KR20230047269A - 광중합 3d 프린터, 광중합 3d 프린팅 방법, 및 광중합 3d 프린팅용 조성물 - Google Patents

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Abstract

광중합 3D 프린터가 제공된다. 상기 광중합 3D 프린터는, 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조, 상기 수지 조성물에 광을 조사하는 광원, 및 자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하고, 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형체를 지지하는 빌드 플랫폼을 포함하되, 상기 수지 조성물에 상기 광이 조사되어 상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 성형체 주위로 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함할 수 있다.

Description

광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물 {Photopolymerization 3D printer, photopolymerization 3D printing method, and composition for photopolymerization 3D printing}
본 발명은 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 DLP(Digital Light Processing) 방식의 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물에 관련된 것이다.
실리카, 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 소재는 낮은 열팽창계수와 탁월한 내마모성, 내식성등 우수한 물리적, 화학적 특성으로 인해 우주항공, 의료, 친환경, 에너지 산업 등 다양한 분야에서 활발하게 적용되고 있다.
하지만 세라믹 소재 고유의 특성상 우수한 기계적, 화학적, 열적 특성에도 불구하고 경도가 높고, 취성이 강해 복잡한 형상 가공이 요구되는 분야에는 적용이 힘든 애로사항이 존재한다. 세라믹 소재의 난성형성을 극복하고 가공성을 향상시키고자 3D 프린팅 기술을 적용하여 복잡한 형상 구현에 대한 기술수요가 증가하고 있다.
3D 프린팅은 디지털 방식으로 디자인된 데이터를 이용하여 2차원의 단면을 반복적으로 적층시켜 3차원의 입체적인 형상으로 출력하는 공정 기술이다. 디자인 설계나 수정이 매우 자유로우며 시제품 제작에 드는 비용 및 시간이 크게 절감될 수 있다.
적층 방법에 따라 다양한 종류의 3D 프린팅 설비가 상용화되고 있으며 이에 상응하는 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 다양한 적층 방식의 3D 프린팅 기술 중 세라믹 소재를 적용하여 원하는 형상의 적층 구조체 제작을 위해서는 세라믹 소재의 특성상 충진율, 표면처리 등의 공정 최적화가 요구되기 때문에 적용 가능한 3D 프린팅 방식이 다소 제한적이다.
이러한 세라믹 소재의 특성을 고려할 때 stereolithography apparatus (SLA), polyjet (Inkjet 3D), digital light processing (DLP), fused deposition modeling (FDM), binder jetting (BJ) 등의 3D 프린팅 방식이 적용 가능할 것으로 전망되고 있다.
이와 같은 3D 프린팅 기술의 다양한 적층 방식 중에서 DLP 방식의 3D 프린터는 digital light projector를 이용하여 광경화성 소재를 적층하는 방식으로 높은 해상도 및 정밀도를 가지며 적층 기물의 품질 안정성을 확보할 수 있다. 또한 광조사가 선 단위가 아닌 면 단위로 이루어지기 때문에 제작 속도가 비교적 빠른 장점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 성형체 내부의 중앙 영역과 외곽 영역의 조성이 다르게 제어될 수 있는 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 유약 없이 성형체 표면을 유리화 할 수 있는 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 경제적 비용이 절감된 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 화학 물질에 의한 환경 문제가 감소된 광중합 3D 프린터, 광중합 3D 프린팅 방법, 및 광중합 3D 프린팅용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 광중합 3D 프린터를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광중합 3D 프린터는 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조, 상기 수지 조성물에 광을 조사하는 광원, 및 자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하고, 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형체를 지지하는 빌드 플랫폼을 포함하되, 상기 수지 조성물에 상기 광이 조사되어 상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 성형체 주위로 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자기장이 인가되어 형성된 상기 성형체는, 상기 성형체의 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 다르게 형성되어, 상기 성형체의 표면이 유리화 되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자기장이 인가되어 형성된 상기 성형체의 중심 영역은 상기 세라믹 입자의 비율이 상기 금속 입자의 비율보다 높고, 외곽 영역은 상기 금속 입자의 비율이 상기 세라믹 입자의 비율 보다 높게 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자석 모듈은, 금속 로드, 및 상기 금속 로드의 외주면을 감싸는 구리(Cu) 와이어를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 빌드 플랫폼은, 빌드 플레이트, 상기 빌드 플레이트 상에 배치되는 복수의 상기 전자석 모듈, 및 상기 복수의 전자석 모듈을 덮도록 상기 빌드 플레이트 상에 배치되는 커버를 포함하되, 상기 커버가 상기 수지 조성물과 마주보도록 배치되어, 상기 커버 상에 상기 성형체가 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 전자석 모듈은, 상기 빌드 플레이트 상에 열과 행을 이루도록 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광중합 3D 프린터는 상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 복수의 전자석 모듈 중 상기 성형체의 형상에 대응하는 위치에 배치된 전자석 모듈에서만 자기장이 생성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 성형체는 DLP(Digital Light Processing) 방식으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 광중합 3D 프린팅 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조, 자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하는 빌드 플랫폼, 및 광원을 포함하는 광중합 3D 프린터를 통한 광중합 3D 프린팅 방법에 있어서, 상기 광중합 3D 프린팅 방법은 수조 내에 상기 수지 조성물을 채우는 단계, 상기 수지 조성물과 상기 빌드 플랫폼이 접촉된 상태에서 상기 광원으로부터 상기 수지 조성물로 광을 조사하여, 상기 빌드 플랫폼 상에 상기 수지 조성물의 일부가 경화된 성형층을 형성하는 단계, 상기 성형층을 형성하는 단계를 반복 수행하여, 상기 성형층이 적층된 성형체를 제조하는 단계, 및 상기 성형체를 소결하는 단계를 포함하되, 상기 성형층을 형성하는 단계에서, 상기 성형층이 형성되는 동안 상기 성형층의 주위에 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 성형층을 형성하는 단계에서 상기 성형층 주위에 자기장이 인가됨에 따라, 상기 성형층의 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 달라지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자기장이 인가된 상기 성형층의 중심 영역은 상기 세라믹 입자의 비율이 상기 금속 입자의 비율보다 높고, 외곽 영역은 상기 금속 입자의 비율이 상기 세라믹 입자의 비율 보다 높게 형성되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 광중합 3D 프린팅용 조성물을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 자기장에 반응하는 베이스 입자, 세라믹 입자, 모노머(monomer), 및 광개시제를 포함하는 광중합 3차원 프린팅용 조성물에 있어서, 상기 베이스 입자는, 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 상기 세라믹 입자가 혼합된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 입자는 산화철(Fe2O3)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 세라믹 입자는, 상기 세라믹 입자는 점토(Clay), 장석(Feldspar), 석영(Quartz), 및 석회암(limestone)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터는 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조, 상기 수지 조성물에 광을 조사하는 광원, 및 자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하고, 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형체를 지지하는 빌드 플랫폼을 포함하되, 상기 수지 조성물에 상기 광이 조사되어 상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 성형체 주위로 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형체는, 유약 없이 표면이 유리화 될 수 있다. 이로 인해, 표면 유리화를 위해 유약이 사용되던 종래의 3D 성형체와 비교하여, 경제적 비용이 절감되고 환경 문제가 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅용 조성물 내 물질 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린틴용 조성물에 자기장이 인가된 경우의 물질 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터의 정면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터가 포함하는 빌드 플랫폼을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터가 포함하는 빌드 플랫폼의 전자석 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형층을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형체를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형층 및 성형체 내의 물질 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅용 조성물 내 물질 분포를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린틴용 조성물에 자기장이 인가된 경우의 물질 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)은, 베이스 입자(10), 세라믹 입자(20), 모노머(30), 및 광개시제(40)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 입자(10)는 자기장(magnetic field)에 반응하는 금속 입자와 상기 세라믹 입자가 혼합된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 입자(10) 또한 자기장에 반응할 수 있다. 상기 베이스 입자(10)가 자기장에 반응되는 경우, 상기 베이스 입자(10)는 자기장이 인가되는 방향으로 이동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)의 제조방법은 상기 금속 입자가 용매(예를 들어, D.I water)와 혼합된 자성 용액을 준비하는 단계, 상기 자성 용액과 상기 세라믹 입자를 혼합한 후 분사 및 건조하여 상기 베이스 입자(10)를 수득하는 단계, 상기 베이스 입자(10), 상기 세라믹 입자(20), 상기 모노머(30), 상기 광개시제(40), 도자기 분말(porcelain powder), 및 용매(예를 들어, 메탄올)를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 입자(10), 상기 세라믹 입자(20), 상기 모노머(30), 상기 광개시제(40), 상기 도자기 분말, 및 상기 용매(예를 들어, 메탄올)은 볼 밀링(ball milling) 방법으로 혼합될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 입자는 산화철(Fe2O3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 용액은, 500 nm 미만의 직경을 갖는 산화철(Fe2O3)입자 30 wt%와 D.I water 70 wt%가 혼합된 용액일 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 입자(20)는 점토 7 wt%, 장석 49 wt%, 석영 27 wt%, 및 석회암 17 wt%를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 모노머(30)는 아래의 <화학식 1>로 표기되는 HEA(2-Hydroxyethyl acrylate) 30 wt%와 아래의 <화학식 2>로 표기되는 TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate) 70 wt%를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광개시제(40)는 아래의 <화학식 3>으로 표기되는 Irgacure 819를 포함할 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00001
<화학식 2>
Figure pat00002
<화학식 3>
Figure pat00003
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)에 자기장(MF)이 인가되는 경우, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC) 내 상기 베이스 입자(10)와 상기 세라믹 입자(20)의 분포가 변경될 수 있다. 구체적으로, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC) 내 상기 베이스 입자(10)는 자기장(MF)이 인가되는 방향으로 이동될 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)의 주위를 둘러싸도록 자기장(MF)이 인가되는 경우, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)의 외곽 영역에는 상기 베이스 입자(10)의 비율이 상기 세라믹 입자(20)의 비율 보다 높게 형성되고, 중앙 영역에는 상기 세라믹 입자(20)의 비율이 상기 베이스 입자(10)의 비율 보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 자기장(MF)을 통해 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC) 내 상기 베이스 입자(10)와 상기 세라믹 입자(20)의 분포를 변경시킨 후 광(예를 들어, UV) 조사를 통해 경화시키는 경우, 상기 베이스 입자(10)와 상기 세라믹 입자(20)의 분포가 변경된 상태의 3D 프린팅 성형체가 형성될 수 있다. 이하, 상기 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)을 이용한 광중합 3D 프린터가 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터의 정면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터가 포함하는 빌드 플랫폼을 설명하기 위한 도면이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터가 포함하는 빌드 플랫폼의 전자석 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형층을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형체를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 형성된 성형층 및 성형체 내의 물질 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터는 수조(100), 광원(200), 빌드 플랫폼(300), 반사 거울(400), 및 렌즈(500)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
상기 수조(100)에는 수지 조성물(RC)이 수용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 수지 조성물(RC)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅용 조성물(RC)과 같을 수 있다. 즉, 상기 수지 조성물(RC)은 자기장에 반응하는 상기 베이스 입자(10), 및 상기 세라믹 입자(20)를 포함할 수 있다.
상기 광원(200)은 상기 수지 조성물(RC)에 광(L)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(200)은 DLP(Digital Lighting Processing) projector일 수 있다. 예를 들어, 상기 광(L)은 자외선(UV)일 수 있다. 상기 광원(200)으로부터 발광된 상기 광(L)은 상기 반사 거울(400)을 통해 반사된 후, 상기 렌즈(500)를 통과하여 상기 수조(100) 내에 수용된 상기 수지 조성물(RC)로 조사될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 빌드 플랫폼(300)은 빌드 플레이트(310), 전자석 모듈(320), 및 커버(330)를 포함할 수 있다. 상기 빌드 플레이트(310) 상에는 복수의 상기 전자석 모듈(320)이 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 전자석 모듈(320)은 상기 빌드 플레이트(310) 상에 열과 행을 이루도록 배치될 수 있다. 상기 커버(330)는 복수의 상기 전자석 모듈(320)을 덮도록 상기 빌드 플레이트(310) 상에 배치될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 전자석 모듈(320)은 금속 로드(321), 및 상기 금속 로드(321)의 외주면을 감싸는 구리 와이어(322)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 구리 와이어(322)는 상기 금속 로드(321)의 외주면을 나선 형태로 감쌀 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전자석 모듈(320)은 도 9에 도시된 바와 같이, 자기장(MF)을 생성할 수 있다.
상기 빌드 플랫폼(300)이 상기 수조(100) 내 상기 수지 조성물(RC)과 접촉된 상태에서, 상기 수지 조성물(RC)에 상기 광(L)이 조사될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 빌드 플랫폼(300)의 상기 커버(330)가 상기 수지 조성물(RC)과 접촉된 상태에서, 상기 수지 조성물(RC)에 상기 광(L)이 조사될 수 있다. 이 경우, 상기 수지 조성물(RC)의 일부가 경화된 성형층(1000L)이 상기 빌드 플랫폼(300)의 상기 커버(330) 상에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 성형층(1000L)이 형성되는 동안, 상기 성형층(1000L)의 주위에 상기 전자석 모듈(320)로부터 생성된 자기장이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 성형층(1000L) 내 상기 베이스 입자(10), 및 상기 세라믹 입자(20)의 분포가 변경될 수 있다. 구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 성형층(1000L)의 외곽 영역에는 상기 베이스 입자(10)의 비율이 상기 세라믹 입자(20)의 비율 보다 높을 수 있다. 이와 달리, 상기 성형층(1000L)의 중심 영역에는 세라믹 입자(20)의 비율이 상기 베이스 입자(10)의 비율 보다 높을 수 있다.
상기 성형층(1000L) 형성 공정이 반복되어, 복수의 상기 성형층(1000L)이 적층된 성형체(1000)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 성형층(1000L)이 적층되는 동안에도, 적층된 상기 성형층(1000L)의 주위에 상기 전자석 모듈(320)로부터 생성된 자기장이 인가될 수 있다. 이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 성형체(1000) 또한 외곽 영역에는 상기 베이스 입자(10)의 비율이 상기 세라믹 입자(20)의 비율 보다 높고, 중심 영역에는 상기 세라믹 입자(20)의 비율이 상기 베이스 입자(10)의 비율 보다 높을 수 있다.
상술된 바와 같이, 성형체(1000)의 외곽 영역에서 상기 베이스 입자(10)의 비율이 상기 세라믹 입자(20)의 비율 보다 높게 분포된 경우, 상기 성형체(100)의 표면은 유리화 될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터는 성형체에 추가적인 유약의 도포 없이 상기 성형체의 표면을 유리화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터는, 성형체의 표면 유리화를 위해 유약을 사용하던 종래의 광중합 3D 프린터와 비교하여 경제적 및 환경적인 이점이 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅 방법이 설명된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅 방법은, 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 광중합 3D 프린터를 통해 이루어질 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광중합 3D 프린팅 방법은 수조 내에 수지 조성물을 채우는 단계(S100), 성형층 형성 단계(S200), 성형체 제조 단계(S300), 및 성형체 소결 단계(S400)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
상기 S100 단계는, 수조(200) 내에 수지 조성물(RC)을 채울 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 수지 조성물(RC)은 도 1을 참조하여 설명된 상기 광중합 3D 프린티용 조성물(RC)과 같을 수 있다. 즉, 상기 수지 조성물(RC)은 자기장에 반응하는 상기 베이스 입자(10), 및 상기 세라믹 입자(20)를 포함할 수 있다.
상기 S200는, 상기 수지 조성물(RC)과 빌드 플랫폼(300)이 접촉된 상태에서 광원(200)으로부터 상기 수지 조성물(RC)로 광(L)을 조사하여, 상기 빌드 플랫폼(300) 상에 상기 수지 조성물(RC)의 일부가 경화된 성형층(1000L)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(200)은 DLP(Digital Lighting Processing) projector일 수 있다. 예를 들어, 상기 광(L)은 자외선(UV)일 수 있다. 즉, 상기 성형층(1000L)은 DLP 3D 프린팅 방법으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 S200 단계에서 상기 성형층(1000L)이 형성되는 동안 상기 성형층(1000L)의 주위에 자기장이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 성형층(1000L)의 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 성형층(1000L)의 주위에 자기장이 인가되는 경우, 상기 성형층(1000L) 내 상기 베이스 입자(10)가 자기장이 인가되는 방향으로 이동될 수 있다. 이로 인해, 상기 성형층(1000L)의 외곽 영역은 상기 베이스 금속(10)의 비율이 상기 세라믹 금속(20)의 비율 보다 높아질 수 있다.
상기 S300 단계는, 상기 성형층(1000L) 형성 단계를 반복 수행할 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 성형층(1000L)이 적층된 성형체(1000)가 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 성형층(1000L)이 적층되는 동안, 적층된 상기 성형층(1000L) 주위에 자기장이 인가될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 성형층(1000L)이 적층되어 제조된 상기 성형체(1000) 또한, 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 성형체(1000)의 외곽 영역은 상기 베이스 금속(10)의 비율이 상기 세라믹 금속(20)의 비율 보다 높을 수 있다. 반면, 상기 성형체(1000)의 중심 영역은 상기 세라믹 금속(20)의 비율이 상기 베이스 금속(10)의 비율 보다 높을 수 있다.
상기 성형체(1000)의 외곽 영역에서, 상기 베이스 금속(10)의 비율이 상기 세라믹 금속(20)의 비율 보다 높게 형성되는 경우, 상기 성형체(1000)의 표면은 유리화 될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 수조
200: 광원
300: 빌드 플랫폼
400: 반사 거울
500: 렌즈

Claims (14)

  1. 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조;
    상기 수지 조성물에 광을 조사하는 광원; 및
    자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하고, 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형체를 지지하는 빌드 플랫폼을 포함하되,
    상기 수지 조성물에 상기 광이 조사되어 상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 성형체 주위로 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  2. 제1 항에 있어서,
    자기장이 인가되어 형성된 상기 성형체는,
    상기 성형체의 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 다르게 형성되어, 상기 성형체의 표면이 유리화 되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  3. 제2 항에 있어서,
    자기장이 인가되어 형성된 상기 성형체의 중심 영역은 상기 세라믹 입자의 비율이 상기 금속 입자의 비율보다 높고, 외곽 영역은 상기 금속 입자의 비율이 상기 세라믹 입자의 비율 보다 높게 형성되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전자석 모듈은, 금속 로드, 및 상기 금속 로드의 외주면을 감싸는 구리(Cu) 와이어를 포함하는 광중합 3D 프린터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 빌드 플랫폼은, 빌드 플레이트, 상기 빌드 플레이트 상에 배치되는 복수의 상기 전자석 모듈, 및 상기 복수의 전자석 모듈을 덮도록 상기 빌드 플레이트 상에 배치되는 커버를 포함하되,
    상기 커버가 상기 수지 조성물과 마주보도록 배치되어, 상기 커버 상에 상기 성형체가 형성되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 전자석 모듈은, 상기 빌드 플레이트 상에 열과 행을 이루도록 배치되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 성형체가 형성되는 동안, 상기 복수의 전자석 모듈 중 상기 성형체의 형상에 대응하는 위치에 배치된 전자석 모듈에서만 자기장이 생성되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 성형체는 DLP(Digital Light Processing) 방식으로 형성되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린터.
  9. 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 세라믹 입자를 포함하는 수지 조성물이 수용되는 수조, 자기장(magnetic field)을 생성하는 전자석 모듈을 포함하는 빌드 플랫폼, 및 광원을 포함하는 광중합 3D 프린터를 통한 광중합 3D 프린팅 방법에 있어서,
    수조 내에 상기 수지 조성물을 채우는 단계;
    상기 수지 조성물과 상기 빌드 플랫폼이 접촉된 상태에서 상기 광원으로부터 상기 수지 조성물로 광을 조사하여, 상기 빌드 플랫폼 상에 상기 수지 조성물의 일부가 경화된 성형층을 형성하는 단계;
    상기 성형층을 형성하는 단계를 반복 수행하여, 상기 성형층이 적층된 성형체를 제조하는 단계; 및
    상기 성형체를 소결하는 단계를 포함하되,
    상기 성형층을 형성하는 단계에서, 상기 성형층이 형성되는 동안 상기 성형층의 주위에 상기 전자석 모듈로부터 생성된 자기장이 인가되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린팅 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 성형층을 형성하는 단계에서 상기 성형층 주위에 자기장이 인가됨에 따라, 상기 성형층의 중심 영역과 외곽 영역의 조성이 달라지는 것을 포함하는 광중합 3D 프린팅 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    자기장이 인가된 상기 성형층의 중심 영역은 상기 세라믹 입자의 비율이 상기 금속 입자의 비율보다 높고, 외곽 영역은 상기 금속 입자의 비율이 상기 세라믹 입자의 비율 보다 높게 형성되는 것을 포함하는 광중합 3D 프린팅 방법.
  12. 자기장에 반응하는 베이스 입자, 세라믹 입자, 모노머(monomer), 및 광개시제를 포함하는 광중합 3D 프린팅용 조성물에 있어서,
    상기 베이스 입자는, 자기장에 반응하는 금속 입자, 및 상기 세라믹 입자가 혼합된 것을 포함하는 광중합 3D 프린팅용 조성물.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 금속 입자는 산화철(Fe2O3)을 포함하는 광중합 3D 프린팅용 조성물.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 세라믹 입자는, 상기 세라믹 입자는 점토(Clay), 장석(Feldspar), 석영(Quartz), 및 석회암(limestone)을 포함하는 광중합 3차원 프린팅용 조성물.
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