특허 개요
본 특허는 빛으로 굳히는 3D 프린팅으로 세라믹 내부의 기공 크기와 연결 구조를 제어하는 멀티스케일 다공성 세라믹 지지체 제조 기술입니다. 상온에서 캠핀을 잘 녹이는 TEGDMA와 용해도가 낮은 PEGDA를 혼합한 포토폴리머에 세라믹 분말을 넣고, 저온 베드에서 캠핀을 상분리·결정화하는 열적 유도 상분리와 DLP 광경화를 결합합니다. 이후 동결건조와 열처리·소결을 거쳐 설계된 3D 프린팅 기공, 캠핀 유래 연결 마이크로 기공 및 소결 조건에 따른 나노 기공을 함께 형성합니다.
- 핵심 기능
TEGDMA와 PEGDA의 혼합비로 캠핀의 용해 및 결정화 거동을 조절해, 캠핀 함량이 달라져도 일정 범위의 결정화 온도에서 슬러리를 운용합니다. 저온 베드에서 캠핀을 고화한 뒤 405 nm 광경화로 형상을 적층하고, 캠핀 제거와 소결을 통해 연결된 다공성 세라믹 구조체를 제조합니다.
- 차별 강점
기존 캠핀 동결주조는 캠핀을 녹여 액상으로 유지하기 위한 가열과 공정 장비가 필요했고, 캠핀 함량 변화에 따라 상분리 온도와 프린팅 조건이 달라질 수 있었습니다. 본 기술은 캠핀 용해도가 다른 혼합 포토폴리머를 사용해 상온 슬러리 제조와 상분리 온도 조절을 함께 구현하며, 반고체 캠핀이 적층 중 구조를 지지해 일정 수준 이상의 오버행 구조에서 별도 서포터 필요성을 줄입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 골 대체용 생체재료, 이온 배터리, 필터, 촉매 지지체, 약물 전달체 및 에너지·화학용 다공성 세라믹 부품 연구에 활용 가능하며, 기공 구조와 복잡 형상을 함께 설계하는 개발 과제로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 맞춤형 의료·치과용 보철물·임플란트, 고성능 세라믹 부품, 3D 프린팅 소재 및 장비 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
TEGDMA·PEGDA·캠핀·알루미나 기반 광경화성 슬러리에 대해 열분석, 미세구조 관찰 및 마이크로 CT 평가를 수행해 캠핀 상분리와 연결 기공 형성을 확인했습니다. 소결 후에도 수～수십 ㎛ 수준의 기공 구조와 전체 프린팅 형상이 유지되는 것을 확인했으나, 용도별 기계적 물성·장기 내구성 및 양산 재현성은 제시되지 않았습니다.
- 시료: TEGDMA·PEGDA·캠핀·알루미나 기반 광경화성 슬러리 및 DLP 프린팅 다공성 세라믹 지지체
- 비교 조성: TEGDMA 단독 포토폴리머 및 HDDA·UDMA·glycerin 기반 조성
- 공정 조건: 캠핀 30·40·50 vol%, 405 nm DLP 광경화, 1550℃ 소결 및 1350℃·1450℃·1550℃ 최종 열처리
현재 성과
캠핀에 의해 수지상 미세 기공이 형성되며, 캠핀 함량에 따라 구조체 내부와 외부까지 연결된 개방형 기공 구조가 확인됐습니다. 열처리 조건으로 세라믹 치밀화 정도를 조절하면서 수십～수백 nm 수준의 기공 형성도 제시했습니다.
캠핀 30·40·50 vol% 조성에서 혼합 포토폴리머 슬러리의 캠핀 상분리 온도를 확인했습니다. DSC·TGA와 미세구조 관찰, 마이크로 CT를 활용해 상분리 거동, 소결 후 기공 유지 및 구조 건전성을 평가했습니다.
TEGDMA는 상온에서 캠핀을 약 70 중량%까지 용해하고 PEGDA는 약 10 중량%까지 용해하는 차이를 보입니다. 두 포토폴리머의 혼합비를 활용해 캠핀 함량 변화에도 결정화 온도를 조절하는 점이 핵심이며, 단일 포토폴리머 사용 시 상분리 온도가 조성에 따라 크게 변하는 한계를 보완합니다.
상용화까지 남은 부분
실제 적용 분야별 기계적 물성 및 장기 내구성 검증
대면적·복잡 형상 구조체 제조 시 기공 구조와 치수의 재현성 검증
양산 규모 공정에서의 슬러리 품질 관리, 공정 안정성 및 소결 조건 최적화
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
마이크로 기공 제어를 위한 캠핀/혼합 포토폴리머 용액 기반 광경화 방식의 다공성 세라믹 3D 프린팅 기술 및 제조된 구조체
10-2022-0142749 (2022.10.31)
1020240063278 (2024.05.10)
1028218460000 (2025.06.12)
고영학, 최규빈
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단