KR20230063942A - Electrically conductive polymer composites, manufacturing method thereof 3d printing method using the polymer composites - Google Patents

Electrically conductive polymer composites, manufacturing method thereof 3d printing method using the polymer composites Download PDF

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KR20230063942A
KR20230063942A KR1020210147168A KR20210147168A KR20230063942A KR 20230063942 A KR20230063942 A KR 20230063942A KR 1020210147168 A KR1020210147168 A KR 1020210147168A KR 20210147168 A KR20210147168 A KR 20210147168A KR 20230063942 A KR20230063942 A KR 20230063942A
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박진우
송정근
전은경
이기수
최재호
임다현
이재민
최원준
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 아세톤에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계, 상기 탄소나노튜브가 분산된 용액에 광경화 레진을 혼합하는 단계 및 상기 광경화 레진이 혼합된 용액으로부터 상기 아세톤을 제거하는 단계를 포함하는 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법으로서, 본 발명에 의하면, 전도성 재료가 고르게 분산되게 하여 광경화 3D 프린팅시 출력 정밀도를 보장할 수 있게 한다.The present invention provides electrical conductivity comprising dispersing carbon nanotubes in acetone, mixing a photocurable resin with a solution in which the carbon nanotubes are dispersed, and removing the acetone from the solution in which the photocurable resin is mixed. As a method for manufacturing a polymer composite, according to the present invention, the conductive material is evenly dispersed to ensure output accuracy during photocuring 3D printing.

Description

전기전도성 폴리머 복합재, 그것의 제조 방법 및 3D 프린팅 방법{ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITES, MANUFACTURING METHOD THEREOF 3D PRINTING METHOD USING THE POLYMER COMPOSITES}Electrically conductive polymer composite, its manufacturing method and 3D printing method

본 발명은 3D 프린팅을 위한 전기전도성 폴리머 복합재 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrically conductive polymer composite for 3D printing and a method of manufacturing the same.

3D 프린팅으로 구조물을 제작하기 위한 폴리머 레진에 전기전도성을 부여하기 위한 방법으로, 일본공개특허공보 제2009-43672호와 같이 탄소기반의 재료 (탄소나노튜브)를 활용하여 부도체인 폴리머 혹은 세라믹의 전기전도성을 부여하는 방법, 미국공개특허공보 US10647057B2"Electrically conductive ink for solvent-cast 3D printing" 와 같이 겔 타입의 폴리머와 CNT를 섞어서 3D 프린팅 방법 등이 제안되어 있다.As a method for imparting electrical conductivity to polymer resin for manufacturing structures by 3D printing, as disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2009-43672, it is possible to use carbon-based materials (carbon nanotubes) to obtain electricity from non-conducting polymers or ceramics. A method of imparting conductivity, a 3D printing method by mixing a gel-type polymer and CNT, and the like have been proposed, such as US Patent Publication No. 10647057B2 "Electrically conductive ink for solvent-cast 3D printing".

상기 미국공개특허공보 US10647057B2에 의하면 solvent casting을 통해 cnt와 폴리머를 20:80 혹은 40:60으로 섞음으로써 전기전도성을 향상시키고, 전자파 차폐 성능을 향상 시킨 재료 제작 및 3D 프린팅 출력을 하는 방식에 대해서 기술이 되어 있다.According to the above US Patent Publication No. 10647057B2, cnt and polymer are mixed in a ratio of 20:80 or 40:60 through solvent casting to improve electrical conductivity and to improve electromagnetic shielding performance. Technology for manufacturing and 3D printing output has become

이와 같이 기존의 광경화 3D 프린팅에 활용되는 폴리머 레진(UV 광원에 반응하여 폴리머가 고형화 됨)의 경우, 전기전도도가 0에 수렴하는 부도체이기 때문에, 이를 해결하기 위해서 전기전도성이 높은 나노재료를 섞어 복합재로 레진을 만들어서 3D 프린팅을 하는 방식이 활용되었으며 보통 탄소 기반의 나노재료인 그래핀, 탄소나노튜브 (cnt - carbon nanotubes), 카본 블랙 등을 활용한다. 특히, 탄소나노튜브의 경우 높은 전기전도성과 기계적 경량, 강성 특성으로 인해 이러한 복합재 재료로 활용하려는 시도가 많았다. 그러나, 탄소나노튜브의 소수성과 튜브끼리의 인력으로 인해 점도가 높은 폴리머 기반의 레진에 고르게 분포하는 게 큰 장애물로 남았다.In this way, in the case of polymer resins (polymers solidified in response to UV light sources) used in conventional photocuring 3D printing, electrical conductivity converges to 0, so to solve this problem, we mixed nanomaterials with high electrical conductivity. A method of 3D printing by making resin with a composite material was used, and carbon-based nanomaterials such as graphene, carbon nanotubes (cnt-carbon nanotubes), and carbon black are usually used. In particular, in the case of carbon nanotubes, many attempts have been made to use them as composite materials due to their high electrical conductivity, mechanical light weight, and rigidity. However, due to the hydrophobicity of carbon nanotubes and the attraction between the tubes, even distribution in a polymer-based resin with high viscosity remains a major obstacle.

이를 해결하기 위해 학계에서 기계적으로 섞는 방법 (볼 밀링), 계면활성제 등을 활용하여 섞는 방법을 활용하였지만 고르게 분포시키기 어려웠으며 0.3 wt% 이상의 cnt를 섞었을 경우 분산이 잘 되지 않아 전기 회로로 사용되기 어려울 정도의 전기전도성의 한계가 있으며 추가로 광경화 3D 프린팅의 가장 큰 장점 중에 하나인 출력 정밀도를 심각하게 낮추는 단점이 있다.To solve this problem, a mechanical mixing method (ball milling) and a mixing method using surfactants were used in the academic world, but it was difficult to distribute them evenly, and when cnt of 0.3 wt% or more was mixed, the dispersion was not good, so it was difficult to use as an electric circuit. There is a limit in electrical conductivity to a difficult extent, and in addition, there is a disadvantage that seriously lowers the output precision, which is one of the biggest advantages of photocuring 3D printing.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in the background art above are intended to aid understanding of the background of the invention, and may include matters other than those of the prior art already known to those skilled in the art.

일본공개특허공보 제2009-43672호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-43672 미국등록특허공보 제10647057호US Patent Publication No. 10647057

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 전도성 재료가 고르게 분산되게 하여 광경화 3D 프린팅시 출력 정밀도를 보장할 수 있게 하는 전기전도성 폴리머 복합재 및 그것의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and the present invention provides an electrically conductive polymer composite material and a manufacturing method thereof, which can ensure output accuracy during photocuring 3D printing by uniformly distributing the conductive material. There is a purpose.

본 발명의 일 관점에 의한 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법은, 아세톤에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계, 상기 탄소나노튜브가 분산된 용액에 광경화 레진을 혼합하는 단계 및 상기 광경화 레진이 혼합된 용액으로부터 상기 아세톤을 제거하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing an electrically conductive polymer composite according to one aspect of the present invention includes dispersing carbon nanotubes in acetone, mixing a photocurable resin with a solution in which the carbon nanotubes are dispersed, and a solution in which the photocurable resin is mixed. and removing the acetone from

여기서, 상기 탄소나노튜브를 분산시키는 단계는 초음파 분산에 의해 상온에서 일정 시간 처리하는 것을 특징으로 한다.Here, the step of dispersing the carbon nanotubes is characterized by processing at room temperature for a predetermined time by ultrasonic dispersion.

또한, 상기 광경화 레진을 혼합하는 단계는 초음파 분산에 의해 상온에서 일정 시간 처리하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of mixing the photocurable resin is characterized in that it is treated for a predetermined time at room temperature by ultrasonic dispersion.

그리고, 상기 아세톤을 제거하는 단계는 상기 광경화 레진이 혼합된 용액을 열처리하여 상기 아세톤을 증발시키는 것을 특징으로 한다.And, the step of removing the acetone is characterized by evaporating the acetone by heat-treating the solution in which the photocurable resin is mixed.

특히, 상기 아세톤이 제거된 폴리머 복합재 전체 중량%를 기준으로 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.3wt% 내지 0.6wt%인 것을 특징으로 한다.In particular, the content of the carbon nanotubes is characterized in that 0.3wt% to 0.6wt% based on the total weight% of the polymer composite from which the acetone is removed.

본 발명은 또한 상기의 방법으로 제조되는 전기전도성 폴리머 복합재를 포함하며, 상기 폴리머 복합재를 원료로 하고, UV 경화식 3D 프린터를 이용하여 3D 구조물을 제작하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법을 포함한다.The present invention also includes a 3D printing method comprising the electrically conductive polymer composite prepared by the above method, using the polymer composite as a raw material and manufacturing a 3D structure using a UV curable 3D printer.

본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재 및 그것의 제조 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the electrically conductive polymer composite material and the manufacturing method thereof of the present invention, the following effects are obtained.

(1) 본 발명은 광경화 레진에 탄소나노튜브를 고르게 분산함으로써 부도체인 레진의 전기전도성을 높일 수 있다.(1) According to the present invention, the electrical conductivity of the non-conductive resin can be increased by evenly dispersing the carbon nanotubes in the photocurable resin.

(2) 본 발명은 광경화 레진에 탄소나노튜브를 고르게 분산함으로써 광경화 3D 프린팅 시 출력 정밀도를 유지할 수 있게 한다.(2) The present invention makes it possible to maintain output precision during photocuring 3D printing by evenly dispersing carbon nanotubes in a photocuring resin.

(3) 이 방법으로 제작된 출력물은 기존의 깎는 방법으로 제작했을 때 만들 수 없는 전기전도성을 지닌 3차원 구조체 제작이 가능하며, 3차원 전자회로 혹은 터치센서로도 활용 가능하게 한다.(3) The output produced by this method can be used as a 3D electronic circuit or touch sensor as well as being able to produce a 3D structure with electrical conductivity that cannot be made when produced by the existing cutting method.

도 1은 본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법의 일부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재를 이용하여 광경화 3D 프린터로 출력물을 제작하기 위한 구조물을 도시한 것이다.
도 3은 탄소나노튜브의 함량 당 최적의 경화 조건을 찾기 위한 빛 조사 시간 당 두께 측정 시편을 나타낸 것이다.
도 4는 3D 프린팅 시 구조 정밀성을 측정, 비교가 가능한 벤치마크(standard benchmark artifact) 모델이다.
도 5는 탄소나노튜브 함량 별 경화 두께 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 30 마이크로미터 두께를 경화시키기 위한 함량별 UV 조사량을 비교한 것이다.
도 7은 탄소나노튜브 함량별 전기전도도의 변화를 측정한 것이다.
도 8은 standard benchmark artifact 모델을 기준으로 출력한 폴리머 기반의 모델과 0.6wt% 의 탄소나노튜브 함량으로 출력한 모델을 나타낸 것이다.
도 9는 출력된 benchmark artifact 모델의 측정값과 CAD 모델의 길이 비교를 통해 길이 차이 평균값을 비교한 것이다.
도 10은 함량별 IT(International tolerancing) grade 비교이다.
도 11은 25센트 동전 크기의 기계메타구조의 예시이다(octet-truss, kelvin-foam, gyroid).
도 12 내지 도 14는 구조체를 SEM 이미지를 통해 측정한 사진이다.
도 15 내지 도 16은 전선 연결을 통해 3차원 서킷을 제작한 것을 나타낸 것이다.
도 17은 제작된 기계메타구조가 70kg의 성인 남성의 무게를 지탱하는 모습을 나타낸 것이다.
도 18은 초소형으로 제작 가능한 3차원 손모양 센서를 나타낸 것이다.
도 19는 제작된 센서를 점퍼 케이블을 통해 연결하는 방법을 나타낸 것이다.
도 20은 아두이노를 활용해서 제작된 센서를 나타낸 것이다.
도 21은 capacitance의 변화를 측정환 화면을 나타낸 것이다.1 shows a portion of a method for manufacturing an electrically conductive polymer composite of the present invention.
Figure 2 shows a structure for producing an output with a photocuring 3D printer using the electrically conductive polymer composite of the present invention.
3 shows a thickness measurement specimen per light irradiation time to find the optimal curing conditions per content of carbon nanotubes.
4 is a standard benchmark artifact model capable of measuring and comparing structural precision during 3D printing.
5 shows a change in cured thickness for each carbon nanotube content.
6 is a comparison of the amount of UV irradiation for each content to cure a 30 micrometer thickness.
7 is a measurement of the change in electrical conductivity for each carbon nanotube content.
8 shows a polymer-based model output based on a standard benchmark artifact model and a model output with a carbon nanotube content of 0.6 wt%.
Figure 9 compares the average value of the length difference through the length comparison of the CAD model and the measured value of the output benchmark artifact model.
10 is a comparison of international tolerancing (IT) grades by content.
11 is an example of a mechanical metastructure of a 25 cent coin size (octet-truss, kelvin-foam, gyroid).
12 to 14 are photographs of structures measured through SEM images.
15 to 16 show that a 3D circuit is manufactured through wire connection.
17 shows a state in which the fabricated mechanical metastructure supports the weight of an adult male of 70 kg.
18 shows a three-dimensional hand-shaped sensor that can be manufactured in a subminiature size.
19 illustrates a method of connecting fabricated sensors through jumper cables.
20 shows a sensor manufactured using Arduino.
21 shows a screen for measuring the change in capacitance.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention and the advantages in operation of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing the preferred embodiments of the present invention, known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be reduced or omitted.

도 1은 본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법의 일부를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재를 이용하여 광경화 3D 프린터로 출력물을 제작하기 위한 구조물을 도시한 것이다.1 shows a part of a method for manufacturing an electrically conductive polymer composite of the present invention, and FIG. 2 shows a structure for manufacturing an output object with a photocuring 3D printer using the electrically conductive polymer composite of the present invention.

도 3은 탄소나노튜브의 함량 당 최적의 경화 조건을 찾기 위한 빛 조사 시간 당 두께 측정 시편을 나타낸 것이며, 도 4는 3D 프린팅 시 구조 정밀성을 측정, 비교가 가능한 벤치마크(standard benchmark artifact) 모델이다.3 shows a thickness measurement specimen per light irradiation time to find the optimal curing conditions per carbon nanotube content, and FIG. 4 is a standard benchmark artifact model that can measure and compare structural precision during 3D printing. .

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 전기전도성 폴리머 복합재 및 그것의 제조 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, an electrically conductive polymer composite and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .

본 발명은 3D 프린팅을 활용한 전기전도성 폴리머 복합재 구조물 제작에 관한 것이며, 이를 위해 광경화 3D 프린팅 (stereolithography - SLA)에서 활용되는 레진의 전기전도도를 향상시키는 것이다. The present invention relates to the fabrication of an electrically conductive polymer composite structure using 3D printing, and to this end, to improve the electrical conductivity of a resin used in photocuring 3D printing (stereolithography - SLA).

즉, 뛰어난 전기전도도와 열전도, 강성을 갖는 탄소나노튜브를 첨가하여 기존의 부도체였던 폴리머 레진의 한계를 극복하고 전기전도성을 부여하는 방법이다.In other words, it is a method of overcoming the limitations of existing non-conductive polymer resins and imparting electrical conductivity by adding carbon nanotubes having excellent electrical conductivity, thermal conductivity, and rigidity.

본 발명의 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법은 중간 용매에 탄소나노튜브(cnt) 선 분산, 레진 혼합, 열처리, 중간 용매 제거 단계를 포함하여 폴리머 복합재를 제조한다.The method for preparing the electrically conductive polymer composite of the present invention includes the steps of pre-dispersing carbon nanotubes (CNT) in an intermediate solvent, mixing the resin, heat treatment, and removing the intermediate solvent to prepare the polymer composite.

즉, 레진에 탄소나노튜브를 직접 분산하지 않고, 중간 용매에 선 분산을 통해 탄소나노튜브가 레진에 고르게 분산될 수 있게 한다.That is, the carbon nanotubes can be evenly dispersed in the resin through pre-dispersion in an intermediate solvent without directly dispersing the carbon nanotubes in the resin.

중간 용매는 아세톤(acetone)일 수 있으며, 도시와 같이 아세톤에 탄소나노튜브를 solution intercalation(용액 인터칼레이션)을 통해 선분산하고, 2시간 가량 초음파 분산장치를 이용하여 초음파 처리(ultrasonication)하여 분산시킨다.The intermediate solvent may be acetone, and as shown in the figure, carbon nanotubes are pre-dispersed in acetone through solution intercalation, and dispersed by ultrasonication using an ultrasonic dispersing device for about 2 hours. let it

이후 혼합용액에 레진을 혼합하여 초음파 처리한다.Thereafter, the resin is mixed with the mixed solution and subjected to ultrasonic treatment.

그리고, 레진이 혼합된 복합용액에 hotplate와 교반자석을 통해 중간 용매인 아세톤만 제거되게 한다.Then, only acetone, an intermediate solvent, is removed from the resin-mixed composite solution through a hotplate and a stirrer magnet.

이하 보다 구체적인 실시예를 살펴본다.A more specific embodiment will be described below.

실시예 1 - 전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법Example 1 - Manufacturing method of electrically conductive polymer composite

도 1, 도 2를 참조하면, 첫째, 탄소나노튜브를 아세톤에 초음파 분산을 통해 (ultra-sonication) 2시간 정도 분산 시킨 이후 (초음파 분산 시 온도가 높아지지 않게 room temp 로 온도 유지) 둘째, 분산된 용액을 광경화 레진에 섞는다. 이 때 초음파 분산을 활용하며 마찬가지로 온도를 유지하면서 빛이 닿지 않게 2시간 정도 분산을 시킨다. 마지막으로 heating plate와 magnetic stirrer(교반자석)을 활용하여 75도로 세팅한 후 12시간 정도 아세톤을 증발시킴으로써 cnt와 광경화 레진이 잘 분산되어 섞일 수 있게 한다.Referring to FIGS. 1 and 2, first, after dispersing carbon nanotubes in acetone through ultrasonic dispersion (ultra-sonication) for about 2 hours (temperature maintained at room temp so that the temperature does not increase during ultrasonic dispersion), second, dispersion Mix the solution into the light-curing resin. At this time, ultrasonic dispersion is used, and the dispersion is conducted for about 2 hours while maintaining the temperature similarly so that light does not reach. Finally, after setting at 75 degrees using a heating plate and a magnetic stirrer, evaporate acetone for about 12 hours so that cnt and photocuring resin can be well dispersed and mixed.

실시예 2 - 경화 조건 최적화Example 2 - Optimization of curing conditions

도 2와 같이 광경화 3D 프린터에 의해 구조물 제작시 UV 조사량을 고려하여야 한다.As shown in FIG. 2, when manufacturing a structure by a photocuring 3D printer, the amount of UV irradiation should be considered.

cnt가 빛을 흡수하는 특성이 있기에 cnt의 함량이 높아짐에 따라 광경화가 일어나기 위해 필요한 UV exposure, 즉 조사량이 늘어난다. 이 때, cnt의 함량 당 최적의 광경화 조건이 다르기 때문에 프린팅 레이어 단일 두께 (예. 30um)를 경화 시킬 수 있는 최적의 조건을 찾아줘야 한다. 따라서 도 3과 같이 UV 광원의 조사시간을 변경해가면서 변화되는 두께를 측정하고 목표로 하는 레이어 단일 두께까지 경화되는 데 필요로 하는 조건을 확인한다. 도 5, 도 6을 참조하면, cnt 함량이 0.0 wt%에서 0.6 wt%로 증가할수록 필요로 하는 exposure time, 조사시간 그리고 조사량이 exponential 하게 증가함을 확인 할 수 있다.Since cnt has the property of absorbing light, as the content of cnt increases, the UV exposure required for photocuring to occur, that is, the amount of irradiation increases. At this time, since the optimal photocuring conditions are different for each cnt content, it is necessary to find the optimal conditions for curing a single thickness of the printing layer (eg 30um). Therefore, as shown in FIG. 3, the changing thickness is measured while changing the irradiation time of the UV light source, and the conditions required for curing to a single target layer thickness are confirmed. Referring to FIGS. 5 and 6, it can be confirmed that the required exposure time, irradiation time, and irradiation amount exponentially increase as the cnt content increases from 0.0 wt% to 0.6 wt%.

실시예 3 - 전기전도성Example 3 - Electrical Conductivity

이렇게 제작된 구조체는 전기전도성 측정이 가능하며 도 7에서 나와 있는 것처럼 cnt함량이 증가함에 따라 0.6 wt%에서 0.071 S/m 까지 상승함을 확인 할 수 있다.(저항 측정 후 전기전도성을 계산)The structure fabricated in this way can measure electrical conductivity, and as shown in FIG. 7, it can be confirmed that as the cnt content increases, it rises from 0.6 wt% to 0.071 S/m (calculate electrical conductivity after measuring resistance).

실시예 4 - 정밀도 검증Example 4 - Verification of precision

언급된 방식으로 제작된 3D 프린팅 구조물이 전기전도성이 높음과 동시에 치수 가공 정밀도 또한 높다는 것을 standard benchmark artifact를 통해 검증 할 수 있다. Standard benchmark artifact란, 다양한 3d 프린팅 방식의 치수정밀도를 비교하기 위해 만든 대표 비교 모델(도 4 참조)인데, 이 때 xy축, z축 (높이), thin wall(T), cylinder(D) 네 가지 형태의 feature 들로 분류하여 디지털 3차원 모델 (CAD 파일)과 출력 후 디지털 캘리퍼로 측정된 길이의 차이를 분석하여 치수정밀도를 분석한다. 도 8에서 볼 수 있듯, cnt 함량 별로 standard benchmark artifact를 출력하여(위의 예시는 Standar benchmark artifact 모델을 기준으로 출력한 폴리머 기반의 모델이며, 아래의 예시는 0.6 wt%의 cnt 함량으로 출력한 모델), 도 9의 도표와 같이 치수 정밀도를 비교할 수 있고, 0.6 wt% 부근에서 치수 오차가 높아지기는 하지만 도 10에서 참조되는 바와 같이 여전히 IT grade 라고 하는 국제 가공 정밀도 분류에서 광경화 3D 프린팅이 속한 IT14-IT16 (숫자가 낮을수록 치수가공 오차가 적다는 뜻) 사이(400과 1000 사이)에 위치하는 걸 확인 할 수 있다.It can be verified through standard benchmark artifacts that the 3D printed structure manufactured in the mentioned method has high electrical conductivity and high dimensional processing precision. Standard benchmark artifact is a representative comparison model (see Fig. 4) made to compare the dimensional accuracy of various 3d printing methods. After classifying into shape features, the difference between the digital 3D model (CAD file) and the length measured with a digital caliper after output is analyzed to analyze the dimensional accuracy. As shown in FIG. 8, standard benchmark artifacts are output for each cnt content (the above example is a polymer-based model output based on the standard benchmark artifact model, and the example below is a model output with a cnt content of 0.6 wt%). ), the dimensional accuracy can be compared as shown in the diagram of FIG. 9, and the dimensional error increases around 0.6 wt%, but as referenced in FIG. It can be seen that it is located between -IT16 (the lower the number, the smaller the machining error) (between 400 and 1000).

실시예 5 - 전기전도성을 갖는 복잡한 구조물 3D 프린팅Example 5 - 3D Printing of Complex Structures with Electrical Conductivity

이 방식을 활용하여 기존에는 불가능했던 전기전도성을 갖는 고정밀도의 3차원 구조체를 출력 할 수 있다. 그에 대한 예시로 도 11에서와 같이 3차원 기계메타구조인 octet truss, kelvin foam, gyroid 구조를 cnt 0.6 wt% 함량의 광경화 레진을 통해 제작하였다. 순차적으로 주사전자현미경 (SEM)으로 확대한 도 12 내지 도 13에서도 볼 수 있듯 cnt가 골고루 분포함에 따라 전기전도도를 가지면서 동시에 정밀한 구조물 출력이 가능하게 되었으며, 도 15, 도 16과 같이 회로 연결을 통해 3차원 회로로도 활용 가능함을 실험적으로 증명하였다. 추가적으로 도 17과 같이 이렇게 제작된 기계메타구조는 그 특성 중 하나인 큰 하중을 버티는 것도 가능하다.Using this method, it is possible to output a high-precision three-dimensional structure with electrical conductivity, which was previously impossible. As an example thereof, as shown in FIG. 11, three-dimensional mechanical metastructures such as octet truss, kelvin foam, and gyroid structures were fabricated using a photocurable resin with a cnt content of 0.6 wt%. As can be seen in FIGS. 12 and 13 sequentially enlarged with a scanning electron microscope (SEM), as cnt is evenly distributed, precise structure output is possible while having electrical conductivity. Circuit connection as shown in FIGS. 15 and 16 Through this, it was experimentally proved that it can be used as a 3D circuit. Additionally, as shown in FIG. 17, the mechanical metastructure manufactured in this way can withstand a large load, which is one of its characteristics.

실시예 6 - 센서로 활용 가능한 3차원 정밀 구조물 제작Example 6 - Fabrication of a 3D precision structure that can be used as a sensor

위의 방식 활용 시, 3차원 회로 외에도 전기전도성을 활용하여 터치센서로도 활용이 가능함을 도 18 내지 도 21과 같이 실험적으로 증명하였다. cnt 0.6wt가 포함된 광경화 레진으로 제작된 3차원 센서 (도 18 손모양)를 전선으로 연결하여(도 19) 손으로 접촉하였을 때 capacitance의 변화를 감지하는 터치 센서(도 20)로 활용이 가능하다. 이는 도 21에서 볼 수 있듯 센서의 크기에 따라 capacitance의 변화값도 영향을 받음을 알 수 있다. When using the above method, it was experimentally proved as shown in FIGS. 18 to 21 that it can be used as a touch sensor by utilizing electrical conductivity in addition to the three-dimensional circuit. It can be used as a touch sensor (Fig. 20) that detects the change in capacitance when a three-dimensional sensor (Fig. 18 hand shape) made of photocurable resin containing cnt 0.6wt is connected with a wire (Fig. 19). possible. As can be seen from FIG. 21, it can be seen that the change value of capacitance is also affected by the size of the sensor.

이상과 같이 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 폴리머 복합재는 0.6wt까지 분산이 가능하여 전기전도성과 정밀성이 향상되므로, 정밀한 구조물 출력이 가능하게 하고 센서로서 응용될 수 있음을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the polymer composite prepared by the manufacturing method of the present invention can be dispersed up to 0.6wt and has improved electrical conductivity and precision, enabling precise structure output and being applied as a sensor.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, it is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Therefore, such modified examples or variations should be included in the claims of the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims.

Claims (8)

아세톤에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계;
상기 탄소나노튜브가 분산된 용액에 광경화 레진을 혼합하는 단계; 및
상기 광경화 레진이 혼합된 용액으로부터 상기 아세톤을 제거하는 단계를 포함하는,
전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법.dispersing carbon nanotubes in acetone;
mixing a photocurable resin with a solution in which the carbon nanotubes are dispersed; and
Including the step of removing the acetone from the solution mixed with the photocuring resin,
A method for manufacturing electrically conductive polymer composites. 청구항 1에 있어서,
상기 탄소나노튜브를 분산시키는 단계는 초음파 분산에 의해 상온에서 일정 시간 처리하는 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법.The method of claim 1,
The step of dispersing the carbon nanotubes is characterized by processing at room temperature for a certain time by ultrasonic dispersion,
A method for manufacturing electrically conductive polymer composites. 청구항 2에 있어서,
상기 광경화 레진을 혼합하는 단계는 초음파 분산에 의해 상온에서 일정 시간 처리하는 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법.The method of claim 2,
The step of mixing the photocuring resin is characterized in that treatment at room temperature for a certain time by ultrasonic dispersion,
A method for manufacturing electrically conductive polymer composites. 청구항 3에 있어서,
상기 아세톤을 제거하는 단계는 상기 광경화 레진이 혼합된 용액을 열처리하여 상기 아세톤을 증발시키는 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법.The method of claim 3,
The step of removing the acetone is characterized by evaporating the acetone by heat-treating the solution in which the photocuring resin is mixed.
A method for manufacturing electrically conductive polymer composites. 청구항 4에 있어서,
상기 아세톤이 제거된 폴리머 복합재 전체 중량%를 기준으로 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.3wt% 내지 0.6wt%인 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재 제조 방법.The method of claim 4,
Characterized in that the content of the carbon nanotubes is 0.3wt% to 0.6wt% based on the total weight% of the polymer composite from which the acetone is removed.
A method for manufacturing electrically conductive polymer composites. 청구항 1의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재.Characterized in that it is produced by the manufacturing method of claim 1,
Electrically conductive polymer composites. 청구항 6에 있어서,
상기 폴리머 복합재 전체 중량%를 기준으로 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.3wt% 내지 0.6wt%인 것을 특징으로 하는,
전기전도성 폴리머 복합재.The method of claim 6,
Characterized in that the content of the carbon nanotubes is 0.3wt% to 0.6wt% based on the total weight% of the polymer composite,
Electrically conductive polymer composites. 청구항 7의 상기 폴리머 복합재를 원료로 하고, UV 경화식 3D 프린터를 이용하여 3D 구조물을 제작하는 것을 특징으로 하는,
3D 프린팅 방법.Characterized in that the polymer composite of claim 7 is used as a raw material and a 3D structure is produced using a UV curing 3D printer.
3D printing method.
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KR100647057B1 (en) 1999-01-28 2006-11-17 소시에떼 데 프로듀이 네슬레 소시에떼아노님 Aromatised soluble creamer powder
JP2009043672A (en) 2007-08-10 2009-02-26 Taisei Kaken:Kk Conductive carbon composite material mixed with carbon nanotube, metal solder material, conductive material, and semiconductive material

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