KR20220037987A - Manufacturing method and Manufacturing device for 3D structure using 2D-3D transformation - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional (3D) structure and an apparatus for manufacturing the 3D structure. The method for manufacturing a 3D structure according to the present invention comprises the steps of: (a) fixing a two-dimensional (2D) structure on a substrate; (b) supplying a fluid to the substrate on which the 2D structure is fixed; and (c) making the 2D structure float by the fluid so as to form a 3D structure.

Description

2D-3D 변환을 이용한 3차원 구조물의 제조방법 및 제조장치{Manufacturing method and Manufacturing device for 3D structure using 2D-3D transformation}Manufacturing method and manufacturing device for 3D structure using 2D-3D transformation

본 발명은 2D-3D 변환을 이용한 3차원 구조물의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 구체적으로는 직접적인 3차원 구조물의 제조기술보다 더 빠르고 간편한 2차원 기반의 제조 기술들을 이용하여 3차원 구조물을 제조할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a manufacturing apparatus for manufacturing a 3D structure using 2D-3D transformation, and more specifically, to manufacturing a 3D structure by using a 2D-based manufacturing technique that is faster and simpler than a direct manufacturing technique of a 3D structure. It relates to a method and apparatus capable of doing so.

일반적으로, 3차원 구조물을 제조하는 방식으로는 주형에 액체원료를 붓고 액체원료를 고형화하여 제조하는 주형 방식, 3차원의 고형원료를 직접적으로 깎아 제조하는 절삭형 방식, 얇은 두께를 가지는 2차원 구조물을 쌓아 올려 3차원 구조물을 제조하는 다층박막적층(layer-by-layer assembly) 방식 등이 있다. 이들 방식 중 다층박막적층 방식은 3D 프린팅에서 많이 사용되는 방법으로, 광경화를 이용하는 레이저 소결(SLA, Stereo Lithography Apparatus) 또는 융합 증착 모델링(FDM, Fused Deposition Modeling) 등이 존재하며, 저렴한 원료들을 이용하거나 직접적으로 그 특성을 조절할 수 있어 최근 주목을 받고 있다.In general, as a method of manufacturing a three-dimensional structure, a mold method in which a liquid raw material is poured into a mold and the liquid raw material is solidified, a cutting method in which a three-dimensional solid material is directly cut and manufactured, and a two-dimensional structure having a thin thickness There is a layer-by-layer assembly method that manufactures a three-dimensional structure by stacking them. Among these methods, the multilayer thin film stacking method is a method widely used in 3D printing, and there are laser sintering (SLA, Stereo Lithography Apparatus) or FDM, Fused Deposition Modeling (FDM) using photocuring, and uses inexpensive raw materials. It is receiving attention recently because it can directly control its characteristics.

그러나 종래에 개발된 3차원 구조물의 제조 방식들은 디자인에서 제조까지 걸리는 시간(rapid prototyping)과 생산속도(producibility) 사이에 상충관계(trade-off)가 존재한다. 예컨대, 주형 방식은 높은 생산속도를 가져 제품당 생산단가가 낮지만, 초기단계에서 주형 설계 및 제조에 많은 시간과 비용이 필요하다. 또한 다층박막적층 방식과 같은 3D 프린팅은 매우 낮은 초기 비용으로 빠르게 3차원 구조물을 제조할 수 있지만, 제품당 많은 생산시간이 필요하고 단가가 비싸 대량생산에는 적합하지 않다.However, in the conventionally developed methods of manufacturing a 3D structure, a trade-off exists between rapid prototyping and productivity. For example, the mold method has a high production rate and thus has a low production cost per product, but requires a lot of time and money to design and manufacture the mold in the initial stage. In addition, 3D printing such as multi-layer thin film lamination method can rapidly manufacture 3D structures at very low initial cost, but it requires a lot of production time per product and is not suitable for mass production due to high unit cost.

한편, 2차원 시트구조를 접고, 구부리고, 조립하여 3차원 구조물을 제조하는 2D-3D 변형기술은 쉽고, 빠르고, 저렴하게 3차원 구조물을 만들 수 있는 기술로 주목을 받고 있다. 특히, 2D-3D 변형기술은 빠르고 저렴한 2D 제조기술을 기반으로 하기 때문에 대량생산에 적합하다. 이에 따라 최근에는 self-folding origami, buckling, 4D 프린팅 등 단순한 외부 자극만으로 2차원 구조물이 스스로 설계해둔 3차원 구조물로 변형되는 기술들의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.On the other hand, 2D-3D deformation technology, which manufactures a three-dimensional structure by folding, bending, and assembling a two-dimensional sheet structure, is attracting attention as a technology that can make a three-dimensional structure easily, quickly, and inexpensively. In particular, 2D-3D transformation technology is suitable for mass production because it is based on fast and inexpensive 2D manufacturing technology. Accordingly, recently, self-folding origami, buckling, and 4D printing are actively developing technologies that transform a 2D structure into a self-designed 3D structure with a simple external stimulus.

그러나 현재까지 개발된 2D-3D 변형기술은 변형 전 물질인 2차원 구조물을 준비하는 과정에서, 종래의 3D 프린팅 방식보다 더 복잡한 과정을 진행해야 하는 경우가 많아 2D-3D 변형기술의 실제 활용 가능성이 제한되고 있다.However, the 2D-3D transformation technology developed so far often requires a more complicated process than the conventional 3D printing method in the process of preparing the two-dimensional structure, which is the material before transformation, so the practical application of the 2D-3D transformation technology is not possible. is limited

대한민국 공개특허 제10-2019-0119218호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0119218 대한민국 공개특허 제10-2019-0073228호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0073228

본 발명은 종래의 직접적인 3차원 구조물의 제조방식, 또는 2D-3D 변환 제조방식보다 더 빠르고 간편하게 2차원 구조물 기반으로 3차원 구조물을 제조할 수 있는 2D-3D 변환을 이용한 3차원 구조물의 제조방법 및 제조장치를 제공하고자 한다.The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure using 2D-3D transformation, which can manufacture a three-dimensional structure based on a two-dimensional structure faster and more conveniently than a conventional direct manufacturing method of a three-dimensional structure, or a 2D-3D transformation manufacturing method, and To provide a manufacturing device.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (a) 2차원 구조물을 기판에 고정시키는 단계; (b) 상기 2차원 구조물이 고정된 기판에 유체를 공급하는 단계; 및 (c) 상기 유체에 의해 상기 2차원 구조물이 부유되어 3차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 3차원 구조물의 제조방법을 제공한다.The present invention in order to solve the above problems, (a) fixing the two-dimensional structure to the substrate; (b) supplying a fluid to the substrate to which the two-dimensional structure is fixed; and (c) floating the two-dimensional structure by the fluid to form a three-dimensional structure.

상기 (c) 단계는 상기 형성된 3차원 구조물의 강도를 높이는 단계를 더 포함할 수 있다.Step (c) may further include increasing the strength of the formed three-dimensional structure.

이러한 본 발명은, (d) 상기 (c) 단계에서 형성된 3차원 구조물에 물리적 처리 또는 생화학적 처리를 하여 기능성을 부가하는 단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include (d) adding functionality to the three-dimensional structure formed in step (c) by physical treatment or biochemical treatment.

상기 (c) 단계의 2차원 구조물은 상기 유체에 의해 일부 또는 전부 부유될 수 있다.The two-dimensional structure of step (c) may be partially or entirely suspended by the fluid.

상기 (c) 단계의 2차원 구조물은 상기 유체에 의해 부유되는 플로팅 파트부와 상기 유체에 의해 부유되지 않는 앵커 파트부를 포함할 수 있다.The two-dimensional structure of step (c) may include a floating part part floating by the fluid and an anchor part part not floating by the fluid.

상기 플로팅 파트부는 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물로 형성되고, 상기 앵커 파트부는 계면활성제를 포함하지 않는 잉크 조성물로 형성될 수 있다.The floating part may be formed of an ink composition including a surfactant, and the anchor part may be formed of an ink composition that does not include a surfactant.

상기 플로팅 파트부를 형성하는 잉크 조성물과 상기 앵커 파트부를 형성하는 잉크 조성물 각각은 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.Each of the ink composition forming the floating part and the ink composition forming the anchor part may further include at least one selected from the group consisting of a polymerization initiator and a functional additive.

상기 (b) 단계의 유체는 용매, 모노머, 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The fluid of step (b) may include at least one selected from the group consisting of a solvent, a monomer, a polymerization initiator, and a functional additive.

상기 기능성 첨가제는 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 철(Fe) 입자, 네오디뮴(Nd) 입자, 양자점(quantum dot), 생화학 분자 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.The functional additive is one selected from the group consisting of silver (Ag) particles, gold (Au) particles, iron (Fe) particles, neodymium (Nd) particles, quantum dots, biochemical molecules, and carbon nanotubes (CNT). It may include more than one species.

한편 본 발명은, 2차원 구조물을 형성하는 2차원 구조물 형성부; 상기 2차원 구조물 형성부에 유체를 공급하여 2차원 구조물을 3차원 구조물로 변형시키는 유체공급부; 상기 3차원 구조물을 회수하는 회수부; 및 상기 2차원 구조물과 상기 3차원 구조물을 이송시키는 이송부를 포함하는 3차원 구조물의 제조장치를 제공한다.On the other hand, the present invention, a two-dimensional structure forming part for forming a two-dimensional structure; a fluid supply unit supplying a fluid to the two-dimensional structure forming unit to transform the two-dimensional structure into a three-dimensional structure; a recovery unit for recovering the three-dimensional structure; And it provides an apparatus for manufacturing a three-dimensional structure including a transfer unit for transferring the two-dimensional structure and the three-dimensional structure.

본 발명에 따른 2D-3D 변환을 이용한 3차원 구조물의 제조방법은 제조가 용이하며 다양한 기능성을 손쉽게 부여할 수 있는 2차원 구조물을 3차원 구조물로 변형하여 3차원 구조물을 제조하기 때문에 3차원 구조물의 제조효율을 높일 수 있다. 구체적으로 본 발명은 2차원 기반 제조기술을 이용하여 제조된 2차원 구조물(변형 전 물질 또는 2차원 구조 전구체)를, 유체(액체 혹은 기체)를 이용하여 간접적 또는 직접적으로 해당 구조에 영향을 미치지 않으면서 2차원 구조물을 변형시키는 과정으로 3차원 구조물을 용이하게 형성할 수 있다.The manufacturing method of a three-dimensional structure using 2D-3D transformation according to the present invention is easy to manufacture and transforms a two-dimensional structure that can easily provide various functions into a three-dimensional structure to manufacture a three-dimensional structure. Manufacturing efficiency can be increased. Specifically, the present invention is a two-dimensional structure (material before deformation or a two-dimensional structure precursor) manufactured using a two-dimensional-based manufacturing technology, if it does not affect the structure indirectly or directly using a fluid (liquid or gas) In the process of transforming a two-dimensional structure, a three-dimensional structure can be easily formed.

따라서 본 발명은 3차원 구조물의 제조가 요구되는 로봇, 바이오, 의료, 반도체, 회로, 완구, 예술, 건축 등의 분야에 효율적으로 적용할 수 있다.Therefore, the present invention can be effectively applied to fields such as robots, bio, medical, semiconductor, circuit, toys, art, and architecture that require the manufacture of three-dimensional structures.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 실시예 및 응용예를 설명하기 위한 참고도이다.
1 is a schematic diagram showing an apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention.
2 to 8 are reference diagrams for explaining the embodiments and application examples according to the present invention.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the description and claims of the present invention should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor must properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

또한 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, the terms include or have is intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step , it should be understood that it does not preclude in advance the possibility of the presence or addition of an operation, component, part, or combination thereof.

또한 본 발명에서 설명한 각 단계는 경우에 따라 순차적으로, 역순으로, 또는 교차하여 이루어질 수 있으며, 각 단계 사이에는 통상의 기술자가 이해할 수준으로 진행이 이루어지는 단계가 추가될 수 있다.In addition, each step described in the present invention may be performed sequentially, in reverse order, or intersecting depending on the case, and between each step, a step in which progress is made to a level understood by a person skilled in the art may be added.

본 발명은 2D-3D 변형기술의 적용을 위해 변형 전 물질인 2차원 구조물을 복잡한 과정을 거쳐 준비하던 종래기술과 달리, 2차원 구조물을 용이하면서도 간편하게 준비할 수 있고, 준비된 2차원 구조물을 3차원 구조물로 용이하게 변형시킬 수 있는 3차원 구조물의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Unlike the prior art in which a two-dimensional structure, which is a material before deformation, was prepared through a complicated process for application of 2D-3D deformation technology, a two-dimensional structure can be easily and conveniently prepared, and the prepared two-dimensional structure can be prepared in three dimensions. It relates to a manufacturing method and manufacturing apparatus of a three-dimensional structure that can be easily transformed into a structure, which will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조방법은, (a) 2차원 구조물을 기판에 고정시키는 단계; (b) 상기 2차원 구조물이 고정된 기판에 유체를 공급하는 단계; 및 (c) 상기 유체에 의해 상기 2차원 구조물이 부유되어 3차원 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention, (a) fixing the two-dimensional structure to a substrate; (b) supplying a fluid to the substrate to which the two-dimensional structure is fixed; and (c) floating the two-dimensional structure by the fluid to form a three-dimensional structure.

상기 (a) 단계는 변형 전 물질인 2차원 구조물을 기판에 고정시키는 단계이다. 상기 2차원 구조물을 기판에 고정시키는 방법은 다양한 방법이 적용될 수 있다. 구체적으로 상기 고정은 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성 등과 같은 특성을 이용한 물리적 고정; 소수성, 친수성, 공유결합성, 작용기간의 결합성 등과 같은 특성을 이용한 화학적 고정; 및/또는 생화학 분자 결합, 항원-항체 결합, 리셉터-리간드 결합 등과 같은 특성을 이용한 생화학적 고정 등의 고정 방법이 적용될 수 있다.The step (a) is a step of fixing the two-dimensional structure, which is the material before deformation, to the substrate. Various methods may be applied to the method of fixing the two-dimensional structure to the substrate. Specifically, the fixing may include physical fixing using properties such as adhesiveness, dispersibility, magnetism, electrical properties, conductivity, semiconducting properties, electrostatic properties, viscosity, and hygroscopicity; chemical fixation using properties such as hydrophobicity, hydrophilicity, covalent bonding property, and functional group bonding property; And/or an immobilization method such as biochemical immobilization using properties such as biochemical molecular binding, antigen-antibody binding, receptor-ligand binding, etc. may be applied.

여기서 2차원 구조물은 기판에 선택적으로 고정될 수 있다. 즉, 3차원 구조물의 요구되는 형태(형상)에 따라 2차원 구조물은 그 전부가 기판에 고정되거나 그 일부가 선택적으로 기판에 고정될 수 있다.Here, the two-dimensional structure may be selectively fixed to the substrate. That is, according to the required shape (shape) of the 3D structure, the whole of the 2D structure may be fixed to the substrate, or a part of the 2D structure may be selectively fixed to the substrate.

상기 2차원 구조물이 고정되는 기판은 유리, 금속, 플라스틱(예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS)), 세라믹 등과 같은 다양한 성분으로 이루어질 수 있으며, 다양한 형태(예를 들어, 판형, 기둥형, 다각형, 원뿔형, 원형, 타원형 등)를 가질 수 있다.The substrate to which the two-dimensional structure is fixed may be made of various components such as glass, metal, plastic (eg, polydimethylsiloxane (PDMS)), ceramic, and the like, and may have various shapes (eg, plate-shaped, columnar, polygonal). , conical, circular, oval, etc.).

상기 기판에 고정되는 2차원 구조물은 3차원 구조물로 변형되기 전의 물질을 의미하는 것으로, 2차원 구조 전구체로 명명될 수도 있다. 이러한 2차원 구조물은 박막 구조, 판형 구조(단층 구조), 또는 다층 구조를 가질 수 있으며, 3차원 구조물의 요구되는 형태에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.The two-dimensional structure fixed to the substrate refers to a material before being transformed into a three-dimensional structure, and may be referred to as a two-dimensional structure precursor. Such a two-dimensional structure may have a thin film structure, a plate-shaped structure (single-layer structure), or a multi-layer structure, and may have various shapes according to a required shape of the three-dimensional structure.

상기 2차원 구조물은 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로 2차원 구조물은 펜, 붓, 잉크젯프린팅, 레이저프린팅, 도장(stamping) 등과 같은 2차원 인쇄방법; 가위, 칼, 종이 절단기, 레이저 커팅기, 초음파 커팅기, 수압 커팅기 등과 같은 2차원 절단 방법; 증착, 코팅 등과 같은 화학적 표면처리 방법; 전자방사(electrospinning), 용매증발법(solvent evaporation), 딥코팅(dip coating) 등과 같은 물리적 박막 제조방법; 및/또는 광경화, 열경화, 스핀코팅, 식각(etching) 등과 같은 반도체 공정에서의 2차원 구조 제조방법 등으로 제조될 수 있다.The two-dimensional structure may be manufactured by various methods. Specifically, the two-dimensional structure is a two-dimensional printing method such as a pen, a brush, inkjet printing, laser printing, stamping (stamping); two-dimensional cutting methods such as scissors, knives, paper cutters, laser cutters, ultrasonic cutters, hydraulic cutters, etc.; chemical surface treatment methods such as vapor deposition, coating, and the like; physical thin film manufacturing methods such as electrospinning, solvent evaporation, and dip coating; and/or a method for manufacturing a two-dimensional structure in a semiconductor process such as photocuring, thermal curing, spin coating, or etching.

또한 상기 2차원 구조물은 다양한 성분으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 2차원 구조물은 열경화성 폴리머, 광경화성 폴리머, 이온경화성 폴리머, 하이드로젤, 실리콘, 실리콘 옥사이드(Silcone Oxide), 실리콘 질화물(Silicone Nitride), 에폭시 기판 폴리머가 적용된 네가티브/포지티브 포토레지스터 결정형 물질, 나노물질 혼합물, 플라스틱, 금속, 핵산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 단백질, 리포좀 및 이들의 조합으로 이루어진 성분을 포함할 수 있다.In addition, the two-dimensional structure may be made of various components. Specifically, the two-dimensional structure is a thermosetting polymer, a photocurable polymer, an ion-curable polymer, a hydrogel, silicon, silicon oxide, silicon nitride, a negative/positive photoresist crystalline material to which an epoxy substrate polymer is applied, nano It may contain a component consisting of a mixture of substances, plastics, metals, nucleic acids, peptides, polypeptides, proteins, liposomes, and combinations thereof.

이러한 2차원 구조물은 플로팅 파트부와 앵커 파트부를 포함할 수 있는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.Such a two-dimensional structure may include a floating part and an anchor part, which will be described later in detail.

상기 (b) 단계는 상기 2차원 구조물의 변형을 유도하기 위해 상기 2차원 구조물이 고정된 기판에 유체를 공급하는 단계이다. 상기 유체는 통상적을 공지된 액체 또는 기체일 수 있다.Step (b) is a step of supplying a fluid to the substrate on which the two-dimensional structure is fixed in order to induce deformation of the two-dimensional structure. The fluid may be a commonly known liquid or gas.

상기 액체는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 이소프로필알코올(IPA) 등과 같은 극성용매; 사이클로헥세인, 사염화탄소, 벤젠 등과 같은 무극성 용매; 실리콘오일(silicone oil), 미네랄오일(mineral oil) 등과 같은 비반응성 용매; 및/또는 수산화칼륨(KOH), 황산(H2SO4), 불화수소산(HF), 수산화암모늄(NH4OH), 염산(HCl), 과산화수소(H2O2), CMP 슬러리 등과 같은 기능성 용액일 수 있다.The liquid is not particularly limited, but specifically, a polar solvent such as water, ethanol, methanol, acetone, polyethylene glycol (PEG), isopropyl alcohol (IPA); non-polar solvents such as cyclohexane, carbon tetrachloride, benzene and the like; non-reactive solvents such as silicone oil and mineral oil; and/or functional solutions such as potassium hydroxide (KOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrofluoric acid (HF), ammonium hydroxide (NH 4 OH), hydrochloric acid (HCl), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), CMP slurry, etc. can be

상기 기체는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 공기(air), 산소(O2), 수소(H2), 염소(Cl2), 사염화탄소(CCl4), 디클로로디플루오로메탄(CF2Cl2) 및/또는 불활성 기체(예를 들어, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등) 등일 수 있다.The gas is not particularly limited, but specifically air, oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), chlorine (Cl 2 ), carbon tetrachloride (CCl 4 ), dichlorodifluoromethane (CF 2 Cl 2 ) and/or an inert gas (eg, argon (Ar), helium (He), etc.).

여기서 2차원 구조물의 변형을 원활히 유도하면서 변형된 구조의 강도를 높이기 위해 상기 유체는 용매, 모노머, 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물일 수 있다.Here, in order to smoothly induce the deformation of the two-dimensional structure and increase the strength of the deformed structure, the fluid may be a composition including at least one selected from the group consisting of a solvent, a monomer, a polymerization initiator, and a functional additive.

상기 조성물에 포함되는 용매는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등과 같은 극성용매; 사이클로헥세인, 사염화탄소, 벤젠 등과 같은 무극성 용매; 및 실리콘오일(silicone oil), 미네랄오일(mineral oil) 등과 같은 비반응성 용매로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The solvent included in the composition is not particularly limited, but specifically, a polar solvent such as water, ethanol, methanol, acetone, polyethylene glycol (PEG), etc.; non-polar solvents such as cyclohexane, carbon tetrachloride, benzene and the like; And it may be at least one selected from the group consisting of non-reactive solvents such as silicone oil, mineral oil, and the like.

상기 조성물에 포함되는 모노머는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 아크릴아미드, 에틸아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시레이트트리아크릴레이트(Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate), 3-(트리메톡시실릴)프로필아크릴레이트(3-(trimethoxysilyl)propyl acrylate), 3-글리시독시프로필메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리에틸실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 트리메톡시실릴프로필(메트)아크릴레이트, 디비닐실란, 트리비닐실란, 디메틸디비닐실란, 디비닐메틸실란, 메틸트리비닐실란, 디페닐디비닐실란, 디비닐페닐실란, 트리비닐페닐실란, 디비닐메틸페닐실란, 테트라비닐실란, 디메틸비닐디실록산, 폴리(메틸비닐실록산), 폴리(비닐하이드로실록산), 폴리(페닐비닐실록산), 알릴옥시-t-부틸디메틸실란, 알릴옥시트리메틸실란, 알릴트리에톡시실란, 알릴트리-이소-프로필실란, 아릴트리메톡시실란, 알릴트리메틸실란, 아릴트리페닐실란, 디에톡시메틸비닐실란, 디에틸메틸비닐실란, 디메틸에톡시비닐실란, 디메틸페닐비닐실란, 에톡시디페닐비닐실란, 메틸비스(트리메틸실릴옥시)비닐실란, 트리아세톡시비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리에틸비닐실란, 트리페닐비닐실란, 트리스(트리 메틸실릴옥시)비닐실란, 비닐옥시트리메틸실란, 글루코사민, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 아가로오스(agarose), 한천(agar), 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트(PEGDMA), 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트(PPGDA), 폴리프로필렌글리콜디메타크릴레이트(PPGDMA), 2-하이드록시에틸메타크릴레이트(HEMA), 아크릴엑시드(acrylic acid), 스티렌, 비닐아마이드, 비닐에테르 및 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이러한 모노머는 중합개시제에 의해 중합 반응이 일어나는 중합 반응원료를 의미할 수 있다.The monomer included in the composition is not particularly limited, but specifically ethylene glycol, propylene glycol, acrylamide, ethyl acrylate, methyl acrylate, trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, 3-(tri Methoxysilyl)propyl acrylate (3-(trimethoxysilyl)propyl acrylate), 3-glycidoxypropylmethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriethylsilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, trime Toxysilylpropyl (meth)acrylate, divinylsilane, trivinylsilane, dimethyldivinylsilane, divinylmethylsilane, methyltrivinylsilane, diphenyldivinylsilane, divinylphenylsilane, trivinylphenylsilane, divinyl Methylphenylsilane, tetravinylsilane, dimethylvinyldisiloxane, poly(methylvinylsiloxane), poly(vinylhydrosiloxane), poly(phenylvinylsiloxane), allyloxy-t-butyldimethylsilane, allyloxytrimethylsilane, allyltrie Toxysilane, allyltri-iso-propylsilane, aryltrimethoxysilane, allyltrimethylsilane, aryltriphenylsilane, diethoxymethylvinylsilane, diethylmethylvinylsilane, dimethylethoxyvinylsilane, dimethylphenylvinylsilane, ethoxy Cydiphenylvinylsilane, methylbis(trimethylsilyloxy)vinylsilane, triacetoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triethylvinylsilane, triphenylvinylsilane, tris(trimethylsilyloxy)vinylsilane, vinyloxytrimethyl Silane, glucosamine, polydimethylsiloxane, agarose, agar, polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA), polypropylene glycol diacrylate (PPGDA), polypropylene glycol dimethacrylate (PPGDMA), 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), acrylic acid (acrylic acid), styrene, vinyl amide, vinyl ether, and may be at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) . Such a monomer may mean a polymerization reaction raw material in which a polymerization reaction occurs by a polymerization initiator.

상기 조성물에 포함되는 중합개시제는 통상적으로 공지된 중합개시제라면 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 벤조페논(benzophenone), 4-메톡시벤조페논(4-methoxybenzophenone), 2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone(Irgacure-2959), 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone(DAROCUR 1173), 알파케토글루타르산(α-ketoglutaric acid), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile), 과황산암모늄(ammonium persulfate) 및 과황산칼륨(potassium persulfate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polymerization initiator included in the composition is not particularly limited as long as it is a commonly known polymerization initiator, but specifically benzophenone, 4-methoxybenzophenone, 2-Hydroxy-4′-(2- hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (Irgacure-2959), 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone (DAROCUR 1173), α-ketoglutaric acid, benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile (azobisisobutyronitrile), ammonium persulfate (ammonium persulfate) and potassium persulfate (potassium persulfate) may be at least one selected from the group consisting of.

상기 조성물에 포함되는 기능성 첨가제는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 철(Fe) 입자, 네오디뮴(Nd) 입자, 양자점(quantum dot), 생화학 분자(예를 들어, 세포, DNA, protein, antibody 등) 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이러한 기능성 첨가제를 포함함에 따라 2차원 구조물의 변형에 의해 형성되는 3차원 구조물의 강도를 높일 수 있다. 또한 기능성 첨가제의 물리적, 화학적, 자기적 또는 생화학적 특성에 따라 추가적인 기능성을 3차원 구조물에 부여할 수 있다.The functional additive included in the composition is not particularly limited, but specifically silver (Ag) particles, gold (Au) particles, iron (Fe) particles, neodymium (Nd) particles, quantum dots (quantum dots), biochemical molecules (eg, For example, it may be one or more selected from the group consisting of cells, DNA, protein, antibody, etc.) and carbon nanotubes (CNTs). By including such a functional additive, the strength of the three-dimensional structure formed by the deformation of the two-dimensional structure may be increased. In addition, additional functionality may be imparted to the three-dimensional structure according to the physical, chemical, magnetic or biochemical properties of the functional additive.

상기 (c) 단계는 상기 유체에 의해 상기 2차원 구조물이 부유되는 과정을 거쳐 3차원 구조물을 형성하는 단계이다. 즉, 상기 유체에 의해 상기 2차원 구조물의 일부 또는 전부가 기판에서 분리 및 부유되고, 부유되는 과정에서 2차원 구조물의 구조가 3차원으로 변형되어 3차원 구조물을 형성하게 되는 것이다. 여기서 2차원 구조물이 3차원으로 변형되는 메커니즘은 구체적으로 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성 등과 같은 특성을 이용한 물리적 변형; 소수성, 친수성, 공유결합특성, 작용기간의 결합성 등과 같은 특성을 이용한 화학적 변형; 생화학 분자 결합, 항원-항체 결합, 리셉터-리간드 결합 등과 같은 생화학적 반응을 이용한 변형일 수 있다.Step (c) is a step of forming a three-dimensional structure through a process in which the two-dimensional structure is suspended by the fluid. That is, part or all of the two-dimensional structure is separated and suspended from the substrate by the fluid, and the structure of the two-dimensional structure is deformed in three dimensions during the floating process to form a three-dimensional structure. Here, the mechanism by which the two-dimensional structure is deformed into three dimensions is specifically, physical deformation using properties such as adhesion, dispersibility, magnetic, electrical, conductive, semiconducting, electrostatic, viscous, and hygroscopic; chemical modification using properties such as hydrophobicity, hydrophilicity, covalent bonding properties, and bonding properties of functional groups; It may be a modification using a biochemical reaction such as biochemical molecular binding, antigen-antibody binding, receptor-ligand binding, and the like.

일례로, 상기 유체가 액체일 경우, 변형 메커니즘은 계면에너지를 이용한 것일 수 있다. 구체적으로 변형 전인 2차원 구조물의 계면에너지를 이용하여 2차원 구조물의 일부 또는 전부를 부유시켜 3차원 구조물로 변형시킬 수 있다. 여기서 계면에너지는 친수성-소수성 계면 상호작용, 또는 표면장력을 이용하는 것을 의미할 수 있다.For example, when the fluid is a liquid, the deformation mechanism may use interfacial energy. Specifically, a part or all of the two-dimensional structure may be suspended by using the interfacial energy of the two-dimensional structure before deformation to be transformed into a three-dimensional structure. Here, the interfacial energy may mean using a hydrophilic-hydrophobic interface interaction or surface tension.

한편 상기 2차원 구조물은 유체에 의해 전부가 부유되거나 그 일부가 부유될 수 있는데, 이때, 일부가 부유되는 경우 2차원 구조물은 플로팅 파트부(floating part)와 앵커 파트부(anchoring part)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 2차원 구조물은 상기 유체에 의해 부유되는 플로팅 파트부와 상기 유체에 의해 부유되지 않는 앵커 파트부를 포함하는 것이다. 상기 플로팅 파트부는 기판에서 분리되어 부유되는 부분이고, 상기 앵커 파트부는 기판에서 분리되지 않고 고정된 상태를 유지하는 부분으로, 이와 같이 2차원 구조물이 플로팅 파트부와 앵커 파트부를 포함함에 따라 2차원 구조물이 유체와 만날 경우, 보다 입체적인 3차원 구조물을 형성할 수 있게 된다.On the other hand, the two-dimensional structure may be entirely suspended by a fluid or a part thereof may be floated. In this case, when a part is floated, the two-dimensional structure may include a floating part and an anchoring part. can That is, the two-dimensional structure includes a floating part part floating by the fluid and an anchor part part not floating by the fluid. The floating part is a part that is separated from the substrate and floats, and the anchor part is a part that is not separated from the substrate and maintains a fixed state. As such, the two-dimensional structure includes the floating part and the anchor part. When it meets this fluid, it is possible to form a more three-dimensional three-dimensional structure.

상기 유체에 의해 플로팅 파트부와 앵커 파트부의 부유 정도가 조절되는 것은 다양한 방법으로 구현할 수 있다. 일례로, 부유 정도의 조절은 플로팅 파트부와 앵커 파트부 각각과 기판 간의 계면에너지를 조절하는 것으로 구현할 수 있다. 구체적으로 2차원 구조물의 형성 시 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물로 플로팅 파트부를 형성하고, 계면활성제를 포함하지 않는 잉크 조성물로 앵커 파트부를 형성하여 각 파트부와 기판 간의 계면에너지를 조절하고, 이에 유체를 공급하는 것으로, 각 파트부의 부유 정도가 조절될 수 있다. 여기서 플로팅 파트부 형성을 위한 잉크 조성물에 포함되는 계면활성제는 통상적으로 공지된 계면활성제(예를 들어, Tween, Span 등)라면 특별히 한정되지 않는다.Controlling the floating degree of the floating part and the anchor part by the fluid may be implemented in various ways. For example, the adjustment of the floating degree may be implemented by adjusting the interface energy between each of the floating part and the anchor part and the substrate. Specifically, when the two-dimensional structure is formed, a floating part is formed with an ink composition containing a surfactant, and an anchor part is formed with an ink composition that does not contain a surfactant to control the interface energy between each part and the substrate, and thus the fluid By supplying the , the floating degree of each part can be adjusted. Here, the surfactant included in the ink composition for forming the floating part is not particularly limited as long as it is a commonly known surfactant (eg, Tween, Span, etc.).

보다 구체적으로 상기 플로팅 파트부를 형성하는 잉크 조성물은 바인더 수지, 계면활성제, 중합개시제, 가소제, 용매, 기능성 첨가제 및 안료를 포함하는 잉크 조성물일 수 있고, 상기 앵커 파트부를 형성하는 잉크 조성물은 계면활성제가 제외된 바인더 수지, 중합개시제, 가소제, 용매, 기능성 첨가제 및 안료를 포함하는 잉크 조성물일 수 있다.More specifically, the ink composition forming the floating part may be an ink composition including a binder resin, a surfactant, a polymerization initiator, a plasticizer, a solvent, a functional additive and a pigment, and the ink composition forming the anchor part may include a surfactant It may be an ink composition including the excluded binder resin, polymerization initiator, plasticizer, solvent, functional additive and pigment.

상기 각 잉크 조성물에 포함되는 바인더 수지, 가소제 및 용매는 통상적으로 공지된 성분이라면 특별히 한정되지 않는다.The binder resin, plasticizer, and solvent included in each ink composition are not particularly limited as long as they are commonly known components.

상기 각 잉크 조성물에 포함되는 중합개시제는 통상적으로 공지된 중합개시제라면 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 벤조페논(benzophenone), 4-메톡시벤조페논(4-methoxybenzophenone), 2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone(Irgacure-2959), 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone(DAROCUR 1173), 알파케토글루타르산(α-ketoglutaric acid), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile), 과황산암모늄(ammonium persulfate) 및 과황산칼륨(potassium persulfate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The polymerization initiator included in each ink composition is not particularly limited as long as it is a commonly known polymerization initiator, but specifically benzophenone, 4-methoxybenzophenone, 2-Hydroxy-4′-( 2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (Irgacure-2959), 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone (DAROCUR 1173), α-ketoglutaric acid, benzoyl peroxide, azobisisobuty It may be at least one selected from the group consisting of ronitrile (azobisisobutyronitrile), ammonium persulfate (ammonium persulfate), and potassium persulfate (potassium persulfate).

상기 각 잉크 조성물에 포함되는 기능성 첨가제는 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 철(Fe) 입자, 네오디뮴(Nd) 입자, 양자점(quantum dot), 생화학 분자(예를 들어, 세포, DNA, protein, antibody 등) 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이러한 기능성 첨가제를 포함함에 따라 2차원 구조물의 변형에 의해 형성되는 3차원 구조물의 강도를 높일 수 있다. 즉, 후술되는 3차원 구조물의 강도를 높이는 단계가 구현될 수 있다. 일례로, 기능성 첨가제가 상기 유체에 포함되는 모노머의 polymerization 촉매로 작용하게 되어 3차원 구조물의 폴리머 코팅이 이루어짐에 따라 3차원 구조물의 강도가 높아지게 된다. 이외에도 기능성 첨가제의 물리적, 화학적, 자기적 또는 생화학적 특성에 따라 추가적인 기능성을 3차원 구조물에 부여할 수 있다.The functional additive included in each ink composition is not particularly limited, but specifically silver (Ag) particles, gold (Au) particles, iron (Fe) particles, neodymium (Nd) particles, quantum dots, biochemical molecules ( For example, it may be one or more selected from the group consisting of cells, DNA, protein, antibody, etc.) and carbon nanotubes (CNTs). By including such a functional additive, the strength of the three-dimensional structure formed by the deformation of the two-dimensional structure may be increased. That is, the step of increasing the strength of the three-dimensional structure to be described later may be implemented. For example, the functional additive acts as a polymerization catalyst for the monomers included in the fluid, and as the polymer coating of the 3D structure is made, the strength of the 3D structure is increased. In addition, additional functionality may be imparted to the three-dimensional structure according to the physical, chemical, magnetic or biochemical properties of the functional additive.

상기 각 잉크 조성물에 포함되는 기능성 첨가제의 함량은 상기 각 잉크 조성물 총 중량%를 기준으로 50 중량% 이하일 수 있다. 구체적으로 기능성 첨가제의 함량은 각 잉크 조성물 총 중량%를 기준으로 10 내지 50 중량%일 수 있고, 더 구체적으로는 30 내지 40 중량%일 수 있다. 기능성 첨가제가 상기 범위 내로 포함됨에 따라 각 잉크 조성물의 점도를 확보하면서 3차원 구조물에 원하는 기능성을 원활히 부여할 수 있다.The content of the functional additive included in each ink composition may be 50% by weight or less based on the total weight% of each ink composition. Specifically, the content of the functional additive may be 10 to 50% by weight, more specifically 30 to 40% by weight, based on the total weight% of each ink composition. As the functional additive is included within the above range, it is possible to smoothly impart desired functionality to the three-dimensional structure while ensuring the viscosity of each ink composition.

이러한 (c) 단계는 형성된 3차원 구조물의 강도를 높이는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 2차원 구조물을 유체에 의해 부유시켜 형성된 3차원 구조물 자체는 그 응용분야에 따라 요구되는 강도를 나타내지 않을 수 있다. 이에 본 발명은 3차원 구조물을 형성하는 과정에서 강도를 높이는 과정을 진행하여 3차원 구조물의 응용성을 높일 수 있다.This step (c) may further include increasing the strength of the formed three-dimensional structure. That is, the three-dimensional structure itself formed by floating the two-dimensional structure by a fluid may not exhibit the strength required depending on the field of application. Accordingly, the present invention can increase the applicability of the three-dimensional structure by performing a process of increasing the strength in the process of forming the three-dimensional structure.

상기 3차원 구조물의 강도를 높이는 방법은 다양한 방법이 적용될 수 있다. 구체적으로 3차원 구조물의 강도를 높이는 방법으로는 폴리머 코팅(polymer coating), 딥 코팅(dip coating), 화학 강화(chemical strengthening), 가공 경화(work hardening), 석출 경화(precipitation hardening), 분산 강화(dispersion strengthening), 결정입계 강화(grain boundary strengthening), 변형 경화(transformation hardening), 섬유 보강(fiber reinforcement) 등을 들 수 있다.Various methods may be applied to the method of increasing the strength of the three-dimensional structure. Specifically, methods for increasing the strength of the three-dimensional structure include polymer coating, dip coating, chemical strengthening, work hardening, precipitation hardening, dispersion strengthening ( dispersion strengthening), grain boundary strengthening (grain boundary strengthening), strain hardening (transformation hardening), fiber reinforcement (fiber reinforcement), etc. are mentioned.

상기 폴리머 코팅을 통해 3차원 구조물의 강도를 높일 경우, 코팅되는 폴리머는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리아크릴아미드, 폴리메톡시에틸아크릴레이트, 트리메틸올프로판에톡시레이트트리아크릴레이트(Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate), 3-(트리메톡시실릴)프로필아크릴레이트(3-(trimethoxysilyl)propyl acrylate), 키토산, 폴리디메틸실록산(PDMS), 아가로오스(agarose), 한천(agar), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA) 등일 수 있다. 이러한 폴리머 코팅은 일례로, 상술한 용매, 모노머, 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물이 유체로 적용됨으로써 구현될 수 있다. 즉, 유체로 상기 조성물이 적용될 경우, 2차원 구조물이 부유되어 3차원 구조물이 형성되면서 형성된 3차원 구조물의 표면에서, 조성물에 포함된 모노머가 중합개시제 및/또는 기능성 첨가제(예를 들어, 철 입자)에 의해 중합 반응이 일어나 3차원 구조물의 표면이 폴리머로 코팅되는 것이다.When the strength of the three-dimensional structure is increased through the polymer coating, the polymer to be coated is polyethylene glycol (PEG), polyacrylamide, polymethoxyethyl acrylate, trimethylolpropane ethoxylate triacrylate, 3-(trimethoxysilyl)propyl acrylate (3-(trimethoxysilyl)propyl acrylate), chitosan, polydimethylsiloxane (PDMS), agarose, agar, polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) etc. The polymer coating may be implemented by, for example, applying a composition including at least one selected from the group consisting of the above-described solvent, monomer, polymerization initiator and functional additive as a fluid. That is, when the composition is applied as a fluid, on the surface of the three-dimensional structure formed while the two-dimensional structure is suspended and the three-dimensional structure is formed, the monomer included in the composition is a polymerization initiator and/or functional additive (eg, iron particles). ), a polymerization reaction occurs and the surface of the three-dimensional structure is coated with a polymer.

본 발명은 상기 (c) 단계에서 형성된 3차원 구조물에 물리적 처리 또는 생화학적 처리를 하여 기능성을 부가하는 단계((d) 단계)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 3차원 구조물을 물리적 처리 또는 생화학적 처리하여 접착성, 분산성, 자성, 전기성, 전도성, 반도체성, 정전기성, 점성, 흡습성, 소수성, 친수성, 공유결합, 생화학 분자, 항원-항체, 리셉터-리간드 등과 같은 다양한 기능성을 부여할 수 있다.The present invention may further include a step (step (d)) of adding functionality by subjecting the three-dimensional structure formed in step (c) to physical treatment or biochemical treatment. Specifically, physical treatment or biochemical treatment of the three-dimensional structure can be used to obtain adhesion, dispersibility, magnetic properties, electrical properties, conductivity, semiconducting properties, electrostatic properties, viscosity, hygroscopicity, hydrophobicity, hydrophilicity, covalent bonding, biochemical molecules, antigen-antibody, Various functionalities, such as receptor-ligands, can be imparted.

또한 본 발명은 (c) 단계 또는 (d) 단계를 거쳐 얻어진 3차원 구조물에 2차원 또는 3차원 공정을 추가적으로 진행할 수 있다.In addition, in the present invention, a two-dimensional or three-dimensional process may be additionally performed on the three-dimensional structure obtained through step (c) or step (d).

한편 본 발명은 상술한 3차원 구조물을 제조하는 제조장치를 제공한다. 구체적으로 본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치는 2차원 구조물을 형성하는 2차원 구조물 형성부; 상기 2차원 구조물 형성부에 유체를 공급하여 2차원 구조물을 3차원 구조물로 변형시키는 유체공급부; 상기 3차원 구조물을 회수하는 회수부; 및 상기 2차원 구조물과 상기 3차원 구조물을 이송시키는 이송부를 포함한다.Meanwhile, the present invention provides a manufacturing apparatus for manufacturing the above-described three-dimensional structure. Specifically, the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention includes: a two-dimensional structure forming unit for forming a two-dimensional structure; a fluid supply unit supplying a fluid to the two-dimensional structure forming unit to transform the two-dimensional structure into a three-dimensional structure; a recovery unit for recovering the three-dimensional structure; and a transfer unit for transferring the two-dimensional structure and the three-dimensional structure.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치에 포함되는 2차원 구조물 형성부는 2차원 구조물을 형성하는 것으로, 2차원 구조물을 형성할 수 있는 구조를 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 일례로 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 2차원 구조물 형성부(10)는 2차원 구조물을 프린팅하여 형성하는 구조로 이루어질 수 있다. 이외에 기판에 잉크 조성물을 드로잉하여 2차원 구조물의 형성이 가능하도록 한 구조로 이루어질 수 있다.The two-dimensional structure forming unit included in the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention forms a two-dimensional structure, and is not particularly limited as long as it has a structure capable of forming a two-dimensional structure. As an example, referring to FIG. 1 , the two-dimensional structure forming unit 10 according to the present invention may have a structure formed by printing a two-dimensional structure. In addition, the ink composition may be drawn on the substrate to form a two-dimensional structure.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치에 포함되는 유체공급부는 2차원 구조물에 유체를 공급하여 2차원 구조물을 3차원 구조물로 변형시키는 것으로, 2차원 구조물에 유체를 공급할 수 있는 구조를 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 일례로 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 유체공급부(20)는 유체(조성물(monomer solution))가 부어져 있는 베스(bath)를 갖는 구조로 이루어질 수 있다.The fluid supply unit included in the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention transforms a two-dimensional structure into a three-dimensional structure by supplying a fluid to the two-dimensional structure, especially if it has a structure capable of supplying a fluid to the two-dimensional structure not limited As an example, referring to FIG. 1 , the fluid supply unit 20 according to the present invention may have a structure having a bath in which a fluid (a composition (monomer solution)) is poured.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치에 포함되는 회수부는 3차원 구조물을 회수하는 것으로, 3차원 구조물을 수동 또는 자동으로 회수할 수 있는 구조라면 특별히 한정되지 않는다.The recovery unit included in the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention recovers the three-dimensional structure, and is not particularly limited as long as it has a structure capable of manually or automatically recovering the three-dimensional structure.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치에 포함되는 이송부는 상기 2차원 구조물과 상기 3차원 구조물을 이송시키는 것으로, 그 구조는 특별히 한정되지 않는다. 일례로 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 이송부(30)는 2차원 구조물과 3차원 구조물을 연속적으로 이송할 수 있도록 하는 컨베이어벨트(conveyor belt) 구조로 이루어질 수 있다.The transfer unit included in the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention transfers the two-dimensional structure and the three-dimensional structure, and the structure thereof is not particularly limited. As an example, referring to FIG. 1 , the transfer unit 30 according to the present invention may have a structure of a conveyor belt that can continuously transfer a two-dimensional structure and a three-dimensional structure.

이러한 본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치는 3차원 구조물의 강도를 높일 수 있는 강화부; 및 3차원 구조물에 물리적 또는 생화학적 기능성을 부여할 수 있는 기능성부가부를 더 포함할 수 있다.The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention includes: a reinforcing unit capable of increasing the strength of the three-dimensional structure; and a functional addition unit capable of imparting physical or biochemical functionality to the three-dimensional structure.

본 발명에 따른 3차원 구조물의 제조장치는 변형 전 물질인 2차원 구조물의 제조와 2D-3D 변형이 연속적으로 이루어질 수 있어, 3차원 구조물의 대량생산 공정 또는 래피드 프로토타이핑(rapid prototyping) 공정에 효율적으로 도입할 수 있다. 일례로, 도 1과 같이 컨베이어벨트가 적용된 롤투롤 공정(R2R)을 이용하여 3차원 구조물을 제조함에 따라 60개의 3차원 구조물을 30 분 이내에 사람크기의 큰 기판 상에 형성하는 것이 가능하였다. 이는 종래의 3D·4D 프린팅 기술로는 대량생산이 어려웠던 3차원 구조물의 대량생산을 실현한 것이다.The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention can continuously manufacture a two-dimensional structure, which is a material before deformation, and perform 2D-3D deformation, so it is efficient for a mass production process of a three-dimensional structure or a rapid prototyping process can be introduced as For example, as shown in FIG. 1 , as the three-dimensional structure was manufactured using the roll-to-roll process (R2R) to which a conveyor belt was applied, it was possible to form 60 three-dimensional structures on a large human-sized substrate within 30 minutes. This is the realization of mass production of 3D structures, which was difficult to mass-produce with conventional 3D·4D printing technology.

이와 같이 본 발명에 따른 제조방법 및 제조장치로 3차원 구조물을 제조할 경우, 3차원 구조물을 용이하게 제조할 수 있으며, 3차원 구조물에 다양한 기능성(물리적, 화학적, 생화학적 등)을 부여할 수 있어, 로봇, 액츄에이터, 예술품, 반도체, 회로 기기 등의 제조에 효율적으로 적용할 수 있다. 일례로 3차원 구조물에 자성 특성을 부여하여 자기력으로 동작할 수 있는 로봇, 액츄에이터, 예술품, 반도체, 회로 기기 등의 제조에 활용할 수 있다.As described above, when a three-dimensional structure is manufactured with the manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present invention, the three-dimensional structure can be easily manufactured, and various functionalities (physical, chemical, biochemical, etc.) can be imparted to the three-dimensional structure. Therefore, it can be effectively applied to the manufacture of robots, actuators, works of art, semiconductors, circuit devices, and the like. For example, by giving magnetic properties to a three-dimensional structure, it can be used in the manufacture of robots, actuators, works of art, semiconductors, circuit devices, etc. that can operate with magnetic force.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예][Example]

1) 2차원 구조물 형성 및 고정1) Formation and fixation of two-dimensional structures

2차원 공간에서 펜은 자유도가 높은 디자인(아이디어)을 표현하는데 가장 편리하고 친숙한 도구이다. 펜 그리기는 접근성과 자유도 등이 높은 장점이 있다. 또한 현재까지 개발이 많이 이루어진 2차원 기반의 프린팅 기술들을 접목하여 대량생산 등을 구현하는데 적합하다. 이에 본 발명의 실시예에서는 2차원 구조물의 형성이 용이한 펜 그리기를 적용하여 3차원 구조물을 제조하였다.In a two-dimensional space, the pen is the most convenient and familiar tool for expressing designs (ideas) with a high degree of freedom. Pen drawing has advantages such as accessibility and freedom. In addition, it is suitable for realizing mass production by grafting 2D-based printing technologies that have been developed a lot so far. Accordingly, in the embodiment of the present invention, a three-dimensional structure was manufactured by applying pen drawing, which facilitates the formation of a two-dimensional structure.

구체적으로 도 2와 같이 2차원 구조물을 디자인한 후 3차원 구조물을 형성하기 위해 도 3의 a와 같이 플라스틱 기판에 잉크 조성물이 담아진 펜을 이용하여 2차원 구조물을 드로잉하였다. 이때, 플로팅 파트부(floating part)는 폴리비닐부티랄(PVB) 수지, 계면활성제, 가소제, 용매 및 기타 첨가제(소포제, 점도조절제, 안료 등)를 포함하는 잉크 조성물로, 앵커 파트부(Anchoring part)는 계면활성제를 포함하지 않고, 폴리비닐부티랄(PVB) 수지, 가소제, 용매 및 기타 첨가제(소포제, 점도조절제, 안료 등)를 포함하는 잉크 조성물로 드로잉이 이루어졌다. 여기서 각 잉크 조성물의 조성 및 펜 드로잉 구조는 도 4에 나타낸 바와 같다. 상기 드로잉 후 건조하는 과정을 거쳐 소수성 박막 구조인 2차원 구조물을 기판 상에 형성 및 고정하였다.Specifically, in order to form a three-dimensional structure after designing a two-dimensional structure as shown in FIG. 2, a two-dimensional structure was drawn using a pen containing an ink composition on a plastic substrate as shown in FIG. 3A. In this case, the floating part is an ink composition including a polyvinyl butyral (PVB) resin, a surfactant, a plasticizer, a solvent, and other additives (antifoaming agent, viscosity modifier, pigment, etc.), and an anchoring part ) does not contain a surfactant, and the drawing was made with an ink composition containing polyvinyl butyral (PVB) resin, a plasticizer, a solvent, and other additives (antifoaming agent, viscosity modifier, pigment, etc.). Here, the composition and pen drawing structure of each ink composition are as shown in FIG. 4 . After the drawing and drying, a two-dimensional structure having a hydrophobic thin film structure was formed and fixed on a substrate.

2) 2차원 구조물에 유체 공급2) Supply of fluid to the 2D structure

소수성 박막 구조를 갖는 2차원 구조물이 형성된 기판을 유체인 monomer solution이 담아진 베스(bath)에 투입하여 2차원 구조물에 유체를 공급하였다. 상기 monomer solution으로는 물(0.75g/ml), 폴리에틸렌디아크릴레이트(PEGDA 700)(0.28g/mL), 과황산칼륨(2mg/mL)을 포함하는 조성물이 사용되었다.A substrate on which a two-dimensional structure having a hydrophobic thin film structure was formed was put into a bath containing a fluid, a monomer solution, to supply a fluid to the two-dimensional structure. As the monomer solution, a composition containing water (0.75 g/ml), polyethylene diacrylate (PEGDA 700) (0.28 g/mL), and potassium persulfate (2 mg/mL) was used.

3) 2차원 구조물 부유 및 변형을 통한 3차원 구조물 형성3) Forming a 3D structure through floating and deforming a 2D structure

2차원 구조물을 monomer solution이 담아진 베스(bath)에 투입하는 것으로, 2차원 구조물과 기판 간의 계면에너지가 조절되어 2차원 구조물의 일부가 부유되면서 변형이 이루어지는 과정을 거쳐 3차원 구조물을 형성하였다. 즉, 잉크 조성물로 형성된 2차원 구조물의 표면 장력에 의한 선택적인 박리와 부유가 일어나는 변형 메커니즘을 통해 3차원 구조물을 형성하는 것이다.By putting the 2D structure into a bath containing the monomer solution, the interfacial energy between the 2D structure and the substrate was controlled, and a part of the 2D structure was suspended and deformed to form a 3D structure. That is, the three-dimensional structure is formed through a deformation mechanism in which selective exfoliation and floating occurs by surface tension of the two-dimensional structure formed of the ink composition.

구체적으로 도 3의 b를 참조하면, monomer solution이 2차원 구조물과 기판의 계면에 침투하면서 모세관 힘에 의해 2차원 구조물은 기판으로부터 선택적으로 분리(박리)된다. 이후 기판에서 분리된 2차원 구조물은 표면 장력에 의해 monomer solution의 표면으로 부유되어 그 상태를 유지하게 된다. 여기서 상기 분리(박리)의 발생은 2차원 구조물과 기판 간의 접착력에 의해 제어되며, 상기 접착력의 제어는 2차원 구조물 형성에 사용된 잉크 조성물에 계면활성제가 존재하는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물로 드로잉된 플로팅 파트부가, 계면활성제를 포함하지 않는 잉크 조성물로 드로잉된 앵커 파트부에 비해 기판과의 접착력이 낮아 2차원 구조물이 monomer solution과 만난 후, 플로팅 파트부는 기판에서 분리되어 monomer solution의 표면에 부유되고 앵커 파트부는 기판에서 분리되지 않고 고정된 상태를 유지하였다.Specifically, referring to FIG. 3B , while the monomer solution penetrates the interface between the two-dimensional structure and the substrate, the two-dimensional structure is selectively separated (exfoliated) from the substrate by capillary force. Thereafter, the two-dimensional structure separated from the substrate floats to the surface of the monomer solution by surface tension and maintains its state. Here, the occurrence of the separation (delamination) is controlled by the adhesive force between the two-dimensional structure and the substrate, and the control of the adhesion may vary depending on whether a surfactant is present in the ink composition used to form the two-dimensional structure. In this embodiment, the floating part drawn with the ink composition containing a surfactant has lower adhesion to the substrate than the anchor part drawn with the ink composition not containing the surfactant, so after the two-dimensional structure meets the monomer solution, The floating part was separated from the substrate and floated on the surface of the monomer solution, and the anchor part remained fixed without being separated from the substrate.

여기서 플로팅 파트부와 앵커 파트부가 기판으로부터 분리(박리)되는 원리를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the principle of separating (separating) the floating part and the anchor part from the substrate will be described in more detail as follows.

소수성 박막 구조의 2차원 구조물이 monomer solution에 투입될 때, 2차원 구조물의 분리 여부는 2차원 구조물과 기판 간의 work of adhesion(W)에 따라 다르다. 일례로, 소수성 박막 구조의 2차원 구조물은 기판에 비해 상대적으로 소수성이기 때문에, 친수성인 유체(monomer solution)가 2차원 구조물과 기판 사이로 모세관 현상에 의해 침투하게 되고, 이로 인해 2차원 구조물은 박리된다. 이 현상은 유체와 기판이 이루는 각도, 점도, 계면 에너지, 2차원 구조물의 소수성 등에 의해 달라질 수 있다. 박막 구조의 2차원 구조물을 기판에서 분리하기 위해서는 2차원 구조물과 기판 사이의 균열이 발생하여야 한다. 2차원 구조물과 기판 사이에 균열을 유발하기 위해서는 각 계면을 분리하는데 필요한 올바른 기계적 에너지가 평형 상태에서 각 계면을 분리하는데 필요한 일(W)을 초과해야만 하며, 이때, W는 다음과 같이 정의할 수 있다.When the 2D structure of the hydrophobic thin film structure is added to the monomer solution, whether the 2D structure is separated depends on the work of adhesion (W) between the 2D structure and the substrate. For example, since the two-dimensional structure of the hydrophobic thin film structure is relatively hydrophobic compared to the substrate, a hydrophilic fluid (monomer solution) permeates between the two-dimensional structure and the substrate by capillary action, thereby exfoliating the two-dimensional structure. . This phenomenon may vary depending on the angle between the fluid and the substrate, viscosity, interfacial energy, hydrophobicity of the two-dimensional structure, and the like. In order to separate the two-dimensional structure of the thin film structure from the substrate, a crack must occur between the two-dimensional structure and the substrate. In order to induce a crack between the 2D structure and the substrate, the correct mechanical energy required to separate each interface must exceed the work (W) required to separate each interface at equilibrium, where W can be defined as there is.

W = γSL + γLF-γSF.W = γSL + γLF-γSF.

(W : 접착 작용, γSL : 기판-액체 계면 에너지, γLF : 액체-막 계면 에너지, γSF: 기판-막 계면 에너지)(W: adhesion action, γSL: substrate-liquid interface energy, γLF: liquid-film interface energy, γSF: substrate-film interface energy)

여기서 계면활성제(surfactant)를 이용하면 W 값을 낮출 수 있으며 W 값이 낮아지면 2차원 구조물을 쉽게 떼어낼 수 있다. 또한 계면활성제의 존재 여부에 따라 2차원 구조물의 선택적 분리(박리)를 수행할 수도 있다. 이에 본 실시예에서는 2차원 구조물 형성 시 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물과 계면활성제를 포함하지 않는 잉크 조성물를 이용하였다.Here, if a surfactant is used, the W value can be lowered, and when the W value is lowered, the two-dimensional structure can be easily removed. In addition, it is also possible to perform selective separation (exfoliation) of the two-dimensional structure depending on the presence or absence of a surfactant. Accordingly, in this embodiment, an ink composition containing a surfactant and an ink composition not containing a surfactant were used when the two-dimensional structure was formed.

본 실시예와 같이 플로팅 파트부와 앵커 파트부를 선택적으로 결정함으로써 도 5와 같이 다양한 형상을 갖는 3차원 구조물의 제조가 가능함을 확인할 수 있다. 구체적으로 컴퓨터 지원 설계(CAD) 및 자동 인쇄 시스템을 도입하여 보다 정확한 생산 또는 대량생산이 가능한지 여부와 시뮬레이션을 통해 초기의 구조를 예측할 수 있다.It can be confirmed that the three-dimensional structure having various shapes can be manufactured as shown in FIG. 5 by selectively determining the floating part part and the anchor part part as in the present embodiment. Specifically, by introducing computer-aided design (CAD) and automatic printing systems, more accurate production or mass production is possible, and the initial structure can be predicted through simulation.

4) 3차원 구조물의 강화4) Reinforcement of 3D structures

3차원 구조물의 강도를 높이기 위해, 형성된 3차원 구조물을 폴리머 코팅하였다. 상기 폴리머 코팅은 Surface initiated Polymerization (SIP)(Ma, S. et al. Continuous Surface Polymerization via Fe(II)-Mediated Redox Reaction for Thick Hydrogel Coatings on Versatile Substrates. Adv. Mater. 30, 1803371 (2018))을 통해 진행하였다. 구체적으로 도 6을 참조하면 플로팅 파트부와 앵커 파트부를 형성하기 위한 각 잉크 조성물에 철 입자를 혼합하여 2차원 구조물을 형성한 후 이를 중합개시제인 과황산칼륨(KPS)과 monomer가 혼합된 solution에 투입하면 2차원 구조물은 3차원 구조물로 변형되면서 2차원 구조물 내 존재하는 철 입자에 의해 해당 부위 근처에서 중합 반응이 가속되어 변형된 3차원 구조물이 폴리머로 코팅되는 것이다.In order to increase the strength of the three-dimensional structure, the formed three-dimensional structure was coated with a polymer. The polymer coating was Surface initiated Polymerization (SIP) (Ma, S. et al. Continuous Surface Polymerization via Fe(II)-Mediated Redox Reaction for Thick Hydrogel Coatings on Versatile Substrates. Adv. Mater. 30, 1803371 (2018)). proceeded through. Specifically, referring to FIG. 6 , a two-dimensional structure is formed by mixing iron particles with each ink composition for forming a floating part and an anchor part, and then it is added to a solution in which potassium persulfate (KPS), a polymerization initiator, and a monomer are mixed. When input, the 2D structure is transformed into a 3D structure, and the polymerization reaction is accelerated near the site by the iron particles present in the 2D structure, and the deformed 3D structure is coated with a polymer.

도 7을 참조하면 폴리머 코팅 후 3차원 구조물의 강성(stiffness)이 1000 배 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한 철 입자의 농도에 따라 더 두껍고 튼튼한 구조가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 다만 철 입자의 함량이 50 중량% 이상일 경우 철 입자를 포함하는 잉크 조성물은 기판의 표면에 자연스럽게 발리지 않았다. 한편 코팅된 폴리머의 두께는 monomer solution에서의 배양 시간(투입 후 경과시간)에 따라 증가했지만 3차원 구조물의 강도를 확보하기 위한 목적으로는 3분이면 충분하다는 것을 확인하였다. 이에 SIP 프로세스를 적용함에 있어, 잉크 조성물에서의 철 입자의 최적 중량 및 2차원 구조물의 배양 시간은 각각 40 중량%와 3 분 내외라는 것을 도출하였다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the stiffness of the three-dimensional structure is increased by 1000 times after the polymer coating. In addition, it can be seen that a thicker and stronger structure is formed according to the concentration of iron particles. However, when the content of iron particles is 50 wt % or more, the ink composition including iron particles does not naturally spread on the surface of the substrate. On the other hand, although the thickness of the coated polymer increased with the incubation time in the monomer solution (the elapsed time after injection), it was confirmed that 3 minutes was sufficient for the purpose of securing the strength of the three-dimensional structure. In applying the SIP process, it was derived that the optimal weight of iron particles in the ink composition and the incubation time of the two-dimensional structure were 40 wt% and about 3 minutes, respectively.

[응용예][Application example]

본 발명은 펜을 이용하여 2차원 구조물을 형성하고, 이를 3차원 구조물로 변형하는 것이기 때문에 2차원 구조물이 고정되는 기판의 선택자유도가 매우 높아진다. 즉, 도 8을 참조하면 장갑, 돌, 나뭇잎 등과 같은 소재를 기판으로 적용하고, 그 위에 펜으로 드로잉하는 과정을 거쳐 2차원 구조물을 형성한 후 유체를 이용하여 분리 및 부유하는 과정을 거침으로써 3차원 구조물을 형성할 수 있다는 것을 확인할 수 있다(도 8의 a 참조). 더욱이 '불가능한 병 '이라고도 불리는 목이 좁은 병 안에도 팝업 3차원 구조물을 제조할 수 있다(도 8의 b 참조).Since the present invention forms a two-dimensional structure using a pen and transforms it into a three-dimensional structure, the degree of freedom of selection of a substrate to which the two-dimensional structure is fixed is very high. That is, referring to FIG. 8 , a two-dimensional structure is formed by applying a material such as gloves, stones, leaves, etc. as a substrate, drawing with a pen on it, and then separating and floating using a fluid. It can be confirmed that a dimensional structure can be formed (refer to a of FIG. 8 ). Furthermore, a pop-up three-dimensional structure can be manufactured even in a narrow-necked bottle, also called an 'impossible bottle' (see Fig. 8b).

이러한 응용성으로 인해 본 발명은 다양한 소재를 기판으로 하여 3차원 구조물의 제조를 위한 환경의 제약이 거의 없이 3차원 구조물을 대량생산할 수 있다. 또한 변형 전 물질인 2차원 구조물의 부피가 3차원 구조물의 부피보다 휠씬 작기 때문에 고밀도 포장 및 간편 배송이 가능할 수 있다.Due to such applicability, the present invention can mass-produce a three-dimensional structure using various materials as a substrate without almost any restrictions on the environment for manufacturing the three-dimensional structure. In addition, since the volume of the 2D structure, which is the material before deformation, is much smaller than the volume of the 3D structure, high-density packaging and simple delivery may be possible.

정리하자면 본 실시예에 의하면 본 발명은 펜 기반의 4D 프린팅을 통해 3차원 구조물을 제조하는 것이기 때문에 전문 지식이 크게 요구되지 않는 상황에서 간단하고 직관적으로 3차원 구조물을 용이하게 제조할 수 있다.In summary, according to this embodiment, since the present invention is to manufacture a three-dimensional structure through pen-based 4D printing, it is possible to easily and intuitively manufacture a three-dimensional structure in a situation that does not require much specialized knowledge.

이상으로 본 발명의 특정한 부분인 실시예를 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 일 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Above, the specific part of the present invention has been described in detail, and for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be clear Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

10: 2차원 구조물 형성부
20: 유체공급부
30: 이송부
10: two-dimensional structure forming part
20: fluid supply unit
30: transfer unit

Claims (11)

(a) 2차원 구조물을 기판에 고정시키는 단계;
(b) 상기 2차원 구조물이 고정된 기판에 유체를 공급하는 단계; 및
(c) 상기 유체에 의해 상기 2차원 구조물이 부유되어 3차원 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 3차원 구조물의 제조방법.
(a) fixing the two-dimensional structure to the substrate;
(b) supplying a fluid to the substrate to which the two-dimensional structure is fixed; and
(c) floating the two-dimensional structure by the fluid to form a three-dimensional structure.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 상기 형성된 3차원 구조물의 강도를 높이는 단계를 더 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
According to claim 1,
The (c) step is a method of manufacturing a three-dimensional structure further comprising the step of increasing the strength of the formed three-dimensional structure.
제1항에 있어서,
(d) 상기 (c) 단계에서 형성된 3차원 구조물에 물리적 처리 또는 생화학적 처리를 하여 기능성을 부가하는 단계를 더 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
According to claim 1,
(d) subjecting the three-dimensional structure formed in step (c) to physical treatment or biochemical treatment to further include the step of adding functionality.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 2차원 구조물은 상기 유체에 의해 일부 또는 전부 부유되는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
According to claim 1,
The two-dimensional structure of step (c) is a method of manufacturing a three-dimensional structure that is partially or entirely suspended by the fluid.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 2차원 구조물은 상기 유체에 의해 부유되는 플로팅 파트부와 상기 유체에 의해 부유되지 않는 앵커 파트부를 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
The method of claim 1,
The two-dimensional structure of step (c) is a method of manufacturing a three-dimensional structure comprising a floating part part floating by the fluid and an anchor part part not floating by the fluid.
제5항에 있어서,
상기 플로팅 파트부는 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물로 형성되고, 상기 앵커 파트부는 계면활성제를 포함하지 않는 잉크 조성물로 형성되는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The floating part is formed of an ink composition containing a surfactant, and the anchor part is formed of an ink composition that does not contain a surfactant.
제6항에 있어서,
상기 플로팅 파트부를 형성하는 잉크 조성물과 상기 앵커 파트부를 형성하는 잉크 조성물 각각은 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
7. The method of claim 6,
Each of the ink composition forming the floating part and the ink composition forming the anchor part further comprises at least one selected from the group consisting of a polymerization initiator and a functional additive.
제7항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 철(Fe) 입자, 네오디뮴(Nd) 입자, 양자점(quantum dot), 생화학 분자 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The functional additive is one selected from the group consisting of silver (Ag) particles, gold (Au) particles, iron (Fe) particles, neodymium (Nd) particles, quantum dots, biochemical molecules, and carbon nanotubes (CNT). A method for manufacturing a three-dimensional structure comprising more than one species.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계의 유체는 용매, 모노머, 중합개시제 및 기능성 첨가제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
According to claim 1,
The fluid of step (b) is a method of manufacturing a three-dimensional structure comprising at least one selected from the group consisting of a solvent, a monomer, a polymerization initiator and a functional additive.
제9항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 철(Fe) 입자, 네오디뮴(Nd) 입자, 양자점(quantum dot), 생화학 분자 및 탄소나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 3차원 구조물의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The functional additive is one selected from the group consisting of silver (Ag) particles, gold (Au) particles, iron (Fe) particles, neodymium (Nd) particles, quantum dots, biochemical molecules, and carbon nanotubes (CNT). A method for manufacturing a three-dimensional structure comprising more than one species.
2차원 구조물을 형성하는 2차원 구조물 형성부;
상기 2차원 구조물 형성부에 유체를 공급하여 2차원 구조물을 3차원 구조물로 변형시키는 유체공급부;
상기 3차원 구조물을 회수하는 회수부; 및
상기 2차원 구조물과 상기 3차원 구조물을 이송시키는 이송부를 포함하는 3차원 구조물의 제조장치.
a two-dimensional structure forming unit for forming a two-dimensional structure;
a fluid supply unit supplying a fluid to the two-dimensional structure forming unit to transform the two-dimensional structure into a three-dimensional structure;
a recovery unit for recovering the three-dimensional structure; and
An apparatus for manufacturing a three-dimensional structure including a transfer unit for transferring the two-dimensional structure and the three-dimensional structure.
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