비하는 단계;preparing a first printing material and a second printing material having a matched sintering shrinkage ratio X1 by controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material different therefrom;

상기 일치하는 소결 수축률을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 조성비가 경사기능구조를 갖도록, 일치된 소결수축률 X2를 갖는 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계;adjusting the mixing ratio of the first printing material and the second printing material having the matching sintering shrinkage ratio, so that the composition ratio of the first printing material and the second printing material has a gradient functional structure, preparing a mixed printing material;

상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;

상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계;supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side;

상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계; 및supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side; and

프린팅된 구조체를 소결하는 단계;를 포함하되, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1 대비 ±1.5% 범위인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법을 제공한다.Sintering the printed structure; including, wherein the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials is in the range of ±1.5% compared to the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material. A method of manufacturing a ceramic structure is provided.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 세라믹 구조체 제조방법을 각 단계 별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for manufacturing a ceramic structure provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each step.

본 발명의 방법은 제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하여 일치된 소결 수축률 X1을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 준비하는 단계를 포함한다.The method of the present invention includes the step of preparing a first printing material and a second printing material having a matched sintering shrinkage ratio X1 by controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material different therefrom.

상기 프린팅 재료에는 무기물인 세라믹 분말 및 분산제가 포함될 수 있다.The printing material may include inorganic ceramic powder and a dispersant.

상기 프린팅 재료는 광경화성 레진을 포함한 광경화성 세라믹 슬러리일 수 있다.The printing material may be a photocurable ceramic slurry including a photocurable resin.

제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료는 서로 상이한 이종 재료이다. The first printing material and the second printing material are different materials from each other.

본 발명에서 이종 재료는 서로 완전히 종류가 상이한 재료를 의미할 뿐 아니라, 동종이지만 입자의 크기, 점도, 농도 등의 물성이 상이한 재료, 서로 다른 전처리한 재료, 물리적 및 화학적으로 완전히 동일한 재료를 제외한 모든 재료를 포함한다.In the present invention, the heterogeneous material not only means materials completely different from each other, but also all materials except for the same material but different physical properties such as particle size, viscosity, and concentration, different pre-treated materials, and materials that are physically and chemically identical includes materials.

상기 세라믹 분말을 포함한 프린팅 재료를 공급하여 프린팅한 구조체는 소결을 요한다. 소결 수축률은 소결시 소결체의 부피나 크기가 줄어드는 정도를 의미한다. 상기 소결 수축률이 일치한다는 것은 소결 수축률이 오차범위 ± 1% 이내, 바람직하게는 0%의 수치인 것을 의미한다.The structure printed by supplying the printing material including the ceramic powder requires sintering. The sintering shrinkage rate refers to the extent to which the volume or size of the sintered body is reduced during sintering. The same sintering shrinkage means that the sintering shrinkage is within the error range ± 1%, preferably 0%.

구체적으로, 각 재료의 특정 물성의 변화에 따른 수축률을 확인하고, 양 재료의 수축률이 일치하는 경우의 해당 물성으로 각 재료들을 준비한다.Specifically, the shrinkage rate according to the change of the specific physical property of each material is checked, and each material is prepared with the corresponding physical property when the shrinkage rates of both materials match.

본 발명의 방법은 상기 일치하는 소결 수축률을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 조성비가 경사기능구조를 갖도록, 일치된 소결수축률 X2를 갖는 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계를 포함한다. The method of the present invention adjusts the mixing ratio of the first printing material and the second printing material having the matching sintering shrinkage ratio, so that the composition ratio of the first printing material and the second printing material has a gradient functional structure, the matching sintering shrinkage ratio and preparing a plurality of mixed printing materials having X2.

이 때, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1 대비 ±1.5% 범위이다. 바람직하게는 ±1% 이내이며, 더욱 바람직하게는 0% 범위이다.At this time, the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials is in the range of ±1.5% compared to the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material. Preferably within ±1%, more preferably within the range of 0%.

상기 세라믹 분말을 포함한 프린팅 재료를 공급하여 프린팅한 구조체는 소결을 요한다. 소결 수축률은 소결시 소결체의 부피나 크기가 줄어드는 정도를 의미한다. The structure printed by supplying the printing material including the ceramic powder requires sintering. The sintering shrinkage rate refers to the extent to which the volume or size of the sintered body is reduced during sintering.

또한, 상기 소결 수축률이 일치한다는 것은 소결 수축률이 오차범위 ± 1% 내의 수치인 것을 의미한다. 즉, 상기 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 사이의 경사기능구간에 있어 층간 소결수축률 간 차이는 0% 내지 1%로 제어될 수 있고, 바람직하게는 0%에 가깝게 제어될 수 있다. 1%보다 크게 될 경우 수축률 차이에 의한 소재간 균열 혹은 벌어짐과 더불어 구조물의 뒤틀림 현상을 유발하는 문제점이 있을 수 있다. In addition, the agreement of the sintering shrinkage means that the sintering shrinkage is a numerical value within the error range ± 1%. That is, the difference between the interlayer sintering shrinkage in the inclination function section between the first printing material and the second printing material may be controlled to 0% to 1%, and preferably may be controlled close to 0%. If it is greater than 1%, there may be problems that cause warping of the structure along with cracks or splays between materials due to the difference in shrinkage.

도 4는 본 발명의 일 실험예에 따른 혼합 프린팅 재료(알루미나 80중량% 및 지르코니아 20중량% 혼합 슬러리) 및 혼합되지 않은 프린팅 재료(알루미나 100중량% 슬러리)의 소결 후의 입자성장을 관찰한 SEM 이미지이다. 이를 살펴보면, 혼합 전후의 슬러리의 무기물 함량이 50부피%로 동일함에도, 알루미나에 지르코니아를 혼합하는 것만으로도 알루미나의 입자성장이 줄어드는 것을 확인하였다. 따라서, 알루미나 100중량% 조성의 슬러리 보다 알루미나와 지르코니아를 혼합한 슬러리의 경우 소결시 수축률이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 4 is an SEM image of observing grain growth after sintering of a mixed printing material (alumina 80 wt% and zirconia 20 wt% mixed slurry) and an unmixed printing material (alumina 100 wt% slurry) according to an experimental example of the present invention; am. Looking at this, it was confirmed that the grain growth of alumina was reduced just by mixing zirconia with alumina, even though the inorganic content of the slurry before and after mixing was the same at 50% by volume. Therefore, it can be seen that the shrinkage rate during sintering is increased in the case of a slurry in which alumina and zirconia are mixed than in a slurry having a composition of 100% by weight of alumina.

따라서, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률을 일치시킨 후 혼합하고 혼합 프린팅 재료의 무기물 함량을 동일하게 유지하여도, 일치된 소결 수축률 X1 보다 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2가 증가된 형태로 나타날 수 있다. 이 때, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1 대비 ±1.5% 범위이고, 바람직하게는 ±1% 범위이고, 더욱 바람직하게는 0%이다. 소결 수축률 X1 및 X2 간 차이는 0% 내지 1.5% 로 제어될 수 있고, 바람직하게는 0% 내지 1%로 제어될 수 있고, 더욱 바람직하게는 0%에 가깝게 제어될 수 있다.Therefore, even after matching the sintering shrinkage ratio of the first printing material and the second printing material and mixing and maintaining the same inorganic content of the mixed printing material, the sintering shrinkage ratio X2 of the mixed printing material is increased compared to the matched sintering shrinkage ratio X1 may appear as At this time, the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials is in the range of ±1.5%, preferably in the range of ±1%, and more preferably 0% compared to the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material. The difference between the sintering shrinkage rates X1 and X2 may be controlled to 0% to 1.5%, preferably 0% to 1%, and more preferably close to 0%.

상기 제 1 프린팅 재료 및 상기 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1과 상기 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2가 일치하지 않거나, ±1.5% 범위이고, 바람직하게는 ±1% 범위를 초과하여 차이가 나는 경우, 소결시 제 1 프린팅 재료로 프린팅한 구조체의 일부와 혼합 프린팅 재료로 프린팅한 구조체의 경사기능구조부, 제 2 프린팅 재료로 프린팅한 구조체의 타 부분의 상이한 수축 정도에 따라 상기 일부, 상기 경사기능구조부, 및 상기 타 부분 간 박리, 균열 및 구조체의 형상 변형이 일어날 수 있는 문제가 있다. The sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material and the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials do not match, or are in the range of ±1.5%, and preferably differ by more than the range of ±1% In the case of sintering, the part and the inclination function according to the different degree of contraction of the part of the structure printed with the first printing material and the inclined function structure part of the structure printed with the mixed printing material, and other parts of the structure printed with the second printing material There is a problem in that peeling, cracking, and shape deformation of the structure may occur between the structural part and the other parts.

제 1 프린팅 재료, 제 2 프린팅 재료 및 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률이 일치하면, 상기 일부, 상기 경사기능구조부 및 상기 타 부분의 수축 정도가 동일하여 상기 문제점을 해결할 수 있다.If the sintering shrinkage ratio of the first printing material, the second printing material, and the mixed printing material is the same, the degree of shrinkage of the part, the inclined functional structure part, and the other part is the same, so that the above problem can be solved.

상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계는 제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 밀도의 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 상이한 조성의 다수의 혼합된 프린팅 재료의 밀도가 점차적으로 변화하는 경사기능구조를 갖도록 수행될 수 있다.In the step of preparing the plurality of mixed printing materials, the density of the plurality of mixed printing materials of different compositions is gradually changed by adjusting the mixing ratio of the first printing material and the second printing material having a different density. It can be carried out to have

밀도 차이가 있는 이종 세라믹 분말을 소재로 하여 세라믹 구조체를 제조하는 경우, 밀도 차이 있는 세라믹 분말을 포함하는 각 프린팅 재료의 소결 수축률이 일치하여도, 두 소재간 급격한 밀도 차로 인해 상이한 소재 혹은 조성간 계면에서 결합이 이루어지지 않아 층간 분리가 발생할 수 있다. In the case of manufacturing a ceramic structure using heterogeneous ceramic powders with different densities as a material, even if the sintering shrinkage of each printing material including the ceramic powders with different densities is the same, the interface between different materials or compositions due to the rapid density difference between the two materials Interlayer separation may occur because bonding is not made in the

이에, 급격한 조성 변화가 일어나지 않도록 조성 변화가 점진적으로 나타나는 경사기능 구조를 도입하여 문제점을 해결할 수 있다. 큰 밀도차이를 갖는 소재 간 접합을 경사기능 구조로 하여 소결시 층간 잔류응력을 완화하여 접합이 원활하도록 한다. 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 조성비가 경사기능구조를 갖도록 혼합비율을 조절하여 다수의 혼합프린팅 재료를 준비한다.Accordingly, it is possible to solve the problem by introducing a gradient function structure in which the composition change gradually appears so that a rapid composition change does not occur. The bonding between materials with a large density difference is made into a slanted structure to relieve residual stress between layers during sintering to facilitate bonding. A plurality of mixed printing materials are prepared by adjusting the mixing ratio so that the composition ratio of the first printing material and the second printing material has a gradient functional structure.

상기 방법은 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계 이후 제 1 프린팅 재료를 공급하여 구조체의 일부를 프린팅 하는 단계 이전에,The method includes, after the step of preparing a plurality of mixed printing materials, before the step of supplying a first printing material to print a part of the structure,

제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결수축률 X1을 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2와 일치하도록, 제 1프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include controlling physical properties of the first printing material and the second printing material so that the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material matches the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials.

상술한 바와 같이, 혼합으로 인해 증가한, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2과 제1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결수축률과 X1이 일치하도록 제1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제 1 프린팅 재료 및 제2 프린팅 재료에 포함된 무기물(세라믹 분말)의 함량을 조절할 수 있다. 따라서, 혼합되지 않은 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료와 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률을 보다 일치하도록 조절할 수 있다.As described above, controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material so that the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials and the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material, which are increased due to mixing, match can do. Specifically, the content of the inorganic material (ceramic powder) included in the first printing material and the second printing material may be adjusted. Accordingly, the sintering shrinkage ratio of the unmixed first and second printing materials and the plurality of mixed printing materials can be adjusted to be more consistent.

또한, 상기 소결 수축률이 일치한다는 것은 소결 수축률이 오차범위 ± 1% 내의 수치인 것을 의미한다. 즉, 상기 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결수축률 간 차이는 0% 내지 1%로 제어될 수 있고, 바람직하게는 0%에 가깝게 제어될 수 있다. 1%보다 크게 될 경우 수축률 차이에 의한 소재간 균열 혹은 벌어짐과 더불어 구조물의 뒤틀림 현상을 유발하는 문제점이 있을 수 있다. In addition, the agreement of the sintering shrinkage means that the sintering shrinkage is a numerical value within the error range ± 1%. That is, the difference between the sintering shrinkage ratio of the first printing material and the second printing material may be controlled to 0% to 1%, and preferably may be controlled close to 0%. If it is greater than 1%, there may be problems that cause warping of the structure along with cracks or splays between materials due to the difference in shrinkage.

본 발명의 제조방법은 상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계를 포함한다.The manufacturing method of the present invention includes the step of supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure.

상기 단계는 프린팅 재료를 3D 프린터를 이용해 원하는 형상으로 성형하는 단계이다. 제 1 프린팅 재료가 세라믹 구조체의 일부분을 형성하도록 프린팅한다.The above step is a step of molding the printing material into a desired shape using a 3D printer. A first printing material is printed to form part of the ceramic structure.

상기 3D 프린터는 적층형 프린팅 장치이며, 상층에서 하층으로 단층이 적층되는 방식일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 적층형 3D 프린팅은 디지털화된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성한 후, 원료 소재를 한 층씩 인쇄하고 적층하여 제품을 제조하는 기술이다. The 3D printer is a multilayer printing device, and may be a method in which a single layer is stacked from an upper layer to a lower layer, but is not limited thereto. Additive 3D printing is a technology that continuously reconstructs a digitized three-dimensional product design into a two-dimensional section, then prints and laminates raw materials layer by layer to manufacture products.

본 발명의 제조방법은 상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계를 포함한다.The manufacturing method of the present invention supplies the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to contact a part of the structure from one side. and printing the inclined functional structure.

상기 단계는 프린팅 재료를 3D 프린터를 이용해 원하는 형상으로 성형하는 단계이다. 혼합 프린팅 재료가 상기 세라믹 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 형성하도록 프린팅 한다.The above step is a step of molding the printing material into a desired shape using a 3D printer. Printing is performed so that the mixed printing material forms an inclined functional structure portion in contact with a portion of the ceramic structure at one side.

본 발명의 제조방법은 상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계를 포함한다. The manufacturing method of the present invention includes the step of supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side.

상기 단계는 프린팅 재료를 3D 프린터를 이용해 원하는 형상으로 성형하는 단계이다. 제 2 프린팅 재료가 세라믹 구조체의 상기 경사기능구조부와 타측에서 접하는 타 부분을 형성하도록 프린팅 한다. The above step is a step of molding the printing material into a desired shape using a 3D printer. The second printing material is printed so as to form another portion in contact with the inclined functional structure portion of the ceramic structure from the other side.

본 발명의 제조방법은 상기 프린팅된 구조체를 소결하는 단계를 포함한다.The manufacturing method of the present invention includes the step of sintering the printed structure.

상기 단계는 세라믹 분말을 포함한 프린팅 재료로 프린팅 된 구조체를 고온 가열하여 분말 입자들이 열적 활성화 과정을 거쳐 벌크(bulk)형태로 밀착하여 고결되도록 하는 단계이다. 이때, 프린팅된 구조체가 복수의 이종 소재로 형성되기 때문에, 수축률 차이로 인한 균열, 형상 변화 등이 문제가 될 수 있다.The step is a step of heating the printed structure with a printing material including ceramic powder at a high temperature so that the powder particles go through a thermal activation process to adhere and solidify in bulk form. At this time, since the printed structure is formed of a plurality of different materials, cracks and shape changes due to a difference in shrinkage may become problems.

상기 제1 프린팅 재료 및 제2프린팅 재료의 물성 제어는 상기 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말의 입자 크기를 조절하는 방법으로 수행될 수 있다. 소결 과정에서 프린팅된 구조체 내부 분말이 서로 합쳐지고 기공이 줄어들어 치밀화가 이루어진다. 분말 입자의 크기에 따라 치밀화 거동이 달라질 수 있어, 이를 조절하여 소결 수축률을 제어할 수 있다.Controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material may be performed by adjusting the particle size of the ceramic powder included in the printing material. During the sintering process, the powder inside the printed structure is merged with each other and the pores are reduced, resulting in densification. The densification behavior may vary depending on the size of the powder particles, and this may be adjusted to control the sintering shrinkage rate.

상기 제1 프린팅 재료 및 제2프린팅 재료의 물성 제어는 상기 프린팅 재료의 무기물 함량을 조절하는 방법으로 수행될 수 있다. Controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material may be performed by adjusting the inorganic content of the printing material.

소결은 일반적으로 700℃ 이상의 고온에서 이루어지므로, 프린팅 재료에 포함된 용매 등은 증발, 분해될 수 있다. 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말인 무기물 함량을 조절하여 소결 수축률을 제어할 수 있다.Since sintering is generally performed at a high temperature of 700° C. or higher, the solvent included in the printing material may be evaporated and decomposed. The sintering shrinkage rate can be controlled by adjusting the content of inorganic substances, which are ceramic powders included in the printing material.

상기 소결 수축률 X1 및 X2는 10% 내지 40% 범위로 제어될 수 있다. 소결 소결 수축률이 10% 미만인 경우는 크게 문제가 되지 않으나 충분한 소결이 이루어지지 않아 구조적 안정성을 충분히 검토하여야 한다. 반면, 소결 수축률이 40%를 초과하는 경우 구조물 크기의 과다 수축에 의한 3차원 구조물의 등방 수축을 제어하기 어려워 뒤틀림 현상을 초래할 수 있으며, 조성간 수축 속도가 상이할 경우 과다한 수축률로 인해 조성간 벌어짐 및 균열 현상을 초래할 수 있다.The sintering shrinkage rates X1 and X2 may be controlled in the range of 10% to 40%. Sintering If the sintering shrinkage rate is less than 10%, it is not a big problem, but sufficient sintering is not performed, so structural stability should be sufficiently reviewed. On the other hand, when the sintering shrinkage rate exceeds 40%, it is difficult to control the isotropic shrinkage of the three-dimensional structure due to excessive shrinkage of the structure size, which may lead to distortion. and cracking.

상기 프린팅 재료의 무기물 함량은 40부피% 내지 70부피% 일 수 있고, 바람직하게는 40부피% 내지 60부피% 일 수 있다.The inorganic content of the printing material may be 40% by volume to 70% by volume, preferably 40% by volume to 60% by volume.

상기 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말의 입자 크기는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있다.The particle size of the ceramic powder included in the printing material may be 0.01 μm to 10 μm.

상기 제 1프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제 2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 알루미나(Alumina)의 입자크기는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 지르코니아(Zirconia)의 입자크기는 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 일 수 있다.The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the particle size of the alumina is 0.1 μm to 10 μm, and the particles of zirconia The size may be 0.01 μm to 1 μm.

상기 제 1프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제 2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 제 1 프린팅 재료의 무기물 함량은 46 부피% 내지 56부피% 이고, 제 2 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 54부피% 일 수 있다.The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the inorganic content of the first printing material is 46% by volume to 56% by volume, and The inorganic content may be 46% by volume to 54% by volume.

상기 제1 프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 알루미나(Alumina)의 입자크기는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 이고, 상기 지르코니아(Zirconia)의 입자크기는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 이며, 상기 제 1 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 56부피% 이고, 제 2 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 54부피% 이고, 상기 다수의 혼합 프린팅 재료의 무기물 함량은 48부피% 내지 54부피% 이며, 상기 다수의 혼합 프린팅 재료에서, 알루미나 및 지르코니아의 조성비는 0.1중량% 내지 99.9중량% 범위에서 경사 변화를 이룰 수 있다.The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the particle size of the alumina is 0.2 μm to 0.5 μm, and the particles of zirconia The size is 0.2 μm to 0.5 μm, the inorganic content of the first printing material is 46% to 56% by volume, the inorganic content of the second printing material is 46% to 54% by volume, and the plurality of mixed printing materials are The inorganic content of is 48 vol% to 54 vol%, and in the plurality of mixed printing materials, the composition ratio of alumina and zirconia may change inclination in the range of 0.1 wt% to 99.9 wt%.

상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계; supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;

상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계; 및 supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side; and

상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계;는,Supplying the second printing material to a 3D printer to print the other part of the structure in contact with the inclined portion of the structure from the other side;

3D 프린터로 제1 프린팅 재료를 두께를 제어하여 공급하여, 구조체의 일부를 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 1);Supplying the first printing material to a 3D printer by controlling the thickness, forming a layer constituting a part of the structure, and photocuring it (step 1);

3D 프린터로 다수의 혼합 프린팅 재료를 조성비에 따라 순차로 두께를 제어하여 공급하여, 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사부를 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 2);A step of supplying a plurality of mixed printing materials to a 3D printer by sequentially controlling the thickness according to the composition ratio, forming a layer forming an inclined portion in contact with a part of the structure and photocuring it (step 2);

3D 프린터로 제2 프린팅 재료를 두께를 제어하여 공급하여, 상기 구조체의 경사부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 3); 및Supplying a second printing material by controlling the thickness to a 3D printer, forming a layer constituting the other portion of the structure in contact with the inclined portion of the structure from the other side, and photocuring it (step 3); and

상기 단계 1 내지 단계 3을 반복하여 구조체를 적층조형하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.Repeating the steps 1 to 3 to laminate the structure; may be performed including.

상기 단계 1은 제 1 프린팅 재료의 물성이 요구되는 구조체의 일부를 이루는 층을 프린팅하는 단계로, 프린팅 재료를 특정 두께로 일정하게 제어하여 공급하고, 광을 조사하여 목표한 형상으로 광경화시킨다. 광이 조사되지 않은 부분에 미경화된 제 1 프린팅 재료가 남을 수 있다.The step 1 is a step of printing a layer constituting a part of the structure for which the physical properties of the first printing material are required, the printing material is constantly controlled to a specific thickness, and is photocured to a target shape by irradiating light. An uncured first printing material may remain in a portion not irradiated with light.

상기 제 1 프린팅 재료로 구성된 구조체 일부와 제 2 프린팅 재료로 구성된 구조체 타 부분 사이에, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 혼합비율에 따라 물성 구배를 가질 수 있는 경사기능구조부의 일부를 이루는 층을 프린팅 하는 단계로, 단계1 에서 제 1 프린팅 재료가 경화된 부분에 접하여 조성비에 따라 순차로 다수의 혼합 프린팅 재료를 공급하고, 단계 1에서와 같은 두께로 제어하고, 광을 조사하여 목표 형상으로 광경화 한다.Between a portion of the structure composed of the first printing material and the other portion of the structure composed of the second printing material, a layer forming a part of the inclined functional structure portion that can have a physical property gradient according to the mixing ratio of the first printing material and the second printing material As a printing step, a plurality of mixed printing materials are sequentially supplied according to the composition ratio in contact with the part where the first printing material is cured in step 1, the thickness is controlled as in step 1, and the light is irradiated to the target shape get angry

상기 단계 3은 제 2프린팅 재료의 물성이 요구되는 구조체의 타 부분을 이루는 층을 형성하는 단계로, 단계 2에서 혼합 프린팅 재료가 경화된 부분에 접하여 제 2 프린팅 재료를 공급하고, 단계 2에서와 같은 두께로 일정하게 두께를 제어한 뒤, 광을 조사하여 목표한 형상으로 제 2 프린팅 재료로 구성될 구조체의 단층의 나머지 부분을 형성하는 단계이다.The step 3 is a step of forming a layer constituting the other part of the structure in which the physical properties of the second printing material are required. It is a step of forming the remaining part of the monolayer of the structure to be composed of the second printing material in a target shape by irradiating light after uniformly controlling the thickness to the same thickness.

상기 구조체의 한 층을 형성하는 ‘단계 1 내지 단계 3’을 반복하여, 목표한 구조체의 전체 형상을 적층조형하여 제조할 수 있다. 상기 적층조형은 하향적층 방식으로 이루어질 수 있다.By repeating 'steps 1 to 3' of forming one layer of the structure, the entire shape of the target structure may be laminated and manufactured. The lamination modeling may be performed in a top-down lamination method.

제 1 프린팅 재료로 구성된 구조체의 일부와 접하는 경사기능구조부의 일측에서 제 2 프린팅 재료로 구성된 구조체의 타 부분과 접하는 경사기능구조부의 타측으로 갈수록 제 1 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말은 높은 비율에서 점차 낮은 비율로 혼합되고, 반면 제 2 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말은 낮은 비율에서 점차 높은 비율로 혼합되도록, 상이한 조성비의 다수의 혼합 프린팅 재료를 차례로 공급하여 경사기능구조부를 프린팅 할 수 있다.The ceramic powder contained in the first printing material gradually increases from one side of the inclined functional structure part in contact with a part of the structure made of the first printing material to the other side of the inclined functional structure part in contact with the other part of the structure made of the second printing material. A plurality of mixed printing materials of different composition ratios may be sequentially supplied to print the inclined functional structure so that the ceramic powder contained in the second printing material is mixed at a low ratio, while being mixed at a low ratio to a gradually high ratio.

상기 단계 1과 단계 2 또는 상기 단계 2와 단계 3 사이에 미경화 재료를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 제 1 프린팅 재료, 제 2 프린팅 재료 및 혼합 프린팅 재료가 동일한 단층을 형성하는 과정에서 혼합되는 것을 방지하는 단계이다. 상기 단계 1에서 제 1 프린팅 재료 중 미경화된 프린팅 재료를 세척하는 단계를 포함함으로써, 혼합 프린팅 재료가 경화되기 위한 영역을 제공할 수 있고, 이종 소재 간 혼입이 없도록 하여 각각 제 1 프린팅 재료와 혼합 프린팅 재료로 이루어진 인접한 각 부분의 물성을 효과적으로 제어할 수 있다.The method may further include washing the uncured material between steps 1 and 2 or between steps 2 and 3 . This is a step for preventing the first printing material, the second printing material, and the mixed printing material from being mixed in the process of forming the same monolayer. By including the step of washing the uncured printing material among the first printing materials in step 1, it is possible to provide an area for the mixed printing material to be cured, and to mix with the first printing material, respectively, so that there is no mixing between different materials. It is possible to effectively control the physical properties of each adjacent part made of the printing material.

상기 두께는, 1 ㎛ 내지 200 ㎛로 제어될 수 있다.The thickness may be controlled to 1 μm to 200 μm.

상기 광경화 시키는 단계는 프린팅된 재료를 기 설정된 형상으로 경화하는 단계이다. 프린팅 재료의 물성, 입자 조건, 혼합 비율 및 두께에 따라 광 경화에 필요한 시간이 달라질 수 있다.The photo-curing is a step of curing the printed material into a preset shape. The time required for light curing may vary depending on the physical properties of the printing material, particle conditions, mixing ratio, and thickness.

상기 광 경화시 광을 조사하는 시간은 1s 내지 10s 일 수 있다.The time for irradiating light during the light curing may be 1 s to 10 s.

상기 소결 하는 단계에서, 세라믹 구조체를 구성하는 제 1 프린팅 재료, 제 2 프린팅 재료 및 혼합 프린팅 재료의 결정상 및 물성이 유지될 수 있는 공통되는 소결 온도로 가열할 수 있다.In the sintering step, the first printing material, the second printing material, and the mixed printing material constituting the ceramic structure may be heated to a common sintering temperature at which crystal phases and physical properties can be maintained.

상기 소결하는 단계에서 가열 온도는 800 ℃ 내지 1600 ℃ 일 수 있다.The heating temperature in the sintering step may be 800 ℃ to 1600 ℃.

상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;

상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계; 및supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side; and

상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계;는Supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side;

제1 프린팅 재료를 두께를 제어하여 3D 프린터로 공급하고 적층조형하여 복수의 층을 포함하는 제1 프린팅 재료부를 형성하는 단계;forming a first printing material part including a plurality of layers by supplying the first printing material to a 3D printer by controlling the thickness and performing additive manufacturing;

다수의 혼합 프린팅 재료를 조성비에 따라 순차로, 두께를 제어하여 3D 프린터로 공급하고 적층조형하여, 상기 제1 프린팅 재료부의 상부 면에서 접하는 경사 구조부를 형성하는 단계; 및supplying a plurality of mixed printing materials to a 3D printer by sequentially controlling the thickness according to the composition ratio, and forming a slanted structure part in contact with the upper surface of the first printing material part; and

제2 프린팅 재료를 3D 프린터로 두께를 제어하여 공급하고 적층조형하여, 상기 경사 구조부의 상부 면에서 접하는 제2 프린팅 재료부를 형성하는 단계;를 통하여 수행될 수 있다.It may be performed through; supplying the second printing material by controlling the thickness to a 3D printer, and forming a second printing material part in contact with the upper surface of the inclined structure part by lamination molding.

상기 제 1 프린팅 재료, 제 2 프린팅 재료 및 다수의 혼합 프린팅 재료로 구성되는 세라믹 구조체는 각각 단일한 재료로 한 층을 형성하여 적층조형하는 방식으로 제조될 수 있다.The ceramic structure including the first printing material, the second printing material, and a plurality of mixed printing materials may be manufactured by forming one layer with a single material, respectively, and stacking molding.

제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 두께를 일정하게 제어하고, 광을 조사하여 목표한 형상으로 광경화 시켜 제 1 프린팅 재료부의 한 층을 형성할 수 있고, 이를 반복 수행하고 적층 조형하여 복수의 층을 포함하는 제 1 프린팅 재료부를 형성할 수 있다. 상기 제 1 프린팅 재료부는 세라믹 구조체의 일부를 구성할 수 있다.By supplying the first printing material to a 3D printer to control the thickness uniformly, and by irradiating light to photocurate into a target shape, one layer of the first printing material part can be formed, and this is repeatedly performed and laminated molding to form a plurality of A first printing material portion comprising a layer may be formed. The first printing material part may constitute a part of the ceramic structure.

다수의 혼합 프린팅 재료를 조성비를 달리하여 순차로 3D 프린터로 공급하여 두께를 일정하게 제어하고, 광을 조사하여 목표한 형상으로 광경화 시켜 경사 구조부의 한 층을 형성할 수 있고, 이를 반복 수행하고 목표한 형상으로 적층 조형하여 상기 구조체의 일부의 상부 면과 접하는 경사구조부를 형성할 수 있다. 상기 경사구조부는 세라믹 구조체의 경사기능구조부를 구성할 수 있다.A number of mixed printing materials can be sequentially supplied to a 3D printer with different composition ratios to uniformly control the thickness, and by irradiating light to photocurate into a target shape to form a layer of the inclined structure, repeating this It is possible to form an inclined structure portion in contact with the upper surface of a portion of the structure by lamination molding in a target shape. The inclined structure portion may constitute the inclined functional structure portion of the ceramic structure.

상기 경사구조부에 포함된 복수의 층은 각 층을 구성하는 혼합 프린팅 재료의 혼합비율을 달리하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 제 1 프린팅 재료부에 접하는 경사구조부의 일측에서 제 2 프린팅 재료부에 접하는 경사구조부의 타측 방향으로 갈수록 제 1 프린팅 재료가 일정 범위 내 높은 비율에서 점차 낮은 비율로 혼합되고, 반면 제 2 프린팅 재료는 낮은 비율에서 점차 높은 비율로 혼합되도록 혼합비율을 달리하여 형성될 수 있다.The plurality of layers included in the inclined structure may be formed by varying a mixing ratio of mixed printing materials constituting each layer. Specifically, from one side of the inclined structure portion in contact with the first printing material portion to the other side of the inclined structure portion contacting the second printing material portion, the first printing material is mixed at a higher ratio to a lower ratio within a certain range, while the second The printing material may be formed by varying the mixing ratio so as to gradually mix from a low ratio to a high ratio.

제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 두께를 일정하게 제어하고, 광을 조사하여 목표한 형상으로 광경화 시켜 제 2 프린팅 재료부의 한 층을 형성할 수 있고, 이를 반복 수행하고 목표한 형상으로 적층 조형하여 복수의 층을 포함하는 제 2 프린팅 재료부를 형성할 수 있다. 상기 제 2 프린팅 재료부는 상기 세라믹 구조체의 타 부분을 구성할 수 있다.A second printing material is supplied to a 3D printer to control the thickness uniformly, and by irradiating light to photocurate into a target shape, one layer of the second printing material part can be formed, and this is repeated and laminated in a target shape A second printing material portion including a plurality of layers may be formed by molding. The second printing material part may constitute another part of the ceramic structure.

상기 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 로 제어될 수 있다.The thickness may be controlled from 1 μm to 200 μm.

본 발명에 따르면 상이한 물성을 갖는 이종 재료 및 이종 재료의 혼합으로 이루어진 세라믹 구조체를 일체로 형성할 수 있으며, 복수의 프린팅 재료 및 이의 혼합 재료의 소결 수축률을 제어하여 구조체의 박리, 균열 및 형상 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이종 재료 간 접합면을 경사기능구조로 제어하여 급격한 물성 변화를 방지하고 이종 소재간 접합 특성을 개선할 수 있다. 이때 경사기능구조 부분은 각 조성의 두께 및 형상 등 경사기능구조 조건을 한 층씩 정밀히 제어할 수 있다. 따라서, 구조 정밀도가 높고 이종의 물성이 결합된 고기능성 고품질의 세라믹 구조체를 제조할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to integrally form a ceramic structure composed of a dissimilar material having different physical properties and a mixture of dissimilar materials, and control the sintering shrinkage rate of a plurality of printing materials and the mixed material to prevent peeling, cracking, and shape deformation of the structure It has a preventable effect. In addition, it is possible to prevent a sudden change in physical properties and improve the bonding characteristics between different materials by controlling the bonding surface between dissimilar materials with an inclined functional structure. In this case, the inclined functional structure part can precisely control the gradient functional structure conditions such as the thickness and shape of each composition layer by layer. Accordingly, there is an effect of manufacturing a high-functional, high-quality ceramic structure in which the structural precision is high and different types of physical properties are combined.

본 발명의 다른 일 측면에서,In another aspect of the present invention,

본 발명의 일 측면에 따른 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조 방법으로 제조되고, 제 1 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 일부;A portion of the structure manufactured by the method for manufacturing a ceramic structure having an inclined function structure according to an aspect of the present invention, and formed by the first printing material;

상기 구조체의 일부와 일측에서 접하고, 제1 프린팅 재료 및 제2 프린팅 재료의 조성비가 경사 변화하는 다수의 혼합 프린팅 재료에 의하여 형성되는 경사기능구조부; 및an inclined functional structure part in contact with a part of the structure at one side and formed by a plurality of mixed printing materials in which the composition ratio of the first printing material and the second printing material is inclined; and

상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하고 제 2 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 타 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체를 제공한다.It provides a ceramic structure having an inclined functional structure comprising a; the other part of the structure which is in contact with the inclined functional structure part of the structure and is formed by the second printing material.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 세라믹 구조체를 각 구성 별로 상세히 설명한다. Hereinafter, the ceramic structure provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each configuration.

상기 구조체의 일부는 제 1 재료로 형성되고, 후술할 바와 같이 제 2 재료와 이종 소재에 해당한다. A part of the structure is formed of a first material, and corresponds to a material different from the second material, as will be described later.

본 발명에서 이종 재료는 서로 완전히 종류가 상이한 재료를 의미할 뿐 아니라, 동종이지만 입자의 크기, 점도, 농도 등의 물성이 상이한 재료, 서로 다른 전처리한 재료, 물리적 및 화학적으로 완전히 동일한 재료를 제외한 모든 재료를 포함한다.In the present invention, the heterogeneous material not only means materials completely different from each other, but also all materials except for the same material but different physical properties such as particle size, viscosity, and concentration, different pre-treated materials, and materials that are physically and chemically identical includes materials.

상기 경사부는 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하여 형성되고, 제 1 재료 및 제 2 재료를 일정 비율로 혼합한 혼합 재료로 형성된다.The inclined portion is formed in contact with a portion of the structure from one side, and is formed of a mixed material obtained by mixing a first material and a second material in a predetermined ratio.

상기 경사기능구조부는 이종 재료인 제 1 재료 및 제 2 재료의 혼합 비율을 달리하여 상이한 조성비로 구성될 수 있고, 구체적으로 제 1 재료로 구성된 구조체의 일부와 접하는 경사기능구조부의 일측에서 제 2 재료로 구성된 구조체의 타 부분과 접하는 경사기능구조부의 타측 방향으로 제 1 재료가 높은 비율에서 점차 낮은 비율로 혼합되고, 반면 제 2 재료는 낮은 비율에서 점차 높은 비율로 혼합되어 구성될 수 있다.The inclined functional structure portion may be composed of different composition ratios by varying the mixing ratio of the first material and the second material, which are dissimilar materials, and specifically, the second material at one side of the inclined functional structure portion in contact with a part of the structure made of the first material. In the direction of the other side of the inclined functional structure part in contact with the other part of the structure composed of

상기 구조체의 타 부분은 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하여 형성되는 구성으로, 제 1 재료와 이종 소재인 제 2 재료로 형성된다.The other portion of the structure is configured to be in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side, and is formed of a second material that is a different material from the first material.

본 발명의 구조체는 이종 재료 간 접합면을 이종 재료의 혼합 재료를 이용한 경사기능구조로 제어하여, 급격한 물성 변화를 방지하고 이종 소재간 접합 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다. 이때 경사기능구조 부분은 각 조성의 두께 및 형상 등 경사기능구조 조건을 한 층씩 정밀히 제어할 수 있다. 따라서, 구조 정밀도가 높고 이종의 물성이 결합된 고기능성 고품질의 세라믹 구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.The structure of the present invention has an effect of preventing a sudden change in physical properties and improving the bonding characteristics between different materials by controlling the bonding surface between different materials to a slope function structure using a mixed material of different materials. In this case, the inclined functional structure part can precisely control the gradient functional structure conditions such as the thickness and shape of each composition layer by layer. Accordingly, it is possible to provide a high-functional, high-quality ceramic structure having high structural precision and combining different types of physical properties.

이하, 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예, 실험예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해해야 할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples. The scope of the present invention is not limited to specific examples and experimental examples, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

실험예 1Experimental Example 1

본 발명의 일 구체예로서 프린팅 재료에 포함된 지르코니아(Zirconia)와 알루미나(Alumina)의 입자 크기 및 함량(무기물 함량, 부피%)에 따른 수축률의 변화를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.As an embodiment of the present invention, the following experiment was performed to confirm the change in shrinkage according to the particle size and content (inorganic content, volume %) of zirconia and alumina included in the printing material.

0.2 ㎛의 알루미나 입자, 0.5 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 48 부피% 내지 56 부피%가 되도록 혼합하여 제조하였고, 광중합형 3D 프린터를 이용하여 프린팅한 뒤 프린팅한 세라믹 구조체를 두 조성이 동시에 소결이 유도될 수 있는 온도인 1500℃에서 각각 소결한 후 소결 전 대비 수축한 선 수축률을 평가하였다. 상기 실험의 결과를 도 1에 나타내었다.Alumina particles of 0.2 μm, alumina particles of 0.5 μm, and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. It was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 48% to 56% by volume, and after printing using a light-curing 3D printer, the printed ceramic structure was sintered at the same time. After each sintering at 1500 °C, which is a possible temperature, the shrinkage rate of the line shrinking compared to before sintering was evaluated. The results of the above experiments are shown in FIG. 1 .

상기 도 1에 따르면, 공통적으로 무기물(알루미나 또는 지르코니아) 함량이 커질수록 프린팅 재료의 소결 수축률이 감소하는 양상을 보였다. According to FIG. 1, as the inorganic material (alumina or zirconia) content increases, the sintering shrinkage of the printing material decreases.

입자크기 0.2 ㎛ 알루미나와 입자크기 0.5 ㎛ 의 알루미나의 함량에 따른 소결 수축률 그래프를 살펴보면, 알루미나의 입자 크기가 0.5 ㎛ 에서 0.2 ㎛ 로 줄어든 경우, 전반적으로 알루미나 함량에 따른 소결 수축률 변화 그래프가 상향 이동한 형태로 나타났다. 즉, 동종의 세라믹 분말의 입자크기가 줄어들수록 소결 수축률이 커지는 것으로 확인되었다. 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 52부피%인 재료와 0.5 ㎛ 알루미나 함량이 48부피%인 재료의 소결 수축률이 약 17.5%로 일치하는 결과를 보였다. Looking at the graph of sintering shrinkage according to the content of alumina having a particle size of 0.2 μm and alumina having a particle size of 0.5 μm, when the particle size of alumina is reduced from 0.5 μm to 0.2 μm, the overall graph of the change in sintering shrinkage according to the alumina content moves upward. appeared in the form That is, it was confirmed that as the particle size of the ceramic powder of the same type decreased, the sintering shrinkage rate increased. The sintering shrinkage ratio of the material with 0.2 μm alumina content of 52 vol% and the material with 0.5 μm alumina content of 48 vol% was about 17.5%, which was consistent with the result.

다른 종류의 소재인 알루미나와 지르코니아 분말의 입자크기가 같은 경우의 그래프를 살펴보면, 무기물 함량에 따른 소결수축률 변화 그래프의 감소 폭이 다르게 나타났다. 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 49부피%인 재료 및 0.2 ㎛ 지르코니아 함량이 49부피%인 재료는 소결수축률이 19%로 일치하고, 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 50부피%인 재료 및 0.2 ㎛ 지르코니아 함량이 50부피%인 재료는 소결수축률이 18.7%로 일치하는 것이 확인되었다. Looking at the graph in the case where the particle sizes of alumina and zirconia powder, which are different types of material, are the same, the decrease in the sintering shrinkage change graph according to the inorganic material content was different. A material with a 0.2 μm alumina content of 49 vol% and a material with a 0.2 μm zirconia content of 49 vol% had a sintering shrinkage ratio of 19%, a material with a 0.2 μm alumina content of 50 vol% and a material with a 0.2 μm zirconia content of 50 vol% It was confirmed that the phosphorus material had a sintering shrinkage rate of 18.7%.

상기 실험 결과에 따르면, 입자 크기와 무기물 함량을 조절하여 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 52부피%인 재료와 0.5 ㎛ 알루미나 함량이 48부피%인 재료, 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 49부피%인 재료와 0.2 ㎛ 지르코니아 함량이 49부피%인 재료, 0.2 ㎛ 알루미나 함량이 50부피%인 재료와 0.2 ㎛ 지르코니아 함량이 50부피%인 재료를 준비하는 경우, 소결 수축률이 일치하는 각각의 재료를 이용해 구조체를 프린팅하여, 상이한 소결 수축률에 의한 박리, 균열 등의 문제가 발생하지 않을 것으로 예상할 수 있었다.According to the experimental results, by adjusting the particle size and inorganic content, the material having a 0.2 μm alumina content of 52 vol%, the material having the 0.5 μm alumina content of 48 vol%, the material having the 0.2 μm alumina content of 49 vol%, and 0.2 μm zirconia When preparing a material with a content of 49 vol%, a material with a 0.2 μm alumina content of 50 vol% and a material with a 0.2 μm zirconia content of 50 vol% It could be expected that problems such as peeling and cracking due to sintering shrinkage would not occur.

실험예2Experimental Example 2

소결수축률이 동일하더라도 소재간 밀도 등의 물성차이에 의하여 층간 결합이 어려워져 층간 분리가 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위하여 두 가지 소재의 조성을 혼합하여 중간층을 도입한 알루미나-지르코니아 구조체 제조 및 소결 후의 층간 분리 여부를 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다. Even if the sintering shrinkage rate is the same, interlayer bonding may be difficult due to differences in physical properties such as density between materials, and separation between layers may occur. In order to prevent this, the following experiment was performed to check whether the interlayer separation after manufacturing and sintering the alumina-zirconia structure in which the intermediate layer was introduced by mixing the composition of the two materials.

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 50부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 또한, 이를 혼합하여 알루미나: 지르코니아 = 8:2, 2:8의 조성비(중량%)를 갖고 무기물 함량이 50부피%가 되도록 한 두 가지 혼합 슬러리를 제조하였다. 알루미나 슬러리, 지르코니아 슬러리, 및 혼합 슬러리를 이용하여 중간층을 도입한 세라믹 구조체를 프린팅 하였다.Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. It was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 50% by volume. In addition, two mixed slurries were prepared by mixing them so that alumina:zirconia=8:2, 2:8 composition ratio (wt%) and inorganic content was 50 vol%. A ceramic structure having an intermediate layer introduced therein was printed using an alumina slurry, a zirconia slurry, and a mixed slurry.

알루미나 슬러리, 8:2(알루미나: 지르코니아) 조성의 혼합 슬러리, 상기 2:8(알루미나: 지르코니아) 조성의 혼합 슬러리, 지르코니아 슬러리 순으로 한 층을 20 ㎛의 두께로 프린팅하여 경사구조를 형성하였다. 각 슬러리의 상이한 조성에 따라 한 층당 7초, 10초, 17초, 20초씩 광경화 하는 조건으로 100층씩 차례로 적층 조형하여 세라믹 구조체를 프린팅한 뒤 1500℃에서 소결하였다.A slanted structure was formed by printing a single layer of alumina slurry, a mixed slurry of 8:2 (alumina: zirconia) composition, a mixed slurry of 2:8 (alumina: zirconia) composition, and a zirconia slurry in this order to a thickness of 20 µm. According to the different composition of each slurry, 100 layers were sequentially laminated and molded under conditions of photocuring for 7 seconds, 10 seconds, 17 seconds, and 20 seconds per layer, followed by printing a ceramic structure and sintering at 1500°C.

알루미나와 지르코니아는 밀도가 각각 3.987 g/㎤, 5.68 g/㎤ 로 밀도 차이가 많이 나는 소재로, 알루미나-지르코니아 경계 면에서 접합이 잘 이루어지지 않을 것을 예상하여 알루미나: 지르코니아 조성비가 8:2, 2:8인 혼합 슬러리를 이용하여 중간층을 도입하여 제조하였다. 개략적인 제조과정을 도 2에 도시하였다.Alumina and zirconia are materials with a large difference in densities, with densities of 3.987 g/cm3 and 5.68 g/cm3, respectively. It was prepared by introducing an intermediate layer using a mixed slurry of :8. A schematic manufacturing process is shown in FIG. 2 .

또한, 제조한 알루미나-지르코니아 구조체의 상이한 4개의 조성 슬러리로 프린팅한 경사구조물을 650°C 탈지한 구조물을 광학현미경으로 으로 관찰하였다. 도 2에 그 결과를 도시하였다.In addition, the structure obtained by degreasing the inclined structure printed with four different composition slurries of the prepared alumina-zirconia structure at 650 °C was observed with an optical microscope. 2 shows the results.

또한, 상기 알루미나 슬러리 및 상기 알루미나: 지르코니아 조성비가 8:2 및 2:8(중량%)인 혼합 슬러리와 지르코니아 슬러리로 프린팅된 경사구조 성형체를 조성별로 주사전자현미경(FE-SEM)으로 관찰하였다. 그 결과를 도 3에 도시하였다. In addition, the alumina slurry and the mixed slurry having the alumina:zirconia composition ratio of 8:2 and 2:8 (wt%) and the inclined structure molded body printed with the zirconia slurry were observed by scanning electron microscope (FE-SEM) for each composition. The results are shown in FIG. 3 .

또한, 상기 알루미나 슬러리 및 상기 알루미나:지르코니아 조성비가 8:2 (중량%)인 혼합슬러리로 프린팅한 구조물을 1500°C에서 소결한 후 층간 경계 면을 주사전자현미경 (FE-SEM)으로 관찰한 결과를 그림 4에 도시하였다. In addition, the structure printed with the alumina slurry and the alumina:zirconia composition ratio of 8:2 (wt%) was sintered at 1500°C, and the interlayer interface was observed with a scanning electron microscope (FE-SEM). is shown in Figure 4.

상기 도 2를 살펴보면, 상기 실험예 1에서 도출한 바와 같이, 0.2 ㎛ 알루미나 및 0.2 ㎛ 지르코니아를 각각 50부피% 함유하는 광경화성 세라믹 슬러리의 소결 수축률은 18.7%로 일치하나, 알루미나와 알루미나를 다량 포함한 (알루미나:지르코니아=8:2) 층과 지르코니아와 지르코니아를 다량 포함한 층 (알루미나:지르코니아=2:8)은 각각 탈지 후 결합을 유지하나, 급격한 조성변화가 일어난 알루미나:지르코니아=8:2층과 알루미나:지르코니아 2:8층 사이에서는 결합이 이루어지지 않고 층간 분리가 발생되는 것이 확인되었다. Referring to FIG. 2, as derived in Experimental Example 1, the sintering shrinkage of the photocurable ceramic slurry containing 50% by volume of 0.2 μm alumina and 0.2 μm zirconia, respectively, is 18.7%, but it contains a large amount of alumina and alumina. (alumina:zirconia=8:2) layer and a layer containing a large amount of zirconia and zirconia (alumina:zirconia=2:8) maintain bonding after degreasing, respectively, but the alumina:zirconia=8:2 layer with rapid composition change It was confirmed that no bonding was made between the alumina:zirconia 2:8 layers and separation between the layers occurred.

또한, 상기 도 3을 살펴보면, 알루미나 슬러리 및 알루미나:지르코니아 조성비가 8:2(중량%)인 혼합 슬러리, 지르코니아 슬러리 및 알루미나:지르코니아 조성비가 2:8(중량%)인 혼합 슬러리 간의 내부 밀도가 크게 차이 나지 않으나, 알루미나:지르코니아 조성비가 8:2(중량%)인 혼합 슬러리 및 알루미나:지르코니아 조성비가 2:8(중량%)인 혼합 슬러리 간의 내부 밀도 차이가 크게 나타나는 것이 확인되었고, 급격한 조성변화에 의하여 층간에 상이한 구조특성에 따른 층간 분리가 발생한 것을 알 수 있었다.In addition, referring to FIG. 3 , the internal density between the alumina slurry and the mixed slurry of alumina:zirconia composition ratio of 8:2 (wt%), the zirconia slurry and the mixed slurry of the alumina:zirconia composition ratio of 2:8 (wt%) is large. Although there is no difference, it was confirmed that the internal density difference between the mixed slurry having an alumina:zirconia composition ratio of 8:2 (wt%) and the mixed slurry having an alumina:zirconia composition ratio of 2:8 (wt%) was large, and the rapid composition change As a result, it was found that the interlayer separation occurred according to the different structural characteristics between the layers.

따라서, 밀도 차이가 큰 이종 소재는 소결 수축률 뿐만 아니라 밀도 차이로 인한 접착, 결합이 잘 이루어지지 않는 문제를 고려하여, 세라믹 구조체를 제조하여야 함을 확인할 수 있으며 이를 위하여 경사기능구조체 형성이 필요하다.Therefore, it can be confirmed that the ceramic structure should be manufactured in consideration of the problem of poor adhesion and bonding due to the density difference as well as the sintering shrinkage rate of heterogeneous materials having a large density difference, and for this purpose, it is necessary to form a sloped functional structure.

또한, 도 4를 살펴보면, 슬러리의 무기물 함량이 50부피%로 동일하고 같은 크기의 입자를 사용했음에도, 알루미나에 지르코니아를 혼합하는 것으로 알루미나의 소결에 의한 입자성장이 줄어드는 것을 확인하였다. 따라서, 알루미나 100중량% 조성의 슬러리 보다 알루미나와 지르코니아를 혼합한 슬러리로 제조된 구조물의 소결 수축률이 더욱 커지는 것을 예상할 수 있었다. In addition, referring to FIG. 4 , it was confirmed that particle growth due to sintering of alumina was reduced by mixing zirconia with alumina even though the inorganic content of the slurry was the same at 50% by volume and particles of the same size were used. Therefore, it could be expected that the sintering shrinkage rate of the structure made of the slurry in which alumina and zirconia were mixed was greater than that of the slurry of 100% by weight of alumina.

실험예3Experimental Example 3

경사기능구조 도입을 위해, 알루미나 및 지르코니아의 혼합비율에 따른 소결 수축률 변화를 확인하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다. For the introduction of the inclined functional structure, the following experiment was performed to confirm the change in the sintering shrinkage according to the mixing ratio of alumina and zirconia.

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 50부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 동시에 상기 알루미나 세라믹 슬러리 및 지르코니아 세라믹 슬러리를 혼합하여 상이한 조성의 10개의 혼합 세라믹 슬러리를 제조하였다. Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. It was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 50% by volume. At the same time, the alumina ceramic slurry and the zirconia ceramic slurry were mixed to prepare 10 mixed ceramic slurries of different compositions.

각각의 조성 조건으로 광중합형 3D 프린터를 이용하여 프린팅한 뒤 프린팅한 세라믹 구조체를 알루미나와 지르코니아의 동시 소결 온도인 1500℃에서 각각 소결한 후 소결 전 대비 수축한 선 수축률을 평가하였다. 그 결과를 도 5에 도시하였다.After printing using a photo-curing 3D printer for each composition condition, the printed ceramic structure was sintered at 1500° C., which is the simultaneous sintering temperature of alumina and zirconia, respectively, and the shrinkage of the line compared to before sintering was evaluated. The results are shown in FIG. 5 .

상기 도 5를 살펴보면, 혼합 슬러리의 소결 수축률은 약 20% 정도로 거의 모든 조성에서 일정하게 나타났다. 실험예 1에서 확인한 바와 같이, 0.2 ㎛ 알루미나 입자를 50부피% 함유한 슬러리 및 0.2 ㎛ 지르코니아 입자를 50부피% 함유한 슬러리는 18.7% 수축률을 보인 반면, 이를 혼합한 슬러리는 이보다 높은 20부피%의 소결 수축률을 보였다. 이로 인하여 급격히 수축률이 면하는 구간이 형성되며 소결 후 조성 구간 간 결합이 어려울 것으로 예상된다. Referring to FIG. 5, the sintering shrinkage of the mixed slurry was approximately 20%, which was constant in almost all compositions. As confirmed in Experimental Example 1, the slurry containing 50% by volume of 0.2 μm alumina particles and the slurry containing 50% by volume of 0.2 μm zirconia particles exhibited 18.7% shrinkage, whereas the slurry mixed therewith had a higher 20% by volume. showed sintering shrinkage. Due to this, a section in which the shrinkage rate is rapidly avoided is formed, and it is expected that bonding between the composition sections after sintering is difficult.

실험예 4Experimental Example 4

순수 조성층과 혼합 조성층 간에 발생하는 수축률 차이를 제어하기 위하여 순수 알루미나층과 지르코니아층의 무기물 함량을 낮추어, 하기와 같은 실험을 진행하였다. In order to control the difference in shrinkage between the pure composition layer and the mixed composition layer, the inorganic content of the pure alumina layer and the zirconia layer was lowered, and the following experiment was performed.

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 50부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 단, 순수 조성보다 혼합조성이 소결수축률이 크므로 알루미나와 지르코니아 순수 조성층은 무기물 함량을 낮추어 각각 46부피% 및 45부피%로 설정하였다. 동시에 상기 알루미나 세라믹 슬러리 및 지르코니아 세라믹 슬러리를 혼합하여 상이한 조성의 10개의 혼합 세라믹 슬러리를 제조하였다. Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. It was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 50% by volume. However, since the mixed composition has a higher sintering shrinkage than the pure composition, the alumina and zirconia pure composition layer lowered the inorganic material content and set them to 46% by volume and 45% by volume, respectively. At the same time, the alumina ceramic slurry and the zirconia ceramic slurry were mixed to prepare 10 mixed ceramic slurries of different compositions.

각각의 조성 조건으로 광중합형 3D 프린터를 이용하여 프린팅한 뒤 프린팅한 세라믹 구조체를 알루미나와 지르코니아의 동시 소결 온도인 1500℃에서 각각 소결한 후 소결 전 대비 수축한 선 수축률을 평가하였다. 그 결과를 도 6에 도시하였다.After printing using a photo-curing 3D printer for each composition condition, the printed ceramic structure was sintered at 1500° C., which is the simultaneous sintering temperature of alumina and zirconia, respectively, and the shrinkage of the line compared to before sintering was evaluated. The results are shown in FIG. 6 .

상기 도 6을 살펴보면, 혼합 슬러리의 소결 수축률은 약 20% 정도로 거의 모든 조성에서 일정하게 나타났다. 즉, 알루미나와 지르코니아를 혼합한 슬러리는 혼합비와 상관없이 20부피%의 소결 수축률을 보였다. 또한, 무기물 충진률을 낮춘 알루미나와 지르코니아 순수 조성층 역시 수축률을 혼합슬러리의 20%에 일치시킬 수 있었다. 이에 따라 조성층간 수축률 차이에 의한 층간 분리를 방지할 수 있을 것으로 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the sintering shrinkage of the mixed slurry was approximately 20%, which was constant in almost all compositions. That is, the slurry mixed with alumina and zirconia showed a sintering shrinkage of 20% by volume regardless of the mixing ratio. In addition, the alumina and zirconia pure composition layer with lowered inorganic material filling rate was also able to match the shrinkage rate to 20% of the mixed slurry. Accordingly, it can be expected that the separation between the layers due to the difference in the shrinkage ratio between the composition layers can be prevented.

실험예 5Experimental Example 5

소결수축률이 클수록 3D프린팅된 구조물의 소결에 의한 변형이 커질 수 있으므로 소결수축률을 감소시키는 편이 바람직하다. 소결수축률은 무기물 함량을 높이는 것으로 감소시킬 수 있으며, 혼합조성에 있어서도 순수 조성과의 수축률 차이를 줄일 수 있어 같은 무기물 함량 비를 적용하여도 유사한 소결수축률을 유도할 수 있다. 그 결과를 도 7에 도시하였다.As the sintering shrinkage rate increases, the deformation due to sintering of the 3D printed structure may increase, so it is preferable to reduce the sintering shrinkage rate. The sintering shrinkage can be reduced by increasing the inorganic content, and the difference in shrinkage with the pure composition can be reduced even in the mixed composition, so that a similar sintering shrinkage can be induced even when the same inorganic content ratio is applied. The results are shown in FIG. 7 .

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 54부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 동시에 상기 알루미나 세라믹 슬러리 및 지르코니아 세라믹 슬러리를 혼합하여 상이한 조성의 다수 (10개)의 혼합 세라믹 슬러리를 제조하였다. Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. It was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 54% by volume. At the same time, the alumina ceramic slurry and the zirconia ceramic slurry were mixed to prepare a plurality (10 pieces) of mixed ceramic slurries of different compositions.

각각의 조성 조건으로 광중합형 3D 프린터를 이용하여 프린팅한 뒤 프린팅한 세라믹 구조체를 알루미나와 지르코니아의 동시 소결 온도인 1500℃에서 각각 소결한 후 소결 전 대비 수축한 선 수축률을 평가하였다. 그 결과를 도 7에 도시하였다.After printing using a photo-curing 3D printer for each composition condition, the printed ceramic structure was sintered at 1500° C., which is the simultaneous sintering temperature of alumina and zirconia, respectively, and the shrinkage of the line compared to before sintering was evaluated. The results are shown in FIG. 7 .

상기 도 7을 살펴보면, 혼합 슬러리의 소결 수축률은 약 16.7%에서 17.67% 정도로 알루미나와 지르코니아 간의 1% 차이는 있으나 경사기능구조를 형성한 혼합 조성 층간에는 ±0.2% 이내의 차이로 급격한 수축률 차이 없이 제어 가능한 것이 확인되었다. 즉, 알루미나와 지르코니아 사이의 혼합조성을 점차적으로 조정하는 것으로 소결 후 소결수축률 차이에 의한 분리를 방지할 수 있음을 예상할 수 있다.7, the sintering shrinkage of the mixed slurry is about 16.7% to 17.67%, there is a 1% difference between alumina and zirconia, but the difference between the mixed composition layers forming the inclined functional structure is within ±0.2%. possible was confirmed. That is, it can be expected that separation due to the difference in sintering shrinkage after sintering can be prevented by gradually adjusting the mixing composition between alumina and zirconia.

실험예 6Experimental Example 6

실험예 4의 실험 결과를 이용하여, 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 세라믹 구조체를 설계하였다.Using the experimental results of Experimental Example 4, an alumina-zirconia ceramic structure having a gradient functional structure was designed.

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 알루미나와 지르코니아 순수층은 각각 46부피%와 45부피%를, 두 조성간 혼합층은 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 50부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 상기 알루미나 세라믹 슬러리 및 지르코니아 세라믹 슬러리를 혼합하여 상이한 조성의 다수의 혼합 세라믹 슬러리를 제조하였다. 구체적으로, 알루미나: 지르코니아의 조성비 = 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 (중량%)를 갖고, 광경화성 레진 대비 무기물 함량이 50부피%인 10가지 혼합 슬러리를 제조하였다.Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. The alumina and zirconia pure layers were prepared by mixing 46 vol% and 45 vol%, respectively, and the mixed layer between the two compositions so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 50 vol%. A plurality of mixed ceramic slurries of different compositions were prepared by mixing the alumina ceramic slurry and the zirconia ceramic slurry. Specifically, alumina: zirconia composition ratio = 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 (weight %), and 10 types of mixed slurries having an inorganic content of 50% by volume compared to the photocurable resin were prepared.

도 8에 도시된 바와 같이, 지르코니아 슬러리, 알루미나 슬러리 및 지르코니아-알루미나를 혼합한 슬러리로 총 12개의 조성 경사를 구현하기 위한, 12개의 광경화성 세라믹 슬러리를 준비하였다. As shown in FIG. 8 , 12 photocurable ceramic slurries were prepared to implement a total of 12 composition gradients with a zirconia slurry, an alumina slurry, and a mixed slurry of zirconia-alumina.

상기 12가지 상이한 조성의 슬러리의 광 경화 조건을 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 진행하였다. 무기물 함량을 달리한 각 재료의 광 조사 시간 별 광 경화 깊이를 측정하였다. In order to confirm the light curing conditions of the slurries of the 12 different compositions, the following experiment was conducted. The light curing depth for each material with different inorganic content was measured for each light irradiation time.

투명 유리 플레이트 위에 각 조성의 슬러리를 도포한 후, 20x12mm 크기 형상으로 9W/m2 광량의 빛을 각 시간대 별로 조사하고 미경화 부분을 세척, 경화된 두께를 측정하였다. 그 결과를 도 9에 도시하였다.After applying the slurry of each composition on a transparent glass plate, a 20x12mm size shape was irradiated with 9W/m 2 light at each time period, and the uncured part was washed and the cured thickness was measured. The results are shown in FIG. 9 .

상기 도 9에 도시된 바와 같이, 그림에서 보는 바와 같이 광중합을 통한 3D프린팅을 위해서는 각 조성에 따른 광경화 조건이 상이한 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 9, it was found that photocuring conditions according to each composition were different for 3D printing through photopolymerization as shown in the figure.

광 조사 시간이 필요시간보다 길어질 경우 빛의 산란에 의하여 광경화가 발생, 프린팅된 구조체의 정밀도가 저하될 수 있으므로, 한 층의 두께에 맞는 광 조사 시간을 설정해야 하는 것으로 판단되었다. If the light irradiation time is longer than the required time, photocuring may occur due to light scattering, and the precision of the printed structure may be reduced. Therefore, it was determined that the light irradiation time should be set according to the thickness of one layer.

또한, 광중합형 3D 프린팅은 광경화성 레진 내에 세라믹을 균일 분산시킨 광경화성 세라믹 슬러리를 이용하여 필요한 부분에 빛을 쪼여 경화시키는 방식이다. 따라서, 광경화성 레진에 분산되는 세라믹 입자의 밀도 및 광 흡수성 등의 물성에 따라 광경화 조건이 상이하게 되므로 경사기능구조를 구현하기 위해 준비되는 각 세라믹 슬러리의 광경화 조건을 조성별로 최적화해야 하는 것으로 판단되었다.In addition, photo-curable 3D printing is a method of curing by irradiating light to a necessary area using a photo-curable ceramic slurry in which ceramic is uniformly dispersed in a photo-curable resin. Therefore, since the photocuring conditions are different depending on the physical properties such as density and light absorption of ceramic particles dispersed in the photocurable resin, the photocuring conditions of each ceramic slurry prepared to implement the gradient functional structure should be optimized for each composition. was judged

즉, 각 조성에 따른 광 조사 시간을 제어하는 것으로 구조 간의 결합력 및 3차원 구조 구현의 정밀도를 최적화할 수 있는 것으로 예상되었다.That is, it was expected that the coupling force between structures and the precision of the three-dimensional structure implementation could be optimized by controlling the light irradiation time according to each composition.

상기 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 실험을 통해 얻은 최적의 광경화 조건 및 12가지 조성의 세라믹 슬러리를 이용하여 프린팅한 구조체를 3D 프린팅하였다. 구체적으로, 상기 12가지 조성의 슬러리를 한 층의 두께를 20 ㎛ 로 설정하여 광중합형 3D 프린터로 공급하여, 지르코니아 슬러리 층은 6초 5:95(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 10:90(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 20:80(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 30:70(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 40:60(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 50:50(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 60:40(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 70:30(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 5초, 80:20(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 4초, 90:10(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 3초, 알루미나 슬러리 층은 2초 동안 각각 광조사 하여 프린팅하였다.As shown in FIG. 9, the printed structure was 3D printed using the optimal photo-curing conditions obtained through the above experiment and ceramic slurries of 12 compositions. Specifically, the slurries of the 12 compositions were supplied to a photo-curing 3D printer by setting the thickness of one layer to 20 μm, and the zirconia slurry layer was a mixed slurry layer with a composition ratio of 6:95 (alumina: zirconia, wt%) for 6 seconds. Silver 6 seconds, 10:90 (alumina: zirconia, wt%) mixed slurry layer with a composition ratio of 6 seconds, 20:80 (alumina: zirconia, wt%) composition ratio of the mixed slurry layer is 6 seconds, 30:70 (alumina: The mixed slurry layer of the composition ratio of zirconia, weight %) is 7 seconds, the mixed slurry layer of the 40:60 (alumina: zirconia, weight %) composition ratio is 7 seconds, and the mixed slurry layer of the composition ratio of 50:50 (alumina: zirconia, weight %) Silver 7 seconds, 60:40 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer with a composition ratio of 6 seconds, 70:30 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer with a composition ratio of 5 seconds, 80:20 (alumina: The mixed slurry layer with a composition ratio of zirconia, weight %) was irradiated with light for 4 seconds, the mixed slurry layer with a composition ratio of 90:10 (alumina:zirconia, weight%) for 3 seconds, and the alumina slurry layer was printed by light irradiation for 2 seconds, respectively.

그 결과 프린팅된 구조체를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 이미지 및 이를 EDX를 통해 맵핑한 이미지를 도 10에 도시하였다. As a result, a scanning electron microscope (SEM) image of the printed structure and an image mapped thereto through EDX are shown in FIG. 10 .

상기 도 10에 참조하면, 검붉은 색은 알루미나를, 연두색은 지르코니아를 나타내며, 프린팅된 구조물은 검붉은 색에서 연두색으로 점차적으로 변화하고 있는 것이 관찰되었다. 즉, 프린팅된 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조 성형체(소결 전)의 조성변화를 점진적으로 변화하는 경사구조를 갖는 것을 확인하였다. 조성의 변화가 점진적으로 경사기능을 이루는 3차원 구조체를 3D프린터를 이용해 구현할 수 있음을 알 수 있었다.Referring to FIG. 10 , dark red color indicates alumina and yellow green color indicates zirconia, and it was observed that the printed structure gradually changed from dark red color to light green color. That is, it was confirmed that the printed alumina-zirconia structure molded article (before sintering) having a gradient functional structure had a gradient structure in which the composition change was gradually changed. It was found that a three-dimensional structure in which a change in composition gradually forms a slope function can be implemented using a 3D printer.

실험예 7Experimental Example 7

실험예 4에서 프린팅한 경사기능구조를 도입한 알루미나-지르코니아 구조체를 소결한 후의 양상을 확인하기 위해 하기와 같은 실험을 진행하였다. The following experiment was performed to confirm the aspect after sintering the alumina-zirconia structure to which the gradient functional structure printed in Experimental Example 4 was introduced.

3D프린팅된 구조체를 알루미나, 지르코니아 슬러리의 동시 소결 가능온도인 1500°C 에서 소결하였다. 그 결과를 도 11에 도시하였다.The 3D-printed structure was sintered at 1500°C, which is the simultaneous sintering temperature of alumina and zirconia slurries. The results are shown in FIG. 11 .

또한, 소결 후의 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 구조체를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 후, EDX를 통해 맵핑하였다. 그 결과를 각각 도 12에 도시하였다. In addition, the alumina-zirconia structure having a tilted functional structure after sintering was observed with a scanning electron microscope (SEM), and then mapped through EDX. The results are shown in Fig. 12, respectively.

또한, 소결 후의 각 층의 입자 구조를 주사전지현미경(SEM)으로 관찰하였고, 각 층의 밀도를 평가하였다. 그 결과를 도 13 및 도 14에 도시하였다. In addition, the particle structure of each layer after sintering was observed with a scanning cell microscope (SEM), and the density of each layer was evaluated. The results are shown in FIGS. 13 and 14 .

상기 도 11에 도시된 바와 같이, 경사기능구조를 도입한 알루미나-지르코니아 구조체는 소결 후에도 층간 벌어짐 및 분리 없이 잘 연결되어 있는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 11, it was confirmed that the alumina-zirconia structure to which the inclined functional structure was introduced was well connected without interlayer separation and separation even after sintering.

또한, 상기 도 12에 도시된 바와 같이, 구조체의 각 층이 알루미나 층에서 지르코니아 층 쪽으로 갈수록 알루미나와 지르코니아의 조성비가 경사 변화(점진적 변화)를 이루는 경사기능 구조체임을 확인하였다. In addition, as shown in FIG. 12 , it was confirmed that the composition ratio of alumina and zirconia changes inclination (gradual change) as each layer of the structure goes from the alumina layer to the zirconia layer.

또한, 도 13을 참조하면, 알루미나 층의 경우 알루미나 입자가 소결에 의해서 성장한 모습이 확인되나, 지르코니아 입자가 많이 혼합될수록 알루미나 입자의 성장이 줄어든 형태가 확인되었다. 따라서, 경사기능구조를 도입한 본 실험예의 구조체가 소결 이후에도 층간 벌어짐이나 분리없이 연결될 수 있던 것은 조성을 경사기능으로 구현하여 소결에 의한 입자 성장을 점진적으로 제어하는 것으로 밀도를 조절하고, 수축률도 동일하도록 제어가능 하였기 때문임을 확인할 수 있었다.Also, referring to FIG. 13 , in the case of the alumina layer, it was confirmed that the alumina particles were grown by sintering, but as the zirconia particles were mixed, the growth of the alumina particles was reduced. Therefore, the structure of this experimental example, which introduced the inclined function structure, could be connected without interlayer gaping or separation even after sintering was achieved by implementing the composition as a gradient function to gradually control the grain growth by sintering, so that the density was controlled and the shrinkage rate was the same. It was confirmed that it was because it was controllable.

도 14를 참조하면, 알루미나 층에서 지르코니아 층으로 갈수록 구조체의 경사기능구조를 이루는 층들의 밀도가 약 6 g/㎤ 에서 약 4 g/㎤ 로 선형적 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 경사기능구조 도입을 기반으로 하여 지르코니아와 알루미나의 큰 밀도차이를 점진적으로 변화시킬 수 있었으며, 이에 소결에 의한 층간 잔류응력을 완화하여 알루미나-지르코니아 2종 소재 접합이 가능함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 14 , it was shown that the density of the layers constituting the inclined functional structure of the structure decreased linearly from about 6 g/cm 3 to about 4 g/cm 3 , as it went from the alumina layer to the zirconia layer. That is, it was possible to gradually change the large density difference between zirconia and alumina based on the introduction of the inclined functional structure, and it was confirmed that the bonding of two types of alumina-zirconia materials was possible by relieving the residual stress between layers by sintering.

실험예 8Experimental Example 8

3D프린팅 기술을 이용하여 3차원 형상과 조성을 동시에 제어 가능한 것을 확인하기 위하여, 복잡한 3차원 형상 내부에 경사기능구조를 갖는 알루미나-지르코니아 세라믹 구조체를 설계 후 제조하였다. 실험예 1 내지 7의 조건을 이용하여 알루미나-지르코니아 소재의 접합면을 조성의 경사기능구조를 가질 수 있도록 설계하고 3D프린터을 통하여서 3차원 형상제어와 더불어 경사기능구조 구현을 위한 조성제어까지 진행하여 프린팅을 진행하였다.In order to confirm that the three-dimensional shape and composition can be simultaneously controlled using 3D printing technology, an alumina-zirconia ceramic structure having a slanted functional structure inside a complex three-dimensional shape was designed and manufactured. Using the conditions of Experimental Examples 1 to 7, the bonding surface of the alumina-zirconia material was designed to have a gradient functional structure of the composition, and the 3D printer was used to control the three-dimensional shape and control the composition for realizing the inclined functional structure. proceeded.

0.2 ㎛ 의 알루미나 입자, 0.2 ㎛ 의 지르코니아 입자를 광경화성 레진에 균일하게 분포되도록 하여 각각 광경화성 세라믹 슬러리를 제조하였다. 순수 알루미나와 지르코니아 부분은 각각 46부피% 및 45부피%로 제어하고, 경사기능구조 부분은 광경화성 레진 대비 무기물(알루미나, 지르코니아)의 함량이 50부피%가 되도록 혼합하여 제조하였다. 상기 알루미나 세라믹 슬러리 및 지르코니아 세라믹 슬러리를 혼합하여 상이한 조성의 다수의 혼합 세라믹 슬러리를 제조하였다. 구체적으로, 알루미나: 지르코니아의 조성비 = 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 (중량%)를 갖고, 광경화성 레진 대비 무기물 함량이 50부피%인 10가지 혼합 슬러리를 제조하였다.Alumina particles of 0.2 μm and zirconia particles of 0.2 μm were uniformly distributed in the photocurable resin to prepare photocurable ceramic slurries, respectively. The pure alumina and zirconia parts were controlled to 46 vol% and 45 vol%, respectively, and the inclined functional structure part was prepared by mixing so that the content of inorganic substances (alumina, zirconia) compared to the photocurable resin was 50 vol%. A plurality of mixed ceramic slurries of different compositions were prepared by mixing the alumina ceramic slurry and the zirconia ceramic slurry. Specifically, alumina: zirconia composition ratio = 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 (weight %), and 10 types of mixed slurries having an inorganic content of 50% by volume compared to the photocurable resin were prepared.

상기 12가지 조성의 슬러리를 한 층의 두께를 20㎛ 로 설정하여 광중합형 3D 프린터로 공급하여, 지르코니아 슬러리 층은 6초 5:95(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 10:90(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 20:80(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 30:70(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 40:60(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 50:50(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 7초, 60:40(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 6초, 70:30(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 5초, 80:20(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 4초, 90:10(알루미나:지르코니아, 중량%) 조성비의 혼합슬러리 층은 3초, 알루미나 슬러리 층은 2초 동안 각각 각 층으로 형성할 부분을 광조사 하여 프린팅하였다. 이후, 최종적으로, 3차원 형상을 모델링하여 프린팅된 구조체를 1500℃에서 동시소결 하였다. The zirconia slurry layer is 6 seconds and 5:95 (alumina:zirconia, wt%) composition ratio of the mixed slurry layer is 6 seconds by setting the thickness of one layer of the 12 types of slurries to 20㎛ , 10:90 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer for 6 seconds, 20:80 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer for 6 seconds, 30:70 (alumina: zirconia, weight) %) The mixed slurry layer of the composition ratio is 7 seconds, the mixed slurry layer of the 40:60 (alumina:zirconia, wt%) composition ratio is 7 seconds, and the mixed slurry layer of the 50:50 (alumina:zirconia, wt%) composition ratio is 7 seconds , 60:40 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer with a composition ratio of 6 seconds, 70:30 (alumina: zirconia, weight %) mixed slurry layer with a composition ratio of 5 seconds, 80: 20 (alumina: zirconia, weight %) The mixed slurry layer of the composition ratio is 4 seconds, the 90:10 (alumina:zirconia, wt%) mixed slurry layer is 3 seconds, and the alumina slurry layer is 2 seconds. did. Then, finally, the three-dimensional shape was modeled and the printed structure was co-sintered at 1500°C.

그 제조과정 및 소결 후의 모습을 각각 도 15 및 도 16에 도시하였다. The manufacturing process and appearance after sintering are shown in FIGS. 15 and 16, respectively.

상기 도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따르면 3차원 형상 제어와 더불어 경사기능구조를 갖는 이종소재 3차원 세라믹 구조체를 제조할 수 있음을 확인하였고, 또한 제조된 구조체는 경사기능구조 및 프린팅 재료 물성 제어를 통해 소결수축률 및 밀도 변화를 최적화하여 소결 후에도 층간 계면의 벌어짐이나 분리없이, 정밀도가 높은 고품질로 제공할 수 있음을 확인하였다.15 and 16, according to the present invention, it was confirmed that a heterogeneous three-dimensional ceramic structure having a tilt function structure in addition to 3D shape control can be manufactured, and the manufactured structure is a tilt function structure and printing structure By optimizing the sintering shrinkage rate and density change through material property control, it was confirmed that high-precision, high-quality products can be provided without gaping or separation of the interlayer interface even after sintering.

이와 비교하여, 도 17에 도시된 바와 같이, 조성 간 수축률을 일치시키고 밀도변화율을 점차적으로 변화시키는 것에 실패하게 되면 층간 벌어짐 및 구조 내 균열 등이 발생하여 건전한 소결체를 얻을 수 없었다.In comparison, as shown in FIG. 17, when it failed to match the shrinkage rate between the compositions and to gradually change the density change rate, interlayer splintering and cracks in the structure occurred, so that a sound sintered body could not be obtained.

Claims (18)

제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하여 일치된 소결 수축률 X1을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료 준비하는 단계;
상기 일치하는 소결 수축률을 갖는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 조성비가 경사기능구조를 갖도록, 일치된 소결수축률 X2를 갖는 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계;
상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;
상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계;
상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계; 및
프린팅된 구조체를 소결하는 단계;를 포함하되, 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2는 제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결 수축률 X1 대비 ±1.5% 범위인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
preparing a first printing material and a second printing material having a matched sintering shrinkage ratio X1 by controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material different therefrom;
adjusting the mixing ratio of the first printing material and the second printing material having the matching sintering shrinkage ratio, so that the composition ratio of the first printing material and the second printing material has a gradient functional structure, preparing a mixed printing material;
supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;
supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side;
supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side; and
Sintering the printed structure; including, wherein the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials is in the range of ±1.5% compared to the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material. A method of manufacturing a ceramic structure.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계는 제 1 프린팅 재료 및 이와 상이한 제 2 프린팅 재료의 혼합 비율을 조절하여, 상이한 조성의 다수의 혼합된 프린팅 재료의 밀도가 점차적으로 변화하는 경사기능구조를 갖도록 수행되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of preparing the plurality of mixed printing materials, the mixing ratio of the first printing material and the second printing material different therefrom is adjusted so that the density of the plurality of mixed printing materials of different compositions has a gradient function structure in which the density is gradually changed. A method of manufacturing a ceramic structure having a gradient functional structure, characterized in that performed.
제 1항에 있어서,
상기 방법은 다수의 혼합 프린팅 재료를 준비하는 단계 이후 제 1 프린팅 재료를 공급하여 구조체의 일부를 프린팅 하는 단계 이전에,
제 1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 소결수축률 X1을 다수의 혼합 프린팅 재료의 소결 수축률 X2와 일치하도록, 제 1프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 물성을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method includes, after the step of preparing a plurality of mixed printing materials, before the step of supplying a first printing material to print a part of the structure,
Controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material so that the sintering shrinkage ratio X1 of the first printing material and the second printing material matches the sintering shrinkage ratio X2 of the plurality of mixed printing materials. A method of manufacturing a ceramic structure having a sloped functional structure.
제 1항에 있어서,
상기 제1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 물성 제어는 상기 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말의 입자 크기를 조절하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
Controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material is a method of manufacturing a ceramic structure having an inclined function structure, characterized in that it is performed by a method of adjusting the particle size of the ceramic powder contained in the printing material.
제 1항에 있어서,
상기 제1 프린팅 재료 및 제 2 프린팅 재료의 물성 제어는 상기 프린팅 재료의 무기물 함량을 조절하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
Controlling the physical properties of the first printing material and the second printing material is a method of manufacturing a ceramic structure having a tilt function structure, characterized in that it is performed by a method of adjusting the inorganic content of the printing material.
제 1항에 있어서,
상기 소결 수축률 X1 및 X2는 10% 내지 40% 범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체의 제조방법.
The method of claim 1,
The sintering shrinkage rate X1 and X2 is a method of manufacturing a ceramic structure having a gradient function, characterized in that controlled in the range of 10% to 40%.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 프린팅 재료 또는 제 2 프린팅 재료는 알루미나(Alumina) 또는 지르코니아(Zirconia)를 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The first printing material or the second printing material is a method of manufacturing a ceramic structure having a slanted functional structure, characterized in that it contains alumina or zirconia (Zirconia).
제 1항에 있어서,
상기 프린팅 재료의 무기물 함량은 40부피% 내지 70부피% 인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The inorganic material content of the printing material is a method of manufacturing a ceramic structure having a slanted functional structure, characterized in that 40% by volume to 70% by volume.
제 1항에 있어서,
상기 프린팅 재료에 포함된 세라믹 분말의 입자 크기는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing a ceramic structure having a tilted functional structure, characterized in that the particle size of the ceramic powder included in the printing material is 0.01 μm to 10 μm.
제 1항에 있어서,
상기 제 1프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제 2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 알루미나(Alumina)의 입자크기는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 지르코니아(Zirconia)의 입자크기는 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the particle size of the alumina is 0.1 μm to 10 μm, and the particles of zirconia A method of manufacturing a ceramic structure having a sloped functional structure, characterized in that the size is 0.01 μm to 1 μm.
제 1항에 있어서,
상기 제 1프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제 2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 제 1 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 56부피% 이고, 제 2 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 54부피% 인 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the inorganic content of the first printing material is 46% by volume to 56% by volume, The method for manufacturing a ceramic structure having a gradient functional structure, characterized in that the inorganic content is 46% by volume to 54% by volume.
제 1항에 있어서,
상기 제1 프린팅 재료는 알루미나(Alumina)를 포함하고, 제2 프린팅 재료는 지르코니아(Zirconia)를 포함하고, 상기 알루미나(Alumina)의 입자크기는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 이고, 상기 지르코니아(Zirconia)의 입자크기는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 이며, 상기 제 1 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 56부피% 이고, 제 2 프린팅 재료의 무기물 함량은 46부피% 내지 54부피% 이고, 상기 다수의 혼합 프린팅 재료의 무기물 함량은 48부피% 내지 54부피% 이며, 상기 다수의 혼합 프린팅 재료에서, 알루미나 및 지르코니아의 조성비는 0.1중량% 내지 99.9중량% 범위에서 경사 변화를 이루는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
The first printing material includes alumina, the second printing material includes zirconia, and the particle size of the alumina is 0.2 μm to 0.5 μm, and the particles of zirconia The size is 0.2 μm to 0.5 μm, the inorganic content of the first printing material is 46% to 56% by volume, the inorganic content of the second printing material is 46% to 54% by volume, and the plurality of mixed printing materials are The inorganic content of is 48 vol% to 54 vol%, and in the plurality of mixed printing materials, the composition ratio of alumina and zirconia varies from 0.1% to 99.9% by weight. A method for manufacturing a structure.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;
상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계; 및
상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계;는,
3D 프린터로 제1 프린팅 재료를 두께를 제어하여 공급하여, 구조체의 일부를 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 1);
3D 프린터로 다수의 혼합 프린팅 재료를 조성비에 따라 순차로 두께를 제어하여 공급하여, 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사부를 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 2);
3D 프린터로 제2 프린팅 재료를 두께를 제어하여 공급하여, 상기 구조체의 경사부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 이루는 층을 형성하고, 이를 광경화시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 1 내지 단계 3을 반복하여 구조체를 적층조형하는 단계;를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;
supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side; and
Supplying the second printing material to a 3D printer to print the other part of the structure in contact with the inclined portion of the structure from the other side;
Supplying a first printing material to a 3D printer by controlling the thickness, forming a layer constituting a part of the structure, and photocuring it (step 1);
A step of supplying a plurality of mixed printing materials to a 3D printer by sequentially controlling the thickness according to the composition ratio, forming a layer forming an inclined portion in contact with a part of the structure and photocuring it (step 2);
Supplying a second printing material by controlling the thickness to a 3D printer, forming a layer constituting the other portion of the structure in contact with the inclined portion of the structure from the other side, and photocuring it (step 3); and
A method of manufacturing a ceramic structure having a tilted functional structure, characterized in that it is carried out including; repeating the steps 1 to 3 to laminate the structure.
제 13항에 있어서,
상기 단계 1과 단계 2 또는 상기 단계 2와 단계 3 사이에 미경화 재료를 세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
14. The method of claim 13,
The method for manufacturing a ceramic structure having a gradient functional structure, characterized in that it further comprises the step of washing the uncured material between the steps 1 and 2 or between the steps 2 and 3 .
제 13항에 있어서,
상기 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 로 제어되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
14. The method of claim 13,
The thickness is a ceramic structure manufacturing method having a slope function, characterized in that the control is 1㎛ to 200㎛.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 구조체의 일부를 프린팅하는 단계;
상기 다수의 혼합 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 일부와 일측에서 접하는 경사기능구조부를 프린팅하는 단계; 및
상기 제 2 프린팅 재료를 3D 프린터로 공급하여 상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하는 구조체의 타 부분을 프린팅하는 단계;는
제1 프린팅 재료를 두께를 제어하여 3D 프린터로 공급하고 적층조형하여 복수의 층을 포함하는 제1 프린팅 재료부를 형성하는 단계;
다수의 혼합 프린팅 재료를 조성비에 따라 순차로, 두께를 제어하여 3D 프린터로 공급하고 적층조형하여, 상기 제1 프린팅 재료부의 상부 면에서 접하는 경사 구조부를 형성하는 단계; 및
제2 프린팅 재료를 3D 프린터로 두께를 제어하여 공급하고 적층조형하여, 상기 경사 구조부의 상부 면에서 접하는 제2 프린팅 재료부를 형성하는 단계;를 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
The method of claim 1,
supplying the first printing material to a 3D printer to print a part of the structure;
supplying the plurality of mixed printing materials to a 3D printer to print a part of the structure and an inclined functional structure in contact with one side; and
Supplying the second printing material to a 3D printer to print the other portion of the structure in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side;
forming a first printing material part including a plurality of layers by supplying the first printing material to a 3D printer by controlling the thickness and performing additive manufacturing;
supplying a plurality of mixed printing materials to a 3D printer by sequentially controlling the thickness according to the composition ratio, and forming a slanted structure part in contact with the upper surface of the first printing material part; and
A ceramic structure having an inclined function structure, characterized in that it is carried out through; supplying a second printing material by controlling the thickness to a 3D printer, and forming a second printing material part in contact with the upper surface of the inclined structure part by lamination molding manufacturing method.
제 16항에 있어서,
상기 두께는 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 로 제어되는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체 제조방법.
17. The method of claim 16,
The thickness is a ceramic structure manufacturing method having a slope function, characterized in that the control is 1㎛ to 200㎛.
제 1항의 방법으로 제조되고, 제 1 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 일부;
상기 구조체의 일부와 일측에서 접하고, 제1 프린팅 재료 및 제2 프린팅 재료의 조성비가 경사 변화하는 다수의 혼합 프린팅 재료에 의하여 형성되는 경사기능구조부; 및
상기 구조체의 경사기능구조부와 타측에서 접하고 제 2 프린팅 재료에 의하여 형성되는 구조체의 타 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사기능구조를 갖는 세라믹 구조체.
a portion of the structure fabricated by the method of claim 1 and formed by the first printing material;
an inclined functional structure part in contact with a part of the structure at one side and formed by a plurality of mixed printing materials in which the composition ratio of the first printing material and the second printing material is inclined; and
and the other portion of the structure that is in contact with the inclined functional structure portion of the structure from the other side and is formed by the second printing material.
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