특허 개요
본 특허는 광경화성 세라믹 슬러리를 정밀 도포하고 선택적으로 빛을 조사해 세라믹 성형체를 만드는 온도·습도 제어형 세라믹 3D 프린터 장치입니다. 상하 이동식 베드 위에 압출 주사기와 진행면 곡면·반대면 함몰면을 갖는 닥터 블레이드가 탑-다운 테이프 캐스팅(top-down tape casting) 방식으로 슬러리 층을 형성하고, DLP 방식 경화부가 설계 형상만 선택 광경화합니다. 베드의 열전 제어로 캠핀의 열적 유도 상분리(thermal-induced phase separation)를 유도하며, 흡착판·팬·블레이드 세척 장비·진동 모터로 수분 및 증기 흡착, 슬러리 침전, 블레이드 부착을 줄이도록 구성됩니다.
- 핵심 기능
압출 주사기가 광경화성 세라믹 슬러리를 공급하면 닥터 블레이드가 이동하면서 슬러리를 균일한 층으로 도포하고, 베드는 층별로 이동합니다. 베드와 챔버의 온도·습도를 제어한 상태에서 경화부가 필요한 영역을 선택 광경화하여 성형체를 만들며, 비경화 영역도 캠핀 기반 열적 유도 상분리로 적층 중 형상을 유지하도록 합니다.
- 차별 강점
기존 열적 유도 상분리 기반 프린팅은 적층 높이와 주변 온도 변화에 따른 기공 구조 변동, 수분·기공제 흡착, 세라믹 분말 침전 및 블레이드 부착 문제가 있었습니다. 본 특허는 환경 제어 챔버, 열전 제어 베드, 흡착판·팬, 진동 압출 및 세척 가능한 초경합금 블레이드를 통합해 층 형성 조건과 적층 균일성을 함께 관리하는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 계층적 다공성 세라믹 지지체, 복잡 형상 세라믹 부품, 다공성 바이오세라믹 구조체 및 열적 유도 상분리 기반 적층제조 분야에 활용 가능하며, 치과·의료용 맞춤형 세라믹 성형체 연구에도 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 세라믹 3D 프린터 장비, 광경화성 세라믹 소재, 치과용 보철물·임플란트 제조 및 고성능 세라믹 부품 생산 분야로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
본 장치로 제조한 세라믹 성형체의 절단면을 SEM으로 관찰하고, 팬 유무 및 송풍 세기에 따라 기공 구조와 결함 양상이 달라짐을 비교했습니다. 대면적 출력, 장기 운전 내구성, 반복 출력 재현성, 소결 후 물성 및 실제 부품 환경 성능은 문서에서 정량적으로 확인되지 않습니다.
- 시료: 본 장치로 제조한 세라믹 성형체의 절단면
- 평가 방법: SEM 기반 기공 구조 및 결함 관찰
- 비교 조건: 정상 송풍 대비 무송풍·미약 송풍·과도 송풍
현재 성과
팬 송풍 세기에 따라 세라믹 슬러리 적층 구조물의 결함 제거 또는 기공 구조 변화를 유도할 수 있음을 제시했습니다. 무송풍, 미약 송풍 또는 과도 송풍 조건에서는 심한 결함이 발생하거나 기공 구조가 달라질 수 있어, 송풍 조건이 출력 품질에 영향을 미치는 것으로 확인되었습니다.
본 장치로 제조한 세라믹 성형체의 절단면을 SEM으로 관찰해 성형체와 내부 기공 구조를 제시했습니다. 정상 송풍 조건을 기준으로 팬 유무와 송풍 세기를 달리하는 비교를 수행해 공정 조건 변화에 따른 결과를 확인했습니다.
온도·습도 제어 챔버에서 압출과 닥터 블레이드 이동을 동기화하고, 선택적 광경화와 열적 유도 상분리를 결합한 장치 구성입니다. 흡착판·팬·진동 모터·블레이드 세척 장비를 함께 적용해 수분 및 증기 흡착, 분말 침전, 블레이드 부착 문제를 줄이도록 한 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 세라믹 성형체 출력 조건과 출력 품질의 검증
장기 운전 내구성 및 반복 출력 재현성 검증
소결 후 물성 및 실제 부품 사용 환경에서의 성능 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
3D 프린터 장치
10-2022-0105588 (2022.08.23)
1020240027925 (2024.03.05)
1028311870000 (2025.07.03)
고영학, 최규빈, 김규남
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단