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광경화 나노 실리카 잉크의 합성 및 잉크젯 프린팅 적층 특성평가
Formulation and ink-jet 3D printability of photo curable nano silica ink 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.29 no.6, 2019년, pp.345 - 351  

이제영 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터) ,  이지현 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터) ,  박재현 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터) ,  남산 (고려대학교 신소재공학부) ,  황광택 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터) ,  김진호 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터) ,  한규성 (한국세라믹기술원 도자기술융합센터)

초록
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디지털 잉크젯 프린팅 기술은 고해상도, 빠른 인쇄 속도, 높은 잉크 효율과 같은 장점과 함께 다양한 소재 적용이 용이하여 반도체, 디스플레이, 세라믹 타일 등의 산업 분야에서 주목을 받고 있다. 최근에는 전통적인 잉크 소재에서 벗어나 우수한 내열성, 내광성, 내화학성 등을 보이는 기능성 소재도 잉크젯 프린팅 공정에 적용하려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 특히 2차원 인쇄뿐만 아니라 3차원 적층인쇄에 관한 연구도 시작되고 있으며 이를 위해서는 토출되는 잉크의 유변학적 물성과 프린트되는 기판과의 상호작용를 제어하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 나노 실리카 입자가 포함된 광경화성 세라믹 잉크를 합성하고 잉크의 물성과 프린팅 기판의 표면특성을 제어하였다. 나노 실리카 입자가 포함된 광경화성 세라믹 잉크의 퍼짐현상을 억제하고 기판과의 접촉각 특성을 개선함으로써 결과적으로 프린팅 해상도 및 적층성을 향상시켰으며 잉크젯 프린팅을 이용한 광경화 나노 실리카 잉크의 3D 프린팅에 대한 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, ink-jet printing technology has been applied for various industries such as semiconductor, display, ceramic tile decoration. Ink-jet printing has advantages of high resolution patterning, fast printing speed, high ink efficiency and many attempts have been made to apply functional material...

주제어

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  •  나노 실리카 잉크에 수계 용매를 첨가함으로써 PFTS로 처리된 기판에서의 소수성 효과를 극대화하고자 하였다.
  • 광경화성 나노 실리카 잉크의 인쇄 적층 성을 향상시키기 위해 distilled water를 첨가하여 수계 복합 나노 실리카 잉크를 제조하였으며 소수성으로 표면 개질된 기판에서 접촉각 특성을 개선시키고자 하였다. 수계 복합 나노 실리카 잉크의 경우 기존의 나노 실리카 잉크에 distilled water와 모노머를 첨가해준 후 서로 다른 극성을 가진 두 물질을 융합해주기 위하여 음이온성 계면활성제인 alkyldiphenyloxide disulfonate(PROCHEM)을 첨가하여 sonicator(UW-3100, Bandelin electronics)를 이용하여 10분 동안 분산하였다.
  • 본 논문에서는 나노 실리카 입자와 광경화성 모노머를 기반으로 잉크를 합성하고 잉크젯 프린팅 공정에 적용이 가능하도록 유변학적 거동 및 프린트 헤드에서의 토출 거동을 최적화하였다. 특히 합성된 광경화 나노 실리카 잉크를 적용하여 잉크젯 프린팅 공정에서의 적층 성을 향상시키기 위해 나노 실리카 잉크와 프린팅 기판의 상호 작용을 제어함으로써 잉크 퍼짐 현상을 억제하고 결과적으로 프린팅 특성에 미치는 영향에 대해 분석하였다.
  • 본 연구에서는 나노 실리카 입자와 광 경화 모노머를 이용하여 잉크젯 3D 프린팅에 적용 가능한 광 경화 나노 실리카 잉크를 합성하고 잉크젯 프린팅을 이용한 적층 특성에 대해 분석하였다. 합성된 광 경화 나노 실리카 잉크의 적층 성 향상을 위해 음 이온성 계면활성제를 이용하여 수계 용매와 광 경화 모노머를 복합화하여 소수성으로 표면 개질된 프린팅 기판에서의 접촉각 특성을 개선한 결과 접촉각이 20.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
잉크젯 프린팅 기술이 적용 연구되고 있는 분야는? 디지털 프린팅 공정은 기존의 전통적인 그래픽 프린팅 방식인 그라 비아, 스크린, 오프셋 프린팅 기술과는 다르게 패턴이나 이미지를 출력하기 위한 디자인 원판이 요구되지 않으며 소프트웨어에 의해 디지털화된 패턴 및 이미지 데이터를 프린터로 전송함으로써 기판에 출력하는 기술이다. 그중에서도 잉크젯 프린팅 기술은 미세한 잉크 액적을 비접촉식으로 기판에 토출함으로써 고해상도의 패턴과 이미지를 구현할 수 있어 기존의 가정용, 사무용 영역뿐만 아니라 LED, 전자 회로 프린팅과 같은 전자 디바이스 제작, 세포 패터닝, 바이오 칩, 바이오센서, 조직 공학과 같은 바이오 프린팅, 촉매 프린팅, 패키징, 건축용 세라믹 타일 장식 프린팅 등에 내우 광범위 하게 적용 연구가 진행되고 있다. 또한 이에 상응하는 새로운 잉크젯 프린팅용 잉크 소재의 개발에 대해서도 수요가 점점 증가하고 있다[1,2].
광중합 방식은 어느분야에서 활용되고 있나? 광중합 방식은 매우 짧은 시간에 고체 중합체로의 중합 반응이 진행되는 특징을 가지고 있으며, 낮은 에너지에서도 반응이 진행되고 최종 기물의 유연성 및 표면 특성을 조절할 수 있는 장점들을 갖추고 있다. 이러한 장점 때문에 광중합은 필름, 코팅, 잉크, 접착제 그리고 현재는 3D 프린팅 공정에서 아주 활발하게 활용되고 있다[3].
디지털 프린팅 공정이란 무엇인가? 디지털 프린팅 공정은 기존의 전통적인 그래픽 프린팅 방식인 그라 비아, 스크린, 오프셋 프린팅 기술과는 다르게 패턴이나 이미지를 출력하기 위한 디자인 원판이 요구되지 않으며 소프트웨어에 의해 디지털화된 패턴 및 이미지 데이터를 프린터로 전송함으로써 기판에 출력하는 기술이다. 그중에서도 잉크젯 프린팅 기술은 미세한 잉크 액적을 비접촉식으로 기판에 토출함으로써 고해상도의 패턴과 이미지를 구현할 수 있어 기존의 가정용, 사무용 영역뿐만 아니라 LED, 전자 회로 프린팅과 같은 전자 디바이스 제작, 세포 패터닝, 바이오 칩, 바이오센서, 조직 공학과 같은 바이오 프린팅, 촉매 프린팅, 패키징, 건축용 세라믹 타일 장식 프린팅 등에 내우 광범위 하게 적용 연구가 진행되고 있다.
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참고문헌 (17)

  1. B.J. De Gans, P.C. Duineveld and U.S. Schubert, "Inkjet printing of polymers: state of the art and future developments", Adv. Mater. 16 (2004) 203. 

  2. H.S. Koo, M. Chen, P.C. Pan, L.T. Chou, F.M. Wu, S.J. Chang and T. Kawai, "Fabrication and chromatic characteristics of the greenish LCD colour-filter layer with nano-particle ink using inkjet printing technique", Displays. 27 (2006) 124. 

  3. C. Check, R. Chartoff and S. Chang, "Inkjet printing of 3D nano-composites formed by photopolymerization of an acrylate monomer", Reactive and Functional Polymers. 97 (2015) 116. 

  4. J.B. Szczech, C.M. Gamota and J. Zhang, "Fine-line conductor manufacturing using drop-on demand PZT printing technology", IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing 25 (2002) 26. 

  5. H.S. Koo, M. Chen, P.C. Pan, L.T. Chou, F.M. Wu and S. Chang, "Fabrication and chromatic characteristics of the greenish LCD colour-filter layer with nano-particle ink using inkjet printing technique", Displays. 27 (2006) 124. 

  6. S.K. Song, J.H. Hwang and K.R. Ha, "Spectroscopic analysis of silica nanoparticles modified with silane coupling agent", Korean Chem. Eng. Res. 49 (2011) 181. 

  7. J.W. Lee, S. Nahm, K.T. Hwang, J.H. Kim and K.S. Han, "The effect of silica composite properties on DLP-stereolithography based 3D printing", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 29 (2019) 54. 

  8. D. Gardini, M. Blosi, C. Zangelli and M. Dondi, "Ceramic ink-jet printing for digital decoration: physical constraints for ink design", J. Nanosci. Nanotechnol. 15 (2015) 3552. 

  9. Y. Son, C. Kim, D. Yang and D.J Ahn, "Spreading of an inkjet droplet on a solid surface with a controlled contact angle at low Weber and Reynolds numbers", Langmuir. 24 (2008) 2900. 

  10. J.H. Oh and S.Y. Lim, "Precise size control of inkjetprinted droplets on a flexible polymer substrate using plasma surface treatment", J. Micromech. Microeng. 20 (2009) 015030. 

  11. Y. Guo, H.s. Patanwala and B. Bognet, "Inkjet and inkjet-based 3D printing: connecting fluid properties and printing performance", Rapid Prototyp. J. 23 (2017) 562. 

  12. E. Saleh, P. Woolliams, B. Clarke and A. Gregory, "3D inkjet-printed UV-curable inks for multi-functional electromagnetic applications", Additive Manufacturing 13 (2017) 143. 

  13. B. Derby, "Inkjet printing of functional and structural materials: fluid property requirements, feature stability, and resolution", Annual Review of Materials Research 40 (2010) 395. 

  14. J.W. Kwon, J.H. Lee, K.T. Hwang, J.H. Kim and K.S. Han, "Rheological behavior and ink-jet printing characteristics of aqueous ceramic complex ink", J. Korean Cryst. Growth Cryst. Technol. 28 (2018) 123. 

  15. K.C. Wu and J.W. Halloran, "Photopolymerization monitoring of ceramic stereolithography resins by FTIR methods", J. Mater. Sci. 40 (2005) 71. 

  16. K.C. Wu and J.W. Halloran, "Ceramic stereolithography: additive manufacturing for ceramics by photopolymerization", Annual Review of Materials Research 46 (2016) 19. 

  17. X. Zhang, X.N. Jiang and C. Sun, "Micro-stereolithography of polymeric and ceramic microstructures", Sensors and Actuators A: Physical. 77 (1999) 149. 

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