KR20230122038A - 여과용 전기방사 섬유를 지지하기 위한 인쇄 구조물 - Google Patents

여과용 전기방사 섬유를 지지하기 위한 인쇄 구조물 Download PDF

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KR20230122038A
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파트리샤 에이. 이그나시오-데 레온
더스틴 에이. 자스테라
클렌톤 티. 윌리스
재러드 알. 무디
매튜 피. 고에르츠
미카일라 에이. 요더
데이비드 디. 라우어
데이비스 비. 모라벡
아닐 수타르
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도날드슨 컴파니, 인코포레이티드
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Abstract

본원의 실시형태는 여과 매체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법은 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1의 3차원 구조물을 인쇄하는 단계, 및 전기방사 프로세스를 이용하여 제1 미세 섬유 층을 제1의 3차원 구조물 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 실시형태가 또한 본원에서 고려된다.

Description

여과용 전기방사 섬유를 지지하기 위한 인쇄 구조물
본원은, 미국 기업인 Donaldson Company, Inc.를 모든 지정 국가의 출원인으로 하고, Patricia A. Ignacio-de Leon(미국 시민), Dustin A. Zastera(미국 시민), Klenton T. Willis(미국 시민), Jared R. Moody(미국 시민), Matthew P. Goertz(미국 시민), Mikayla A. Yoder(미국 시민), David D. Lauer(미국 시민), Davis B. Moravec(미국 시민), 및 Anil Suthar(미국 시민)을 모든 지정 국가의 발명자로 하여, 2021년 11월 22일자로 PCT 국제 특허 출원으로 출원되었고, 2020년 12월 17일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/127,079호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용의 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본원의 실시형태는, 적층 제조 방법에 의해 전기방사 섬유를 위한 지지부로서 제조되고, 그리고 전기방사 섬유와 조합되어 여과 매체를 위한 복합 구조물을 생성하는, 인쇄 구조물의 용도에 관한 것이다.
필터 매체 응용 분야에서 미세 섬유가 흔히 이용된다. 이러한 섬유는 기재에 도포되고, 액체 및 공기 여과 응용 분야에서 사용된다.
이하의 도면과 관련지어 양태에 대해 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본원의 여러 실시형태에 따른, 매체 조립체에서 이용하기 위한, 적층 제조에 의해서 형성되는 3차원 인쇄 구조물의 예인, 핀 조립체(fin assembly)의 횡단면도이다.
도 2는 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 1의 핀 조립체의 상면도이다.
도 3은 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 1의 핀 조립체의 상단부에서 필라(pillar)를 포함하는 제1의 3차원 인쇄 구조물의 횡단면도이다.
도 4는 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 3의 제1의 3차원 인쇄 구조물의 상면도이다.
도 5는 본원의 여러 실시형태에 따른, 확대도로 도시된, 도 1의 핀 조립체의 상단부 상의 필라를 포함하고 또한 적어도 하나의 필라의 상단 표면 상에서 표면 조도 특징부를 갖는 제1의 3차원 인쇄 구조물의 횡단면도이다.
도 6은 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 3의 제1의 3차원 구조물 및 핀 조립체 위에 이격 배치된(lofted) 제1 미세 섬유 층을 포함하는, 제1 매체 조립체의 횡단면도이다.
도 7은 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 3의 제1의 3차원 구조물 및 핀 조립체와 접촉되는 제1 미세 섬유 층을 포함하는, 대안적인 제1 매체 조립체의 횡단면도이다.
도 8은 본원의 여러 실시형태에 따른, 제2 필라 층 및 제1 미세 섬유 층 위에 이격 배치된 제2 미세 섬유 층을 포함하는, 제2 매체 조립체의 횡단면도이다.
도 9는 본원의 여러 실시형태에 따른, 적층 제조에 의해서 형성된 3차원 인쇄 구조물의 예인, 제1 핀 층의 구배 간격(gradient spacing)을 갖는 대안적인 핀 조립체의 횡단면도이다.
도 10은 본원의 여러 실시형태에 따른, 제1 및 제2 핀 층 모두가 구배 간격을 갖는 것을 관찰할 수 있는, 도 9의 구배 핀 조립체의 상면도이다.
도 11은 본원의 여러 실시형태에 따른, 필라의 높이 구배를 갖는 제1 필라 층을 가지는 또한 추가적인 대안적 핀 조립체의 횡단면도이다.
실시형태는 다양한 수정 및 대안적 형태가 가능하되, 그 구체적인 사항은 예로서 그리고 도면에 도시되어 있으며, 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 본원의 범위는 설명된 특정 양태에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 본원의 사상 및 범위 내에 속하는 수정예, 균등물, 및 대안을 포함하는 것으로 의도된다.
3D 인쇄로도 지칭되는 적층 제조 기술을 사용할 경우, 디지털 모델을 이용하여 물체를 매우 정밀하게 제조할 수 있다. 재료의 층들을 정확한 위치에 증착하여 희망하는 물체를 형성한다. 3D 인쇄는, 사출 몰딩 및 다른 제조 기술에 비해, 몰드로부터 제거될 수 있는 형상과 관련하여 제한이 없기 때문에, 물체의 크기 및 형상에서 더 큰 유연성을 가질 수 있다. 3D 인쇄의 다른 장점은, 3D 인쇄를 이용하여 매우 투과적인 구조물을 형성할 수 있다는 것이다.
3D 인쇄를 이용하여 형성된 구조물을 미세 섬유를 포함하는 여과 매체에 사용하여, 미세 섬유 기본 중량의 증가없이, 미세 섬유의 가용 표면적, 다시 말해서 하부 기재와 직접 접촉하지 않는 미세 섬유의 표면적을 증가시킬 수 있다. 나노섬유와 같은 미세 섬유는 여과 매체에 사용되는 일반적인 기재에 적합하다. 3차원 구조물은 3D 인쇄 및 다른 제조 기술을 이용하여 구성될 수 있고, 미세 섬유 층과 조합되어 사용됨으로써, 미세 섬유 층의 두께 증가없이, 하부 단위 면적 당 미세 섬유의 가용 표면적이 증가된 여과 매체를 생성할 수 있다. 결과적으로, 미세 섬유 층에 걸친 면 속도(face velocity)가 감소되고, 그에 따라 압력 강하를 감소시킨다. 3차원 구조물은 또한 먼지 적재를 위한 부가적인 표면적, 및 증가된 먼지 유지 용량을 제공한다.
3차원 구조물을 미세 섬유 층으로 덮어 제1 매체 조립체를 형성할 수 있다. 선택적으로, 추가적인 제2의 3차원 구조물을 제1 매체 조립체의 상단부에 인쇄할 수 있고, 이어서 제2 미세 섬유 층을 그 상단부에 형성하여 매체 조립체를 형성할 수 있다. 다수의 부가적인 층이 또한 가능하고, 추가적인 층은 3차원 구조물 구성요소 및 부가적인 미세 섬유 층 모두를 포함할 수 있다.
3D 인쇄 구조물 및 미세 섬유 층을 포함하는 매체 조립체는 어떠한 다른 기재도 없이 여과 매체로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 3D 인쇄 구조물 및 미세 섬유 층을 포함하는 매체 조립체가 기재 위에 형성되거나 그 위에 배치될 수 있다. 본원에 설명된 매체 조립체를 다른 통상적인 필터 구조물과 더 조립하여 필터 복합체 층 또는 필터 유닛을 만들 수 있다. 기재의 예는 부직물, 직물, 멤브레인, 셀룰로오스 매체, 유리 매체, 합성 매체, 스크림(scrim) 또는 확장된 금속 지지부일 수 있다. 본원에 설명된 매체 조립체를 많은 다른 유형의 매체, 예를 들어 통상적인 매체와 함께 사용하여 필터 성능 또는 수명을 개선할 수 있다.
천공 구조물을 이용하여, 매체를 통과하는 압력 하의 유체의 영향 하에서 매체 조립체를 지지할 수 있다. 본원에 설명된 필터 구조물은 또한 천공 구조물의 부가적인 층, 스크림, 예를 들어 큰-투과도의 기계적으로 안정적인 스크림, 그리고 부가적인 여과 층, 예를 들어 별도의 적재 층과 조합될 수 있다. 일 실시형태에서, 이러한 다중-영역 매체 조합이, 비-수성 액체의 여과에서 일반적으로 사용되는 필터 카트리지 내에 수용된다.
롤링하는 것, 주름 가공하는 것, 다수의 층으로 적층하는 것, 또는 다른 방식으로 조립하는 것에 의해서, 기재를 갖거나 가지지 않는 매체 조립체를 여과 요소로 형성할 수 있다. 3D 구조물은 주름 간격 특징부와 같은 엠보싱 특징부를 제공할 수 있다.
본원에 설명된 3D 구조물을 이용하여 형성된 필터 요소는 다양한 유동 경로 구성을 가질 수 있다. 일 예에서, 더러운 유체가, 주름진 구성, 적층된, 구성 또는 그 둘 모두의 구성을 갖는 필터 매체를 통과한다. 다른 예에서, 더러운 유체는 필터 팩의 더러운 공기 측에서 개방 세로 홈(open flute)에 진입한다. 세로 홈이 대향 단부에서 밀봉되기 때문에, 공기는 필터 매체를 통해서 인접 세로 홈 내로 강제로 통과한다. 필터링된 공기는, 필터 요소의 청정 공기 측에서 개방되는 세로 홈을 통해서 필터 팩을 빠져 나간다. 일부 예에서, 필터 요소는 원통형이고, 더러운 유체는 요소의 코어 내로 진입하고, 여과 매체를 통과하며, 필터 요소의 외측부에서 청정한 필터링된 유체로서 빠져 나간다.
다른 예에서, "플로우 바이(flow by)" 유동 경로가 사용된다. 플로우 바이 여과는, 유체가 여과 매체를 결코 통과하지 않는 것을 의미한다. 여과 매체는 채널을 만들고, 유체는 이러한 채널을 통해서 유동한다. 유동 내의 난류에 의해서 입자는 여과 매체와 접촉하고 포획된다. 일반적으로 부분적 효율(fractional efficiency)이 낮아지는 대신, 이러한 유형의 구성은 압력 강하 장점을 갖는다. 그러한 구성을 갖는 필터 요소는 본원에 설명된 매체 조립체와 함께 사용될 수 있다. 플로우 바이 구성을 갖는 필터 요소가 이하의 공동-소유 특허 공개: WO2019032773(명칭: FLUID FILTRATION APPARATUSES, SYSTEMS, AND METHODS)에 더 기술되어 있고, 이러한 특허 공개는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
매체 조립체의 시트들이 적층된 구성이 사용되는 경우, 매체 조립체의 적층체의 구성을 하나 이상의 치수에 걸쳐 변경할 수 있다. 또한, 적층체 내의 개별적인 시트들이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 구분된 3D 특징부가 제1 시트에 존재하고 다른 시트에는 존재하지 않을 수 있다.
각각의 기재 또는 기재의 시트가 3D 구조물의 그리드를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 그리드 내의 3D 구조물은 기재를 가로지르는 방향을 따라 달라지는 높이를 가질 수 있다.
미세 섬유 층을 갖는 여과 조립체는 상당한 압력 강하를 가질 수 있다. 본원에 설명된 바와 같은 3D 구조물의 부가는 미세 섬유 층을 갖는 여과 조립체의 압력 강하를 줄일 수 있다. 미세 섬유 층의 접착 강도가 크지 않은 일부 종래 기술 시스템에서, 미세 섬유 층이 기재로부터 이탈될 수 있다. 3D 구조물의 부가는 이탈 가능성을 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 필터 조립체에서 사용될 수 있는 3D 구조물의 예를 이제 설명할 것이다.
3D 구조물(도 1 내지 도 5)
용어 "3D 구조물" 및 "3차원 구조물"은, 본원에서 상호 교환 가능하게 사용된다.
이제 도 1 내지 도 5를 참조하여, 미세 섬유 층과 함께 여과 매체에 통합될 수 있는 3차원 인쇄 구조물의 예를 설명할 것이다. 이러한 구조물은 단지 예이고, 본원에 설명된 3D 구조물에 대한 많은 옵션이 존재한다. 도 1 및 도 2는 핀(104)의 제1 층 및 핀(106)의 제2 층으로 형성된 3차원 인쇄 구조물(100)을 도시한다. 3차원 인쇄 구조물(100)은 핀 조립체로도 지칭될 수 있다. 핀 조립체는 적층 제조, 사출 몰딩, 또는 다른 제조 기술로 형성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 본원에 사용되는 바와 같은 용어로서, 3D 구조물은 1, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 미크론 이상의 높이, 폭, 또는 길이 치수와 같은 치수를 갖는다. 일부 실시형태에서, 치수는 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 또는 1000 미크론 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 치수는 1 내지 2000 미크론, 또는 100 내지 1900 미크론, 또는 200 내지 1800 미크론, 또는 300 내지 1700 미크론, 또는 400 내지 1600 미크론, 또는 500 내지 1500 미크론, 또는 600 내지 1400 미크론, 또는 700 내지 1300 미크론, 또는 800 내지 1200 미크론, 또는 900 내지 1100 미크론의 범위일 수 있거나, 약 1000 미크론일 수 있다.
제1 핀 층은 서로 평행하게 배향되는 복수의 제1 핀(104)을 포함한다. 도 1의 도면에서, 제1 핀은 관찰자로부터 멀리 연장된다. 제2 핀 층은 서로 평행하게 그리고 제1 핀에 수직으로 배향되는 복수의 제2 핀을 포함한다. 제2 핀은 제1 핀 상에 적층된다. 도면의 예의 핀들은 각각 대체로 입방체형이다.
핀 조립체는 본원에 설명된 바와 같이 3D 구조물로서 이용될 수 있고 매체 조립체에 통합될 수 있다. 대안적으로, 추가적인 구조물이 핀 조립체에, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 필라에 부가될 수 있다.
도 3은 도 1의 핀 조립체의 상단부에서 필라(110)를 포함하는 다른 3차원 인쇄 구조물(100)의 횡단면도이다. 도 4는 도 3의 제1의 3차원 인쇄 구조물의 상면도이다. 필라는 3D 인쇄에 의해서 또는 다른 제조 방법에 의해서 형성될 수 있다. 필라의 적어도 일부는, 제1 핀과 제2 핀이 교차하는 교차 위치에 형성된다. 일부 실시형태에서, 필라의 전부가, 제1 핀과 제2 핀이 교차하는 교차 위치에 형성된다.
필라, 핀 조립체를 구성하는 핀, 그리고 필라들 및 핀들의 간격에 대한 매우 다양한 치수가 가능하다. 일부 실시형태에서, 필라들 사이의 간격, 핀들 사이의 간격, 핀 폭, 핀 길이, 및 핀 높이에 대한 치수는, 1, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 미크론 이상의 치수이다. 일부 실시형태에서, 치수는 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 또는 1000 미크론 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 치수는 1 내지 2000 미크론, 또는 100 내지 1900 미크론, 또는 200 내지 1800 미크론, 또는 300 내지 1700 미크론, 또는 400 내지 1600 미크론, 또는 500 내지 1500 미크론, 또는 600 내지 1400 미크론, 또는 700 내지 1300 미크론, 또는 800 내지 1200 미크론, 또는 900 내지 1100 미크론의 범위일 수 있거나, 약 1000 미크론일 수 있다.
도 5는 도 1의 핀 조립체의 상단부에서 필라(110)를 포함하는 제1의 3차원 인쇄 구조물(100)의 횡단면도이다. 도 5의 3D 인쇄 구조물은 본원의 여러 실시형태에 따른, 확대도로 도시된, 표면 조도 특징부(500)를 적어도 하나의 필라의 상단 표면 상에서 갖는다. 표면 조도는 필라의 상단 표면의 전부에 또는 단지 일부에 제공될 수 있다. 표면 조도는, 비제한적으로, 필라의 측면 표면의 일부 또는 전부, 핀의 상단 표면의 일부 또는 전부, 핀의 측면 표면의 일부 또는 전부, 핀의 하단 표면의 일부 또는 전부를 포함하는, 3D 구조물의 다른 지역에 제공될 수 있다.
표면 조도는 부가적인 구조물을 필라의 상단 표면에 증착시키기 위한 3D 인쇄 기술을 이용하여 생성될 수 있다. 대안적으로, 입자 또는 섬유가 3D 인쇄 재료의 표면 층 내에 포함되어 표면 조도 특징부를 생성할 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 표면 조도 특징부의 치수는 10, 100, 200, 300, 400, 또는 500 나노미터 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 이러한 치수는 1000, 900, 800, 700, 600, 또는 500 나노미터 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 치수는 10 내지 1000 나노미터, 또는 100 내지 900 나노미터, 또는 200 내지 800 나노미터, 또는 300 내지 700 나노미터, 또는 400 내지 600 나노미터의 범위일 수 있거나, 약 500 나노미터일 수 있다.
매체 조립체 예 및 형성 방법(도 6 내지 도 8)
도 6은 본원의 여러 실시형태에 따른, 도 3의 제1의 3차원 구조물(100) 및 핀 조립체 위에 이격 배치된 제1 미세 섬유 층(604)을 포함하는, 제1 매체 조립체(600)의 횡단면도이다. 제1 미세 섬유 층은, 필라(110)가 제1 매체 조립체(600) 상에 형성된 후에 증착된다. 제1 미세 섬유 층의 미세 섬유의 적어도 일부가 필라(110)의 상단 표면과 접촉되고, 필라의 상단 표면은 제2 핀(106)으로부터 가장 먼 표면이다. 갭(610)이 제1 미세 섬유 층(604)과 제2 핀(106)의 제1 표면 사이에 존재한다. 이격 배치된 미세 섬유 층의 처짐(sag)의 양으로서 또한 설명될 수 있는, 필라들 사이의 갭(610)의 높이는 필라의 간격에 따라 달라질 것이다.
미세 섬유 층(604)의 증착은, 3D 구조물(100)이 구성된 후에, 이루어질 수 있다. 미세 섬유 층(604)의 증착은, 후처리 단계 이외에 실시되는, 마지막 단계들 중 하나일 수 있다.
확대도(606)는 미세 섬유 층이 단일 구조물이 아니라는 것을 도시한다. 그 대신, 미세 섬유 층은, 교차되고 미세 섬유 층 내에서 개방 공간을 형성하는 구분된 섬유들로 구성된다.
도 7은, 도 3의 제1의 3차원 구조물 및 미세 섬유 층(704)을 포함하는, 대안적인 제1 매체 조립체(700)의 횡단면도이다. 도 6의 이격 배치된 미세 섬유 층(604)과 대조적으로, 미세 섬유 층(704)은 핀 조립체와 접촉되는 많은 섬유를 가지며 필라들(110) 사이의 간격 내에 존재한다. 필라(110)는 미세 섬유 층(704) 내의 잠재적으로 조밀한 분진의 패킹을 최소화하여, 차압의 축적을 늦출 수 있게 하고 그에 따라 필터 수명을 연장시킬 수 있게 한다. 미세 섬유 층(704)은, 필라(110)가 핀 조립체 상에 형성된 후에 증착된다. 미세 섬유 층(704)은 일치되는 미세 섬유 층으로 지칭될 수 있다.
도 6의 이격 배치된 미세 섬유 층은, 핀 조립체와 접촉되는 미세 섬유 층(704)에 비해서, 여과 매체를 펄스 세정하여 분진을 제거할 수 있는 능력을 개선한다.
도 8은 본원의 여러 실시형태에 따른, 제2 필라 층 및 제1 미세 섬유 층 위에 이격 배치된 제2 미세 섬유 층을 포함하는, 제2 매체 조립체(800)의 횡단면도이다. 제2 매체 조립체(800)는, 핀 조립체, 필라(110)의 제1 층, 및 갭(610)을 형성하는 이격 배치된 제1 미세 섬유 층(604)을 포함하여, 도 6의 제1 매체 조립체(600)의 모든 구성요소를 포함한다. 제2 매체 조립체(800)는, 제1 필라(110)의 상단 표면 위에 형성된, 필라(808)의 제2 필라 층을 추가로 포함한다. 제1 미세 섬유 층(604)은 또한 제1 필라의 상단부에 위치된다. 개재된 제1 미세 섬유 층(604)에도 불구하고, 제2 필라 층(708)을 여전히 형성할 수 있는데, 이는 3D 인쇄 기술의 정밀한 제어 때문이고, 제2 필라 층을 형성하는 재료가, 미세 섬유 층의 다공도(porosity)를 통해서 유동하는 열가소성 재료이기 때문이다. 재료는 미세 섬유 층의 임의의 개별적인 개재된 섬유 주위로 그리고 이를 지나서 유동하고, 제1 필라의 상단 표면 상에 증착된다.
제2 매체 조립체(800)는 이격 배치된 제2 미세 섬유 층(814)을 또한 포함한다. 제2 미세 섬유 층은, 필라(808)가 제1 필라(110) 상에 형성된 후에 증착된다. 제2 미세 섬유 층의 미세 섬유의 적어도 일부가 제2 필라(808)의 상단 표면과 접촉되고, 필라의 상단 표면은 3D 구조물의 나머지 및 제2 핀(106)으로부터 가장 먼 표면이다. 갭(818)이 제2 미세 섬유 층(814)과 제1 미세 섬유 층(614) 사이에 존재한다. 이격 배치된 미세 섬유 층의 처짐의 양으로서 또한 설명될 수 있는, 필라들 사이의 갭(818)의 높이는 필라의 간격에 따라 달라질 것이다.
3D 구조물이 없이 통상적인 기재 상에서 2개의 적층된 미세 섬유 층을 포함하는 매체 조립체에 비해서, 도 8의 매체 조립체는 더 작은 차압을 가질 것이다. 여러 실시형태에서, 제1 미세 섬유 층은 제2 미세 섬유 층과 상이하다. 예를 들어, 제1 미세 섬유 층은 제1 기공 크기를 가질 수 있는 한편, 제2 미세 섬유 층은 제2의 더 큰 기공 크기를 가질 수 있다. 다른 예에서, 제1 미세 섬유 층의 상류에 위치하는 제2 미세 섬유 층은 임의의 습윤 유체를 보다 잘 밀어 내도록 구조화되고, 제1 미세 섬유 층은 미립자 여과를 최적화하도록 구조화된다.
2개의 필라 층이 산재된(interspersed) 2개의 미세 섬유 층을 도 8이 도시하지만, 서로 산재되는 제3, 제4, 및 제5 미세 섬유 층 및 필라 층을 또한 포함할 수 있다.
3D 구조물을 포함하는 제1 매체 조립체가, 도면들에서 상이한 예들로서 도시된 바와 같이, 여과 기재의 상단부에서 사용되는 경우, 제1 매체 조립체(600)의 존재는 하부 기재에 미치는 미세 섬유 층의 마스킹 효과(masking effect)를 감소시킨다.
여러 실시형태에서, 매체 조립체는 매체 조립체의 두께 깊이 내의 특정 지점까지 필터링되는 유체를 위한 직접적이고, 구불구불하지 않은 개방된 경로를 제공한다. 그러한 경로는 3D 인쇄 구조물의 제1 측면으로부터 제2 측면까지 연장될 수 있다. 그러한 경로는 스노클 구조물(snorkel structure)과 유사하고, 그에 따라 특정 희망 위치까지 유체 통로를 제공한다. 그러한 구조물은 매체 조립체를 그 두께를 통해 완전히 이용하는 데 도움을 준다. 구조물은 유체가, 특정 위치 내의 그리고 미리 결정된 깊이의 여과 매체의 내측부에 진입하기 위한 경로를 생성한다. 그러한 구조물은 오염물질 용량 및/또는 플럭스를 증가시키는 도움을 줄 수 있다.
본원에 설명된 3D 구조물은 또한, 예를 들어 식품 및 음료 산업, 의약 산업, 또는 생물학적 산업에서, 세포 성장을 위한 스캐폴드(scaffold)로서 이용될 수 있다.
본원에 설명된 매체 조립체는 멤브레인을 위한 적재 층 상단 층을 위한 이격 배치 구조물을 제공하여, 수명 연장을 위한 낮은 충진성(solidity)의 큰 부피의 구조물을 제공할 수 있다.
구배 구조물
적층 제조 방법에 의해서 제공되는 정밀 제어 및 각각의 위치에서 구조물에 부가되는 재료를 변경할 수 있는 능력은, 3D 구조물이 크기의 구배, 예를 들어 반복되는 구조들의 높이의 구배, 반복되는 구조들의 폭의 구배, 반복되는 구조들의 두께의 구배, 반복되는 구조들의 간격의 구배, 및 반복되는 구조들의 형상의 구배를 가질 수 있게 한다. 물리적 구조물 내의 구배는 이어서 그러한 구조물 상에 증착된 섬유의 미세 섬유 커버리지(coverage)의 구배로 이어질 수 있다. 또한, 구조물의 치수들 중 임의의 치수에서 재료 조성물의 구배를 형성할 수 있다.
가변적인 간격 및 구배 치수에 대한 특정 선택이 유동 모델링을 기초로 하여 압력 강하 및 적재를 최적화할 수 있다.
구배 구조물 예(도 9 내지 도 11)
도 9는, 제1 핀 층 내에서 제1 핀(904)의 구배 간격을 가지는, 3D 구조물(900)로도 지칭될 수 있는, 대안적인 핀 조립체(900)의 횡단면도이다. 도 9의 도면에서 핀 조립체의 좌측으로부터 핀 조립체의 우측으로 이동할 때, 핀들(904)은 점진적으로 더 멀리 떨어져 배치된다. 도 10은 본원의 여러 실시형태에 따른, 제1 및 제2 핀 층 모두가 구배 간격을 갖는 것을 관찰할 수 있는, 도 9의 구배 핀 조립체의 상면도이다. 도 10의 도면에서 상단부로부터 하단부까지인, 도 10에서 핀 조립체의 제1 측면으로부터 핀 조립체의 제2 측면으로 이동할 때, 제2 핀 층의 핀들(906)은 점진적으로 더 멀리 떨어져 배치된다.
구배 구조물의 다른 예가, 또한 추가적인 대안적 핀 조립체(1100) 또는 3D 구조물의 횡단면도인 도 11에 도시되어 있다. 제1 필라 층(1110)은 필라들을 포함하고, 이러한 필라들은 필라들의 높이 구배를 갖는다. 제1 필라는 제1 높이를 가지고, 제2 필라는 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지며, 제3 필라는 제2 높이보다 낮은 제3 높이를 갖는다. 제1, 제2 및 제3 높이들 사이의 변동량은, 일부 실시형태에서, 1, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 미크론 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변동은 2000, 1900, 1800, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1200, 1100, 또는 1000 미크론 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 변동은 1 내지 2000 미크론, 또는 100 내지 1900 미크론, 또는 200 내지 1800 미크론, 또는 300 내지 1700 미크론, 또는 400 내지 1600 미크론, 또는 500 내지 1500 미크론, 또는 600 내지 1400 미크론, 또는 700 내지 1300 미크론, 또는 800 내지 1200 미크론, 또는 900 내지 1100 미크론의 범위일 수 있거나, 약 1000 미크론일 수 있다.
매체 조립체를 형성하는 방법
비제한적으로, 매제 조립체의 제조 방법, 매체 조립체의 이용 방법 등을 포함하는 많은 상이한 방법들이 본원에서 고려된다. 본원의 임의의 곳에서 설명된 시스템/장치 동작의 양태가 본원의 여러 실시형태에 따른 하나 이상의 방법의 동작으로써 수행될 수 있다.
실시형태에서, 여과 매체를 제조하는 방법은 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1의 3차원 구조물을 인쇄하는 단계, 및 전기방사 프로세스를 이용하여 제1 미세 섬유 층을 3차원 구조물 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계를 포함한다.
실시형태에서, 방법은 적층 제조 프로세스를 이용하여 제2의 3차원 구조물을 제1 매체 조립체 상에 인쇄하여 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
실시형태에서, 방법은, 제2의 3차원 구조물의 인쇄 후에, 제2 미세 섬유 층을 제1 매체 조립체 상에 증착시켜 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
실시형태에서, 제1의 3차원 구조물이 기재 상에 인쇄된다.
방법의 실시형태에서, 기재를 롤링하여 필터 유닛을 형성한다.
실시형태에서, 방법은 제1 매체-조립체의 복수의 시트를 형성하는 단계, 및 복수의 시트를 적층하여 필터 유닛을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법의 실시형태에서, 각각의 시트는 복수의 제1 매체 하위-조립체를 포함한다.
방법의 실시형태에서, 제1의 3차원 구조물은 서로 평행하게 배향된 복수의 제1 핀, 및 서로 평행하게 그리고 제1 핀에 수직으로 배향된 복수의 제2 핀을 포함하고, 제2 핀은 제1 핀 위에 적층된다.
방법의 실시형태에서, 제1의 3차원 구조물은 제2 핀의 제1 표면 상에 형성된 복수의 필라를 추가로 포함한다.
방법의 실시형태에서, 필라의 적어도 일부가, 제1 핀과 제2 핀이 교차하는 교차 위치에 형성된다.
방법의 실시형태에서, 이격 배치된 제1 미세 섬유 층을 포함하는 매체 조립체는 필라가 제1의 3차원 구조물 상에 형성된 후에 제1 미세 섬유 층이 증착될 때 형성되고, 제1 미세 섬유 층의 미세 섬유의 적어도 일부는 제2 핀으로부터 가장 먼 필라의 상단 표면과 접촉되며, 갭이 제1 미세 섬유 층과 제2 핀의 제1 표면 사이에 존재한다.
일치하는 제1 미세 섬유 층을 포함하는 매체 조립체를 형성하는 방법의 실시형태에서, 제1 미세 섬유 층은 필라가 제1의 3차원 구조물 상에 형성된 후에 증착되고, 이어서 미세 섬유 층은 필라들 사이에 위치되며, 미세 섬유의 적어도 일부는 제2 핀의 제1 표면과 접촉한다.
실시형태에서, 여과 매체를 제조하는 방법이 포함되고, 이러한 방법은 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1의 3차원 구조물을 인쇄하는 단계를 포함한다. 이러한 단계는 서로 평행하게 배향되는 복수의 제1 핀을 인쇄하는 하위-단계, 서로 평행하게 그리고 제1 핀에 수직으로 배향되는 복수의 제2 핀을 인쇄하는 하위-단계로서, 제2 핀이 제1 핀 위에 적층되는, 하위-단계, 및 제1의 복수의 필라를 인쇄하여 제2 핀의 제1 표면 상에 형성된 제1 필라 층을 형성하는 하위-단계를 포함한다. 방법은 전기방사 프로세스를 이용하여 제1 미세 섬유 층을 3차원 구조물 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
실시형태에서, 방법은 적층 제조 프로세스를 이용하여 제2의 3차원 구조물을 제1 매체 조립체 상에 인쇄하여 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 제2의 3차원 구조물은 제2 필라 층을 형성하는 제2의 복수의 필라를 포함하고, 제2의 복수의 필라들의 필라들은 각각 제1의 복수의 필라들의 하나의 필라의 상단에 형성되어 제2 매체 하위조립체를 형성한다.
실시형태에서, 방법은, 제2 필라 층의 인쇄 후에, 전기방사 프로세스를 이용하여 제2 미세 섬유 층을 제2 매체 하위조립체 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
실시형태에서, 3D 인쇄된 구조물의 재료는 나노입자, 섬유, 나노섬유, 첨가제, 또는 화학적 처리제를 포함한다.
실시형태에서, 방법은 표면 조도를 변화시키는 단계, 미세 섬유 접착을 변화시키는 단계, 및 화학적 처리제 또는 부가된 입자가 없는 재료에 비해서 분진 접착을 감소시키는 단계를 포함한다.
방법의 실시형태에서, 제1의 3차원 구조물은 3차원 구조물의 제1 측면으로부터 제2 측면까지 직접적이고 구불구불하지 않은 개방 통로를 형성한다.
3D 구조물을 위한 재료
본원에 설명된 3D 구조물을 생성하는 데 있어서 다양한 재료가 적합할 수 있다. 재료는, 비제한적으로, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리락트산, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 스티렌 및 이들의 공중합체, 혼합물 또는 유도체를 포함하여, 비제한적으로 열가소성 중합체를 포함한다.
3D 인쇄를 위한 재료는 특정 여과 요소의 최종 적용예와 양립될 수 있도록 선택된다. 3D 인쇄를 위한 재료는 전기방사 섬유와 그리고 전기방사 프로세스의 조건과 화학적으로 양립 가능하도록, 그리고 그들과 상호 작용하기에 적합한 물리적 특성을 갖도록 선택된다.
3D 인쇄 프로세스
본원에 설명된 3D 구조물은, 본원에서 3차원(3D) 인쇄로 지칭되는 적층 제조 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 3D 인쇄를 이용하여 생성된 3D 구조물은, 고종횡비를 갖는 것을 포함하여, 고유의 미세한 구조적 상세 부분을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 3D 구조물에 통합된 미세한 특징부는, 비제한적으로, 필라, 핀, 교차 핀, 다양한 기공 크기의 다양한 분포를 갖는 벌집 기공 구조물, 균일한 기공 크기의 균일한 분포를 갖는 벌집 기공 구조물, 미세 스트럿, 미세 메쉬 구조물, 재료 전체를 통한 구배형 기공 구조물, 나사산, 융기부, 조도 및 추가 표면적을 부여하는 미세-표면, 개방 공동, 중앙 개구 등을 포함할 수 있다. 여러 실시형태에서, 3D 구조물은 3D 인쇄될 수 있거나 큰 다공성의 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 3D 인쇄 프로세스가 다양한 재료를 혼합하여 3D 구조물을 생성할 수 있다.
인쇄된 재료의 다공도
본원에 설명된 구조물의 인쇄된 재료는 다공성일 수 있고, 그에 따라 유체가 구조물을 통해서 유동하게 할 수 있다. 이러한 다공도는, 중실형(solid) 재료 부분과 함께 산재된 많은 그리고 빈번한 개방 공간을 형성함으로써, 인쇄 프로세스 중에 달성될 수 있다. 많은 개방 지역을 형성하는 구조물의 예는 본원에 설명된 핀 조립체를 포함한다. 이러한 개방 지역은 유체가 구조물을 통해서 유동할 수 있게 한다.
일부 실시형태에서, 단부 캡 또는 주름형 안내 구조물의 개방 지역은 50%, 52%, 55%, 58%, 60%, 62%, 65%, 68%, 또는 70% 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 개방 지역은 85%, 83%, 81%, 79%, 78%, 76%, 74%, 72%, 또는 70% 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 개방 지역은 50% 내지 85%, 또는 52% 내지 83%, 또는 55% 내지 81%, 또는 58% 내지 79%, 또는 60% 내지 78%, 또는 62% 내지 76%, 또는 65% 내지 74%, 또는 68% 내지 72%의 범위일 수 있거나, 약 70%일 수 있다.
다공도를 또한 달성할 수 있는 다른 방식은, 자체적으로 다공성이거나 인쇄 후에 다공성이 되도록 변경할 수 있는 구조물을 위한 재료를 선택하는 것이다. 일부 3D 인쇄 재료는 재료의 나머지와 다른 유형의 열가소성 재료의 입자, 예를 들어 구체를 포함한다. 이러한 입자는 인쇄 후에 구조물로부터 부분적으로 경화 및 용해될 수 있다. 다른 옵션은, 구조물의 재료 내에 포함된 입자를 선택적으로 베이크(bake) 또는 에칭하는 것이다. 이러한 프로세스는 인쇄된 재료 내에서 공극 공간을 초래하여, 재료의 다공도를 증가시킨다.
이러한 개시 내용의 목적을 위해서, "기공 크기"라는 용어는 인쇄된 구조물 내의 재료에 의해서 형성된 공간을 지칭한다. 매체의 기공 크기는 매체의 전자 사진의 검토에 의해서 추정될 수 있다. 매체의 평균 기공 크기는 또한 미국 뉴욕 이타카에 소재하는 Porous Materials Inc.로부터 입수할 수 있는 모델 번호 APP 1200 AEXSC를 갖는 모세관 유동 포로미터(Capillary Flow Porometer)를 이용하여 계산될 수 있다.
가스 분리를 위해서 사용되는 여과 조립체의 맥락에서, 일부 실시형태에서, 인쇄된 재료의 평균 기공 크기는 0.3 나노미터, 0.6 나노미터, 0.9 나노미터, 1.2 나노미터, 또는 1.5 나노미터 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 3.0 나노미터, 2.6 나노미터, 2.2 나노미터, 1.9 나노미터, 또는 1.5 나노미터 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.3 나노미터 내지 3.0 나노미터, 또는 0.6 나노미터 내지 2.6 나노미터, 또는 0.9 나노미터 내지 2.2 나노미터, 또는 1.2 나노미터 내지 1.9 나노미터의 범위일 수 있거나 약 1.5 나노미터일 수 있다.
ePTFE와 같이 기존 매체의 투과도 보존이 우선시되는 다른 여과 맥락에서, 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.1 미크론, 0.2 미크론, 0.4 미크론, 0.5 미크론, 0.7 미크론, 0.8 미크론, 0.9 미크론, 1.1 미크론, 1.2 미크론, 1.4 미크론, 또는 1.5 미크론 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 3.0 미크론, 2.8 미크론, 2.7 미크론, 2.6 미크론, 2.4 미크론, 2.2 미크론, 2.1 미크론, 2.0 미크론, 1.8 미크론, 1.6 미크론, 또는 1.5 미크론 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.1 미크론 내지 3.0 미크론, 또는 0.2 미크론 내지 2.8 미크론, 또는 0.4 미크론 내지 2.7 미크론, 또는 0.5 미크론 내지 2.6 미크론, 또는 0.7 미크론 내지 2.4 미크론, 또는 0.8 미크론 내지 2.2 미크론, 또는 0.9 미크론 내지 2.1 미크론, 또는 1.1 미크론 내지 2.0 미크론, 또는 1.2 미크론 내지 1.8 미크론, 또는 1.4 미크론 내지 1.6 미크론의 범위일 수 있거나, 약 1.5 미크론일 수 있다.
기존 매체의 투과도의 보전이 우선시되는 반도체 분야와 같은 다른 여과 맥락에서, 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.01 마이크로미터, 0.02 마이크로미터, 0.03 마이크로미터, 0.04 마이크로미터, 또는 0.05 마이크로미터 이상일 수 있거나, 전술한 것 중 임의의 것들 사이의 범위 내의 양일 수 있다.
부직 복합 재료를 사용하는 여과 조립체의 맥락에서, 일부 실시형태에서, 인쇄된 재료의 평균 기공 크기는 15 미크론, 17 미크론, 18 미크론, 또는 20 미크론 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 25 미크론, 23 미크론, 22 미크론, 또는 20 미크론 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 15 미크론 내지 25 미크론, 또는 17 미크론 내지 23 미크론, 또는 18 미크론 내지 22 미크론의 범위일 수 있거나, 약 20 미크론일 수 있다.
압력 강하를 최소화하는 것이 중요한 여과 매체의 맥락에서, 인쇄된 재료의 평균 기공 크기는, 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 또는 1.0 mm 이상일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 2.0 mm, 1.8 mm, 1.6 mm, 1.4 mm, 1.2 mm, 또는 1.0 mm 이하일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평균 기공 크기는 0.5 mm 내지 2.0 mm, 또는 0.6 mm 내지 1.8 mm, 또는 0.7 mm 내지 1.6 mm, 또는 0.8 mm 내지 1.4 mm, 또는 0.9 mm 내지 1.2 mm의 범위일 수 있거나, 약 1.0 mm일 수 있다.
화학물질, 첨가제, 또는 입자의 포함
미세 섬유를 희망 위치로 지향시키는 데 도움을 주기 위한 목적, 3D 구조물에 대한 섬유의 접착을 증가시키기 위한 목적, 기재에 대한 3D 구조물의 접착을 증가시키기 위한 목적을 포함하는 많은 목적을 위해서, 입자 또는 첨가제가 3D 구조물에 첨가될 수 있다.
화학적 처리제를 제조 프로세스 중에 또는 이후에 첨가하여, 재료 표면의 접촉각의 변화, 표면 조도 변경, 미세 섬유 접착 증가, 및 분진 접착의 감소를 포함하는 부가적인 이점을 제공할 수 있다.
3D 구조물에 첨가될 수 있는 첨가제의 예는 소유성 첨가제, 소수성 첨가제, 및 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)와 같은 접착을 높이기 위한 첨가제를 포함한다. 3D 구조물에 첨가될 수 있는 입자의 예는 활성탄, 실리카 겔, 금속 유기 프레임워크(MOF), 및 분자 체와 같은 흡착제를 포함한다. 또한, MnO 또는 Pt와 같은 촉매가 3D 구조물에 포함될 수 있다.
전기방사 방법 및 미세 섬유 예
미세 섬유 층을 증착하는 방법에 대한 옵션 그리고 미세 섬유 재료 및 조성물의 예가 이하의 3개의 특허 공개에서 설명되어 있고, 이러한 특허 공개는 본원과 공통적으로 소유되고 그 전체가 본원에 참조로 포함된다: WO 2013/044014A1(특히 30쪽, 예 1), WO 2017/177033A1(특히 31쪽, 준비 방법, 예 1), 및 WO 2013/043987(특히 23쪽, 참조 예 4). 본원에 설명된 조립체와 함께 사용될 수 있는 미세 섬유의 예로서 나노섬유가 있다. 미세 섬유의 다른 예는 멜트블로운 섬유, 방사 섬유, 용액-취입 섬유, 용융-전기방사 섬유를 포함할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 기재 내용에서 달리 명백하게 명시되지 않는 한, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 복수의 대상을 포함한다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 예를 들어, "화합물"을 포함하는 조성물에 대한 언급은 둘 이상의 화합물의 혼합물을 포함한다. 기재 내용에서 달리 명백하게 명시되지 않는 한, "또는"이라는 용어는 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다는 것에 또한 유의하여야 한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 문구 "구성된"은, 특정 작업을 수행하거나 특정 구성을 채택하도록 구축 또는 구성된 시스템, 장치, 또는 다른 구조물을 설명한다는 것에 또한 유의하여야 한다. 문구 "구성된"은, 배치되고 구성된, 구축되고 배치된, 구축된, 제조되고 배치된, 및 기타와 같은 다른 유사 문구와 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
본 명세서 내의 모든 공보 및 특허 출원은 본 발명이 속하는 기술분야의 일반적인 기술 수준을 나타낸다. 모든 공보 및 특허 출원은, 각각의 개별적인 공보 또는 특허 출원이 참조로서 구체적이고 개별적으로 표시되는 것과 동일한 정도로, 본원에 참조로 포함된다.
본원에 사용된 바와 같이, 종료점에 의한 수치 범위의 반복은 해당 범위 내에 포함된 모든 숫자를 포함한다(예를 들어, 2 내지 8은 2.1, 2.8, 5.3, 7, 등 포함).
본원에 사용된 표제는 37 CFR 1.77에 따른 제안과의 일관성을 위해서 제공되거나 달리 조직적 단서를 제공하기 위한 것이다. 이러한 표제가, 본 개시 내용으로부터 개시될 수 있는 임의의 청구항에 기술된 발명(들)을 제한하거나 특성화하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 예로서, 비록 표제가 "기술분야"를 언급하고 있지만, 청구범위는 소위 기술분야를 설명하기 위해서 이러한 표제 하에서 선택된 언어에 의해 제한되어서는 안 된다. 또한, "배경기술"에서의 기술에 관한 설명은, 해당 기술이 본 개시 내용에서의 임의의 발명(들)에 대한 종래 기술이라는 것을 인정하는 것은 아니다. "발명의내용"도 개시된 청구범위에 기술된 발명(들)을 특성화하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본원에 설명된 실시형태는, 본 발명을 완전하거나 또는 이하의 상세한 설명에 개시된 정확한 형태로 제한하기 위한 것이 아니다. 오히려, 그러한 실시형태는, 당업자가 개시 내용의 원리 및 실시방법을 파악하고 이해할 수 있도록 선택되고 설명된 것이다. 따라서, 양태는 다양한 구체적이고 바람직한 실시형태 및 기술을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본원의 사상 및 범위 내에서 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 점을 이해해야 한다.

Claims (18)

  1. 여과 매체를 제조하는 방법으로서,
    a. 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1의 3차원 구조물을 인쇄하는 단계; 및
    b. 전기방사 프로세스를 이용하여 제1 미세 섬유 층을 상기 제1의 3차원 구조물 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층 제조 프로세스를 이용하여 제2의 3차원 구조물을 상기 제1 매체 조립체 상에 인쇄하여 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2의 3차원 구조물의 인쇄 후에, 제2 미세 섬유 층을 상기 제1 매체 조립체 상에 증착시켜 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물이 기재 상에 인쇄되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기재를 롤링하여 필터 유닛을 형성하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 매체-조립체의 복수의 시트를 형성하는 단계, 및 상기 복수의 시트를 적층하여 필터 유닛을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 시트가 복수의 제1 매체 하위-조립체를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물이,
    a. 서로 평행하게 배향된 복수의 제1 핀;
    b. 서로 평행하게 그리고 상기 제1 핀에 수직으로 배향된 복수의 제2 핀으로서, 상기 제2 핀이 상기 제1 핀 상에 적층되는, 복수의 제2 핀
    을 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물이 상기 제2 핀의 제1 표면 상에 형성된 복수의 필라를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 필라의 적어도 일부가 상기 제1 핀과 상기 제2 핀이 교차하는 교차 위치에 형성되는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    a. 상기 제1 미세 섬유 층은, 상기 필라가 상기 제1의 3차원 구조물 상에 형성된 후에 증착되고;
    b. 상기 제1 미세 섬유 층의 미세 섬유의 적어도 일부가, 상기 제2 핀으로부터 가장 먼 상기 필라의 상단 표면과 접촉되고;
    c. 갭이 상기 제1 미세 섬유 층과 상기 제2 핀의 제1 표면 사이에 존재하는,
    방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 미세 섬유 층은 상기 필라가 상기 제1의 3차원 구조물 상에 형성된 후에 증착되고, 상기 미세 섬유 층은 상기 필라들 사이에 위치되며, 상기 미세 섬유 층의 적어도 일부의 미세 섬유가 상기 제2 핀의 제1 표면과 접촉하는, 방법.
  13. 여과 매체를 제조하는 방법으로서,
    a. 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1의 3차원 구조물을 인쇄하는 단계로서,
    i. 서로 평행하게 배향된 복수의 제1 핀을 인쇄하는 것,
    ii. 서로 평행하게 그리고 상기 제1 핀에 수직으로 배향된 복수의 제2 핀으로서, 상기 제2 핀이 상기 제1 핀 상에 적층되는, 복수의 제2 핀을 인쇄하는 것, 및
    iii. 상기 제2 핀의 제1 표면 상에 형성된 제1 필라 층을 형성하는 제1의 복수의 필라를 인쇄하는 것을 포함하는, 단계;
    b. 전기방사 프로세스를 이용하여 제1 미세 섬유 층을 상기 제1의 3차원 구조물 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    적층 제조 프로세스를 이용하여 제2의 3차원 구조물을 상기 제1 매체 조립체 상에 인쇄하여 제2 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2의 3차원 구조물은 제2 필라 층을 형성하는 제2의 복수의 필라를 포함하고, 상기 제2의 복수의 필라들의 필라들은 각각 상기 제1의 복수의 필라들의 하나의 필라의 상단에 형성되어 제2 매체 하위조립체를 형성하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 필라 층의 인쇄 후에, 전기방사 프로세스를 이용하여 제2 미세 섬유 층을 상기 제2 매체 하위조립체 상에 증착시켜 제1 매체 조립체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물을 형성하는 재료가, 입자, 나노입자, 섬유, 나노섬유, 첨가제, 또는 화학적 처리제를 포함하는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물을 형성하는 재료가, 화학적 처리제가 없는 재료에 비교되는 접촉각의 변경, 표면 조도 변경, 미세 섬유 접착 변경, 및 분진 접착의 감소 중 하나 이상을 달성하는 화학적 처리제를 포함하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1의 3차원 구조물이, 상기 제1의 3차원 구조물의 제1 측면으로부터 제2 측면까지 직접적이고 구불구불하지 않은 개방 통로를 형성하는, 방법.
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