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KR20250004477A - Slurry Composition For Digital Light Processing 3D Printer And Manufacturing Method Of Zirconia Sintered Body Using The Same - Google Patents

Slurry Composition For Digital Light Processing 3D Printer And Manufacturing Method Of Zirconia Sintered Body Using The Same Download PDF

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KR20250004477A
KR20250004477A KR1020230085105A KR20230085105A KR20250004477A KR 20250004477 A KR20250004477 A KR 20250004477A KR 1020230085105 A KR1020230085105 A KR 1020230085105A KR 20230085105 A KR20230085105 A KR 20230085105A KR 20250004477 A KR20250004477 A KR 20250004477A
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KR
South Korea
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zirconia
light
printing
slurry composition
printer
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Pending
Application number
KR1020230085105A
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Korean (ko)
Inventor
이상진
김성도
Original Assignee
국립목포대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 세라믹 성분의 함량을 최대화하면서도 분산성 및 점도가 최적화되어 DLP 3D 프린팅이 용이하며, 수지성분의 종류 및 함량을 최적화하여 3D 출력물의 탈지 및 소결시 수지성분이 효율적으로 제거될 뿐 아니라 상기 수지성분이 제거된 후 에도 세라믹 제품의 강도가 저하되지 않는 장점이 있다.
또한 본 발명의 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터는 온도조절장치를 구비하여 슬러리 조성물 탱크의 온도를 30 내지 40℃로 유지하므로 상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물에 의한 조형판의 피막 형성이 용이한 장점이 있으며 상기 조형판의 거칠기가 30 내지 90방으로 조절되어 3D 출력물의 탈착시 출력물이 손상되지 않는 장점이 있다.
따라서 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 소결체를 제조하게 되면 복잡한 형상의 3D 지르코니아 성형체를 제약 없이 제조할 수 있을 뿐 아니라 온도에 따른 점진적인 탈지 및 소결이 수행되어 소결체의 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다.
The zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention has the advantage of maximizing the content of ceramic components while optimizing dispersibility and viscosity to facilitate DLP 3D printing, and optimizing the type and content of resin components so that the resin components are efficiently removed during debinding and sintering of a 3D output, and the strength of the ceramic product is not reduced even after the resin components are removed.
In addition, the digital light processing 3D printer of the present invention has a temperature control device to maintain the temperature of the slurry composition tank at 30 to 40°C, so that it is easy to form a film on a molding plate using the zirconia slurry composition for 3D printing, and since the roughness of the molding plate is adjusted to 30 to 90 degrees, there is an advantage that the 3D output is not damaged when the output is detached.
Therefore, when a zirconia sintered body is manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention and a digital light processing 3D printer, not only can a 3D zirconia molded body of a complex shape be manufactured without restrictions, but there is also an advantage in that gradual debinding and sintering are performed according to temperature, so that cracks do not occur in the sintered body.

Description

디지털 라이트 프로세싱 3D 프린터용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법{Slurry Composition For Digital Light Processing 3D Printer And Manufacturing Method Of Zirconia Sintered Body Using The Same}Slurry composition for digital light processing 3D printer and manufacturing method of zirconia sintered body using the same {Slurry Composition For Digital Light Processing 3D Printer And Manufacturing Method Of Zirconia Sintered Body Using The Same}

본 발명은 디지털 라이트 프로세싱 3D 프린터용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry composition for a digital light processing 3D printer and a method for manufacturing a zirconia sintered body using the same.

지르코니아 세라믹은 상온에서 높은 인성과 강도를 보이며, 화학적 내구성이 뛰어나서 여러 산업에 활용되고 있다. 2 내지 3 mole%의 이트리아(Y2O3)를 지르코니아(ZrO2)에 고용시킨 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ)는 특수 절삭공구, 노즐, 펌프 부품, 정밀나사 및 섬유산업의 여러 정밀치구 등으로 사용되고 있으며 지르코니아의 심미적인 특징을 이용하여 임플란트용 인공치아에도 많이 사용되고 있다. 그러나 치아는 사람마다 모양이 다르고 비대칭적이며 복잡한 형상을 지니고 있어 종래의 성형, 소결 방법으로는 제조가 쉽지 않다. 종래에는 지르코니아로 덴탈블럭 소결체를 만든 후 CAD를 이용하여 깍아 가공하는 방법이 주로 사용되나 이는 가공 시간이 너무 오래 걸려 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. Zirconia ceramics exhibit high toughness and strength at room temperature and are utilized in various industries due to their excellent chemical durability. Yttria-stabilized zirconia (YSZ), which is prepared by dissolving 2 to 3 mole% of yttria (Y 2 O 3 ) in zirconia (ZrO 2 ), is used for special cutting tools, nozzles, pump parts, precision screws, and various precision fixtures in the textile industry, and is also widely used in artificial teeth for implants due to its aesthetic properties. However, teeth have different shapes for each person and are asymmetrical and complex in shape, making them difficult to manufacture using conventional molding and sintering methods. Conventionally, a method was mainly used to make a dental block sintered with zirconia and then cut and process it using CAD, but this had the problem that the processing time was too long and productivity was low.

최근에는 상기와 같은 단점을 극복하기 위해 세라믹 3D 프린팅 공법이 연구되고 있다. 세라믹 3D 프린팅 공법은 종래의 세라믹 성형 과정을 단축하고 특성에 맞는 유연한 제조가 가능하여 한 번의 실행으로 여러 개의 부품을 생산할 수 있는 장점이 있다. 특히 세라믹 3D 프린팅 공법을 이용하게 되면 프레스 몰드의 제작이 불필요하므로 비용 측면에서도 매우 유리한 장점이 있다. Recently, ceramic 3D printing technology has been studied to overcome the above-mentioned shortcomings. Ceramic 3D printing technology has the advantage of shortening the conventional ceramic molding process and enabling flexible manufacturing according to characteristics, so that multiple parts can be produced in one run. In particular, since the production of press molds is unnecessary when using ceramic 3D printing technology, it has a very advantageous advantage in terms of cost.

세라믹 3D 프린팅은 소재에 따라 슬러리 기반 세라믹 3D 프린팅, 분말 기반 세라믹 3D 프린팅, 및 벌크 소재 기반 세라믹 3D 프린팅으로 분류된다. 분말 기반 세라믹 3D 프린팅의 경우 분말베드를 깔고 일정한 부분에 바인더를 분출하여 굳힌 후 이를 적층으로 반복하는 것으로, 분말을 일정한 두께로 얇게 펴는 것이 쉽지 않고, 완제품 제조 후에도 강도가 약하여 모양이 뒤틀어지거나 허물어지는 단점이 있다. 또한 벌크 소재 기반 세라믹 3D 프린팅의 경우 고점도의 세라믹 페이스트를 치약 짜듯이 층층이 쌓아 올리는 방법으로 고점도의 세라믹 페이스트를 정밀하게 컨트롤하기 위해서는 높은 분출 압력을 가지는 매우 정밀한 노즐이 필요하나 노즐 구멍 크기의 제약으로 인하여 정밀한 제어가 어려운 단점이 있다. 이에 반하여 슬러리 기반 세라믹 3D 프린팅은 세라믹 분말, 액체 상태의 모노머 및 광개시제가 포함된 슬러리를 제조하고 이를 자외선 영역의 파장을 가진 빛을 이용하여 광중합시키며 고화시켜 쌓아가는 방법으로 정밀한 구조를 가진 성형체 및 높은 강도를 가진 성형체를 제조할 수 있는 장점이 있어 많은 연구개발이 진행되고 있는 실정이다. Ceramic 3D printing is classified into slurry-based ceramic 3D printing, powder-based ceramic 3D printing, and bulk material-based ceramic 3D printing depending on the material. In the case of powder-based ceramic 3D printing, a powder bed is laid out, a binder is sprayed to a certain part, hardened, and then this is repeated in layers. However, it is not easy to thinly spread the powder to a certain thickness, and even after the finished product is manufactured, the strength is weak and the shape may be distorted or collapsed. In addition, in the case of bulk material-based ceramic 3D printing, a high-viscosity ceramic paste is stacked layer by layer like squeezing toothpaste. In order to precisely control the high-viscosity ceramic paste, a very precise nozzle with high spraying pressure is required. However, there is a disadvantage that precise control is difficult due to limitations in the nozzle hole size. In contrast, slurry-based ceramic 3D printing is a method in which a slurry containing ceramic powder, liquid monomer, and photoinitiator is manufactured, and the slurry is photopolymerized using light with a wavelength in the ultraviolet range, solidified, and stacked to form a molded body with a precise structure and high strength. As such, much research and development is being conducted on this method.

광경화를 이용한 3D 프린팅 방법은 자외선 영역의 파장을 가지는 빛을 조사하는 방식으로 레이저를 2차원 평면상에서 아날로그적으로 스캔하는 스테레오리소그라피(Stereolithograpy, SL) 공정과 마이크로 미러를 이용해 디지털화된 픽셀을 단위로 자외선을 조사하는 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing, DLP) 공정으로 나뉜다. 상기 DLP 공정은 상기 SL 공정보다 프로세스 속도가 빨라 공정시간이 크게 단축되는 장점이 있으며 수 마이크로미터에 달하는 우수한 해상도를 얻을 수 있는 장점이 있다. 3D printing methods using photocuring are divided into the stereolithography (SL) process, which scans a two-dimensional plane analogically with a laser by irradiating light having a wavelength in the ultraviolet range, and the digital light processing (DLP) process, which irradiates ultraviolet rays to digitalized pixels using micro mirrors. The DLP process has the advantage of being faster than the SL process, greatly reducing the process time, and has the advantage of being able to obtain excellent resolutions reaching several micrometers.

종래의 세라믹 소재를 이용한 3D 프린팅 기술은 주로 알루미나에 대하여 개발된바 있다. 따라서 지르코니아 슬러리를 이용한 3D 프린팅 기술을 개발된다면 지르코니아를 이용한 임플란트용 인공치아 뿐 아니라 다양한 산업용 복잡형상 부품 제조가 가능할 것으로 기대된다.Conventional 3D printing technology using ceramic materials has been mainly developed for alumina. Therefore, if a 3D printing technology using zirconia slurry is developed, it is expected that not only artificial teeth for implants using zirconia, but also various complex-shaped industrial parts will be manufactured.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patent documents and references mentioned in this specification are incorporated by reference into this specification to the same extent as if each document was individually and specifically designated by reference.

한국 등록 특허 10-1551255Korean Registered Patent 10-1551255 한국 등록 특허 10-0808954Korean registered patent 10-0808954

본 발명의 목적은 세라믹 성분의 함량을 최대화하면서도 분산성 및 점도가 최적화되어 DLP 3D 프린팅이 용이하며, 수지성분의 종류 및 함량을 최적화하여 3D 출력물의 탈지 및 소결시 수지성분이 효율적으로 제거될 뿐 아니라 상기 수지성분이 제거된 후 에도 세라믹 제품의 강도가 저하되지 않는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물 및 상기 슬러리 조성물과 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체의 제조방법을 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a zirconia slurry composition for 3D printing, which maximizes the content of ceramic components while optimizing dispersibility and viscosity to facilitate DLP 3D printing, and optimizes the type and content of resin components so that the resin components are efficiently removed during debinding and sintering of a 3D output, and the strength of the ceramic product is not reduced even after the resin components are removed, and a method for manufacturing a zirconia sintered body using the slurry composition and a 3D printer.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are more specifically presented in the detailed description of the invention, the claims and the drawings below.

본 발명은 지르코니아 분말 및 열분해 온도가 150 내지 600 ℃인 광투과성 모노머 혼합물을 포함하는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 제조하는 제 1 단계; 상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 온도조절장치가 장착된 슬러리 조성물 탱크 및 거칠기가 부여된 조형판을 구비한 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 성형체를 제조하는 제 2 단계; 및 상기 지르코니아 성형체를 분당 0.3 내지 0.7 ℃의 승온속도로 20 ℃에서 1000 내지 1500 ℃까지 승온하여 열처리하므로 지르코니아 소결체를 제조하는 제 3 단계;를 포함하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, the method comprising: a first step of manufacturing a zirconia slurry composition for 3D printing, the composition including zirconia powder and a light-transmitting monomer mixture having a pyrolysis temperature of 150 to 600°C; a second step of manufacturing a zirconia molded body using a digital light processing 3D printer equipped with the zirconia slurry composition for 3D printing, a slurry composition tank equipped with a temperature control device, and a roughened molding plate; and a third step of heat-treating the zirconia molded body by heating it from 20°C to 1000 to 1500°C at a heating rate of 0.3 to 0.7°C per minute, thereby manufacturing a zirconia sintered body.

상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 pH가 6 내지 8인 것을 특징으로 하며 상기 광투과성 모노머 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 520 ℃인 2 내지 6 종류의 광투과성 모노머의 혼합물이며 상기 광투과성 모노머는 열분해 온도가 40 내지 370 ℃의 차이를 보이는 것을 특징으로 한다.The above zirconia slurry composition for 3D printing is characterized by having a pH of 6 to 8, and the light-transmitting monomer mixture is a mixture of 2 to 6 kinds of light-transmitting monomers having a thermal decomposition temperature of 150 to 520°C, and the light-transmitting monomers are characterized by having a thermal decomposition temperature difference of 40 to 370°C.

상세하게는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 pH가 6.5 내지 7.5인 것을 특징으로 하며 상기 광투과성 모노머 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 190 ℃인 광투과성 모노머 수지; 열분해 온도가 300 내지 340 ℃인 광투과성 모노머 수지; 열분해 온도가 380 내지 420 ℃인 광투과성 모노머 수지; 및 열분해 온도가 480 내지 520 ℃인 광투과성 모노머 수지의 군으로부터 선택된 두 가지 이상의 광투과성 모노머 수지의 혼합물인 것을 특징으로 한다.Specifically, the zirconia slurry composition for 3D printing is characterized by having a pH of 6.5 to 7.5, and the light-transmitting monomer mixture is characterized by being a mixture of two or more light-transmitting monomer resins selected from the group consisting of a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 150 to 190°C; a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 300 to 340°C; a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 380 to 420°C; and a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 480 to 520°C.

또한 상기 광투과성 모노머 혼합물은 자외선이 투과하며 점도가 350 내지 450cps인 것을 특징으로 한다.In addition, the above-mentioned light-transmitting monomer mixture is characterized by being transparent to ultraviolet rays and having a viscosity of 350 to 450 cps.

상기 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터의 온도조절장치는 슬러리 조성물 탱크의 온도를 30 내지 40 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하며 상기 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터의 조형판은 거칠기가 30 내지 90 방인 것을 특징으로 한다.The temperature control device of the above digital light processing 3D printer is characterized by maintaining the temperature of the slurry composition tank at 30 to 40°C, and the build plate of the above digital light processing 3D printer is characterized by having a roughness of 30 to 90.

상기 지르코니아 성형체는 승온하여 열처리하는 과정에서 상기 광투과성 모노머 혼합물에 포함된 광투과성 모노머가 열분해 온도에 따라 단계적으로 탈지되므로 지르코니아 소결체에 크랙이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.The above zirconia molded body is characterized in that, during the process of heat treatment by increasing the temperature, the light-transmitting monomer included in the light-transmitting monomer mixture is gradually degreased according to the thermal decomposition temperature, so that cracks do not occur in the zirconia sintered body.

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 세라믹 성분의 함량을 최대화하면서도 분산성 및 점도가 최적화되어 DLP 3D 프린팅이 용이하며, 수지성분의 종류 및 함량을 최적화하여 3D 출력물의 탈지 및 소결시 수지성분이 효율적으로 제거될 뿐 아니라 상기 수지성분이 제거된 후 에도 세라믹 제품의 강도가 저하되지 않는 장점이 있다. The zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention has the advantage of maximizing the content of ceramic components while optimizing dispersibility and viscosity to facilitate DLP 3D printing, and optimizing the type and content of resin components so that the resin components are efficiently removed during debinding and sintering of a 3D output, and the strength of the ceramic product is not reduced even after the resin components are removed.

또한 본 발명의 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터는 온도조절장치를 구비하여 슬러리 조성물 탱크의 온도를 30 내지 40 ℃로 유지하므로 상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물에 의한 조형판의 피막 형성이 용이한 장점이 있으며 상기 조형판의 거칠기가 30 내지 90 방으로 조절되어 3D 출력물의 탈착시 출력물이 손상되지 않는 장점이 있다. In addition, the digital light processing 3D printer of the present invention has a temperature control device to maintain the temperature of the slurry composition tank at 30 to 40°C, so that it is easy to form a film on a molding plate using the zirconia slurry composition for 3D printing, and since the roughness of the molding plate is adjusted to 30 to 90 degrees, there is an advantage that the 3D output is not damaged when the output is detached.

따라서 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 소결체를 제조하게 되면 복잡한 형상의 3D 지르코니아 성형체를 제약 없이 제조할 수 있을 뿐 아니라 온도에 따른 점진적인 탈지 및 소결이 수행되어 소결체의 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다. Therefore, when a zirconia sintered body is manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention and a digital light processing 3D printer, not only can a 3D zirconia molded body of a complex shape be manufactured without restrictions, but there is also an advantage in that gradual debinding and sintering are performed according to temperature, so that cracks do not occur in the sintered body.

도 1은 본 발명의 DLP 방식의 3D 프린터를 보여준다.
도 2는 본 발명의 최적화된 조형판을 보여준다.
도 3은 본 발명의 DLP 3D 프린터의 온도유지장치가 구비된 모습을 보여준다.
도 4는 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용하여 제조한 3D 출력물에 대한 열분해 거동을 분석한 결과를 보여준다.
Figure 1 shows a DLP-type 3D printer of the present invention.
Figure 2 shows an optimized molding plate of the present invention.
Figure 3 shows a DLP 3D printer of the present invention equipped with a temperature maintenance device.
Figure 4 shows the results of analyzing the thermal decomposition behavior of a 3D printed object manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention.

본 발명은 지르코니아 분말 및 열분해 온도가 150 내지 600 ℃인 광투과성 모노머 혼합물을 포함하는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 제조하는 제 1 단계; 상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 온도조절장치가 장착된 슬러리 조성물 탱크 및 거칠기가 부여된 조형판을 구비한 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 성형체를 제조하는 제 2 단계; 및 상기 지르코니아 성형체를 분당 0.3 내지 0.7 ℃의 승온속도로 20 ℃에서 1000 내지 1500 ℃까지 승온하여 열처리하므로 지르코니아 소결체를 제조하는 제 3 단계;를 포함하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, the method comprising: a first step of manufacturing a zirconia slurry composition for 3D printing, the composition including zirconia powder and a light-transmitting monomer mixture having a pyrolysis temperature of 150 to 600°C; a second step of manufacturing a zirconia molded body using a digital light processing 3D printer equipped with the zirconia slurry composition for 3D printing, a slurry composition tank equipped with a temperature control device, and a roughened molding plate; and a third step of heat-treating the zirconia molded body by heating it from 20°C to 1000 to 1500°C at a heating rate of 0.3 to 0.7°C per minute, thereby manufacturing a zirconia sintered body.

본 발명은 세라믹 3D 프린팅 공정을 통해 세라믹을 포함하는 슬러리 조성물을 3D 프린하여 성형체를 제조 한 후 탈지 및 소결 공정을 거쳐 세라믹 성분만을 포함하는 제품(소결체)으로 제조된다. The present invention manufactures a molded body by 3D printing a slurry composition containing ceramic through a ceramic 3D printing process, and then manufactures a product (sintered body) containing only ceramic components through a debinding and sintering process.

본 발명의 세라믹 3D 프린팅 공정에 사용되는 DLP 3D 프린터는 조형판에 슬러리 조성물을 얇게 도포한 후 특정 위치에 자외선을 조사하여 경화층 형성하고 이를 반복하는 방법으로 경화층을 쌓아 3D 출력물(성형체)을 출력하게 된다. 따라서 상기 DLP 3D 프린팅용 슬러리 조성물은 점도가 적절하여 조형판에 일정한 두께로 도포되어 피막을 형성 할 수 있어야 하며 자외선에 대한 광투과성이 우수하여 피막층 전체에 걸쳐 경화되고 특히 경화층 사이의 부착이 수월하여야 한다. The DLP 3D printer used in the ceramic 3D printing process of the present invention forms a cured layer by thinly applying a slurry composition to a build plate, irradiating ultraviolet rays at a specific location, and repeating this process to stack cured layers to output a 3D output (molded object). Therefore, the slurry composition for DLP 3D printing should have an appropriate viscosity so that it can be applied to a build plate at a constant thickness to form a film, and should have excellent light transmittance to ultraviolet rays so that it can be cured over the entire film layer, and in particular, adhesion between cured layers should be easy.

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 세라믹 성분으로서 국산 지르코니아 분말을 포함하며; 수지 성분으로서 열분해 온도가 상이한 4 종류의 광투과성 모노머 수지를 포함하며; 광개시제를 포함한다. The zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention comprises domestically produced zirconia powder as a ceramic component; comprises four kinds of light-transmitting monomer resins having different thermal decomposition temperatures as a resin component; and comprises a photoinitiator.

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물에 포함된 세라믹 성분의 함량 및 분산정도; 및 수지성분의 종류 및 함량은 DLP 3D 프린팅 결과 및 DLP 3D 출력품의 탈지 및 소결 결과를 결정하게 된다. 예를 들어 세라믹 함량이 너무 높으면 슬러리의 분산성이 저하되어 자외선 투과율이 저하되거나; 슬러리의 점도가 너무 높아 조형판에 슬러리 조성물이 일정하게 도포되기 어려우므로 DLP 3D 프린팅의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 또한 상기 문제점을 보정하기 위하여 수지성분을 증가시키게 되면 DLP 3D 출력시 발생하는 문제점은 해결될 수 있으나 출력물의 탈지 및 소결시 다량의 수지성분이 제거된 공간이 공극의 상태로 남게 되므로 세라믹 제품(소결체)의 강도를 저하시키는 원인이 된다. The content and degree of dispersion of the ceramic component included in the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention; and the type and content of the resin component determine the DLP 3D printing result and the debinding and sintering result of the DLP 3D output product. For example, if the ceramic content is too high, the dispersibility of the slurry deteriorates, resulting in a decrease in the ultraviolet ray transmittance; or if the viscosity of the slurry is too high, making it difficult to evenly apply the slurry composition to the build plate, resulting in a problem of a decrease in the quality of DLP 3D printing. In addition, if the resin component is increased to correct the above problem, the problem occurring during DLP 3D printing can be solved, but during the debinding and sintering of the output product, a large amount of the resin component is removed, and the space remains as a void, which causes a decrease in the strength of the ceramic product (sintered body).

본 발명에서는 세라믹 성분의 함량을 최대화하면서도 분산성 및 점도가 최적화되어 DLP 3D 프린팅이 용이하도록 하였으며, 수지성분의 종류 및 함량을 최적화하여 3D 출력물의 탈지 및 소결시 수지성분이 효율적으로 제거될 뿐 아니라 상기 수지성분이 제거된 후 에도 세라믹 제품의 강도가 저하되지 않는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 제공한다.The present invention provides a zirconia slurry composition for 3D printing in which the content of ceramic components is maximized while dispersibility and viscosity are optimized to facilitate DLP 3D printing, and the type and content of resin components are optimized so that the resin components are efficiently removed during debinding and sintering of a 3D output, and the strength of the ceramic product is not reduced even after the resin components are removed.

실시예에 따르면, 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 국산 지르코니아 분말 50 내지 73 중량%, 광투과성 모노머 수지 혼합물 47 내지 22 중량%; 광개시제 2 내지 5 중량%를 포함한다. 바람직하게는 국산 지르코니아 분말 70 중량%, 광투과성 모노머 수지 혼합물 26 중량%, 및 광개시제 4 중량%를 포함한다.According to an embodiment, the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention comprises 50 to 73 wt% of domestically produced zirconia powder, 47 to 22 wt% of a light-transmitting monomer resin mixture, and 2 to 5 wt% of a photoinitiator. Preferably, it comprises 70 wt% of domestically produced zirconia powder, 26 wt% of a light-transmitting monomer resin mixture, and 4 wt% of a photoinitiator.

본 발명의 세라믹 성분인 국산 지르코니아는 평균직경이 약 0.4 μm이며 색상이 흰색인 것을 사용하며 등전점이 pH 5 부근이다. 본 발명에서는 세라믹 성분의 분산성을 향상시키기 위하여 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 pH를 6 내지 8의 수준으로 조절할 수 있다. 바람직하게는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 pH를 6.7 내지 6.9로 조절 할 수 있다. 상기 pH가 6 미만이면 국산 지르코니아의 분산성이 저하되어 자외선이 투과되지 않으므로 3D 프린팅시 출력품이 경화가 불규칙하여 품질이 저하될 수 있다. The domestically produced zirconia, which is a ceramic component of the present invention, has an average diameter of about 0.4 μm, a white color, and an isoelectric point of around pH 5. In the present invention, in order to improve the dispersibility of the ceramic component, the pH of the zirconia slurry composition for 3D printing can be adjusted to a level of 6 to 8. Preferably, the pH of the zirconia slurry composition for 3D printing can be adjusted to 6.7 to 6.9. If the pH is less than 6, the dispersibility of the domestically produced zirconia deteriorates, and ultraviolet rays do not penetrate, so that the hardening of the output product during 3D printing may be irregular, resulting in deterioration in quality.

본 발명의 국산 지르코니아는 함량이 과도하게 높거나 분산정도가 낮게 되면 점도가 증가하게 되며 이는 피막 형성을 방해하여 3D 출력물의 품질을 저하 시키는 원인이 된다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 광투과성 모노머 수지 혼합물 점도가 350 내지 450cps인 것이 바람직하다.If the content of the domestically produced zirconia of the present invention is excessively high or the degree of dispersion is low, the viscosity increases, which hinders the formation of a film and causes a deterioration in the quality of a 3D output. According to an embodiment of the present invention, it is preferable that the viscosity of the light-transmitting monomer resin mixture is 350 to 450 cps.

본 발명에서는 열분해온도가 서로 상이한 2 내지 6 가지 광투과성 모노머 수지의 혼합물을 포함하며 상기 광투과성 모노머 수지 혼합물의 함량을 최적화하므로 승온과정에서 단계적으로 탈지되어 열처리로 인한 크랙이 발생하는 것을 방지하였다. 본 발명의 광투과성 모노머 수지 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 520 ℃인 2 내지 6 종류의 광투과성 모노머의 혼합물로서 상기 광투과성 모노머는 열분해 온도가 40 내지 370 ℃의 차이를 보이는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 본 발명의 광투과성 모노머 수지 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 190 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 1 광투과성 모노머 수지); 열분해 온도가 300 내지 340 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 2 광투과성 모노머 수지); 열분해 온도가 380 내지 420 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 3 광투과성 모노머 수지); 및 열분해 온도가 480 내지 520 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 4 광투과성 모노머 수지)의 혼합물이며 보다 바람직하게는 열분해 온도가 170 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 1 광투과성 모노머 수지); 열분해 온도가 320 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 2 광투과성 모노머 수지); 열분해 온도가 400 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 3 광투과성 모노머 수지); 및 열분해 온도가 500 ℃인 광투과성 모노머 수지(제 4 광투과성 모노머 수지)의 혼합물이다.The present invention comprises a mixture of 2 to 6 kinds of light-transmitting monomer resins having different pyrolysis temperatures, and by optimizing the content of the light-transmitting monomer resin mixture, cracks are prevented from occurring due to heat treatment by being gradually degreased during the heating process. The light-transmitting monomer resin mixture of the present invention is a mixture of 2 to 6 kinds of light-transmitting monomers having pyrolysis temperatures of 150 to 520°C, and is characterized in that the light-transmitting monomers have a difference in pyrolysis temperatures of 40 to 370°C. Preferably, the light-transmitting monomer resin mixture of the present invention comprises a light-transmitting monomer resin (first light-transmitting monomer resin) having a pyrolysis temperature of 150 to 190°C; a light-transmitting monomer resin (second light-transmitting monomer resin) having a pyrolysis temperature of 300 to 340°C; A mixture of a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 380 to 420°C (third light-transmitting monomer resin); and a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 480 to 520°C (fourth light-transmitting monomer resin), more preferably a mixture of a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 170°C (first light-transmitting monomer resin); a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 320°C (second light-transmitting monomer resin); a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 400°C (third light-transmitting monomer resin); and a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 500°C (fourth light-transmitting monomer resin).

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 405 ㎚ 파장에 적합한 광개시제를 사용하였으며 바람직하게는 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드)(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide))을 사용하였다. The zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention uses a photoinitiator suitable for a wavelength of 405 nm, preferably bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide.

본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 국산 지르코니아 분말, 광투과성 모노머 혼합물 및 광개시제를 볼밀링 방법으로 혼합하여 제조하되 pH가 6 내지 8로 조절되므로 자외선에 대한 광투과성이 높은 특징이 있다. 따라서 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용하면 자외선이 잘 투과되어 DLP 3D 프린터의 조형판과 이에 형성된 피막의 경계면, 또는 상기 피막과 이에 추가적으로 형성되는 피막 사이의 경계면에서 경화가 잘 일어나므로 강도가 우수한 3D 출력물을 제조할 수 있는 장점이 있다. The zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention is manufactured by mixing domestically produced zirconia powder, a light-transmitting monomer mixture, and a photoinitiator by a ball milling method, and has a pH adjusted to 6 to 8, so that it has a high light transmittance to ultraviolet rays. Therefore, when the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention is used, ultraviolet rays are well transmitted, so that curing occurs well at the boundary between the building plate of a DLP 3D printer and a film formed thereon, or between the film and a film additionally formed thereon, so that a 3D output having excellent strength can be manufactured.

본 발명의 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터는 온도조절장치를 구비하고 조형판의 거칠기를 조절하는 방법으로 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용한 3D 출력에 최적화 시킨 것을 특징으로 한다. 상기 온도조절장치는 슬러리 조성물 탱크의 온도를 30 내지 40 ℃로 유지하므로 피막형성이 수월하도록 한 특징이 있으며 상기 조형판은 거칠기를 30 내지 90 방 수준으로 부여하므로 3D 출력물의 탈착이 수월하도록 한 장점이 있다.The Digital Light Processing 3D printer of the present invention is characterized in that it is optimized for 3D printing using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention by having a temperature control device and a method of controlling the roughness of a building plate. The temperature control device has the characteristic of maintaining the temperature of the slurry composition tank at 30 to 40°C, thereby facilitating film formation, and the building plate has the advantage of providing a roughness of 30 to 90 degrees, thereby facilitating detachment of a 3D output.

따라서 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 소결체를 제조하게 되면 복잡한 형상의 3D 지르코니아 성형체를 제약 없이 제조할 수 있을 뿐 아니라 온도에 따른 점진적인 탈지 및 소결이 수행되어 소결체의 크랙이 발생하지 않는 장점이 있다. Therefore, when a zirconia sintered body is manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention and a digital light processing 3D printer, not only can a 3D zirconia molded body of a complex shape be manufactured without restrictions, but there is also an advantage in that gradual debinding and sintering are performed according to temperature, so that cracks do not occur in the sintered body.

하기에서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.The present invention is described in detail below through examples.

실시예 Example

1. 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물1. Zirconia slurry composition for 3D printing

1) 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 최적화1) Optimization of zirconia slurry composition for 3D printing

본 발명은 다양한 실시예를 통해 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 지르코니아 함량을 최적화하였다. 먼저 국산 지르코니아 분말, 광투과성 모노머 수지 혼합물 및 광개시제(비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드), Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide))를 혼합한 후 pH를 6.78로 조절하였다. 상기 제조한 혼합물과 지르코니아 볼(볼 사이즈 2.5Ø)을 1:4의 중량비로 혼합한 후 100 rpm의 속도로 12 시간 동안 볼 밀링을 수행하여 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 제조하였다(표 1 참조). 상기 제조한 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용하여 DLP 3D 프린팅을 수행하고 출력물을 평가하였다. 상기 DLP 3D 프린팅은 온도 35 ℃, 및 두께 0.025 ㎜의 조건으로 수행하였다.The present invention optimizes the zirconia content of a zirconia slurry composition for 3D printing through various embodiments. First, domestically produced zirconia powder, a light-transmitting monomer resin mixture, and a photoinitiator (bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide)) were mixed, and then the pH was adjusted to 6.78. The mixture thus prepared was mixed with zirconia balls (ball size 2.5Ø) at a weight ratio of 1:4, and then ball milling was performed at a speed of 100 rpm for 12 hours to prepare a zirconia slurry composition for 3D printing (see Table 1). Using the zirconia slurry composition for 3D printing thus prepared, DLP 3D printing was performed, and the output was evaluated. The above DLP 3D printing was performed under the conditions of a temperature of 35°C and a thickness of 0.025 mm.

3D 프린팅용 세라믹 슬러리 조성물Ceramic slurry composition for 3D printing 볼밀링 시간Ball milling time 결과result 국산 지르코니아 분말Domestic zirconia powder 광투과성 모노머 혼합물Light-transmitting monomer mixture 광개시제Photon initiator 실시예 1Example 1 61wt%61wt% 35wt%35wt% 4wt%4wt% 6시간6 hours 성공success 실시예 2Example 2 65wt%65wt% 31wt%31wt% 4wt%4wt% 12시간12 hours 성공success 실시예 3Example 3 69wt%69wt% 27wt%27wt% 4wt%4wt% 18시간18 hours 성공success 실시예 4Example 4 73wt%73wt% 23wt%23wt% 4wt%4wt% 24시간24 hours 성공success 실시예 5Example 5 77wt%77wt% 19wt%19wt% 4wt%4wt% 24시간24 hours 실패failure

실험결과 3D 프린팅 공정시 슬러리 내 고형분에 해당하는 국산 지르코니아 분말의 함량이 출력 결과에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 상기 고형분 함량이 75 wt% 이상으로 증가할 경우, 슬러리 내부의 고형분에 의해 빛이 투과하지 못하여 DLP 3D 프린터의 조형판에 부착되지 못하는 것으로 판단된다. 고형분의 함량이 과도하게 낮으면 탈지 및 소결 후 제조되는 세라믹 제품의 물성이 저하된다. 그러므로 본 발명의 고형분 함량은 67 내지 73 wt%의 범위로 조절하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.The experimental results confirmed that the content of domestically produced zirconia powder corresponding to the solid content in the slurry during the 3D printing process affects the output results. It is determined that when the solid content increases to 75 wt% or more, the solid content in the slurry prevents light from penetrating and prevents it from attaching to the build plate of the DLP 3D printer. If the solid content is excessively low, the properties of the ceramic product manufactured after debinding and sintering deteriorate. Therefore, it is determined that it is desirable to adjust the solid content of the present invention to a range of 67 to 73 wt%.

상기 결과를 바탕으로 국산 지르코니아 분말이 70 wt%로 포함된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물(pH 6.78)을 제조하고 볼밀링 조건을 최적화하였다(표 2 참조). 본 발명의 광투과성 모노머 혼합물은 열분해 온도가 상이한 4 종류의 광투과성 모노머를 사용하였다. 상기 4 종류의 광투과성 모노머의 열분해 온도는 광투과성 모노머 1의 경우 170 ℃이며; 광투과성 모노머 2의 경우 320 ℃이며; 광투과성 모노머 3의 경우 400 ℃이며; 광투과성 모노머 4의 경우 500 ℃이다.Based on the above results, a zirconia slurry composition (pH 6.78) for 3D printing containing 70 wt% of domestic zirconia powder was manufactured, and the ball milling conditions were optimized (see Table 2). The light-transmitting monomer mixture of the present invention used four kinds of light-transmitting monomers having different thermal decomposition temperatures. The thermal decomposition temperatures of the four kinds of light-transmitting monomers are 170°C for light-transmitting monomer 1; 320°C for light-transmitting monomer 2; 400°C for light-transmitting monomer 3; and 500°C for light-transmitting monomer 4.

3D 프린팅용 세라믹 슬러리 조성물Ceramic slurry composition for 3D printing 볼밀링 시간Ball milling time 결과result 국산 지르코니아 분말Domestic zirconia powder 광투과성 모노머 1Optically transparent monomer 1 광투과성 모노머 2Optically transparent monomer 2 광투과성 모노머 3Optically transparent monomer 3 광투과성 모노머 4Optically transparent monomer 4 광개시제Photon initiator 실시예 6Example 6 70wt%70wt% 12wt%12wt% 6wt%6wt% 5wt%5wt% 3wt%3wt% 4wt%4wt% 6시간6 hours 부적합Inappropriate 실시예 7Example 7 70wt%70wt% 12wt%12wt% 6wt%6wt% 5wt%5wt% 3wt%3wt% 4wt%4wt% 12시간12 hours 부적합Inappropriate 실시예 8Example 8 70wt%70wt% 12wt%12wt% 6wt%6wt% 5wt%5wt% 3wt%3wt% 4wt%4wt% 18시간18 hours 적합fitness 실시예 9Example 9 70wt%70wt% 12wt%12wt% 6wt%6wt% 5wt%5wt% 3wt%3wt% 4wt%4wt% 24시간24 hours 적합fitness

볼밀링 시간을 각각 6시간 및 12시간 수행(실시예 6 및 7)한 결과 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 분산도가 매우 낮아 침전이 빠르게 나타나므로 3D 프린팅에 사용하기에는 부적합한 것으로 확인되었다. 볼밀링 시간을 각각 18시간 및 24시간 수행(실시예 8 및 9)한 결과 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 분산이 양호하여 DLP 3D 프린터를 이용하기에 적합한 것으로 확인되었다. 추가적으로 상기 실시예 8 및 9의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 6시간 이상 침전이 나타나지 않는 것으로 확인되었다.When the ball milling time was 6 hours and 12 hours, respectively (Examples 6 and 7), the dispersion of the zirconia slurry composition for 3D printing was very low, so that sedimentation occurred quickly, making it unsuitable for use in 3D printing. When the ball milling time was 18 hours and 24 hours, respectively (Examples 8 and 9), the dispersion of the zirconia slurry composition for 3D printing was good, so that it was suitable for use with a DLP 3D printer. Additionally, it was confirmed that the zirconia slurry composition for 3D printing of Examples 8 and 9 did not exhibit sedimentation for 6 hours or more.

2) 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 보관성 평가2) Evaluation of storage properties of zirconia slurry composition for 3D printing

3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 오랜 기간 동안 침전되지 않고 안정한 분산성을 유지하여야 장기간 보관 가능하다. 본 발명의 국산 지르코니아 분말이 70 wt%로 포함된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 60 ℃ 오븐에서 48시간 동안 보관한 결과 열에 의한 경화나 증발은 발생하지 않는 것으로 확인되었다. A zirconia slurry composition for 3D printing must maintain stable dispersion without precipitation for a long period of time to be able to be stored for a long period of time. When a zirconia slurry composition for 3D printing containing 70 wt% of the domestically produced zirconia powder of the present invention was stored in an oven at 60° C. for 48 hours, it was confirmed that no hardening or evaporation due to heat occurred.

본 발명의 DLP 3D 프린터는 자외선 파장에 해당하는 빛을 이용하여 슬러리를 경화시키는 방식이다. 따라서 3D 프린팅용 세라믹 슬러리 조성물이 광에 노출되어 경화되면 분산성이 저하되므로 상품성이 저하된다. 이에 본 발명에서는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 고형분(지르코니아) 함량에 따른 노광 경화시간을 분석하여 보관성을 평가하였다(표 3 참조).The DLP 3D printer of the present invention uses light corresponding to an ultraviolet wavelength to harden the slurry. Therefore, when the ceramic slurry composition for 3D printing is exposed to light and hardened, the dispersibility is reduced, thereby reducing the marketability. Accordingly, in the present invention, the exposure hardening time according to the solid content (zirconia) of the zirconia slurry composition for 3D printing was analyzed to evaluate the storability (see Table 3).

3D 프린팅용 세라믹 슬러리 조성물Ceramic slurry composition for 3D printing 경화 시간Curing time 결과result 국산 지르코니아 분말Domestic zirconia powder 광투과성 모노머 1Optically transparent monomer 1 광투과성 모노머 2Optically transparent monomer 2 광투과성 모노머 3Optically transparent monomer 3 광투과성 모노머 4Optically transparent monomer 4 광개시제Photon initiator 실시예 10Example 10 60wt%60wt% 16.6wt%16.6wt% 8.3wt%8.3wt% 6.9wt%6.9wt% 4.2wt%4.2wt% 4wt%4wt% 24시간24 hours 부적합Inappropriate 실시예 11Example 11 67wt%67wt% 13.4wt%13.4 wt% 6.7wt%6.7wt% 5.6wt%5.6wt% 3.3wt%3.3wt% 4wt%4wt% 34시간34 hours 부적합Inappropriate 실시예 12Example 12 73wt%73wt% 10.6wt%10.6 wt% 5.3wt%5.3wt% 4.4wt%4.4wt% 2.7wt%2.7wt% 4wt%4wt% 46시간46 hours 적합fitness

실험결과 고형분(국산 지르코니아 분말) 함량이 높을수록 수지 함량이 상대적으로 줄어들므로 노광으로 인한 경화에 장시간이 소요되는 것으로 파악되었다. 이는 공정 중 불가피하게 노광될 경우 고형분 함량이 적을수록 경화가 쉽게 발생할 수 있음을 의미한다. 보관의 경우 빛에 노출되지 않을 시 경화가 발생하지 않으므로 최대한 빛을 차단하여 노광으로 인한 경화를 방지하는 것이 중요한 것으로 판단된다.The experimental results showed that as the solid content (domestic zirconia powder) increases, the resin content decreases relatively, so it takes a long time for curing due to exposure. This means that if exposure to light is unavoidable during the process, curing can occur more easily when the solid content is low. In the case of storage, it is considered important to block light as much as possible to prevent curing due to exposure, as curing does not occur if not exposed to light.

정리하면 본 발명의 최적화된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 국산 지르코니아 분말 70 중량%, 광투과성 모노머 수지 혼합물 26 중량%, 및 광개시제 4 중량%를 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 최적화된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 국산 지르코니아 분말 70 중량%, 광투과성 모노머 수지 1 12 중량%, 광투과성 모노머 수지 2 6 중량%, 광투과성 모노머 수지 3 5 중량%, 광투과성 모노머 수지 4 3 중량%, 및 광개시제 4 중량%(실시예 6 내지 9의 조성물)를 포함한다.In summary, the optimized zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention comprises 70 wt% of domestically produced zirconia powder, 26 wt% of a light-transmitting monomer resin mixture, and 4 wt% of a photoinitiator. Preferably, the optimized zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention comprises 70 wt% of domestically produced zirconia powder, 12 wt% of a light-transmitting monomer resin 1, 6 wt% of a light-transmitting monomer resin 2, 5 wt% of a light-transmitting monomer resin 3, 3 wt% of a light-transmitting monomer resin 4, and 4 wt% of a photoinitiator (compositions of Examples 6 to 9).

2. 3D 프린팅 공정의 최적화2. Optimization of 3D printing process

1) 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물용 DLP 3D 프린터1) DLP 3D printer for zirconia slurry composition for 3D printing

본 발명의 DLP 방식 3D 프린터는 상단에서 하강하는 조형판(조형대, build platform)에 슬러리 조성물을 접촉시킨 후 마이크로 미러를 이용하여 특정 부위에만 디지털화된 픽셀 단위의 자외선을 조사하는 방법으로 경화시켜 출력물을 제조한다. The DLP-type 3D printer of the present invention contacts a slurry composition with a build platform descending from the top, and then uses a micro mirror to irradiate ultraviolet rays in units of digitalized pixels only to specific areas to harden and produce an output.

도 1은 본 발명의 DLP 방식의 3D 프린터를 보여준다. 패널 A는 본 발명의 DLP 방식의 3D 프린터를 모식적으로 보여주며; 패널 B는 본 발명의 DLP 방식의 3D 프린터 외관을 보여준다. DLP 방식의 3D 프린터는 공정시간이 짧으며 수 마이크로미터까지 우수한 해상도를 가진 3D 출력물을 안정적으로 제조할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 3D 프린터는 캐리마 社의 IMC 모델을 사용하되 지르코니아 슬러리 조성물이 원활하게 도입되어 3D 출력물을 제조할 수 있도록 일부 부품을 개조하여 최적화하였다. 본 발명의 DLP 3D 프린터의 빌드사이즈는 110 ×61 ×130 ㎜이며; 광원은 365 내지 405 ㎚이며; 해상도는 30 내지 57 ㎛이며; 1회 층두께는 25 내지 100 ㎛이며; VAT 방식은 투명 우레탄 필름 방식이며; UV 엔진 출력은 150 내지 850 mW/㎝2이다.FIG. 1 shows a DLP-type 3D printer of the present invention. Panel A schematically shows a DLP-type 3D printer of the present invention; and panel B shows the appearance of the DLP-type 3D printer of the present invention. A DLP-type 3D printer has the advantage of being able to stably manufacture 3D outputs with a short process time and excellent resolution of up to several micrometers. The 3D printer of the present invention uses an IMC model of Carima, but some parts are modified and optimized so that a zirconia slurry composition can be smoothly introduced to manufacture a 3D output. The build size of the DLP 3D printer of the present invention is 110 × 61 × 130 mm; the light source is 365 to 405 nm; the resolution is 30 to 57 ㎛; the single layer thickness is 25 to 100 ㎛; the VAT method is a transparent urethane film method; and the UV engine output is 150 to 850 mW/cm 2 .

(1) 조형판의 최적화(1) Optimization of the formative plate

종래의 DLP 3D 프린터의 조형판은 표면이 매끈한 형태이다. 본 발명의 선행 연구에 따르면 조형판의 표면이 매끈하면 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용하여 제조한 3D 출력물이 조형판으로부터 탈착되는 과정에서 잘 분리되지 않아 손상되는 것으로 확인되었다. 이에 본 발명에서는 조형판의 표면에 거칠기를 부여하여 상기 문제를 해결하였다. The build plate of a conventional DLP 3D printer has a smooth surface. According to a previous study of the present invention, if the surface of the build plate is smooth, it was confirmed that a 3D output manufactured using a zirconia slurry composition for 3D printing was not easily separated from the build plate during the process of detaching it, resulting in damage. Accordingly, the present invention solved the above problem by providing roughness to the surface of the build plate.

도 2는 본 발명의 최적화된 조형판을 보여준다. ①은 본 발명의 40 방 조형판을 보여주며, ②은 본 발명의 80 방 조형판을 보여준다. 본 발명에서는 조형판 표면에 입자를 도입하여 40 방 내지 80 방 조형판으로 제조하였다. 상기 조형판은 방전 가공, 샌드 블래스트 연마 및 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control)를 통해 정밀하게 40 방 내지 80 방으로 제조하였다. 본 발명의 최적화된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물 및 상기 거칠기가 도입된 조형판이 구비된 DLP 3D 프린터로 3D 출력물을 제조한 결과 출력물이 조형판에서 쉽게 탈착되었으며, 탈착 과정 중 출력물이 손상되지 않은 것으로 확인되었다.Fig. 2 shows an optimized building plate of the present invention. ① shows a 40-room building plate of the present invention, and ② shows an 80-room building plate of the present invention. In the present invention, particles were introduced onto the surface of the building plate to manufacture a 40-room to 80-room building plate. The building plate was precisely manufactured into a 40-room to 80-room building plate through electric discharge machining, sand blast polishing, and computerized numerical control. As a result of manufacturing a 3D output using a DLP 3D printer equipped with the optimized zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention and the building plate with the roughness introduced thereto, it was confirmed that the output was easily detached from the building plate and that the output was not damaged during the detachment process.

(2) 온도 조절 장치의 최적화(2) Optimization of temperature control device

본 발명에서는 DLP 3D 프린터 내부에서 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 온도가 적절히 조절되고 유지될 수 있는 온도 조절 장치를 설치하였다(도 3 참조). DLP 방식의 3D 프린팅은 슬러리 조성물의 유동성이 매우 중요하다. DLP 3D 프린터는 조형판에 슬러리 조성물을 도입한 후 자외선을 조사하여 경화시키고 그 위에 다시 슬러리 조성물을 도입한 후 자외선을 조사하는 방법으로 경화와 적층을 반복하여 3D 출력물을 제조한다. 따라서 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물이 탱크 내에서 적절한 유막을 형성한 상태로 존재하여야 조형판과 접촉시 빈 공간 없이 균질하게 도입될 수 있으며 이에 따라 정밀한 출력이 가능해 지는 것이다. 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 점도가 높으면 유막의 형성이 어려워 출력에 실패하는 경우가 발생하게 된다. 특히 3D 프린팅용 세라믹 슬러리의 온도가 낮으면 슬러리 내 세라믹 고형분의 양이 적절하여도 점도가 상승하게 되므로 적절한 유막이 형성되지 않아 정밀한 출력이 어렵게 된다. In the present invention, a temperature control device is installed inside the DLP 3D printer so that the temperature of the zirconia slurry composition for 3D printing can be appropriately controlled and maintained (see Fig. 3). The fluidity of the slurry composition is very important in 3D printing using the DLP method. The DLP 3D printer manufactures a 3D output by repeatedly curing and laminating the slurry composition by introducing the slurry composition onto the build plate, irradiating it with ultraviolet rays, and then introducing the slurry composition thereon again and irradiating it with ultraviolet rays. Therefore, the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention must exist in a state of forming an appropriate oil film in the tank so that it can be introduced homogeneously without empty space when in contact with the build plate, thereby enabling precise output. If the viscosity of the zirconia slurry composition for 3D printing is high, it is difficult to form an oil film, which may result in output failure. In particular, if the temperature of the ceramic slurry for 3D printing is low, the viscosity increases even if the amount of ceramic solids in the slurry is appropriate, so an appropriate oil film is not formed, making precise printing difficult.

본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물 탱크의 하부로 온도조절장치를 설치하였다. 도 3은 본 발명의 온도 유지 장치가 설치된 DLP 3D 프린터를 보여준다. 상기 온도조절장치를 이용하면 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 온도를 적절하게 조절 및 유지할 수 있으므로 슬러리의 점도가 조절되어 최적의 유동성을 확보되며 이는 최적의 유막 형성으로 이어져 정밀한 출력이 가능하게 되는 것이다. 또한 온도를 조절하게 되면 유막형성시간을 조절할 수 있어 공정시간이 단축되는 효과가 있다.In order to solve the above problem, in the present invention, a temperature control device is installed at the bottom of a zirconia slurry composition tank for 3D printing. Fig. 3 shows a DLP 3D printer having a temperature maintenance device of the present invention installed. By using the temperature control device, the temperature of the zirconia slurry composition for 3D printing can be appropriately controlled and maintained, so that the viscosity of the slurry is controlled to secure optimal fluidity, which leads to optimal film formation and enables precise output. In addition, by controlling the temperature, the film formation time can be controlled, which has the effect of shortening the process time.

표 4는 본 발명의 최적화된 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물에 대하여 온도 조절장치를 이용하여 온도를 조절하고 이에 따른 유막 형성 시간을 분석한 결과를 보여준다. Table 4 shows the results of analyzing the film formation time according to the temperature control using a temperature control device for the optimized zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention.

예열 및 슬러리 유지 온도Preheating and slurry holding temperature 유막 형성 시간Oil film formation time 실시예 13Example 13 20 ℃20℃ 43 초43 seconds 실시예 14Example 14 24 ℃24℃ 34 초34 seconds 실시예 15Example 15 26 ℃26℃ 26 초26 seconds 실시예 16Example 16 28 ℃28℃ 20 초20 seconds 실시예 17Example 17 30 ℃30℃ 20 초 미만less than 20 seconds

실험결과 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리(실시예 8 내지 9의 조성물) 유지 온도가 상승함에 따라 유막 형성이 가속화 되는 것이 확인되었다. 특히, 온도를 30 ℃ 이상으로 온도를 상승시키는 경우 유막 형성 시간이 20 초 미만인 것으로 확인되었으며 이를 활용하면 3D 프린팅 공정 시간을 단축시킬 수 있을 것으로 판단된다. 다만 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 유지 온도가 30 ℃를 초과하더라도 유막형성 시간은 20 초 미만으로 거의 동일한 것으로 확인되었으며 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 온도가 40 ℃ 이상으로 상승하게 되면 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물에 포함된 아크릴계 모노머의 변질이 발생할 가능성이 있으므로 그 이하로 조절하는 것이 바람직한 것으로 확인되었다. As a result of the experiment, it was confirmed that the formation of the oil film was accelerated as the maintenance temperature of the zirconia slurry for 3D printing (the composition of Examples 8 to 9) increased. In particular, when the temperature was increased to 30°C or higher, the oil film formation time was confirmed to be less than 20 seconds, and it is judged that utilizing this can shorten the 3D printing process time. However, even if the maintenance temperature of the zirconia slurry for 3D printing exceeds 30°C, the oil film formation time was confirmed to be almost the same at less than 20 seconds, and when the temperature of the zirconia slurry for 3D printing rises to 40°C or higher, there is a possibility that the acrylic monomer included in the zirconia slurry composition for 3D printing will deteriorate, and therefore it was confirmed that it is desirable to control it to below that.

2) 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리를 이용한 DLP 3D 프린터 공정의 최적화2) Optimization of DLP 3D printer process using zirconia slurry for 3D printing

DLP 3D 프린팅을 진행하기 위해서는 다양한 공정 조건을 최적화하여야 한다. 상기 공정 조건에 따라 출력물의 출력 성공, 실패 및 공정 시간 등이 결정되므로 3D 출력이 가능하면서도 공정 시간이 가장 적게 소요되는 최적의 조건을 확립하는 것이 중요하다. In order to proceed with DLP 3D printing, various process conditions must be optimized. Since the success or failure of the output and the process time are determined based on the above process conditions, it is important to establish the optimal conditions that enable 3D printing while requiring the shortest process time.

(1) 제 1 노광 단계 조건의 확립(1) Establishment of first exposure stage conditions

제 1 노광 단계는 DLP 3D 프린터의 자외선 조사를 최대 출력으로 진행하여 조형판에 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 안정적 부착시켜 경화하는 공정이다. 제 1 노광 단계를 장시간 진행 할 경우 DLP 3D 프린터의 UV 엔진에 무리가 갈 수 있으므로 이를 최적화할 필요가 있다. 상기 제 1 노광단계를 통해 형성되는 제 1 노광 경화층은 둘 이상의 경화층으로 구성되며 경화층의 개수와 노광 시간을 조절하여 그 조건을 최적화 할 수 있다. 제 1 노광 단계의 노광 시간이 필요한 수준보다 짧게 설정될 경우 조형판에 출력물이 원활하게 부착되지 않아 3D 출력에 문제가 발생할 수 있다. 표 5는 본 발명의 제 1 노광 단계 조건에 따른 3D 출력결과를 정리한 결과를 보여준다. 표 5의 결과에서 사용한 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 상기 실시예 8 내지 9의 조성물이다. 노광 단계의 온도는 30 ℃로 설정하였으며 경화층의 두께는 0.025 ㎜로 설정하였다.The first exposure step is a process of stably attaching and curing the zirconia slurry composition for 3D printing to the build plate by irradiating the UV of the DLP 3D printer at maximum output. If the first exposure step is performed for a long time, the UV engine of the DLP 3D printer may be overloaded, so it is necessary to optimize it. The first exposure cured layer formed through the first exposure step is composed of two or more cured layers, and the conditions can be optimized by adjusting the number of cured layers and the exposure time. If the exposure time of the first exposure step is set shorter than the necessary level, the output may not be smoothly attached to the build plate, which may cause problems in 3D printing. Table 5 shows the results of organizing the 3D printing results according to the conditions of the first exposure step of the present invention. The zirconia slurry composition for 3D printing used in the results of Table 5 is the composition of Examples 8 to 9. The temperature of the exposure step was set to 30° C., and the thickness of the cured layer was set to 0.025 mm.

제 1 노광 단계First exposure stage 출력결과Output Results 노광 시간Exposure time UV 세기UV century 경화층 수Number of hardened layers 실시예 18Example 18 80 초80 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 실패failure 실시예 19Example 19 100 초100 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 실패failure 실시예 20Example 20 120 초120 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 실패failure 실시예 21Example 21 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 성공success

제 1 노광 단계의 경우, 경화층의 수와 노광 시간을 최적화하는 것이 중요하다. 본 발명에서는 제 1 노광 경화층의 수를 11 개로 설정한 후 노광 시간을 변화시켜 테스트를 진행하였다. 제 1 노광 단계의 노광 시간이 120 초 이하인 실시예 18 내지 20의 경우 조형판에 제 1 노광 경화층이 적절하게 형성되지 않아 출력이 실패하는 것으로 확인되었다. 이에 반하여 제 1 노광 단계의 노광 시간이 150 초인 실시예 21의 경우 조형판에 제 1 노광 경화층이 적절하게 형성되어 출력물이 잘 부착되었으므로 3D 출력이 성공한 것으로 수행된 것으로 확인되었다. 정리하면 제 1 노광 경화층은 경화층 당 평균 13.6 초의 노광 시간이 필요한 것으로 확인되었다. 따라서 본 발명에서는 UV 엔진을 무리하지 않으면서도 최적의 제 1 노광 경화층을 형성하는 조건은 경화층 당 평균 13 내지 15 초 동안 자외선을 조사(노광)하는 것으로 판단된다.For the first exposure step, it is important to optimize the number of curing layers and the exposure time. In the present invention, the number of first exposure curing layers was set to 11, and then tests were conducted by changing the exposure time. In the cases of Examples 18 to 20 where the exposure time of the first exposure step was 120 seconds or less, it was confirmed that the first exposure curing layer was not properly formed on the building plate, resulting in a failure in printing. In contrast, in the case of Example 21 where the exposure time of the first exposure step was 150 seconds, it was confirmed that the first exposure curing layer was properly formed on the building plate, resulting in a successful 3D printing since the output was well attached. In summary, it was confirmed that the first exposure curing layer requires an average exposure time of 13.6 seconds per curing layer. Therefore, in the present invention, it is determined that the condition for forming the optimal first exposure curing layer without straining the UV engine is to irradiate (expose) ultraviolet rays for an average of 13 to 15 seconds per curing layer.

(2) 제 2 노광 단계 조건 확립(2) Establishment of second exposure stage conditions

제 2 노광 단계는 제 1 노광 단계를 통해 형성한 제 1 노광 경화층에 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 도입한 후 이를 경화시켜 추가적인 경화층(제 2 노광 경화층)을 형성하는 단계를 의미한다. 표 6은 본 발명의 제 2 노광 단계의 조건에 따른 출력결과를 정리한 결과를 보여준다. 노광 단계의 온도는 30 ℃로 설정하였으며 경화층의 두께는 0.025 ㎜로 설정하였다.The second exposure step refers to a step of introducing a zirconia slurry composition for 3D printing into the first exposure cured layer formed through the first exposure step and then curing it to form an additional cured layer (second exposure cured layer). Table 6 shows the results of organizing the output results according to the conditions of the second exposure step of the present invention. The temperature of the exposure step was set to 30°C and the thickness of the cured layer was set to 0.025 mm.

제 1 노광 단계First exposure stage 제 2 노광 단계Second exposure stage 출력결과Output Results 노광 시간Exposure time UV 세기 UV century 경화층 수Number of hardened layers 노광 시간Exposure time UV 세기 UV century 경화층 수Number of hardened layers 실시예 22Example 22 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 8 초8 seconds 450 mW/㎝2 450 mW/cm 2 1 개1 piece 실패failure 실시예 23Example 23 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 10 초10 seconds 450 mW/㎝2 450 mW/cm 2 1 개1 piece 실패failure 실시예 24Example 24 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 12 초12 seconds 450 mW/㎝2 450 mW/cm 2 1 개1 piece 실패failure 실시예 25Example 25 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 450 mW/㎝2 450 mW/cm 2 1 개1 piece 성공success 실시예 26Example 26 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 650 mW/㎝2 650 mW/cm 2 1 개1 piece 부분 실패Partial failure 실시예 27Example 27 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 550 mW/㎝2 550 mW/cm 2 1 개1 piece 부분 실패Partial failure 실시예 28Example 28 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 250 mW/㎝2 250 mW/cm 2 1 개1 piece 실패failure 실시예 29Example 29 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 300 mW/㎝2 300 mW/cm 2 1 개1 piece 성공success 실시예 30Example 30 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 11 개11 pieces 14 초14 seconds 450 mW/㎝2 450 mW/cm 2 1 개1 piece 성공success

제 1 노광 시간의 경우 경화층 당 자외선을 조사하는 시간을 의미하며 설계에 따라 수 십 내지 수 백 층의 경화 시간에 대한 조건인 만큼 공정에 큰 영향을 끼치게 된다. 실시예 17 내지 20은 제 2 노광 단계의 UV 세기를 450 mW/㎝2으로 고정하고 경화층 1개에 대한 제 2 노광 시간을 조절하여 분석한 것이다. 실시예 23의 경우 조형판에 제 1 노광 경화층만이 확인될 뿐 출력물(제 2 노광 경화층)이 형성되지 않아 출력에 실패한 것으로 확인되었다. 실시예 23 및 24의 경우 제 1 노광 경화층에 제 2 노광 경화층이 형성되었으나 제 2 노광 경화층의 두께가 설계했던 수준보다 미흡한 것으로 확인되었다. 이는 제 2 노광 경화층의 경화가 불완전하였기 때문으로 판단된다. 이에 반하여 실시예 25의 경우 출력된 제 2 노광 경화층의 두께가 설계했던 수준과 동일한 것으로 확인되었으며 제 2 노광 경화층이 분리되어 떨어진 흔적도 발견되지 않는 것으로 보아 성공적으로 출력된 것으로 판단되었다. 상기 실시예 22 내지 25의 결과를 통해 UV를 450 mW/㎝2의 세기로 조사하는 경우 기본 노광 시간은 14 초 이상으로 조건을 설정하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.For the first exposure time, it refers to the time to irradiate ultraviolet rays per curing layer, and since it is a condition for the curing time of tens to hundreds of layers depending on the design, it has a great influence on the process. Examples 17 to 20 were analyzed by fixing the UV intensity of the second exposure step to 450 mW/cm 2 and adjusting the second exposure time for one curing layer. In the case of Example 23, it was confirmed that only the first exposure curing layer was confirmed on the building plate and the output (second exposure curing layer) was not formed, indicating a failure in printing. In the cases of Examples 23 and 24, the second exposure curing layer was formed on the first exposure curing layer, but the thickness of the second exposure curing layer was confirmed to be insufficient compared to the designed level. It is believed that this is because the curing of the second exposure curing layer was incomplete. In contrast, in the case of Example 25, it was confirmed that the thickness of the printed second exposure cured layer was the same as the designed level, and since no traces of the second exposure cured layer being separated were found, it was judged to have been printed successfully. Based on the results of the above Examples 22 to 25, it was judged that it is desirable to set the basic exposure time to 14 seconds or more when irradiating with UV at an intensity of 450 mW/cm 2 .

실시예 26 및 27은 제 2 노광 단계의 노광 시간을 14 초로 설정하고 UV 세기를 각각 650 mW/㎝2 및 550 mW/㎝2으로 설정하여 수행하였다. 실험 결과 실시예 26 및 27의 제 2 노광 경화층은 제 2 노광 경화층에 부착된 상태로 출력되었으나 UV 세기가 너무 강하여 설계 수준 이상의 경화가 관찰되었다. 경화층의 경화가 과도하면 성형 정밀도가 저하되므로 설계된 3D 출력물을 제조할 수 없게 되는 문제점이 있다.Examples 26 and 27 were performed by setting the exposure time of the second exposure step to 14 seconds and the UV intensity to 650 mW/cm 2 and 550 mW/cm 2 , respectively. As a result of the experiment, the second exposure cured layers of Examples 26 and 27 were output in a state of being attached to the second exposure cured layer, but the UV intensity was too strong, so that curing exceeding the design level was observed. If the curing of the cured layer is excessive, the molding precision deteriorates, which poses a problem in that the designed 3D output cannot be manufactured.

실시예 28은 제 2 노광 단계의 노광 시간을 14 초로 설정하고 UV 세기를 250 mW/㎝2으로 설정하여 수행하였다. 그 결과 제 2 노광 경화층의 경화가 불완전하여 제 1 노광 경화층으로부터 분리된 것으로 확인되었다. Example 28 was performed by setting the exposure time of the second exposure step to 14 seconds and the UV intensity to 250 mW/cm 2 . As a result, it was confirmed that the curing of the second exposure cured layer was incomplete and separated from the first exposure cured layer.

실시예 29 및 30은 제 2 노광 단계의 노광 시간을 14 초로 설정하고 UV 세기를 각각 300 mW/㎝2 및 450 mW/㎝2으로 설정하여 수행하였다. 그 결과 경화층이 설정한 대로 잘 형성된 것이 확인되었다.Examples 29 and 30 were performed with the exposure time of the second exposure step set to 14 seconds and the UV intensity set to 300 mW/cm 2 and 450 mW/cm 2 , respectively. As a result, it was confirmed that the cured layer was formed well as set.

(3) 경화층의 두께에 따른 노광 조건의 확립(3) Establishment of exposure conditions according to the thickness of the hardening layer

본 발명의 DLP 3D 프린팅은 장치 하부에서 UV를 조사하여 경화층이 조형판에 부착하는 방식이므로 조사한 UV가 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 투과하여 조형판에 안정적으로 도달하여 경화시키는 것이 매우 중요하다. Since the DLP 3D printing of the present invention is a method in which a cured layer is attached to a building plate by irradiating UV from the bottom of the device, it is very important that the irradiated UV penetrates the zirconia slurry composition for 3D printing and stably reaches the building plate to harden it.

경화층의 두께의 경우 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물의 분산성과 더불어 투과에 많은 영향을 주는 요소로 출력 조건에 따른 적절한 두께를 선정하여야만 성공적인 3D 출력이 진행될 수 있다. In the case of the thickness of the hardened layer, it is a factor that greatly affects the penetration as well as the dispersibility of the zirconia slurry composition for 3D printing, and so a proper thickness must be selected according to the printing conditions for successful 3D printing.

표 7은 경화층의 두께에 따른 최적의 노광 조건을 확인한 결과를 보여준다. 경화층의 두께는 제 1 노광 경화층 및 제 2 노광 경화층의 층 당 두께를 의미한다. 본 발명의 DLP 3D 프린터(캐리마 社의 IMC 모델)의 경우 두께를 0.025 ㎜, 0.05 ㎜, 0.1 ㎜로 설정하여 출력이 가능하다. 두께가 증가함에 따라 출력 공정 시간은 감소하지만 충분히 경화가 진행되도록 출력 조건의 설정이 필요하다.Table 7 shows the results of confirming the optimal exposure conditions according to the thickness of the curing layer. The thickness of the curing layer refers to the thickness per layer of the first exposure curing layer and the second exposure curing layer. In the case of the DLP 3D printer of the present invention (IMC model of Carima), output is possible by setting the thickness to 0.025 mm, 0.05 mm, and 0.1 mm. As the thickness increases, the output process time decreases, but it is necessary to set the output conditions so that curing proceeds sufficiently.

경화층의 두께Thickness of the hardened layer 제 1 노광 단계First exposure stage 제 2 노광 단계Second exposure stage 온도temperature 출력결과Output Results 경화층의 수Number of hardened layers 노광 시간Exposure time UV 세기 UV century 노광 시간Exposure time UV 세기 UV century 실시예 31Example 31 0.1 ㎜0.1mm 11 개11 pieces 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 14 초14 seconds 350 mW/㎝2 350 mW/cm 2 35 ℃35℃ 실패failure 실시예 32Example 32 0.05 ㎜0.05mm 11 개11 pieces 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 14 초14 seconds 350 mW/㎝2 350 mW/cm 2 35 ℃35℃ 실패failure 실시예 33Example 33 0.025 ㎜0.025mm 11 개11 pieces 150 초150 seconds 850 mW/㎝2 850 mW/cm 2 14 초14 seconds 350 mW/㎝2 350 mW/cm 2 35 ℃35℃ 성공success

실험결과 경화층의 두께를 0.1 ㎜ 또는 0.05 ㎜로 설정한 실시예 31 및 32의 경우 3D 출력물의 경화가 완전하지 않아 품질이 저하 된 것으로 확인되었으며 실시예 33의 경우 성공적으로 3D 출력물이 제조된 것으로 확인되었다.In the case of Examples 31 and 32, where the thickness of the hardened layer was set to 0.1 mm or 0.05 mm, it was confirmed that the quality of the 3D printed product was deteriorated due to incomplete hardening, while in the case of Example 33, it was confirmed that the 3D printed product was successfully manufactured.

3) 3D 출력물의 열거동 분석3) Enumeration analysis of 3D prints

본 발명의 3D 프린팅용 지르코나아 슬러리 조성물로 제조한 3D 출력물에 대하여 분당 0.5 ℃의 승온속도로 1200 ℃까지 승온하면서 열분해 거동을 분석하였다. 도 4는 본 발명의 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 이용하여 제조한 3D 출력물에 대한 열분해 거동을 분석한 결과를 보여준다. 열분해 거동 분석결과 170 ℃, 320 ℃, 400 ℃, 및 500 ℃에서 각 수지성분이 열분해 및 탈지되어 3D 출력물의 열중량이 감소하는 것으로 확인되었으며 각 온도에서 1시간씩 유지하며 바인더를 탈착한 결과 3D 출력물에 크랙이 발생하지 않는 것을 확인하였다. The thermal decomposition behavior of a 3D printed object manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention was analyzed while heating up to 1200°C at a heating rate of 0.5°C per minute. Fig. 4 shows the results of analyzing the thermal decomposition behavior of a 3D printed object manufactured using the zirconia slurry composition for 3D printing of the present invention. As a result of analyzing the thermal decomposition behavior, it was confirmed that each resin component was thermally decomposed and degreased at 170°C, 320°C, 400°C, and 500°C, thereby decreasing the thermal weight of the 3D printed object. In addition, it was confirmed that no cracks occurred in the 3D printed object when the binder was removed while maintaining it at each temperature for 1 hour.

본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. The specific embodiments described in this specification are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the present invention do not depart from the scope of the invention described in the claims of this specification.

Claims (7)

지르코니아 분말 및 열분해 온도가 150 내지 600 ℃인 광투과성 모노머 혼합물을 포함하는 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물을 제조하는 제 1 단계;
상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물과 온도조절장치가 장착된 슬러리 조성물 탱크 및 거칠기가 부여된 조형판을 구비한 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing) 3D 프린터를 이용하여 지르코니아 성형체를 제조하는 제 2 단계; 및
상기 지르코니아 성형체를 분당 0.3 내지 0.7 ℃의 승온속도로 20 ℃에서 1000 내지 1500 ℃까지 승온하여 열처리하므로 지르코니아 소결체를 제조하는 제 3 단계;를 포함하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A first step of preparing a zirconia slurry composition for 3D printing comprising zirconia powder and a light-transmitting monomer mixture having a pyrolysis temperature of 150 to 600°C;
A second step of manufacturing a zirconia molded body using a digital light processing 3D printer equipped with a slurry composition tank equipped with a temperature control device and a zirconia slurry composition for 3D printing and a roughened molding plate; and
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, comprising: a third step of manufacturing a zirconia sintered body by heat-treating the zirconia molded body by heating it from 20° C. to 1000 to 1500° C. at a heating rate of 0.3 to 0.7° C. per minute.
제 1 항에 있어서, 상기 3D 프린팅용 지르코니아 슬러리 조성물은 pH가 6 내지 8인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, characterized in that in claim 1, the zirconia slurry composition for 3D printing has a pH of 6 to 8.
제 1 항에 있어서, 상기 광투과성 모노머 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 520 ℃인 2 내지 6 종류의 광투과성 모노머의 혼합물이며 상기 광투과성 모노머는 열분해 온도가 40 내지 370 ℃의 차이를 보이는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, characterized in that in claim 1, the light-transmitting monomer mixture is a mixture of 2 to 6 kinds of light-transmitting monomers having a thermal decomposition temperature of 150 to 520°C, and the light-transmitting monomers have a thermal decomposition temperature difference of 40 to 370°C.
제 3 항에 있어서, 상기 광투과성 모노머 혼합물은 열분해 온도가 150 내지 190 ℃인 광투과성 모노머 수지; 열분해 온도가 300 내지 340℃인 광투과성 모노머 수지; 열분해 온도가 380 내지 420 ℃인 광투과성 모노머 수지; 및 열분해 온도가 480 내지 520 ℃인 광투과성 모노머 수지의 군으로부터 선택된 두 가지 이상의 광투과성 모노머 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, wherein in the third paragraph, the light-transmitting monomer mixture is a mixture of two or more light-transmitting monomer resins selected from the group consisting of a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 150 to 190°C; a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 300 to 340°C; a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 380 to 420°C; and a light-transmitting monomer resin having a thermal decomposition temperature of 480 to 520°C.
제 3 항에 있어서, 상기 광투과성 모노머 혼합물은 자외선이 투과하며 점도가 350 내지 450 cps인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, characterized in that in the third paragraph, the light-transmitting monomer mixture is transparent to ultraviolet rays and has a viscosity of 350 to 450 cps.
제 1 항이 있어서, 상기 온도조절장치는 슬러리 조성물 탱크의 온도를 30 내지 40 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하며 상기 조형판은 거칠기가 30 내지 90 방인 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, wherein the temperature control device is characterized in that the temperature of the slurry composition tank is maintained at 30 to 40° C., and the forming plate has a roughness of 30 to 90.
제 1 항에 있어서 상기 지르코니아 성형체는 승온하여 열처리하는 과정에서 상기 광투과성 모노머 혼합물에 포함된 광투과성 모노머가 열분해 온도에 따라 단계적으로 탈지되므로 지르코니아 소결체에 크랙이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 3D 프린터를 이용한 지르코니아 소결체 제조방법.
A method for manufacturing a zirconia sintered body using a 3D printer, characterized in that in the first paragraph, the zirconia molded body is heat-treated by increasing the temperature, and thus the light-transmitting monomer included in the light-transmitting monomer mixture is gradually degreased according to the thermal decomposition temperature, so that cracks do not occur in the zirconia sintered body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100808954B1 (en) 2000-02-08 2008-03-04 훈츠만 어드밴스트 머티리얼스(스위처랜드)게엠베하 Liquid, radiation-curable composition, especially for stereolithography
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