[논문]광경화성 레진의 성분 변화에 대한 소수성 표면 제작을 위한 공정 조건

홍성호; 우흥식

doi:10.9725/kts.2020.36.5.267

광경화성 레진의 성분 변화에 대한 소수성 표면 제작을 위한 공정 조건
Process Conditions for the Fabrication of Hydrophobic Surfaces with Different Photo-curable Resins 원문보기

한국트라이볼로지학회지 = Tribology and lubricants, v.36 no.5, 2020년, pp.267 - 273

홍성호 (동국대학교 창의융합공학부 기계시스템공학전공) , 우흥식 (동국대학교 창의융합공학부 안전공학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

This study experimentally investigates hydrophobic surfaces fabricated via additive manufacturing. Additive manufacturing, commonly known as 3D printing, is the process of joining materials to fabricate parts from 3D model data, usually in a layer-upon-layer manner. Digital light processing is used to fabricate hydrophobic surfaces in this study. This method uses photo-curable resins and ultraviolet (UV) sources. Moreover, this technique generally has faster shaping speeds and is advantageous for the fabrication of small components because it enables the fabrication of one layer at a time. Two photo-curable resins with different compositions are used to fabricate micro-patterns of hydrophobic surfaces. The resins are composed of a photo-initiator, monomer, and oligomer. Experiments are conducted to determine suitable process conditions for the fabrication of hydrophobic surfaces depending on the type of resin. The most important factors affecting the process conditions are the UV exposure time and slice thickness. The fabrication capability according to the process conditions is evaluated using the side and top views of the micro-patterns observed using a microscope. The micro-patterns are collapsed and intertwined when the exposure time is short because sufficient light (heat) is not applied to cure the photo-curable resin with a given slice thickness. On the other hand, the micro-patterns are attached to each other when the exposure time is prolonged because the over-curing time can cure the periphery of a given shape. When the slice is thicker, the additional curing area is enlarged in each slice owing to the straightness of UV light, and the slice surface becomes rough.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Lotus, Salvinia and Petal effect.
그림 Fig. 2. Methods of additive manufacturing.
그림 Fig. 3. Process of stereolithography apparatus (SLA) and digital light processing (DLP) [20-21, 23]. (a) SLA process (b) DLP process
그림 Fig. 4. Curing process of SLA and DLP [22-23]. (a) SLA process (b) DLP process
그림 Fig. 5. Micro-pattern. (a) salvinia structures (b) shape of one pattern (c) perspective view of patterns (d) top view of patterns
표 Table 1. Specification of DLP
표 Table 2. Composition of photo-curable resins.
그림 Fig. 6. Fabrication of micro-pattern with resin-1 with variation of slice thickness and exposure time. (a) slice thickness = 25 μm (b) slice thickness = 50 μm (c) slice thickness = 75 μm
표 Table 3. Slice thickness and exposure time.
그림 Fig. 7. Fabrication of micro-pattern with resin-2 with variation of slice thickness and exposure time. (a) slice thickness = 25 μm (b) slice thickness = 50 μm (c) slice thickness = 75 μm
그림 Fig. 8. Exposure time condition with variation of resin and slice thickness.
그림 Fig. 9. Side view of micro-pattern with resin-1. (a) slice thickness = 50 μm (b) slice thickness = 75 μm
그림 Fig. 10. Extra curing area with variation of slice thickness.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 광경화성 레진을 이용하여 소수성 표면을 제작하는 과정에서 레진의 종류에 따라 적절한 공정 조건을 파악하는 연구를 수행하였다. 공정에서 중요한 인자는 slice thickness와 UV exposure time 임을 파악하고 2가지 레진에 대해 그 경향을 파악하였다.
본 연구에서는 광경화성 레진을 이용하여 적층 구조물을 만드는 방법 중에 하나인 DLP로 다양한 조건에서 소수성 표면을 제작한 뒤, 광학현미경으로 구조물의 형상을 살펴 제작물의 완성도를 평가하고 그 공정 조건을 파악하고자 한다.
적층 제조 방법을 이용하여 마이크로 패턴을 제작하는 과정에서 다양한 레진에 대해 slice thickness의 변화에 의한 적당한 exposure time을 파악하기 위해서는 많은 실험이 필요하겠지만, 본 연구에서는 몇가지 경우를 통해 그 경향을 파악하고자 하였다. 따라서 주로 많이 사용되는 2가지 레진을 이용하여 소수성 표면을 만드는 공정 조건을 파악하기 위한 실험만을 수행하였다.

제안 방법

Slice thickness는 25 µm, 50 µm, 75 µm 3가지 경우이고 exposure time은 레진의 성분에 따라 그 범위를 다르게 설정하였다.
본 연구에서는 광경화성 레진을 이용하여 소수성 표면을 제작하는 과정에서 레진의 종류에 따라 적절한 공정 조건을 파악하는 연구를 수행하였다. 공정에서 중요한 인자는 slice thickness와 UV exposure time 임을 파악하고 2가지 레진에 대해 그 경향을 파악하였다. Slice thickness가 증가하면 적절한 exposure time은 대체적으로 비례함을 확인하였다.
적층 제조 방법을 이용하여 마이크로 패턴을 제작하는 과정에서 다양한 레진에 대해 slice thickness의 변화에 의한 적당한 exposure time을 파악하기 위해서는 많은 실험이 필요하겠지만, 본 연구에서는 몇가지 경우를 통해 그 경향을 파악하고자 하였다. 따라서 주로 많이 사용되는 2가지 레진을 이용하여 소수성 표면을 만드는 공정 조건을 파악하기 위한 실험만을 수행하였다. 그 결과 Fig.

대상 데이터

제작하는 한 층(layer)의 두께를 나타내는 slice thickness와 한 층을 경화하는데 UV를 노출하는 시간인 exposure time이 구조물을 제작하는데 중요하다. 본 연구에서는 Table 2에 명시된 2개의 광경화성 레진들을 이용하여 Table 3와 같은 공정 조건에 대해 제작을 하였다. Slice thickness는 25 µm, 50 µm, 75 µm 3가지 경우이고 exposure time은 레진의 성분에 따라 그 범위를 다르게 설정하였다.

이론/모형

소수성 표면은 광경화성 레진을 이용하여 적층 제조하며 면 단위의 경화를 하는 DLP 방법을 이용하였다. 이 때 사용된 DLP 장치의 사양은 Table 1와 같다.

성능/효과

공정에서 중요한 인자는 slice thickness와 UV exposure time 임을 파악하고 2가지 레진에 대해 그 경향을 파악하였다. Slice thickness가 증가하면 적절한 exposure time은 대체적으로 비례함을 확인하였다. 또한 slice thickness가 큰 경우에는 적층된 옆면의 형상이 CAD의 형상과 차이가 나는 원인을 파악하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	적층 제조조의 장점은?	그 외에도 적층하여 만드는 적층 제조(AM, additive manufacturing) 기법들을 활용하여 소수성 표면을 제작할 수 있다. 적층 제조 방법을 이용하면 기존의 마이크로 구조물을 제작 하는 방법에서는 구현하기 힘든 곡면과 같은 복잡한 형상을 가진 구조물을 가공할 수 있다. 적층 제조 방법에는 Fig.
	꽃잎효과는 어떤 특성을 가지고 있는가?	마지막으로 꽃잎 효과(petal effect)는 표면의 거칠기(roughness)으로 인해 소수성뿐만 아니라 물과의 강한 점착력(adhesion force)을 나타난다. 꽃잎효과는 큰 접촉각을 유지하면서도 강한 점착력으로 작은 물방울이 미끄러지지 않게 하는 특성을 가지고 있다. 그래서 이 꽃잎 효과는 물을 기름으로부터 용이하게 분리시키는 유수분리기에 많이 활용된다[1-2].
	vat photo-polymerization이란 어떤 방법인가?	이 중에서 소수성 표면에 적합한 방법은 vat photo-polymerization이다. 이 방법은 광경화성 레진을 이용하여 UV 같은 광원을 통해 원하는 형상으로 경화시키는 적층 제조 방법으로 DLP(Digital Light Processing)와 SLA(Stereolithography Apparatus)가 있다. DLP와 SLA은 Fig.

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Hong, S. H., "Fabrication of hydrophobic surfaces with stereolithography", Tribol. Lubr., submitted, 2020.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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