WO2019059669A1 - 3d 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비 한 3d 프린터 - Google Patents

3d 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비 한 3d 프린터 Download PDF

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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to a transparent window having a superhydrophobic or lipophobic property for a 3D printer, and a 3D printer having the transparent window. More particularly, the present invention relates to a 3D printer,
  • the transparent window of the resin tank and the three-dimensional output can be easily separated without forming a gradient layer of polymerization with the so-called dead zone, and the tilting and sliding used in general DLP and SLA 3D printers, It is unnecessary to make the output excessively thin to transmit oxygen because the output is easily separated using the super hydrophobic property and the transparent window for inducing photo curing by transmitting light in the resin water tank is not required,
  • the thickness of the gradient layer of the zone and of the polymer is not constant per print position, Putting the transparent window and having a thickness such as to significantly reduce error 3D printer superhydrophobic or post planetary properties for that relates to a 3D printer having the same.
  • a 3D printer is a device that produces three-dimensional stereoscopic printouts based on the input drawings as a 2D printer prints or prints. These 3D printers were developed to produce prototypes before they were released. Instead of making actual products to see what the problem is with actual products, 3D printers are used to produce the same products as actual products, saving cost and time. Since it can identify the problem of the actual product, it started to use in the enterprise.
  • 3D printers only move in front and back (x-axis) and left and right (y-axis), but the 3D printer adds up and down (z-axis) motion to create solid objects based on the input 3D drawing.
  • 3D drawings are produced using 3D CAD (computer aided design), 3D modeling program or 3D scanner.
  • Typical printing methods of 3D printers are classified into FDM (Fused Deposition Modeling), DLP (Digital Light Processing), SLA (Stereolithography Apparatus) and SLS (Selective Laser Sintering).
  • FDM Freused Deposition Modeling
  • DLP Digital Light Processing
  • SLA Stepolithography Apparatus
  • SLS Selective Laser Sintering
  • materials such as ceramics, plastics, metals, and resins are used as materials to be used, and along with the development of the 3D printing material industry, materials including food and the like are becoming more and more diverse.
  • the DLP method is exemplified.
  • the DLP method light is projected onto a liquid photocurable resin (a resin that is cured when light is received) by using a microchip called a DMD (Digital Micromirror Device)
  • a DMD Digital Micromirror Device
  • light is irradiated from a lower portion of a resin water tank vat having a bottom surface formed of a transparent window, the resin is cured in the resin water tank by placing the base on the resin water tank, And is stacked while being transported upward.
  • the light projector 1 irradiates the light 3, for example, reflects the UV light through the mirror 2 and transmits the light to a desired position through the transparent window 5 formed in the lower portion of the resin water tank 4.
  • a resin 6 is accommodated in the resin water tank 4, and the resin 6 is a photo-curable resin which is cured when receiving light.
  • the base 8 is positioned so as to form a certain distance from the transparent window 5, and the resin layer is optically cured therebetween to produce the output 7.
  • the base 8 can be moved up and down through the vertical movement table 9, so that the layered material hardens the resin from the bottom to complete the output 7.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-117274 discloses a method of forming a film that is easy to separate, that is, a so-called dead zone, by transmitting a polymerization inhibitor such as oxygen.
  • the dead zone has a thickness of at least 0.01, 0.1, 1, 2, or 10 microns to 100, 200, or 400 microns, wherein the gradient of the polymerization zone and the dead zone together form 1 or 2 microns to 400 , 600, or 1000 microns, or in some embodiments, the gradient of the polymerization zone is at least 5, 10, 15, 20, or 30 seconds to 5, 10, 15, It is said that the polymerization step is maintained in a continuous state until completion.
  • the thickness of the resin tank must be made thin, so that the printing thickness may not be constant for each printing position. Otherwise, a separate process such as tilting or sliding is required , Extra measures are required for oxygen permeation, the flatness of the output is damaged, thickness error occurs, and so on.
  • the purpose of one embodiment is to facilitate the final separation of the transparent window of the resin reservoir and the three-dimensional output even though the oxygen does not form a so-called dead zone in which the uncured resin forms a layer, And a 3D printer having the transparent window having a super-hydrophobic property for a 3D printer.
  • one object of the present invention is to provide a transparent window having a super hydrophobic property or a super oil repellent property for a 3D printer, which can easily separate an output product using a super hydrophobic property without a separate process such as tilting or sliding, and a 3D printer .
  • one object of the present invention is to provide a transparent window having a super-hydrophobic property or a super oil-repellent property for a 3D printer capable of realizing a high level of flatness without having to be excessively thin, And a 3D printer equipped with the same.
  • a 3D printer is a printer that projects light onto a photocurable resin contained in a resin reservoir to partially cure it to produce a three-dimensional output, wherein the light is transmitted through a transparent window provided in a portion of the resin reservoir And the transparent window is configured to be ultra-hydrophobic or ultra-low-molecular-weight so as to be easily separated from the output.
  • a transparent window for a 3D printer is partially formed in a resin water tank, and a transparent window for a 3D printer is formed by projecting light onto a photocurable resin accommodated in the resin water tank to partially cure the resin to produce a three-dimensional output, And is configured to be easily separated from the output.
  • the transparent window may be formed by treating the surface of the transparent window to form a nanostructure on the surface thereof, coating the surface of the hydrophobic or oleophobic film, applying a hydrophobic or lipophobic material, or attaching a film having a hydrophobic or lipophobic property,
  • the transparent window may be one of PET, glass, quartz, and PMMA.
  • a transparent window can be formed to allow a gas to permeate, thereby forming a dead zone, which is an oxide film.
  • the resin water tank or the transparent window and the three-dimensional output can be easily separated from each other even if a dead zone is not formed in which a layer of uncured resin is formed even though oxygen is irradiated with light by interfering with photo-curing. And it is easy to separate the output by using the super hydrophobic property or the ultra low oil property without any separate process such as tilting, sliding or operating the wiper, and it is not necessary to make the output water thin, Level flatness can be realized, and a dead zone is not necessary, so that the printing can be made in a uniform thickness.
  • the resin water tank or the transparent window and the three-dimensional output can be easily separated finally without forming a so-called dead zone which is caused by curing through oxygen.
  • the thickness of the resin tank is not affected, it is not necessary to make it excessively thin, and the flatness can be realized at a high level.
  • the printing thickness can be made uniform.
  • 1 is a schematic view showing the structure of a conventional 3D printer.
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating the principle of superhydrophobicity according to a nanostructure according to an embodiment.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements.
  • hydrophilic The affinity for water, that is, the material having the maximum constant spreading on the surface, is called hydrophilic.
  • the nature of repelling water to form spheres is called hydrophobic.
  • Hydrophilic and hydrophobic materials are defined as water droplets on a flat surface. That is, the angle between the edge of the droplet and the bottom surface is called the contact angle.
  • the contact angle becomes 90 degrees or less, and the surface is defined as hydrophilic.
  • the contact angle becomes more than 90 degrees and the surface becomes hydrophobic.
  • the cause of this phenomenon is a matter of surface chemistry determined by the properties of the materials used.
  • the shape of the surface amplifies the effect. For example, if the nanopattern is formed on the surface if the surface is hydrophobic, the contact area of the droplet is increased and the effect is amplified, so that the surface has a superhydrophobic or microhardness. Similarly, a nanopattern on a hydrophilic surface forms it as superhydrophilic. That is, a new hydrophobic material can be developed by fabricating a nanopatterned surface.
  • Superhydrophobicity can also be achieved by having rough surfaces mixed with various sizes of nano-size, since water droplets do not penetrate the solid surface on the rough surface.
  • Cassie-Baxter models often show that water is floating on a rough surface, and there is an air layer between the water and the solid, so that the water can be rounded together, the contact angle can be larger, the contact angle is super- hydrophobic, It can be done.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of superhydrophobicity according to one embodiment of a nanostructure.
  • the hydrophobicity can be realized by having a chemical structure containing a large amount of fluorine.
  • Fluorine is a substance with a high electronegativity, which is a mixture of fluorine atoms and has a property of pushing out molecules other than fluorine.
  • the fluorine-rich polymer is typically Teflon, and Teflon is a polymer in which all of H in polyethylene is substituted with F.
  • t-butyl acrylate is polymerized by the ATRP polymerization method to produce a polymer, and styrene is polymerized in the same manner to produce a block copolymer. Hydrochloric acid is added to the block copolymer to hydrolyze the t-butyl group.
  • the transparent window according to the embodiment can be configured to transmit oxygen or its corresponding gas in addition to the super-hydrophobicity.
  • the transparent window according to the present invention may have a super oil repellency as well as a super hydrophobic property.
  • the dead zone is a film formed through permeation of oxygen, and can be controlled by controlling the curing with oxygen.
  • the transparent window according to the embodiment shows a nanostructure on the surface or a chemical structure including fluorine to realize a super-hydrophobic or ultra-fine structure, but the present invention is not limited thereto, and the transparent window may be a micro- It is also possible to coat a petroleum film, to apply a super-hydrophobic or petroleum-based material, or to attach a film having a super-hydrophobic property or a super-oil-like property to realize a super-hydrophobic property or a super-oil property.
  • the material of the microporous membrane, the superfiltration membrane, the superfine or superfine material, the film having the superfine or superfine structure is not limited, and all materials having super hydrophobic or microfluidic properties may be possible.
  • the transparent window does not matter in the present invention and is not limited to the material and the structure, but may be, for example, PET, glass, quartz, PMMA and the like.
  • a SLA Spin-lithography
  • a DLP Ultra Thin Laminating
  • a photo- FDM Fluorescence Modeling
  • SLS Selective Laser Sintering method in which a large amount of small plastic powder ceramic metal and glass powder are melted by laser and then solidified by solidification, a laminated material is manufactured, , A metal plate, and the like are adhered to each other.
  • EBM Electro Beam Melting
  • EBM Electro Beam Melting
  • DMLS Direct Metal Laser Sintering
  • 3DP Three Dimensional Printing
  • SHS Selective Heat Sintering
  • liquid resin is a suitable initiator such as a monomer, especially a photopolymerizable and / or free radical polymerizable monomer, As shown in FIG. Examples include but are not limited to acryl, methacrylic acid, acrylamide, styrenic, olefins, halogenated olefins, cyclic alkenes, maleic anhydrides, alkenes, alkynes, carbon monoxide, functionalized oligomers, multifunctional cute site monomers ), Functionalized PEG, and the like, and combinations thereof.
  • a suitable initiator such as a monomer, especially a photopolymerizable and / or free radical polymerizable monomer, As shown in FIG. Examples include but are not limited to acryl, methacrylic acid, acrylamide, styrenic, olefins, halogenated olefins, cyclic alkenes, maleic anhydrides, alkenes, alkynes, carbon mon
  • the liquid resin or the polymerizable material may contain solid particles Lt; / RTI > Any suitable solid particles can be used depending on the final product being produced.
  • the particles may be metallic, organic / polymeric, inorganic, or composite or a mixture thereof.
  • the particles can be nonconductive, semi-conductive, or conductive (including metallic and non-metallic or polymeric conductors) and the particles can be magnetic, ferromagnetic, paramagnetic, or non-magnetic.
  • the particles may be of any suitable shape, including spherical, elliptical, cylindrical, and the like.
  • the particles may include an active agent or a detectable compound as described below, but the particles may also be provided by dissolving in a liquid resin and solubilized as also discussed below.
  • magnetic or paramagnetic particles or nanoparticles may be employed.

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Abstract

일 실시례에 따른 3D 프린터는 레진 수조에 수용된 광경화성 수지에 광을 투사하여 부분적으로 경화시켜 3차원 출력물을 생성하는 프린터에 있어서, 상기 광 은 상기 레진 수조의 일부분에 구비된 투명 윈도우를 통해 상기 광경화성 수지에 투사되며, 상기 투명 윈도우는 초소수성 또는 초소유성으로 구성되어 상기 출력물 과 분리가 용이하도록 구성된다. 이와 같이 구성되어, 산소가 광경화를 방해하여 광을 조사함에도 불구하고 경화되지 않은 레진이 층을 이루는 소위 데드존을 형성 하지 않아도, 레진 수조의 투명윈도우와 3차원 출력물의 최종 분리가 용이하게 구 현될 수 있으며, 틸팅 또는 슬라이딩 등 별도의 공정 없이도 초소수성 또는 초소유성 성질을 이용하여 출력물의 분리가 용이하고, 레진 수조의 두께에 구애를 받지 않아 과도하게 얇게 제작할 필요가 없으며, 데드존이 필요없어서 프린팅 두께를 균일하게 할 수 있다.

Description

3D 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비 한 3D 프린터
본 발명은 3D 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비한 3D 프린터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 설명하면 산소가 광경화를 방해하여 광을 조사함에도 불구하고 경화되지 않은 레진이 층을 이루는 소위 데드존과 중합의 구배 층을 형성하지 않아도, 레진 수조의 투명윈도우와 3차원 출력물이 최종 분리를 용이하게 구현할 수 있으며, 일반적인 DLP, SLA 3D 프린터등에서 사용하는 틸팅, 슬라이딩 등 별도의 공정 없이도 초소수성 성질을 이용하여 출력물을 용이하게 분리하고, 레진 수조에서 광을 투과시켜 광경화를 유도하기 위한 투명윈도우의 두께에 구애를 받지 않아서 산소를 투과하기 위해 과도하게 얇게 제작할 필요가 없으며, 데드존과 중합의 구배층의 두께가 프린트 위치마다 일정하지 않아 발생할 수 있는 프린팅 두께 오차 등을 현저히 줄일 수 있는 3D 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비한 3D 프린터에 관한 것이다.
3D 프린터는 2D 프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 출력물을 만들어내는 장치이다. 이러한 3D 프린터는 상품을 내놓기 전 시제품을 만들기 위해 개발된 것으로, 실제 상품에 어떤 문제점이 있는지 알아보기 위해 실제 상품을 만드는 대신 3D 프린터를 이용하여 실제 상품과 똑같은 시 제품을 생산하여 비용과 시간을 절약하며 실제 상품의 문제점을 알아볼 수 있기 때문에 기업에서 사용하기 시작했다.
2D 프린터는 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동하지만, 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어낸다. 3D도면은 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작한다.
일반적인 3D프린터의 프린팅 방식은 크게 FDM방식(Fused Deposition Modelling)과 DLP방식(Digital Light Processing), SLA방식(Stereolithography Apparatus) 그리고 SLS방식(Selective Laser Sintering) 등으로 구분될 수 있다. 또한, 사용 재료는 세라믹, 플라스틱, 금속, 수지 등 다양한 종류가 사용되고 있으며, 3D 프린팅 소재 산업의 발달과 함께 식재료 등을 포함하여 더욱더 다양해지고 있는 추세이다.
그 중 DLP 방식을 예시로 설명하면, DMD(Digital Micromirror Device)라는 미세한 칩을 이용해 액체 상태의 광경화성 수지(빛을 받으면 경화되는 수지)에 조형하고자 하는 모양의 광을 투사하여 수지를 층층이 경화시키는 방식으로, 투명 윈도우로 형성된 바닥면을 가진 레진 수조(vat)의 하부에서 광을 조사하고, 상기 레진 수조에 베이스를 위치시켜 레진 수조 내에서 수지를 경화시킨 후, 경화된 출력물이 부착된 베이스를 상향으로 이송시키면서 적층하는 방식이다.
보다 자세한 설명을 위해 도[1]을 제시한다.
광 프로젝터(1)는 광(3)을 조사하는데, 예를 들어 UV를 미러(2)를 통해 반사시켜 레진 수조(4)의 하부에 형성된 투명 윈도우(5)를 통해 원하는 위치에 투광시킨다. 레진 수조(4)에는 레진(6)이 수용되어 있는데, 레진(6)은 광을 받으면 경화되는 광경화성 수지이다. 베이스(8)를 투명 윈도우(5)와 일정 거리를 형성하도록 위치시켜 그 사이에서 수지가 층층이 광경화되어 출력물(7)를 만들어낸다.
이때, 베이스(8)는 수직 이동대(9)를 통해 상하로 움직일 수 있어서 밑에서부터 층층이 수지를 경화시켜 출력물(7)을 완성시킨다.
이때, 출력물(7)이 투명윈도우(5)에 달라붙는 문제가 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해서 틸팅 또는 슬라이딩을 시키거나 혹은 와이퍼를 작동시켜, 레진 수조(4)의 최소한 하부를 플렉서블하게 만드는 등의 방법들이 제시되고 있다.
또 다른 방법으로, 한국 특허 공개공보 2015-117274호를 보면, 산소와 같은 중합억제제를 투과시켜서 소위 데드존이라고 하는 분리가 용이한 막을 형성하는 방법이 제시되기도 한다. 위 선행기술에 의하면, 데드 존은 0.01, 0.1, 1, 2, 또는 10미크론 내지 100, 200, 또는 400미크론 이상의 두께를 가지며, 상기 중합 구역의 구배 및 상기 데드 존은 함께 1 또는 2미크론 내지 400, 600, 또는 1000미크론 이상의 두께를 갖거나, 일부 실시형태에서, 중합 구역의 구배는 적어도 5, 10, 15, 20 또는 30초 내지 5, 10, 15 또는 20분 이상의 시간 동안 또한 3차원 생산물의 완성 때까지 중합 단계가 연속되는 상태에서 유지된다고 한다.
그러나 레진 수조의 하부를 플렉서블하게 만들려면 그 두께를 얇게 제작해야 하기 때문에 프린팅 위치마다 프린팅 두께가 일정하지 않은 문제가 발생할 수 있고, 그렇지 않으면 틸팅 또는 슬라이딩을 시키는 등 별도의 공정이 추가로 필요하게 되고, 산소 투과를 위해 별도의 조치가 필요하고, 출력물의 평탄도가 훼손되고 두께오차가 발생하는 등 많은 문제점이 나타날 수 있다.
이러한 문제를 해결하여 평탄도를 우수하게 구현할 수 있으며, 이제는 레진 수조의 두께에 얽매이지 않는 새로운 방식의 제안이 필요한 시기라고 하겠다.
일 실시례의 목적은, 산소가 광경화를 방해하여 광을 조사함에도 불구하고 경화되지 않은 레진이 층을 이루는 소위 데드존을 형성하지 않아도, 레진 수조의 투명윈도우와 3차원 출력물이 최종 분리가 용이하게 구현될 수 있는 3D 프린터용 초소수성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비한 3D 프린터를 제시하는 것이다.
또한, 일 실시례의 목적은, 틸팅 또는 슬라이딩 등 별도의 공정이 필요 없이도 초소수성 성질을 이용하여 출력물의 분리가 용이한 3D 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비한 3D 프린터를 제시하는 것이다.
또한, 일 실시례의 목적은, 레진 수조의 투명 윈도우의 두께에 구애를 받지 않아서 과도하게 얇게 제작할 필요가 없어 평탄도를 높은 수준으로 구현할 수 있는 3D 프린터용 초소수성 또는 초소유성 성질을 갖는 투명 윈도우 및 이를 구비한 3D 프린터를 제시하는 것이다.
일 실시례에 따르면, 3D 프린터는 레진 수조에 수용된 광경화성 수지에 광을 투사하여 부분적으로 경화시켜 3차원 출력물을 생성하는 프린터에 있어서, 상기 광은 상기 레진 수조의 일부분에 구비된 투명 윈도우를 통해 상기 광경화성 수지에 투사되며, 상기 투명 윈도우는 초소수성 또는 초소유성으로 구성되어 상기 출력물과 분리가 용이하도록 구성된다.
3D 프린터용 투명 윈도우는 레진 수조에 일부 형성되며, 상기 레진 수조에 수용된 광경화성 수지에 광을 투사시켜 부분적으로 경화시켜 3차원 출력물을 생성하는 3D 프린터용 투명 윈도우에 있어서, 초소수성 또는 초소유성으로 구성되어 상기 출력물과 분리가 용이하도록 구성된다.
투명 윈도우는 그 표면에 나노구조를 만들기 위해 그 표면을 처리하거나 초소수성막 또는 초소유성막을 코팅하거나, 초소수성 또는 초소유성 물질을 도포하거나, 초소수성 또는 초소유성을 가지는 필름을 부착하여 초소수성 또는 초소유성을 구현할 수 있으며, 투명 윈도우는 PET, 글래스, 쿼츠, PMMA 중 하나일 수 있다.
또한, 투명 윈도우는 기체가 투과될 수 있도록 하여 산화 막인 데드존이 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되어, 산소가 광경화를 방해하여 광을 조사함에도 불구하고 경화되지 않은 레진이 층을 이루는 소위 데드존이 형성되지 않아도, 레진 수조 혹은 투명윈도우와 3차원 출력물이 최종 분리가 용이하게 구현될 수 있으며, 틸팅 또는 슬라이딩 혹은 와이퍼를 작동시키는 등 별도의 공정 없이도 초소수성 또는 초소유성 성질을 이용하여 출력물의 분리가 용이하고, 레진 수조의 두께에 구애를 받지 않아서 과도하게 얇게 제작할 필요가 없어 높은 수준의 평탄도를 구현할 수 있으며, 데드존이 필요 없어서 프린팅을 균일한 두께로 제작할 수 있다.
일 실시례에 의하면, 산소를 통해 경화시켜서 발생시키는 소위 데드존을 형성하지 않아도, 레진 수조 혹은 투명윈도우와 3차원 출력물이 최종 분리가 용이하게 구현될 수 있게 된다.
또한, 일 실시례에 의하면, 틸팅 또는 슬라이딩 혹은 와이퍼를 작동시키는 등 별도의 공정 없이도 초소수성 또는 초소유성 성질을 이용하여 출력물의 분리가 용이하다.
또한, 일 실시례에 의하면, 레진 수조의 두께에 구애를 받지 않아서 과도하게 얇게 제작할 필요가 없어 평탄도를 높은 수준으로 구현할 수 있다.
또한, 일 실시례에 의하면, 데드존이 필요 없기에 프린팅 두께를 균일하게 제작할 수 있다.
도 1은 기존의 3D 프린터의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 나노구조에 따른 초소수성의 원리를 설명한 개략도이다.
이하, 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시례의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
물에 대한 친화도, 즉 표면에 퍼져 최대의 상수를 가지는 재료를 친수성(hydrophilic)으로 불린다. 물에 반발하여 구를 형성하는 성질은 소수성(hydrophobic)으로 불린다. 친수성 및 소수성 재료는 평평한 표면에서의 물방울 형태로 정의된다. 즉, 방울의 가장자리와 하부 표면간의 각도로서 이를 접촉 각(contact angle)으로 부른다.
방울이 퍼져 표면의 큰 면적을 젖히게 되면 접촉각은 90도 이하가 되며, 표면은 친수성으로 규정된다. 그러나 방울이 표면과 거의 접촉하지 않도록 구를 형성한다면 접촉각은 90도 이상이 되며 표면은 소수성으로 불리게 된다.
소수성 및 친수성 재료에 대한 최근 연구결과들은 극한의 경우에 해당되는 것으로 초소수성과 초친수성이다. 이러한 용어의 정의가 정밀하지는 않지만, 방울의 접촉각이 150도 이상 형성되는 표면은 초소수성으로 고려된다. 만약 방울이 거 의 평평하게 퍼져 20도 이하의 접촉각도를 형성한다면 표면은 초친수성으로 정의된다. 보다 엄밀하게 말한다면, 충분히 높은 표면장력을 갖는 액체가 이러한 소수성 구조체의 표면과 접촉하게 되는 경우, 액체는 상기 액체가 간극으로 즉시 침투하지 못하도록 하기에 충분히 높은 국부적인 접촉각으로 소수성 구조체의 표면과 인터페이스를 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 표면은 "초소수성"으로 기술된다. 또한, 액체가 탄화수소(Hydrocarbon), 기름 등을 포함하는 유성액체인 경우, 이러한 표면은 "초소유성"으로 기술된다.
이러한 현상이 발생하는 원인은 사용된 재료의 특성에 의해 결정되는 표면화학의 문제이다. 표면의 형태는 효과를 증폭시키게 되는데, 예를 들어 소수성이라면 표면에 나노패턴을 형성하면 방울의 접촉 면적이 늘어나 효과가 증폭되어 표면은 초소수성 또는 초소유성을 갖게 된다. 이와 유사하게 친수성 표면의 나노패턴 은 이를 초친수성으로 형성하게 된다. 즉, 나노패턴 표면을 제작함으로써 새로운 소수재료를 개발할 수 있다.
나노사이즈 정도의 여러 사이즈가 혼합된 거친 표면을 가지는 것으로 초소수성을 달성할 수도 있는데, 거친 표면 위에서 물방울은 고체 표면에 스며들지 않기 때문이다. 흔히 Cassie-Baxter 모델에 따르면 거친 표면 위에 물이 떠 있으며, 물 과 고체 사이에 공기층이 있어서 물은 물끼리 동그랗게 뭉치고 접촉각이 더 커질 수 있으며, 접촉각이 꺼지는 만큼 초소수성을 나타내고 물방울이 더 잘 굴러떨어 질 수 있는 것이다.
이러한 모습을 도 2에 도시하였다. 도 2는 일 실시례에 따른 나노구조에 따른 초소수성의 원리를 설명한 개략도 이다. 나노구조의 거친 표면을 가진 고체(21) 위에 물방울(23)이 위치한 경우, 거친 표면 사이에 기체(22)가 존재하여 물 방울(23)이 굴러 떨어질 수 있는 초소수성 성질을 가지게 된다.
소수성을 구현할 수 있는 방법으로는 불소가 많이 포함된 화학적 구조를 가지도록 함으로서도 구현할 수 있다. 불소는 전기음성도가 큰 원소로 불소끼리는 뭉치고 불소 이외의 분자들은 밀어내는 성질을 가지고 있다. 불소를 많이 포함하고 있는 고분자는 대표적으로 테플론이 있으며, 테플론은 폴리에틸렌의 H를 모두 F로 치환한 고분자이다. 한 예로서, ATRP 중합법을 이용해서 t-부틸아크릴레이트를 중합해서 고분자를 만들고, 같은 방법으로 스타이렌을 중합해 블록형 공중합체를 만든다. 만들어진 블록형 공중합체에 염산을 넣어서 t-부틸기를 가수분해한다. 마지막으로 불소가 많이 포함된 알킬기를 가수분해한 자리에 다시 에스터화 반응을 하며 이러한 화합물의 구조는 도 2에 도시된 구조와 거의 유사하게 생겼음을 확인할 수 있다.
실시례에 따른 투명 윈도우는 초소수성 이외에 산소 또는 이에 상응하는 기체를 투과하도록 구성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 투명 윈도우는 초소수성외에도 초소유성을 가질 수 있다. 데드존은 산소가 투과되어 형성되는 막으로서, 산소로 경화를 제어하여 제작이 진행되도록 할 수 있다.
실시례에 따른 투명 윈도우는 표면에 나노구조를 만들거나, 불소가 포함된 화학적 구조를 형성하여 초소수성 또는 초소유성을 구현한 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 투명 윈도우는 초소수성막 또는 초소유성막을 코팅하거나, 초소수성 또는 초소유성 물질을 도포하거나, 초소수성 또는 초소유성 을 가지는 필름을 부착하여, 초소수성 또는 초소유성을 구현하는 것도 가능하다. 이때, 초소수성막, 초소유성막, 초소수성 또는 초소유성 물질, 초소수성 또 는 초소유성을 가지는 필름의 재질은 한정되지 않으며, 초소수성 또는 초소유성을 가지는 모든 재질이 가능할 수 있다.
투명 윈도우는 본 발명에 있어서는 상관이 없으며, 그 재질이나 구조에 한정되지는 않으나, 예를 들어 PET, 글래스, 쿼츠, PMMA 등일 수 있다.
본 발명이 적용될 수 있는 3D 프린터의 종류와 관련하여, 액체기반으로서 광경화 수지를 조형하기 위하여 강한 자외선이나 레이저로 순간적으로 강화시켜 조형하는 방식으로 미세한 형상의 제작이 가능한 SLA(Streolithography) 방식이나 DLP(Digital Light Processing) 방식, 고체기반으로 응용수지 압출 조형방식으로서 열가소성 재료를 열을 가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층하는 조형방 식인 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, 분말 기반으로서 선택적으로 레이저 소결하여 대량의 작은 플라스틱 분말 세라믹 금속, 유리 분말을 레이저로 녹인 뒤 응고시켜 입체적으로 조형하는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식, 적층물을 제 조하는 것으로서 디자인한 모델의 단면 모양대로 잘려진 점착성 종이, 플라스틱, 금속판 등을 접착한 채로 적층시키는 LOM(Laminated Object Manufacturing) 방식, 전자빔 소결방식으로서 전자빔을 통해 금속 파우더를 녹여 티타늄 소재의 고강도 제품 조형방식인 EBM(Electron Beam Melting) 방식, 직접 금속 레이저 소결조형 방 식으로서 금속 파우더를 레이저로 소결하여 생산, 강도 높은 제작이 가능한 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 방식, 분말 분사 방식인 3DP(Three Dimensional Printing) 방식, 열가소성 분말 분사 방식인 SHS(Selective Heat Sintering) 방식에 직접 혹은 변형된 기술사상이 적용될 수 있으며, 이러한 적용을 배제하는 것이 아니다.
여기서 수지는 (때로는 "액체 수지", "잉크", 또는 간단히 "수지"를 칭하기도 함)는 단량체, 특히 광중합성 및/또는 자유 라디칼 중합성 단량체, 및 자유 라디칼 개시제와 같은 적절한 개시제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예는 아크릴, 메타크릴산, 아크릴아미드, 스티레닉(styrenic), 올레핀, 할로겐화 올레핀, 시클릭 알켄, 말레산 무수물, 알켄, 알킨, 일산화탄소, 관능화 올리고머, 다관능성 큐트 부위 단량체(multifunctional cute site monomer), 관능화 PEG 등과 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
즉, 큰 범위에서는 촉매형 중합성 액체, 히드로겔, 광경화성 실리콘 수지, 생분해성 수지, 광경화성 폴리우레탄 등으로 구성될 수 있으며, 액체 수지 또는 중합성 재료는 그 내부에 부유되거나 확산되는 고체 입자를 가질 수 있다. 임의의 적 절한 고체 입자는 제조되는 최종 생산물에 따라 사용될 수 있다. 입자는 금속성, 유기질/중합성, 무기질, 또는 복합물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 입자는 비전 도성, 반전도성, 또는 전도성(금속성 및 비금속성 또는 중합체 전도체를 포함)일 수 있으며, 입자는 자성, 강자성, 상자성, 또는 비자성일 수 있다. 입자는 구형, 타원형, 원통형 등을 포함하는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 입자는 아래에 기재 된 바와 같이 활성제 또는 검출가능 화합물을 포함할 수 있지만, 입자는 또한 아래 에서 또한 논의되는 바와 같이 액체 수지에 용해 가용화되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 자성 또는 상자성 입자 또는 나노입자가 채용될 수 있다.
이상에서 설명된 실시례는 바람직한 실시례를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시례들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
해당사항 없음.

Claims (8)

  1. 레진 수조에 수용된 광경화성 수지에 광을 투사하여 부분적으로 경화시켜 3차원 출력물을 생성하는 프린터에 있어서, 상기 광은 상기 레진 수조의 일부분에 구비된 투명 윈도우를 통해 상기 광경 화성 수지에 투사되며,상기 투명 윈도우는 초소수성 또는 초소유성으로 구성되어 상기 출력물과 분 리가 용이하도록 구성된 3D 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 그 표면에 나노구조를 만들기 위해 그 표면을 처리하거나, 초소수성막 또는 초소유성막을 코팅하거나, 초소수성 또는 초소유성 물질을 도포하거나, 초소수성 또는 초소유성을 가지는 필름을 부착하여 초소수성 또는 초소유성을 구현한 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 PET, 글래스, 쿼츠, PMMA 중 하나인 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 기체가 투과될 수 있도록 하여 산화 막인 데드존이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터.
  5. 레진 수조에 일부 형성되며, 상기 레진 수조에 수용된 광경화성 수지에 광을 투사시켜 부분적으로 경화시켜 3차원 출력물을 생성하는 3D 프린터용 투명 윈도우 에 있어서, 초소수성 또는 초소유성으로 구성되어 상기 출력물과 분리가 용이하도록 구성된 3D 프린터용 투명 윈도우.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 그 표면에 나노구조를 만들기 위해 그 표면을 처리하거나, 초소수성막 또는 초소유성막을 코팅하거나, 초소수성 또는 초소유성 물질을 도포하거나, 초소수성 또는 초소유성을 가지는 필름을 부착하여 초소수성 또는 초소유성을 구현한 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 투명 윈도우.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 PET, 글래스, 쿼츠, PMMA 중 하나인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 투명 윈도우.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 투명 윈도우는 기체가 투과될 수 있도록 하여 산화막인 데드존이 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 투명 윈도우.
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