KR20220058795A - Multi-color photocurable slurry mixture, method for manufacturing the same, and method for manufacturing gradient functional ceramic structure and gradient functional ceramic structure manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

The present application is a mixture of two or more slurry compositions comprising zirconia powder, a photocurable monomer, a diluent and a dispersant, and provided is a multi-color photocurable slurry mixture, wherein the two or more slurry compositions have different colors, and a ratio of viscosity to a shearing rate 1/s is 1:3 to 3:1. Therefore, in a 3D printing process, delamination phenomenon does not occur even when color gradient changes.

Description

다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물, 이의 제조 방법, 이에 의해 제조된 경사기능형 세라믹 구조물 및 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법 {Multi-color photocurable slurry mixture, method for manufacturing the same, and method for manufacturing gradient functional ceramic structure and gradient functional ceramic structure manufactured thereby}Multi-color photocurable slurry mixture, method for manufacturing same, and method for manufacturing gradient functional ceramic structure and gradient functional ceramic structure prepared thereby {Multi-color photocurable slurry mixture, method for manufacturing the same, and method for manufacturing gradient functional ceramic structure and gradient functional ceramic structure manufactured thereby}

본 출원은 3D 프린팅 기술을 이용하여 연속적으로 조성이 변하는 세라믹 구조물 제조가 가능한 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물, 이의 제조 방법, 이에 의해 제조된 경사기능형 세라믹 구조물 및 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a multi-color photocurable slurry mixture capable of manufacturing a ceramic structure whose composition is continuously changed using 3D printing technology, a method for preparing the same, and a method for manufacturing a gradient functional ceramic structure and a gradient functional ceramic structure manufactured by the same will be.

3D 프린팅 기술의 발전과 가능성이 대두됨에 따라 다양한 분야에서의 개발이 이루어지고 있다. 이 기술은 복잡 형상을 신속하고 정밀하게 구현할 수 있으며, 최근 들어 다양한 프린팅 기술의 등장 및 연구는 치아 형상의 정밀 제작에 있어서 급격한 발전을 보이고 있다. 그 중에서 DLP (Digital Light Processing) 기반 3D 프린팅 기술은 광경화성 슬러리 조성물을 사용하여 빠르고 정밀한 형상 구현을 할 수 있는 이점을 가진다.As the development and possibility of 3D printing technology rises, development in various fields is being made. This technology can implement complex shapes quickly and precisely, and the emergence and research of various printing technologies in recent years is showing rapid development in precision fabrication of tooth shapes. Among them, DLP (Digital Light Processing)-based 3D printing technology has the advantage of being able to quickly and precisely implement a shape using a photocurable slurry composition.

3D 프린팅의 정밀한 형상 제어와 지르코니아의 높은 물성, 심미성 덕분에 지르코니아 슬러리를 기반으로 하는 3D 프린팅은 기술의 도래와 함께 인공치아의 개발을 활발하게 이끌어가게 되었다. 현재 인공 치아 제작에 널리 쓰이고 있는 재료로는 금, 티타늄, 지르코니아 등이 있으며 기존에 가장 많이 사용되던 금, 티타늄 등의 경우 물성과 생체적합성 측면에서는 훌륭한 성과를 보여주었으나, 심미성이 상대적으로 떨어져 최근에는 이를 모두 만족시킬 수 있는 지르코니아 인공치아의 수요가 점점 늘어나고 있다.Thanks to the precise shape control of 3D printing and the high physical and esthetic properties of zirconia, 3D printing based on zirconia slurry actively led the development of artificial teeth with the advent of technology. Gold, titanium, and zirconia are widely used materials for the production of artificial teeth. Gold, titanium, etc., which have been widely used in the past, showed excellent results in terms of physical properties and biocompatibility, but their esthetics were relatively poor. There is an increasing demand for zirconia artificial teeth that can satisfy all these requirements.

하지만, 사람의 치아는 단일 색상으로 만들어지지 않기에 단일 색상의 인공치아를 실제로 사람이 사용할 경우 원래의 치아와 비교를 해 보면 이질적인 느낌을 받을 수 있다. 치아의 법랑질은 하얀색에 가깝고, 상아질은 법랑질에 비해 조금 노란색을 띄고 있다. 그렇기에 실제 치아와 같은 색상을 나타낼 수 있게 경사기능형 색조를 띄는 인공치아를 제조하면 이질감이 덜어지고, 심미성이 높고 실제 치아와 구별하기 힘들어진다.However, since human teeth are not made of a single color, when a person actually uses artificial teeth of a single color, comparing them with the original teeth may give a heterogeneous feeling. The enamel of the teeth is close to white, and the dentin is slightly yellow compared to the enamel. Therefore, if artificial teeth with slanted functional color tones are manufactured to display the same color as actual teeth, the sense of heterogeneity is reduced, and the esthetics are high and it is difficult to distinguish them from real teeth.

이러한 현상을 극복하기 위하여 단일 색상의 지르코니아 소재 기반 인공치아를 제작 후 그 위에 색을 덧입히는 공정이 시행되고 있으나, 이러한 공정의 추가는 제작 기간을 길게 하고, 동시에 제작 비용을 증가시켜 소비자와 공급자에게 동시에 부담을 주고 있다. 경사기능형 3D 프린팅 기술을 통하여 소결 후 원하는 색상을 바로 구현한다면 위와 같은 부작용이 쉽게 해소되고, 전체적인 접근성이 매우 용이해질 것으로 기대된다.In order to overcome this phenomenon, a process of manufacturing a single-color zirconia material-based artificial tooth and then applying a color thereon is being implemented, but the addition of this process lengthens the production period and at the same time increases the production cost to consumers and suppliers. At the same time, it is burdensome. If the desired color is realized immediately after sintering through the tilt function type 3D printing technology, it is expected that the above side effects will be easily resolved and the overall accessibility will be very easy.

본 발명은 다종 색조의 세라믹 구조체를 제작할 수 있는 슬러리 혼합물 및 이를 제조하기 위한 다양한 소재의 탐색 및 비율 선정을 통해 슬러리 혼합물의 유변학적 거동(rheological behavior) 및 광경화능을 조절하는 기술을 제공한다. The present invention provides a slurry mixture capable of producing a ceramic structure of various colors and a technique for controlling the rheological behavior and photocurability of the slurry mixture by searching for and selecting various materials for preparing the same.

또한, 경사기능형 색조를 갖는 지르코니아 인공 치아를 정밀하게 3D 프린팅하기 위해 균일하게 혼합된 재료를 기계로 제어하여 토출하고, 이를 성형하고자 하는 모델에 최적화하는 기술을 제공한다.In addition, in order to precisely 3D print zirconia artificial teeth having a slanted functional color tone, a uniformly mixed material is mechanically controlled and ejected, and a technology for optimizing it for a model to be molded is provided.

마지막으로, 경사기능형 색조 변화를 가지는 지르코니아 세라믹 구조물을 균열, 박리 없이 유기물을 제거하는 탈지 과정과, 높은 투광도 및 강도를 얻을 수 있는 기술을 제공한다.Finally, a degreasing process for removing organic matter without cracking or peeling from a zirconia ceramic structure having a gradient function type color change, and a technology for obtaining high light transmittance and strength are provided.

나아가, 색조가 경사기능형으로 변화하는 슬러리를 광경화하였을 때의 두께와 시간을 조절하여 정밀하고, 조성의 변화에도 불구하고 강한 층간 결합을 가지는 복잡 형상을 3D 프린팅으로 제작할 수 있게 하여 이를 색조 맞춤형 인공치아뿐만 아니라, 다양한 조성의 변화를 가지는 지르코니아 소재를 기반으로 하는 경사기능형 구조체의 제작이 가능하며, 이는 전반적인 산업 및 공학을 넘어 예술 분야에까지 적용이 가능하고, 요구되는 색조를 최대한 모방할 수 있는 기술을 제공한다.Furthermore, by controlling the thickness and time when photocuring a slurry whose color tone changes to a gradient function type, it is possible to produce a complex shape with 3D printing that is precise and has a strong interlayer bond despite a change in composition, so that the color can be customized In addition to artificial teeth, it is possible to manufacture a slanted functional structure based on zirconia material having various composition changes, which can be applied to the art field beyond overall industry and engineering, and can imitate the required color tone as much as possible. provide the skills

상기 과제를 해결하기 위하여, 지르코니아 분말, 광경화성 모노머, 희석제 및 분산제를 포함하는 둘 이상의 슬러리 조성물의 혼합물로서, 상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 서로 다른 색상을 가지며, 전단속도 1/s에 대한 점도의 비가 1:3 내지 3:1인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물이 제공된다.In order to solve the above problems, as a mixture of two or more slurry compositions comprising zirconia powder, a photocurable monomer, a diluent and a dispersant, the two or more slurry compositions have different colors, and the ratio of the viscosity to the shear rate 1/s is A multi-color photocurable slurry mixture of 1:3 to 3:1 is provided.

그리고, 본 발명에 따르면, 전술한 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 이용한 경사기능형 세라믹 구조물이 제공된다.And, according to the present invention, there is provided a gradient functional ceramic structure using the above-described multi-color photo-curable slurry mixture.

또한, 본 발명에 따르면, 둘 이상의 소재 공급부에서 각각 공급되는 둘 이상의 제 1 항에 따른 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 소재 혼합부에서 혼합하는 단계; 상기 소재 혼합부에서 혼합된 혼합 조성물을 블레이드의 이동 방향과 수직 방향으로 이동하는 토출부에서 압출하여 세라믹 구조물을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 프로그램화된 함량으로 혼합되는, 경사 기능형 세라믹 구조물의 제조 방법이 제공된다.In addition, according to the present invention, the step of mixing in the material mixing unit two or more multi-color photocurable slurry mixtures according to claim 1, each supplied from two or more material supply units; Comprising the step of extruding the mixed composition mixed in the material mixing unit at the discharge unit moving in the direction perpendicular to the movement direction of the blade to manufacture a ceramic structure, wherein the two or more slurry compositions are mixed in a programmed content, inclined A method of manufacturing a functional ceramic structure is provided.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 각기 다른 물성을 가지는 광경화성 모노머, 분산제, 희석제 및 광경화 개시제의 종류를 탐색하여 이의 조성을 설정하고, 서로 다른 색상을 갖는 슬러리 조성물의 유변학적 거동을 최적화해 혼합을 최적화함과 동시에 고함량 지르코니아 분말로 인한 높은 투광도와 강도를 가지며 3D 프린팅 과정에서 색조의 경사기능형 변화에도 층간 박리 현상이 일어나지 않는 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물의 제작이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, the composition of the photocurable monomers, dispersants, diluents and photocurable initiators having different physical properties is set, and the rheological behavior of the slurry compositions having different colors is optimized and mixed. It is possible to produce a multi-color photo-curable slurry mixture that has high light transmittance and strength due to the high content of zirconia powder and at the same time does not cause delamination in the 3D printing process even when the color gradient changes in color.

일 실시예에 따른 다종 색조를 가지는 광경화성 고함량 지르코니아 슬러리를 사용한 3D 프린팅 기술에 의하면, 복잡한 형상의 3차원으로 디자인된 모델을 사용해 개인 맞춤형 경사기능형 세라믹 구조물을 제조할 수 있으며, 요구되는 자연치의 색조를 모방하여 경사기능형 색조 비율을 조절해 심미 맞춤형 인공치아를 제작할 수 있다. 또한, 색조의 차이에 따른 광경화능을 조절해 세라믹 구조물의 적층 높이를 조절할 수 있고, 이에 따른 3차원 해상도를 조절할 수 있다.According to the 3D printing technology using the photocurable high content zirconia slurry having multiple color tones according to an embodiment, it is possible to manufacture a personalized inclined functional ceramic structure using a three-dimensionally designed model of a complex shape, and the required natural teeth By imitation of the color tone of the slanted functional type, it is possible to create a customized artificial tooth by adjusting the color ratio. In addition, the stacking height of the ceramic structure can be adjusted by adjusting the photocuring ability according to the difference in color tone, and the 3D resolution can be adjusted accordingly.

일 실시예에 따른 3D 프린팅 기술을 이용한 경사기능형 색조를 가지는 지르코니아 슬러리 기반 구조체 제작 기술에 의하면, 기존의 닥터 블레이드를 활용한 슬러리 도포방법에 더불어 슬러리를 프린터 플랫폼에 압출하는 단계에 추가 부품을 부착해 3차원 도면 크기에 최적화하여 슬러리를 도포하는 것이 자동화되어 프린팅 공정 자동화에 유리한 구조를 제공하며, 재료의 낭비를 최소화하는 프린팅 공정을 제공한다. According to the manufacturing technology of the zirconia slurry-based structure having a gradient functional color tone using the 3D printing technology according to an embodiment, an additional part is attached in the step of extruding the slurry to the printer platform in addition to the existing slurry application method using a doctor blade The application of the slurry is automated by optimizing it to the size of a 3D drawing, providing a structure advantageous for automating the printing process, and providing a printing process that minimizes material waste.

또한, 기계적으로 작동하는 토출부에 의해 적층 시 색조의 변화를 이종 색상의 지르코니아 슬러리 압출 비율의 조정을 통해 조절함과 동시에 자동으로 균일한 혼합이 가능하게 하여 적층에 따른 경사기능형 색조 변화를 주어 자연치와 유사한 심미성을 가지는 인공 치아를 제작할 수 있다. In addition, by adjusting the color change during lamination by the mechanically operated discharge part, it is possible to automatically and uniformly mix the zirconia slurry of different colors by adjusting the extrusion ratio, giving a gradient function type color change according to the lamination. It is possible to manufacture artificial teeth having esthetics similar to natural teeth.

일 실시예에 따른 경사기능형 색조를 가지는 광경화성 고함량 지르코니아 3D 프린팅 기술에 의하면, 기존의 단일 색상의 지르코니아 인공치아 제작 방식에서 더욱 자연치와 유사한 색상을 가져 향상된 심미성을 확보할 수 있으며, 3D 프린팅의 압출 단계에서 재료의 낭비를 최소화할 수 있는 공정을 구축할 수 있다. According to the photocurable high content zirconia 3D printing technology having a gradient functional color tone according to an embodiment, it is possible to secure improved esthetics by having a color more similar to natural teeth in the existing single-color zirconia artificial tooth manufacturing method, and 3D printing It is possible to build a process that can minimize material waste in the extrusion step of

또한, 3차원 도면 및 색조 변화의 비율을 조절하여 개개인에게 색조 맞춤형 인공치아를 제공할 수 있으며, 이를 사용하여 다양한 예술 및 산업 분야에 활용이 가능하다. In addition, it is possible to provide color-customized artificial teeth to individuals by adjusting the 3D drawing and the rate of color change, and it can be used in various arts and industrial fields.

도 1은 예시적인 슬러리 조성물의 유변학적 거동을 측정한 결과 그래프이다.
도 2는 다종소재 혼합 시스템 및 3D 프린팅용 층 형성 기술을 나타내는 모식도이다.
도 3은 슬러리 압출 길이 및 도포 시 넓이에 따른 필름 형성 예시를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 6은 닥터 블레이드에 연결된 토출부의 설계 및 이동 경로를 예시적으로 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 슬러리 혼합물이 압출되는 과정을 예시적으로 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 슬러리 혼합물을 이용하여 제조된 경사기능형 세라믹 구조물을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 11은 세라믹 구조물의 표면 및 파단면 현미경 사진 및 투광도 그래프를 나타낸 도면이다.
1 is a graph showing the results of measuring the rheological behavior of an exemplary slurry composition.
2 is a schematic diagram showing a multi-material mixing system and a layer forming technology for 3D printing.
3 is a view showing an example of film formation according to the slurry extrusion length and the application area.
4 to 6 exemplarily show the design and movement path of the discharge unit connected to the doctor blade.
7 exemplarily shows a process in which the slurry mixture according to the present invention is extruded.
8 is a view showing a gradient functional ceramic structure manufactured using the slurry mixture according to the present invention.
9 to 11 are views showing micrographs and light transmittance graphs of the surface and fracture surfaces of the ceramic structures.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명은 지르코니아 분말, 광경화성 모노머, 희석제 및 분산제를 포함하는 둘 이상의 슬러리 조성물의 혼합물로서, 상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 서로 다른 색상을 가지며, 전단속도 1/s에 대한 점도의 비가 1:3 내지 3:1인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물이 제공된다. 구체적으로, 상기 전단속도 1/s에 대한 점도의 비가 1.5:3 내지 3: 1.5, 1:2.5 내지 2.5:1, 1:2 내지 2:1 또는 1:1일 수 있다.The present invention is a mixture of two or more slurry compositions comprising zirconia powder, a photocurable monomer, a diluent and a dispersant, wherein the two or more slurry compositions have different colors, and the ratio of viscosity to shear rate 1/s is 1:3 to A 3:1, multi-color photocurable slurry mixture is provided. Specifically, the ratio of the viscosity to the shear rate 1/s may be 1.5:3 to 3:1.5, 1:2.5 to 2.5:1, 1:2 to 2:1, or 1:1.

상기 범위 내로 전단 속도에 대한 점도의 비를 만족하는 둘 이상의 슬러리 조성물은 혼합 시, 더 쉽고 균일하게 섞일 수 있다. 이는 후술하는 경사기능형 구조물 제작에서 큰 이점을 가진다.Two or more slurry compositions satisfying the ratio of viscosity to shear rate within the above range can be mixed more easily and uniformly when mixed. This has a great advantage in the fabrication of the inclined functional structure to be described later.

상기 지르코니아 분말(또는 세라믹 파우더)은 고강도, 고투과성을 지님과 동시에 생체 진화적인 이트리아 안정화 지르코니아 및 색상을 나타내는 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 첨가물은 예를 들어, Fe2O3, Er2O3, Co3O4 등이 다량 함유되어, Yellow, Pink, Gray 등의 다양한 색을 나타낸다. 이에 따라, 상기 지르코니아 분말은 첨가물의 함량 비율에 따라 다양한 색상을 나타내는 색소 분말일 수 있다. 상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 상기 다양한 색상을 나타내는 둘 이상의 지르코니아 분말이 서로 다른 함량으로 포함되어, 서로 다른 색상을 가지는 것일 수 있다.The zirconia powder (or ceramic powder) may include yttria-stabilized zirconia, which has high strength and high permeability, and at the same time, bioevolutionary yttria-stabilized zirconia and an additive exhibiting color. The additive contains, for example, a large amount of Fe 2 O 3 , Er 2 O 3 , Co 3 O 4 and the like, and exhibits various colors such as yellow, pink, and gray. Accordingly, the zirconia powder may be a pigment powder exhibiting various colors depending on the content ratio of the additive. The two or more slurry compositions may include two or more zirconia powders exhibiting the various colors in different amounts, and may have different colors.

상기 지르코니아 분말은 전체 세라믹 조성물 대비 10 내지 80부피%, 10 내지 70 부피%, 10 내지 60부피%, 15 내지 80 부피%, 15 내지 70부피%, 15 내지 60부피%, 20 내지 80부피%, 20 내지 75부피% 또는 20 내지 60부피%로 포함할 수 있다.The zirconia powder is 10 to 80% by volume, 10 to 70% by volume, 10 to 60% by volume, 15 to 80% by volume, 15 to 70% by volume, 15 to 60% by volume, 20 to 80% by volume relative to the total ceramic composition, It may be included in an amount of 20 to 75% by volume or 20 to 60% by volume.

상기 특정한 전단 속도에 대한 점도의 비를 만족하는 둘 이상의 슬러리 조성물은 유변학적 거동 및 광투과성이 유사하거나 동일하게 나타난다.Two or more slurry compositions satisfying the above specific ratio of viscosity to shear rate exhibit similar or identical rheological behavior and light transmittance.

예를 들어, 상기 특정한 전단 속도에 대한 점도의 비를 상기 범위로 조절하는 것은, 이하에서 설명하는 슬러리 조성물 내 소재의 종류 및 함량을 적절히 선택함으로써 달성할 수 있다.For example, adjusting the ratio of the viscosity to the specific shear rate in the above range can be achieved by appropriately selecting the type and content of the material in the slurry composition to be described below.

상기 광경화성 모노머는 예를 들어, 작용기가 2 개 이상인 아크릴레이트 계열 모노머일 수 있고, 예를 들어, 1,6 Hexanediol diacrylate(HDDA), Triethylene glycol dimethacrylate(TEGDMA), Trimethylolpropane triacrylate(TMPTA) 및 urethane dimethacrylate(UDMA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. The photocurable monomer may be, for example, an acrylate-based monomer having two or more functional groups, for example, 1,6 Hexanediol diacrylate (HDDA), Triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA), Trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), and urethane dimethacrylate. (UDMA) may be at least one selected from the group consisting of.

상기 광경화성 모노머의 함량은 전체 슬러리 조성물 대비 1 내지 99중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 모노머의 함량은 전체 슬러리 조성물 대비 1 내지 95 중량%, 1 내지 90 중량%, 1 내지 85 중량%, 1 내지 80 중량%, 5 내지 95 중량%, 5 내지 90 중량%, 5 내지 85 중량%, 10 내지 95 중량%, 10 내지 90 중량%, 10 내지 85 중량% 또는 10 내지 80 중량%일 수 있다. 상기 광경화성 모노머의 함량은 슬러리의 유변학적 거동, 광경화성, 현상재현 능력, 세라믹 구조물의 물성, 타 재료와의 호환성, 실험 온도 등의 주변 환경 등에 의해 상기 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.The content of the photocurable monomer may be 1 to 99% by weight of the total slurry composition. Specifically, the content of the photocurable monomer is 1-95% by weight, 1-90% by weight, 1-85% by weight, 1-80% by weight, 5 to 95% by weight, 5 to 90% by weight relative to the total slurry composition, 5 to 85% by weight, 10 to 95% by weight, 10 to 90% by weight, 10 to 85% by weight or 10 to 80% by weight. The content of the photocurable monomer may be appropriately selected within the above range depending on the rheological behavior of the slurry, photocurability, development reproducibility, physical properties of the ceramic structure, compatibility with other materials, and ambient environment such as test temperature.

상기 희석제는 Decahydronaphthalene(DECALIN) 및 1,7,7-Trimethylbicyclo[2.2.1]heptan-2-one(Camphor)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 상기 희석제는 작용기가 1개인 아크릴레이트 계열 모노머일 수 있으며, 예를 들어, Isodecyl acrylate(IDA) 또는 Isobornyl acrylate(IBA)일 수 있다. 작용기가 1개인 아크릴레이트 계열 모노머는 단독으로 사용할 경우 강도가 충분하지 않을 수 있기 때문에, 전술한 작용기가 2개 이상인 아크릴레이트 계열 모노머와 혼합해 슬러리의 점도를 낮추는 희석제 역할을 할 수 있다.The diluent may be at least one selected from the group consisting of Decahydronaphthalene (DECALIN) and 1,7,7-Trimethylbicyclo[2.2.1]heptan-2-one (Camphor). In addition, the diluent may be an acrylate-based monomer having one functional group, for example, isodecyl acrylate (IDA) or isobornyl acrylate (IBA). Since the acrylate-based monomer having one functional group may not have sufficient strength when used alone, it can serve as a diluent to lower the viscosity of the slurry by mixing it with the acrylate-based monomer having two or more functional groups.

상기 희석제의 함량은 광경화성 모노머 대비 0 내지 80 중량%, 0.1 내지 80 중량%, 0.01 내지 80 중량%, 0.001 내지 80 중량%, 0.5 내지 80 중량%, 0.05 내지 80 중량%, 0.005 내지 80 중량%, 0.1 내지 70 중량%, 0.01 내지 70 중량%, 0.1 내지 65 중량%, 0.01 내지 65 중량% 또는 0.1 내지 60 중량%일 수 있다. 상기 희석제의 함량은 슬러리의 유변학적 거동, 광경화성, 현상재현 능력, 세라믹 구조물의 물성, 타 재료와의 호환성, 실험 온도 등의 주변 환경 등에 의해 상기 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.The content of the diluent is 0 to 80% by weight, 0.1 to 80% by weight, 0.01 to 80% by weight, 0.001 to 80% by weight, 0.5 to 80% by weight, 0.05 to 80% by weight, 0.005 to 80% by weight relative to the photocurable monomer , 0.1 to 70% by weight, 0.01 to 70% by weight, 0.1 to 65% by weight, 0.01 to 65% by weight or 0.1 to 60% by weight. The content of the diluent may be appropriately selected within the above range depending on the rheological behavior of the slurry, photocurability, development reproducibility, physical properties of the ceramic structure, compatibility with other materials, and ambient environment such as test temperature.

하나의 예로서, 상기 광경화성 모노머 및 희석제의 중량비는 6:4 내지 9:1일 수 있다. 구체적으로, 광경화성 모노머 및 희석제의 중량비는 6:4 내지 9:1, 6.5:3.5 내지 9:1, 6:4 내지 8:2 또는 6.5:3.5 내지 7.5:2.5의 중량비일 수 있다.As an example, the weight ratio of the photocurable monomer and the diluent may be 6:4 to 9:1. Specifically, the weight ratio of the photocurable monomer and the diluent may be 6:4 to 9:1, 6.5:3.5 to 9:1, 6:4 to 8:2, or 6.5:3.5 to 7.5:2.5.

일 구체예로서, 상기 분산제는 CC-9, KD-4, BYK-111, BYK-163, BYK-180, BYK-2001, BYK-2013 및 Anti-Terra-U으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In one embodiment, the dispersant is at least one selected from the group consisting of CC-9, KD-4, BYK-111, BYK-163, BYK-180, BYK-2001, BYK-2013 and Anti-Terra-U. can

보다 구체적으로, 상기 분산제에서 CC-9는 VARIQUAT사의 프로필렌산화물 4차염화암모늄(Polypropylene oxide quaternary ammonium chloride)이고, KD-4는 Croda사의 12-Hydroxy octadecanoic acid homopolymer octadecanoate(CAS:58128-22-6)이며, Anti-Terra-U는 산성 폴리에스터계열의 고분자를 포함하고, BYK-111은 산성기를 함유하는 공중합체를 포함하고 BYK-163, BYK-190, BYK-2012 및 BYK-2013은 안료 친화성기를 함유하는 블록 공중합체를 포함하고, BYK-180는 산성기를 함유하는 공중합체의 알킬올 암모늄염을 포함하고, BYK-2001는 아크릴레이트 블록 공중합체를 포함한다.More specifically, in the dispersant, CC-9 is VARIQUAT's polypropylene oxide quaternary ammonium chloride, and KD-4 is Croda's 12-Hydroxy octadecanoic acid homopolymer octadecanoate (CAS: 58128-22-6) Anti-Terra-U contains acidic polyester-based polymers, BYK-111 contains copolymers containing acidic groups, and BYK-163, BYK-190, BYK-2012 and BYK-2013 contain pigment affinity groups. BYK-180 includes an alkylol ammonium salt of a copolymer containing an acidic group, and BYK-2001 includes an acrylate block copolymer.

상기 분산제의 함량은 지르코니아 분말 대비 0.005 내지 15중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 분산제의 함량은 지르코니아 분말 대비 0.05 내지 15중량%, 0.5 내지 15중량%, 0.005 내지 10중량%, 0.05 내지 10중량%, 0.5 내지 10중량%, 1 내지 15중량%, 1 내지 10중량%, 1 내지 5중량% 또는 1 내지 2중량%로 포함할 수 있다. 상기 분산제의 함량은 슬러리의 유변학전 거동과 분말의 분산 정도, 분말의 종류 및 모노머, 희석제와의 호환성에 따라 상기 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.The content of the dispersant may be 0.005 to 15% by weight relative to the zirconia powder. Specifically, the content of the dispersant is 0.05 to 15% by weight, 0.5 to 15% by weight, 0.005 to 10% by weight, 0.05 to 10% by weight, 0.5 to 10% by weight, 1 to 15% by weight, 1 to 10 compared to the zirconia powder It may be included in weight %, 1 to 5 weight%, or 1 to 2 weight%. The content of the dispersant may be appropriately selected within the above range according to the pre-rheological behavior of the slurry, the degree of dispersion of the powder, the type of powder, and compatibility with monomers and diluents.

하나의 예로서, 상기 슬러리 조성물은 광경화성 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 광경화성 개시제는 광을 조사하여 경화되는 개시제라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 광경화성 개시제는 Phenylbis(2, 4, 6-trimethyl benzoylphosphine oxide)(PPO), lrgacure-819 또는 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide(TPO)일 수 있다. As an example, the slurry composition may further include a photocurable initiator. The photocurable initiator is not particularly limited as long as it is an initiator that is cured by irradiating light. For example, the photocurable initiator may be Phenylbis(2,4,6-trimethyl benzoylphosphine oxide) (PPO), lrgacure-819, or 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (TPO).

구체적으로, 상기 광경화성 개시제는 광경화성 모노머를 기준으로 0.005중량% 내지 8중량%로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광경화성 개시제는 광경화성 모노머를 기준으로 0.05중량% 내지 8중량%, 0.5 내지 8중량%, 0.01 내지 8중량%, 0.1 내지 8중량% 또는 1중량% 내지 5중량%로 포함할 수 있다. 상기 광경화성 개시제의 함량은 빛의 파장이나 빛의 세기에 따라, 또는 타 재료의 호환성에 따라 상기 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.Specifically, the photocurable initiator may be included in an amount of 0.005 wt% to 8 wt% based on the photocurable monomer. More specifically, the photocurable initiator is included in an amount of 0.05 wt% to 8 wt%, 0.5 to 8 wt%, 0.01 to 8 wt%, 0.1 to 8 wt%, or 1 wt% to 5 wt% based on the photocurable monomer can do. The content of the photocurable initiator may be appropriately selected within the above range according to the wavelength or intensity of light, or compatibility of other materials.

또한 본 발명은 전술한 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 이용한 경사기능형 세라믹 구조물에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a gradient functional ceramic structure using the above-described multi-color photo-curable slurry mixture.

본 발명에서 "세라믹 구조물"은 3D 프린팅에 의해 제조된 결과물일 수 있고, "경사기능형 세라믹 구조물"은 세라믹 구조물의 일 방향을 기준으로 세라믹 구조물을 구성하는 주요 성분의 종류 및 함량이 연속적으로 달라지는 경사 구조를 이루는 것을 의미한다. 여기서 일방향은 세라믹 구조물의 제조시 (3D 프린팅 시)의 적층 방향(Z 방향), 즉, 높이 방향을 의미할 수 있다. In the present invention, the "ceramic structure" may be a result manufactured by 3D printing, and the "sloping functional ceramic structure" is a structure in which the type and content of main components constituting the ceramic structure are continuously changed based on one direction of the ceramic structure. It means forming a sloped structure. Here, the one direction may refer to the stacking direction (Z direction) of the manufacturing of the ceramic structure (at the time of 3D printing), that is, the height direction.

특히, 본 발명에 따른 세라믹 구조물은 프린팅 결과물로 단순한 구조뿐만 아니라 나사 또는 치아와 같은 복잡한 형상을 구현할 수 있고, 빛의 산란 현상이 발생하지 않는다. 또한 광 경화 후 세라믹 구조물의 강도가 높아서 조작 시 부서지지 않고, 치과용 연삭 기계 등으로 형태 및 표면 수정이 가능할 정도로 가공 가능성이 뛰어나다. In particular, the ceramic structure according to the present invention can implement a complex shape such as a screw or tooth as well as a simple structure as a printing result, and light scattering does not occur. In addition, since the strength of the ceramic structure is high after light curing, it does not break during operation, and it has excellent processing possibilities to the extent that the shape and surface can be modified with a dental grinding machine, etc.

예를 들어, 본 발명에 따른 세라믹 구조물은 가시광 영역에 대한 투광도가 1% 내지 45% 범위 내일 수 있다. 구체적으로, 상기 세라믹 구조물을 1 내지 40%, 1 내지 35%, 10 내지 45%, 10 내지 40%, 10 내지 35%, 20 내지 45%, 20 내지 40%, 20 내지 35%, 20 내지 30%, 20 내지 25%, 30 내지 40% 또는 30 내지 35%의 투광도를 가질 수 있다. 일반적으로 프레싱(pressing) 공정으로 세라믹 구조물을 제조한 경우 약 45%의 투광도를 나타내나, 3D 프린팅으로 세라믹 구조물을 제조한 경우는 세라믹 필름을 적층하여 계면에 의해 투광도를 방해할 가능성이 높아 세라믹 구조물의 투광도에 부정적인 영향을 끼칠 가능성이 높으나, 본 발명에 따른 세라믹 구조물은 투광도가 높은 세라믹 필름을 구조물에 계면으로 인한 방해가 생기지 않도록 광경화 조건을 설정하여 적층하여 상기와 같은 투광도를 가질 수 있다.For example, the ceramic structure according to the present invention may have a transmittance of 1% to 45% in a visible light region. Specifically, 1 to 40%, 1 to 35%, 10 to 45%, 10 to 40%, 10 to 35%, 20 to 45%, 20 to 40%, 20 to 35%, 20 to 30 of the ceramic structure %, 20 to 25%, 30 to 40%, or 30 to 35%. In general, when a ceramic structure is manufactured by a pressing process, light transmittance of about 45% is shown. However, when a ceramic structure is manufactured by 3D printing, there is a high possibility that the transmittance is disturbed by the interface by laminating a ceramic film. Although there is a high possibility of negatively affecting the transmittance of the light transmittance, the ceramic structure according to the present invention is laminated with a ceramic film having a high light transmittance by setting photocuring conditions to prevent interference due to an interface to the structure to have the above light transmittance.

아울러, 본 발명은 전술한 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 압출-도포-광경화에 걸친 모든 과정이 연계된 프로그래밍에 따라, 3D 프린터를 이용하여 세라믹 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method of manufacturing the above-described inclined functional ceramic structure. The method relates to a method of manufacturing a ceramic structure using a 3D printer according to programming in which all processes from extrusion-coating-photocuring are linked.

도 2는 다종소재 혼합 시스템 및 3D 프린팅용 층 형성 기술을 나타내는 모식도이다. 도 3은 슬러리 압출 길이 및 도포 시 넓이에 따른 필름 형성 예시를 나타내는 도면이다. 도 4 내지 6은 닥터 블레이드에 연결된 토출부의 설계 및 이동 경로를 예시적으로 나타낸다. 도 7은 본 발명에 따른 슬러리 혼합물이 압출되는 과정을 예시적으로 나타낸다.2 is a schematic diagram showing a multi-material mixing system and a layer forming technology for 3D printing. 3 is a view showing an example of film formation according to the slurry extrusion length and the application area. 4 to 6 exemplarily show the design and movement path of the discharge unit connected to the doctor blade. 7 exemplarily shows a process in which the slurry mixture according to the present invention is extruded.

도 2를 참조하면, 본 발명은 경사기능형 세라믹 구조물을 제조하기 위하여, 3D 프린터와 함께 다종 소재 혼합 시스템을 사용한다. 상기 다중 소재 혼합 시스템은 둘 이상의 소재 공급부, 상기 소재 공급부와 연결되어 있는 소재 혼합부 및 상기 소재 혼합부와 연결되어 있는 토출부로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the present invention uses a multi-material mixing system together with a 3D printer in order to manufacture a tiltable ceramic structure. The multi-material mixing system may include two or more material supply units, a material mixing unit connected to the material supply unit, and a discharge unit connected to the material mixing unit.

상기 토출부는 스테핑 모터를 사용하여 프린팅에 최적화된 속도로 이동하며 지정된 용량을 압출한다. 구체적으로, 상기 토출부는 스태틱 믹서를 포함하며, 상기 스태틱 믹서를 통해 압출할 때 비율이 경사기능형으로 조절됨에 따라 닥터 블레이드로 도포된 얇은 필름의 색상이 경사기능형으로 변하게 된다.The discharge unit moves at a speed optimized for printing using a stepping motor and extrudes a specified volume. Specifically, the discharge unit includes a static mixer, and as the ratio is adjusted to the inclined function type when extruding through the static mixer, the color of the thin film applied with the doctor blade is changed to the inclined function type.

특히, 본 발명에서는, 상기 토출부가 닥터 블레이드의 적어도 일부 영역에 결합된 상태에서, 닥터 블레이드의 이동 방향(X 방향)과 수직 방향(Y 방향)으로 이동하도록 설계된다. In particular, in the present invention, the discharge part is designed to move in a direction perpendicular to the movement direction (X direction) and vertical direction (Y direction) of the doctor blade while it is coupled to at least a partial region of the doctor blade.

Top-down 방식의 테이프-캐스팅(tape casting)에 사용되는 닥터 블레이드는 통상적으로 지지대에 연결되어 X축 방향으로 이동한다. Top-down 방식의 3D 프린팅 시 Y축에서의 최적화된 토출 길이 및 면적이 요구되는 이유를 도 3에 도시하였다. 도 3을 참조하면, (가) 와 같이 필요한 넓이만큼 압출하지 못하면 원하는 크기만큼 광경화시킬 수 최소 샘플 크기 이상의 넓이로 압출 및 도포가 필요하며, (나) 와 같이 계속하여 넓게 슬러리를 압출할 경우 낭비되는 양이 많아 경제적으로 이점이 떨어지기에 최적화하여 압출하는 방식이 필요하다.A doctor blade used for top-down tape-casting is usually connected to a support and moves in the X-axis direction. The reason why the optimized discharge length and area in the Y-axis are required for top-down 3D printing is shown in FIG. 3 . Referring to FIG. 3, if it cannot be extruded to the required width as shown in (A), it is necessary to extrude and apply to an area larger than the minimum sample size that can be photocured to the desired size. There is a lot of wasted amount, so an economical advantage is lowered, so a method of optimizing extrusion is required.

도 4 내지 7을 참조하면, 토출부는 '부착물'을 통해 닥터 블레이드에 연결되고, 스태틱 믹서(Static mixer)를 통해 토출량(압출량) 조절이 가능하다. 상기와 같이 설계된 토출부는 블레이드의 이동 방향에 대한 새로운 축의 도입되어 작은 면적부터 넓은 면적까지 모델 맞춤형 압출 및 도포가 가능하며, 모델 맞춤형 압출을 통해 사용되는 슬러리 양을 최소화할 수 있어 상용화된 top-down 방식의 프린터의 효율성 증가할 수 있다. 4 to 7 , the discharge unit is connected to the doctor blade through an 'attachment', and the discharge amount (extrusion amount) can be adjusted through a static mixer. The discharge part designed as above is introduced with a new axis for the movement direction of the blade, allowing model-customized extrusion and application from small to large areas, and it is possible to minimize the amount of slurry used through model-customized extrusion. In this way the efficiency of the printer can be increased.

상기 제조 방법은, 둘 이상의 소재 공급부에서 각각 공급되는 둘 이상의 제 1 항에 따른 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 소재 혼합부에서 혼합하는 단계; 상기 소재 혼합부에서 혼합된 혼합 조성물을 블레이드의 이동 방향과 수직 방향으로 이동하는 토출부에서 압출하여 세라믹 구조물을 제조하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 프로그램화된 함량으로 혼합된다.The manufacturing method comprises the steps of: mixing in a material mixing unit two or more multi-color photocurable slurry mixtures according to claim 1, each supplied from two or more material supply units; and extruding the mixed composition mixed in the material mixing unit at a discharge unit moving in a direction perpendicular to the moving direction of the blade to manufacture a ceramic structure. Then, the two or more slurry compositions are mixed in a programmed amount.

구체적으로, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물은 미리 프로그램화된 설정에 따라 압축 공기의 압력 또는 모터를 통한 이송 시스템의 제어를 통해 상기 소재 혼합부로 공급되는 공급량이 제어될 수 있다. 상기 소재 혼합부에서는 둘 이상의 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물이 혼합되므로, 그 혼합 비율에 따라 하나의 세라믹 구조물에서 경사기능형을 가지는 세라믹 구조물을 제조할 수 있다.Specifically, the amount of the multi-color photo-curable slurry mixture supplied to the material mixing unit may be controlled through the control of the conveying system through the pressure of compressed air or the motor according to a pre-programmed setting. In the material mixing unit, since two or more multi-color photocurable slurry mixtures are mixed, a ceramic structure having a gradient function can be manufactured from one ceramic structure according to the mixing ratio.

하나의 예로, 상기 소재 공급부에 저장된 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물은 둘 이상의 슬러리 조성물이 프로그램화된 소재 종류 및 함량으로 혼합된 것일 수 있다. 상기 슬러리 조성물은 미리 설계된 프로그래밍에 따라 소재 종류 및 함량이 선정되어, 점도에 대한 전단 속도의 비가 전술한 범위를 만족함에 따라, 유사한 유변학적 거동을 나타내어 혼합이 쉽고 분산이 우수한 장점을 보인다.As an example, the multi-color photo-curable slurry mixture stored in the material supply unit may be a mixture of two or more slurry compositions with a programmed material type and content. In the slurry composition, the material type and content are selected according to a pre-designed programming, and as the ratio of the shear rate to the viscosity satisfies the above-mentioned range, the slurry composition exhibits similar rheological behavior to facilitate mixing and excellent dispersion.

한편, 상기 슬러리 조성물은 지르코니아 분말을 하소하고 볼밀을 이용하여 분쇄하는 단계; 광경화성 모노머, 희석제 및 분산제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물에 상기 분쇄하는 단계를 거친 지르코니아 분말을 분산시키는 단계;를 거쳐 제조될 수 있다. On the other hand, the slurry composition comprises the steps of calcining the zirconia powder and pulverizing it using a ball mill; preparing a mixture by mixing a photocurable monomer, a diluent and a dispersant; and dispersing the zirconia powder that has undergone the grinding step in the mixture.

하나의 예로서, 상기 분쇄하는 단계는 800 내지 1000℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 하소하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 분쇄하는 단계는 800 내지 950℃, 800 내지 900℃, 850 내지 1000℃ 또는 850 내지 950℃의 온도에서 1 내지 4 시간, 1 내지 3시간, 2 내지 5시간 도는 2 내지 4시간 동안 하소하여 수행할 수 있다.As an example, the pulverizing may be performed by calcining at a temperature of 800 to 1000° C. for 1 to 5 hours. Specifically, the pulverizing step is performed at a temperature of 800 to 950 ° C., 800 to 900 ° C., 850 to 1000 ° C. or 850 to 950 ° C. for 1 to 4 hours, 1 to 3 hours, 2 to 5 hours, or 2 to 4 hours. It can be carried out by calcination.

또한, 상기 분쇄하는 단계는 하소를 거친 지르코니아 분말을 8 내지 10mm의 지르코니아 볼과 혼합하여 24시간 이상 볼밀을 이용하여 볼밀링할 수 있다. 구체적으로, 상기 분쇄하는 단계는 하소를 거친 지르코니아 분말을 지르코니아 볼과 혼합하여 최소 24시간 이상, 최대 1주일 정도 진행하여도 무방하나, 24시간 내지 50시간, 24시간 내지 40시간 또는 24시간 내지 30시간 동안 볼밀을 이용하여 볼밀링할 수 있다.In addition, in the pulverizing step, the calcined zirconia powder may be mixed with 8 to 10 mm zirconia balls and ball milled using a ball mill for 24 hours or more. Specifically, in the pulverizing step, the calcined zirconia powder may be mixed with the zirconia balls and proceeded for at least 24 hours or at most 1 week, but 24 to 50 hours, 24 to 40 hours, or 24 to 30 hours It can be ball milled using a ball mill for a period of time.

상기와 같은 분쇄하는 단계를 거친 지르코니아 분말은 표면에 바인더가 제거되어 빛 반사 등의 문제가 없고 광경화성 모노머와의 분산성이 우수하여 3D 프린팅에 사용 가능하다.The zirconia powder that has undergone the pulverization step as described above can be used for 3D printing because the binder is removed from the surface, there is no problem such as light reflection, and it has excellent dispersibility with the photocurable monomer.

일 구체예로서, 상기 세라믹 구조물을 제조하는 단계는, 혼합 조성물을 두께가 10 내지 500㎛이하가 되도록 블레이드로 도포하는 단계; 상기 도포한 혼합 조성물을 빛을 조사하여 광경화시켜 세라믹 필름을 형성하는 단계; 상기 블레이드로 도포하는 단계와 세라믹 필름을 형성하는 단계를 반복적으로 수행하여 세라믹 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 세라믹 성형체를 열처리하여 세라믹 구조물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the manufacturing of the ceramic structure may include: applying the mixed composition with a blade to a thickness of 10 to 500 μm or less; forming a ceramic film by photo-curing the applied mixed composition by irradiating light; forming a ceramic compact by repeatedly performing the steps of applying with the blade and forming a ceramic film; and heat-treating the ceramic compact to prepare a ceramic structure.

예를 들어, 상기 블레이드로 도포하는 단계는 블레이드 길이 방향을 기준으로 슬러리 조성물이 주입된 형태에 따라 블레이드로 도포된 슬러리 조성물의 형태가 변하되, 도포된 슬러리 조성물의 두께의 표준편차는 10% 이하일 수 있다. 구체적으로, 도포된 슬러리 조성물의 두께의 표준편차는 9% 이하 또는 8% 이하일 수 있다. 상기와 같이 본 발명에 따른 세라믹 구조물의 제조방법은 블레이드를 통해 500㎛이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하 또는 50㎛ 이하의 얇은 필름을 균일하게 형성할 수 있다.For example, in the step of applying with the blade, the shape of the slurry composition applied with the blade changes depending on the shape in which the slurry composition is injected based on the blade length direction, but the standard deviation of the thickness of the applied slurry composition is 10% or less. can Specifically, the standard deviation of the thickness of the applied slurry composition may be 9% or less or 8% or less. As described above, in the method for manufacturing a ceramic structure according to the present invention, a thin film of 500 μm or less, 400 μm or less, 300 μm or less, 200 μm or less, 100 μm or less, or 50 μm or less can be uniformly formed through a blade.

하나의 예로서, 세라믹 필름을 형성하는 단계는 360nm 내지 450nm의 광을 2초 내지 60초 동안 조사하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 세라믹 필름을 형성하는 단계는 360nm 내지 450nm의 광을 2초 내지 50초, 2초 내지 40초, 5초 내지 60초, 5초 내지 50초 또는 5초 내지 40초 동안 조사하여 광경화를 수행할 수 있다.As an example, forming the ceramic film may be performed by irradiating light of 360 nm to 450 nm for 2 seconds to 60 seconds. Specifically, the step of forming the ceramic film is photocured by irradiating 360 nm to 450 nm light for 2 seconds to 50 seconds, 2 seconds to 40 seconds, 5 seconds to 60 seconds, 5 seconds to 50 seconds, or 5 seconds to 40 seconds. can be performed.

하나의 예로서, 열 처리는 1100℃ 이내에서 단계별로 온도를 높여 세라믹 성형체를 탈지하는 제1 열 처리 단계; 및 1000 내지 2000℃ 범위 내의 온도 세라믹 성형체를 소결하는 제2 열 처리 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 열 처리 단계는, 1100℃ 이내에서 안정적으로 지르코니아 분말을 탈지하며, 각각의 모너머와 분산제 등이 용융 및 기화되면서 세라믹 성형체를 부수지 않는 범위 내에서 제거될 수 있도록 단계별로 온도를 높이는 조건을 적용시킬 수 있다. As an example, the heat treatment may include a first heat treatment step of degreasing the ceramic compact by increasing the temperature step by step within 1100° C.; and a second heat treatment step of sintering the ceramic compact at a temperature within a range of 1000 to 2000°C. In the first heat treatment step, the zirconia powder is stably degreased within 1100° C., and the temperature is raised step by step so that each monomer and dispersant can be removed within a range that does not break the ceramic compact while melting and vaporizing. conditions can be applied.

또한, 상기 제2 열 처리 단계는 구체적으로, 1000℃ 내지 2000℃, 1000℃ 내지 1800℃, 1000℃ 내지 1600℃, 1300℃ 내지 2000℃, 1300℃ 내지 1800℃ 또는 1300℃ 내지 1600℃의 온도로 소결할 수 있다. 상기와 같은 온도로 세라믹 구조물을 열처리하는 경우 소결하는 과정에서 결정립 조대화(grain coarsening) 현상이 발생하여 결점이나 기공 없이 고치밀화될 수 있다. 이에 따라 상기 세라믹 구조물을 인공 치아(예를 들어, 임플란트)로 사용할 때 별도의 표면 처리를 하지 않아도 되는 이점이 있다.In addition, the second heat treatment step is specifically, 1000 ° C to 2000 ° C, 1000 ° C to 1800 ° C, 1000 ° C to 1600 ° C, 1300 ° C to 2000 ° C, 1300 ° C to 1800 ° C or 1300 ° C to a temperature of 1600 ° C. can be sintered. When the ceramic structure is heat-treated at the same temperature as described above, grain coarsening occurs during sintering, so that the ceramic structure can be highly densified without defects or pores. Accordingly, when the ceramic structure is used as an artificial tooth (eg, an implant), there is an advantage that a separate surface treatment is not required.

또한, 상기 세라믹 세라믹 구조물을 형성하는 단계는 테이프-캐스팅(tape-casting) 방식으로 수행할 수 있다. 상기 테이프-캐스팅 방식은 적정 점도를 가지는 슬러리 조성물을 주입해 닥터 블레이드를 이용하여 얇은 필름을 형성시키고, 그 필름 위에 광원을 조사하여 형상을 조형하는 방식으로 반복적층 작업을 거쳐 3차원 형태의 형상을 제조하는 기술이다. 상기 테이핑 방식을 이용하여 세라믹 구조물을 제조함으로써 치아와 같은 복잡한 구조의 세라믹 구조물을 정교하게 제조할 수 있고, 인공 치아를 제조하기 위해 절삭되는 세라믹의 양을 현저하게 줄일 수 있다.In addition, the forming of the ceramic ceramic structure may be performed by a tape-casting method. The tape-casting method injects a slurry composition having an appropriate viscosity, forms a thin film using a doctor blade, and forms a shape by irradiating a light source on the film. manufacturing technology. By manufacturing the ceramic structure using the taping method, it is possible to precisely manufacture a ceramic structure having a complex structure such as a tooth, and it is possible to remarkably reduce the amount of ceramic cut to manufacture an artificial tooth.

상기 세라믹 성형체를 형성하는 단계와 세라믹 구조물을 제조하는 단계 사이에 용매를 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 용매는 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 아세톤 또는 물을 사용할 수 있다.The method may further include washing the solvent between the step of forming the ceramic compact and the step of preparing the ceramic structure. The solvent may be ethanol, methanol, isopropanol, acetone or water.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the Examples presented below.

실시예Example

하기 표 1에 따른 조성으로, 슬러리 조성물 (A1, A2, A3)를 제조하였다.With a composition according to Table 1 below, slurry compositions (A1, A2, A3) were prepared.

50부피%
세라믹 함량
50% by volume
ceramic content
광경화성 모노머photocurable monomer 희석제diluent 지르코니아 분말zirconia powder 분산제dispersant 광경화 개시제photocuring initiator
HDDAHDDA DecalinDecalin WW YY PP GG BYK-180BYK-180 TPOTPO 밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 1.0761.076 0.9860.986 6.076.07 6.076.07 6.336.33 6.086.08 1.0751.075 1.1361.136 Weight
(g)
Weight
(g)
A1A1 2121 99 154.1154.1 54.154.1 3.93.9 00 4.2424.242 0.420.42
A2A2 2121 99 131.0131.0 74.274.2 6.96.9 00 4.2424.242 0.420.42 A3A3 2121 99 125.0125.0 80.080.0 7.87.8 00 4.2484.248 0.420.42 - HDDA : 1,6 Hexanediol diacrylate (SARTOMER, Japan)
- DECALIN : Decahydronaphthalene, mixture of cis + trans reagent grade, 98%, Sigma Aldrich(Sigma Aldrich, Germany)
- W : Zirconia (Zpex 4) (Tosoh, Japan)
- Y : Zirconia (Zpex 4 - Yellow) (Tosoh, Japan)
- P : Zirconia (Zpex - Pink) (Tosoh, Japan)
- G : Zirconia (Zpex - Gray) (Tosoh, Japan)
- BYK-180 : (DISPERBYK - 180) (BYK inc., U.S.A)
- TPO : 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Sigma Aldrich, Germany)
- HDDA: 1,6 Hexanediol diacrylate (SARTOMER, Japan)
- DECALIN : Decahydronaphthalene, mixture of cis + trans reagent grade, 98%, Sigma Aldrich (Sigma Aldrich, Germany)
- W: Zirconia (Zpex 4) (Tosoh, Japan)
- Y : Zirconia (Zpex 4 - Yellow) (Tosoh, Japan)
- P : Zirconia (Zpex - Pink) (Tosoh, Japan)
- G : Zirconia (Zpex - Gray) (Tosoh, Japan)
- BYK-180 : (DISPERBYK - 180) (BYK inc., USA)
- TPO: 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Sigma Aldrich, Germany)

상기 제조한 슬러리 조성물을 3D 프린터에 주입하여 테이프-캐스팅(Tape-casting) 방법을 통해 세라믹 구조물을 제조하였다. 구체적으로, 3D 프린터 내에 위치한 닥터 블레이드(Dr.blade)는 xy 평면 중 한방향으로 움직이며 필름을 형성하기 때문에, 블레이드가 움직이기 전 블레이드 날의 긴 방향으로 슬러리를 위치시켜 슬러리 필름을 형성하였다. 이때, 도 3 및 4에 나타난 바와 같이 토출부는 닥터블레이드의 이동 방향에 대해 수직 방향으로 움직이고, 스태틱 믹서를 이용하여 압축량 조절이 가능하도록 설계하였다. 그런 다음 슬러리를 약 10 내지 500㎛의 두께로 도포한 후 미리 디자인해둔 3D 모형의 한 단면 모형에 맞게 광을 조사하여 경화시켰다. 이후에 Z축을 제외한 모든 축이 원점으로 돌아간 후 같은 시퀀스를 반복하여 도 8과 같은 경사기능형 세라믹 구조물을 형성하였다.The prepared slurry composition was injected into a 3D printer to prepare a ceramic structure through a tape-casting method. Specifically, since the doctor blade (Dr. At this time, as shown in FIGS. 3 and 4 , the discharge unit was designed to move in a direction perpendicular to the movement direction of the doctor blade, and to adjust the amount of compression by using a static mixer. Then, the slurry was applied to a thickness of about 10 to 500 μm and then cured by irradiating light according to a cross-sectional model of a previously designed 3D model. Thereafter, all axes except the Z axis returned to the origin, and then the same sequence was repeated to form the inclined functional ceramic structure as shown in FIG. 8 .

또한, 광경화 후 세라믹 구조물의 안정적인 바인더 탈지를 위해 1,100℃ 이내에서 열처리하여, 각각의 모노머와 분산제 등이 용융 및 기화되면서 세라믹 구조물을 부수지 않는 범위 내에서 제거될 수 있도록 다단계 탈지 조건을 적용시켰고, 동시에 최종온도는 1,500℃ 에서 2시간 계류시키는 소결 조건을 적용시켰다.In addition, for stable binder degreasing of the ceramic structure after photo-curing, heat treatment was performed within 1,100° C., so that each monomer and dispersant were melted and vaporized and removed within a range that did not break the ceramic structure. , and at the same time, the final temperature was 1,500 °C and sintering conditions were applied for 2 hours.

실험예 1- 유변학적 거동 평가Experimental Example 1- Rheological behavior evaluation

실험예에서 제조된 슬러리 조성물(A1, A2, A3)의 유변학적 거동을 평가한 결과 도 1과 같았다. 슬러리 조성물 A1, A2 및 A3의 유변학적 거동이 유사 또는 동일한 것을 확인하였고, 이는 경사기능형 프린팅을 위한 혼합 과정에서 더 쉽고 균일하게 섞일 수 있음을 시사한다.As a result of evaluating the rheological behavior of the slurry compositions (A1, A2, A3) prepared in the Experimental Example, the results were as shown in FIG. 1 . It was confirmed that the rheological behaviors of the slurry compositions A1, A2, and A3 were similar or identical, suggesting that they could be mixed more easily and uniformly in the mixing process for gradient functional printing.

실험예 2- 광경화능 평가Experimental Example 2 Evaluation of photocurability

본 발명에 따른 세라믹 구조물 형성시 적절한 슬러리 조성물의 경화 두께를 확인하기 위하여, 3D 프린터를 이용하여 테이프-캐스팅 방식으로 실시예 제조한 슬러리 조성물을 도포하고 405nm 파장에서 광을 조사하여 광 조사 시간에 따른 경화 두께를 측정하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.In order to confirm the curing thickness of the appropriate slurry composition when forming the ceramic structure according to the present invention, the slurry composition prepared in Example was applied by a tape-casting method using a 3D printer and irradiated with light at a wavelength of 405 nm according to the light irradiation time. The cured thickness was measured, and the results are shown in Table 2.

경화 시간에 따른 지르코니아 슬러리 경화 두께 실험Zirconia Slurry Cure Thickness Test according to Curing Time 층 두께 [㎛]layer thickness [μm] 5s5s 10s10s 15s15s 20s20s 30s30s 40s40s 50s50s 60s60s A1A1 6060 6060 7070 8080 9090 100100 110110 120120 A2A2 5050 6060 7070 8080 9090 100100 110110 110110 A3A3 5050 6060 7070 8080 9090 100100 100100 110110

표 2의 결과로부터, 각 색조 슬러리 별로 광경화능에서 큰 차이가 없고, 따라서, 이들을 동시에 압출하며 경사기능형 적층이 가능함을 확인할 수 있다.From the results in Table 2, it can be confirmed that there is no significant difference in photocurability for each color slurries, and therefore, it is possible to simultaneously extrude them and laminate them for an inclined function.

실험예 3- 열처리된 세라믹 구조물의 물성 분석Experimental Example 3- Analysis of physical properties of heat-treated ceramic structures

(1) 세라믹 구조물의 미세 구조 분석(1) Microstructure analysis of ceramic structures

본 발명에 따른 세라믹 구조물의 미세구조를 분석하기 위하여 실시예에서 제조된 세라믹 구조물을 대상으로 ISO 13356-4.3.3 및 ASTM E112 선절단법에 의거한 실험방법으로 세라믹 구조물과 이의 절단면을 관찰하였고, 그 결과는 도 9 및 도 10에 나타내었다.In order to analyze the microstructure of the ceramic structure according to the present invention, the ceramic structure and its cut surface were observed by an experimental method based on ISO 13356-4.3.3 and ASTM E112 wire cutting method for the ceramic structure prepared in Examples, The results are shown in FIGS. 9 and 10 .

도 9 및 10의 결과로부터, 세라믹 분말은 최종 열처리 후 평균 약 0.64μm의 입자크기로 결정립 과대화(grain coarsening) 현상이 발생했음을 확인하였고, 표면과 파단면을 관찰한 결과 저배율과 고배율 모두에서 결함(defect)나 기공(pore) 없이 고치밀화가 유도되었음을 확인하였다.From the results of FIGS. 9 and 10 , it was confirmed that grain coarsening occurred in the ceramic powder with an average particle size of about 0.64 μm after the final heat treatment. It was confirmed that high densification was induced without defects or pores.

(2) 세라믹 구조물의 투광도 분석(2) Transmittance analysis of ceramic structures

ISO 9050에 의거한 실험방법으로 가시광선 영역(390nm ~ 740nm)에서 투광도를 분석하였고, 그 결과는 도 11에 나타내었다.Transmittance was analyzed in the visible light region (390 nm to 740 nm) by an experimental method based on ISO 9050, and the results are shown in FIG. 11 .

도 11의 결과로부터, 파장대에 따라 투광도가 다른 복합적인 결과가 나타났으며, 각 색상 및 경사기능형 세라믹 구조물에서 평균 20 내지 25%의 투광도를 나타내는 것을 확인하였다.From the results of FIG. 11 , it was confirmed that complex results with different transmittances according to wavelength bands were obtained, and an average transmittance of 20 to 25% was exhibited in each color and inclined functional ceramic structure.

이상과 같이, 본 출원은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 출원은 이것에 의해 한정되지 않으며, 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있다.As described above, although the present application has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present application is not limited thereto, and various modifications and variations may be possible.

Claims (11)

지르코니아 분말, 광경화성 모노머, 희석제 및 분산제를 포함하는 둘 이상의 슬러리 조성물의 혼합물로서,
상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 서로 다른 색상을 가지며, 전단속도 1/s에 대한 점도의 비가 1:3 내지 3:1인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물.
A mixture of two or more slurry compositions comprising zirconia powder, a photocurable monomer, a diluent and a dispersant,
The at least two slurry compositions have different colors, and the ratio of the viscosity to the shear rate of 1/s is 1:3 to 3:1, the multi-color photocurable slurry mixture.
제 1 항에 있어서, 광경화성 모노머 및 희석제의 중량비는 6:4 내지 9:1인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물.The multicolor photocurable slurry mixture according to claim 1, wherein the weight ratio of the photocurable monomer and the diluent is 6:4 to 9:1. 제 1 항에 있어서, 상기 분산제의 함량은 지르코니아 분말을 기준으로 0.005 내지 15 중량%인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물.The multi-color photo-curable slurry mixture according to claim 1, wherein the content of the dispersant is 0.005 to 15 wt% based on the zirconia powder. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러리 조성물은 광경화성 개시제를 추가로 포함하되,
광경화성 개시제의 함량은 광경화성 모노머를 기준으로 0.005 내지 8중량%인, 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물.
The method of claim 1, wherein the slurry composition further comprises a photocurable initiator,
The content of the photocurable initiator is 0.005 to 8% by weight based on the photocurable monomer, the multi-color photocurable slurry mixture.
제 1 항에 따른 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 이용한 경사기능형 세라믹 구조물.A gradient functional ceramic structure using the multi-color photocurable slurry mixture according to claim 1 . 제 5 항에 있어서, 세라믹 구조물의 가시광 영역에 대한 투광도는 1% 내지 45% 범위 내인, 경사기능형 세라믹 구조물.According to claim 5, The transmittance of the visible light region of the ceramic structure is within the range of 1% to 45%, the inclined functional ceramic structure. 둘 이상의 소재 공급부에서 각각 공급되는 둘 이상의 제 1 항에 따른 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물을 소재 혼합부에서 혼합하는 단계;
상기 소재 혼합부에서 혼합된 혼합 조성물을 블레이드의 이동 방향과 수직 방향으로 이동하는 토출부에서 압출하여 세라믹 구조물을 제조하는 단계를 포함하며,
상기 둘 이상의 슬러리 조성물은 프로그램화된 함량으로 혼합되는, 경사 기능형 세라믹 구조물의 제조 방법.
Mixing the multi-color photocurable slurry mixture according to claim 1, each supplied from two or more material supply units, in a material mixing unit;
Extruding the mixed composition mixed in the material mixing unit at the discharge unit moving in the direction perpendicular to the moving direction of the blade to manufacture a ceramic structure,
Wherein the two or more slurry compositions are mixed in a programmed amount, a method for producing a gradient functional ceramic structure.
제 7 항에 있어서, 상기 소재 공급부에 저장된 다종 색조 광경화성 슬러리 혼합물은 둘 이상의 슬러리 조성물이 프로그램화된 소재 종류 및 함량으로 혼합된 것을 특징으로 하는, 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법.[Claim 8] The method of claim 7, wherein in the multi-color photo-curable slurry mixture stored in the material supply unit, two or more slurry compositions are mixed with a programmed material type and content. 제 7 항에 있어서, 상기 세라믹 구조물을 제조하는 단계는,
혼합 조성물을 두께가 10 내지 500㎛이하가 되도록 블레이드로 도포하는 단계;
상기 도포한 혼합 조성물을 빛을 조사하여 광경화시켜 세라믹 필름을 형성하는 단계;
상기 블레이드로 도포하는 단계와 세라믹 필름을 형성하는 단계를 반복적으로 수행하여 세라믹 성형체를 형성하는 단계; 및
상기 세라믹 성형체를 열처리하여 세라믹 구조물을 제조하는 단계를 포함하는, 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the manufacturing of the ceramic structure comprises:
applying the mixed composition with a blade to a thickness of 10 to 500 μm or less;
forming a ceramic film by photo-curing the applied mixed composition by irradiating light;
forming a ceramic compact by repeatedly performing the steps of applying with the blade and forming a ceramic film; and
Including the step of manufacturing a ceramic structure by heat-treating the ceramic compact, a method of manufacturing a slanted functional ceramic structure.
제 9 항에 있어서, 열 처리는 1100℃ 이내에서 단계별로 온도를 높여 세라믹 성형체를 탈지하는 제1 열 처리 단계; 및
1000 내지 2000℃ 범위 내의 온도 세라믹 성형체를 소결하는 제2 열 처리 단계를 포함하는, 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법.
The method according to claim 9, wherein the heat treatment comprises: a first heat treatment step of degreasing the ceramic compact by increasing the temperature step by step within 1100°C; and
A method of manufacturing a gradient functional ceramic structure, comprising a second heat treatment step of sintering the ceramic compact at a temperature within a range of 1000 to 2000°C.
제 9 항에 있어서, 세라믹 성형체를 형성하는 단계는 테이프-캐스팅(tape-casting) 방식을 이용하는, 경사기능형 세라믹 구조물의 제조 방법.
The method of claim 9 , wherein the forming of the ceramic compact uses a tape-casting method.
KR1020200143780A 2020-10-30 2020-10-30 Multi-color photocurable slurry mixture, method for manufacturing the same, and method for manufacturing gradient functional ceramic structure and gradient functional ceramic structure manufactured thereby KR20220058795A (en)

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