KR101552432B1

KR101552432B1 - Three dimension patterning apparatus using contact patterning and patterning method using the same

Info

Publication number: KR101552432B1
Application number: KR1020140038870A
Authority: KR
Inventors: 변도영; 부닷귀엔; 장용희
Original assignee: 엔젯 주식회사; 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-09-21

Abstract

The present invention relates to a three-dimensional patterning apparatus using contact patterning to stack a plurality of pattern layers in order into a three-dimensional object. The three-dimensional patterning apparatus using contact patterning comprises: a base plate part; a nozzle part to supply fluid to the base plate part or to a top of a pattern layer on the base plate part in an electrohydrodynamic ink-jet manner; a voltage application part to apply a voltage to a surface of the fluid supplied from the nozzle part to allow the fluid applied between the base plate part and the nozzle part or between the pattern layer and the nozzle part to be stacked on the base plate part or on the top of the pattern layer; and a control part to adjust a level of the voltage applied to the fluid to allow the fluid to be patterned while applied to the base plate part or the top of the pattern layer on the base plate part.

Description

접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법{THREE DIMENSION PATTERNING APPARATUS USING CONTACT PATTERNING AND PATTERNING METHOD USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional patterning device using contact-type patterning, and a patterning method using the same. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수백 마이크로미터 내지는 수백 나노미터의 3차원 입체물을 패터닝할 수 있는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional patterning apparatus using contact type patterning and a patterning method using the same, and more particularly, to a three-dimensional patterning apparatus using contact patterning capable of patterning a three-dimensional solid object of several hundreds of micrometers to several hundreds of nanometers And a patterning method using the same.

최근에는 2차원 프린터(2D printer) 뿐만 아니라 3차원의 입체물을 프린팅할 수 있는 3차원 프린터(3D printer)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, a 3D printer capable of printing three-dimensional objects as well as a two-dimensional printer has been actively studied.

여기서, 3차원 프린터는 설계 데이터에 따라 액체 또는 파우더 형태의 폴리머(수지), 금속 등의 재료를 가공·적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장비이다. Here, the three-dimensional printer is a device for manufacturing three-dimensional objects by stacking materials such as polymer (resin) and metal in the form of liquid or powder in a processing-layer-by-layer manner according to design data.

이는, 3차원 CAD에 따라 생산하고자 하는 형상을 레이저와 파우더 재료를 활용하여 신속 조형하는 기술을 의미하는 RP(Rapid Prototyping)에서 유래되었다. 입체형상의 재료를 기계가공 또는 레이저를 이용하여 자르거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 반대되는 개념이다.This is derived from Rapid Prototyping (RP), which means rapid prototyping using shapes of laser and powder materials to produce according to 3D CAD. Contrary to Subtractive Manufacturing, which produces stereoscopic materials by cutting or shaving stereoscopic materials using machining or laser.

현재까지 다양한 3차원 프린터가 개발되었으며 그 중에서 FDM(Fused Deposition Modeling)이 대표적인 방법이다. FDM(Fused Deposition Modeling)은 가는 필라멘트 형태의 열가소성물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하는 방식으로 적층한다. 노즐은 플라스틱을 녹일 수 있을 정도의 고열을 발산하며 플라스틱은 상온에서 경화될 수 있어야 한다. 3차원 프린터를 구현하는 다른 방식에 비해 장치의 구조와 작동방식이 간단하기 때문에 장비 가격과 유지보수 비용이 낮다는 장점이 있다.A variety of 3D printers have been developed to date, among which FDM (Fused Deposition Modeling) is a typical method. FDM (Fused Deposition Modeling) stacks thin filament-type thermoplastic materials in a nozzle in a thin film form. The nozzles radiate high heat enough to melt the plastic and the plastic must be able to cure at room temperature. Compared to other methods of implementing a 3D printer, the structure and operation of the device is simple, which has the advantage of lower equipment cost and maintenance cost.

그러나, 노즐을 통하여 용융된 재료를 사출하여 형상을 제조하기 때문에 프린팅 구조의 정밀도가 제한적이며, 조도가 떨어진다는 단점이 존재한다.However, there is a disadvantage in that the precision of the printing structure is limited and the illuminance is degraded because the shape is manufactured by injecting molten material through the nozzle.

또한, 사용가능한 재료 범위가 플라스틱에 한정된다는 단점도 존재한다.In addition, there is a disadvantage that the available material range is limited to plastics.

이를 위해, 금속 재료를 이용한 3차원 구조물을 가공하기 위해 베드를 만들고 베드 안에 금속 파우더들을 레이저로 소결하는 방식을 적용하고 있지만, 모든 면적에 대해 균일하게 소성하는 문제점이 발생한다.For this purpose, a method of forming a bed and sintering a metal powder in a bed by using a laser for processing a three-dimensional structure using a metal material is applied, but there arises a problem of uniformly sintering all areas.

따라서, 현재까지 알려진 바에 따르면 최소 정밀도가 통상 수십 마이크로미터 정도로 제한된다.Thus, to date, the minimum precision is usually limited to a few tens of micrometers.

더불어 노즐의 움직임만으로는 다양한 크기의 패턴을 용이하게 구현하는 것이 어렵다는 단점도 존재한다.In addition, there is also a disadvantage that it is difficult to easily implement patterns of various sizes only by the movement of the nozzle.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3차원 입체물을 수백 마이크로미터 내지는 수백 나노미터 정도의 정밀도로 가공할 수 있는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법을 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve such conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning capable of processing a three-dimensional solid object with accuracy of several hundred micrometers to several hundreds of nanometers, Method.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 복수의 패턴층을 순차적으로 적층하여 3차원 입체물을 제작하는 3차원 패터닝 장치에 있어서, 기판부; 전기수력학적 잉크젯 방식(Electrohydrodynamic ink jet)에 의해 상기 기판부 또는 상기 기판부 상에 형성되는 패턴층 상측으로 유체를 제공하는 노즐부; 상기 유체가 상기 기판부와 상기 노즐부 사이 또는 패턴층과 상기 노즐부 사이에 연결된 상태로 상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층되도록 상기 노즐부에서 제공되는 유체의 표면에 전압을 인가하는 전압인가부; 상기 유체가 상기 기판부 또는 상기 기판부 상에 형성되는 패턴층 상측에 연결된 상태를 유지하며 패터닝되도록 상기 유체에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에 의해 달성된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a three-dimensional patterning apparatus for forming a three-dimensional solid object by sequentially laminating a plurality of pattern layers, comprising: a substrate; A nozzle unit for supplying a fluid onto the substrate or the pattern layer formed on the substrate by an electrohydrodynamic ink jet; A voltage applying unit for applying a voltage to a surface of the fluid provided by the nozzle unit so that the fluid is stacked on the substrate unit or the pattern layer in a state in which the fluid is connected between the substrate unit and the nozzle unit or between the pattern unit and the nozzle unit, ; And a controller for controlling the intensity of a voltage applied to the fluid so as to be patterned while maintaining the fluid connected to the substrate or the pattern layer formed on the substrate, Lt; / RTI >

여기서, 상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층된 유체를 경화시켜 패턴층을 형성하는 경화부;를 더 포함하며,상기 제어부는 상기 유체가 상기 기판부 또는 패턴층 상에 적층되거나 상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층된 유체가 경화되도록 상기 노즐부 또는 상기 경화부가 선택적으로 작동하도록 제어하거나 상기 노즐부 및 상기 경화부가 동시에 작동하도록 제어하는 것이 바람직하다.The control unit may further include a hardening unit that hardens the fluid deposited on the substrate or the pattern layer to form a pattern layer, wherein the control unit controls the fluid to be stacked on the substrate or the pattern layer, It is preferable to control the nozzle unit or the curing unit to selectively operate so that the fluid stacked on the upper side of the layer is cured or to control the nozzle unit and the curing unit to operate simultaneously.

또한, 상기 기판부 또는 상기 노즐부는 서로 근접하거나 멀어지는 방향 또는 서로 나란한 방향을 따라 이동가능하게 마련되고, 상기 제어부는, 상기 전압인가부로부터 인가되는 전압의 세기를 제어함으로써 상기 유체가 상기 노즐부의 단부 측에 메니스커스(Meniscus)를 형성하고 상기 기판 또는 상기 노즐부의 이동시 상기 유체가 상기 기판과 상기 노즐부 사이 또는 상기 패턴층과 상기 노즐부 사이에서 연결되거나 끊어지는 것을 선택적으로 제어하는 것이 바람직하다.The controller may control the intensity of the voltage applied from the voltage application unit so that the fluid is supplied to the end of the nozzle unit, And selectively controls the fluid to be connected or disconnected between the substrate and the nozzle portion or between the pattern layer and the nozzle portion when the substrate or the nozzle portion is moved .

또한, 상기 제어부는 상기 전압인가부를 통해 인가되는 전압을 조절하여 상기 메니스커스의 표면에 발생하는 전기 응력(electric stress), 상기 메니스커스의 표면에 발생하는 표면장력 및 상기 기판부 또는 상기 패턴층과 상기 메니스커스 사이에 발생하는 점성에 의한 마찰력을 상호작용시킴으로써 유체를 패터닝하는 것이 바람직하다.In addition, the controller adjusts a voltage applied through the voltage applying unit to adjust an electric stress generated on a surface of the meniscus, a surface tension occurring on a surface of the meniscus, It is preferable to pattern the fluid by interacting with the viscous frictional force generated between the layer and the meniscus.

또한, 상기 노즐부를 상기 기판부로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 상기 기판부와 나란한 방향을 따라 이송시키는 제1 이송부, 상기 기판부를 상기 노즐부로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 상기 노즐부와 나란한 방향을 따라 이송시키는 제2 이송부를 구비하는 이송부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 유체가 패터닝되도록 상기 제1 이송부의 이송 속도 및 상기 제2 이송부의 이동 속도 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것이 바람직하다.A first conveying unit that conveys the nozzle unit in a direction away from or proximate to the substrate unit or along a direction parallel to the substrate unit, a first conveying unit that moves the substrate unit away from or in the vicinity of the nozzle unit, The control unit may control at least one of a conveyance speed of the first conveyance unit and a conveyance speed of the second conveyance unit so that the fluid is patterned.

또한, 상기 패턴층의 3차원 형상 정보를 저장하는 형상획득부;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 형상획득부로부터 상기 패턴층의 3차원 형상정보를 제공받아 상기 패턴층 상측으로 유체가 제공되도록 상기 기판부 또는 상기 노즐부의 움직임을 제어하는 것이 바람직하다.The shape acquiring unit may further include a shape acquiring unit that stores three-dimensional shape information of the pattern layer, wherein the controller receives the three-dimensional shape information of the pattern layer from the shape acquiring unit, It is preferable to control the movement of the substrate portion or the nozzle portion.

또한, 상기 경화부는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the curing unit employs one of a laser curing method, a lamp curing method, a heat treatment method, and an ultraviolet curing method.

또한, 상기 유체는 나노입자 및 전도성 나노 구조체 중 어느 하나와 고분자 화합물을 포함하는 금속 나노입자 잉크로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the fluid is formed of a metal nanoparticle ink containing any one of nanoparticles and conductive nanostructures and a polymer compound.

또한, 상기 전도성 나노 구조체의 구조는 나노 입자, 나노 와이어, 나노 막대, 나노 파이프, 나노 벨트 또는 나노튜브 구조 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.The structure of the conductive nanostructure may be at least one of a nanoparticle, a nanowire, a nanorod, a nanopipe, a nanobelt, or a nanotube structure.

또한, 상기 전도성 나노 구조체는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(zn), 구리(Cu), 규소(Si) 또는 티타늄(Ti)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 나노구조체 또는 탄소나노튜브이거나 이들의 조합인 것이 바람직하다.The conductive nanostructure may be formed of a group including gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), zinc (Zn), copper (Cu), silicon (Si), or titanium Or a carbon nanotube, or a combination thereof.

또한, 상기 고분자화합물은 키토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids) 또는 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 천연고분자 화합물인 것이 바람직하다.In addition, the polymer compound may be selected from the group consisting of chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, cellulose, silk fibroin, phospholipids, And a fibrinogen, which is a natural polymer compound.

또한, 상기 고분자화합물은 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성고분자 화합물인 것이 바람직하다.The polymeric compound may be selected from the group consisting of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid), PLA (poly (lactic acid), PHBV (polyhydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO (polydioxanone) Poly (L-lactic acid), PEUU (Poly (ether Urethane Urea), Cellulose acetate), PCL It is preferably a synthetic polymer compound containing at least one of PEG (polyethylene glycol), EVOH (poly (ethylene vinyl alcohol), PVA (polyvinyl alcohol), PEO (polyethylene glycol), and PVP (polyvinylpyrrolidone).

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 상술한 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치을 이용하여 3차원 입체물을 구현하는 3차원 패터닝 방법에 있어서, 기설정된 3차원 입체물의 형상을 저장하는 형상 저장 단계; 상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 대응되게 노즐부로부터 기판부 상부에 유체를 제공하는 제1 유체제공단계; 제1 유체제공단계를 통해 상기 기판상에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층으로 형성하는 제1 경화단계; 상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 대응되게 상기 노즐부로부터 패턴층 상부에 유체를 제공하는 제2 유체제공단계; 상기 제2 유체제공단계를 통해 패턴층 상부에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층으로 형성하는 제2 경화단계; 패턴층이 상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 동일한 형상을 가지도록 상기 제2 유체제공단계 및 상기 제2 경화단계를 반복수행하는 반복단계;를 포함하는 접촉식 패터닝을 이용하는 3차원 패터닝 방법에 의해 달성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional patterning method for realizing a three-dimensional solid object using the three-dimensional patterning apparatus using contact patterning according to any one of the first to twelfth aspects, A shape storing step of storing a shape of a predetermined three-dimensional solid object; Providing a fluid from the nozzle portion to the upper portion of the substrate portion in correspondence with the predetermined three-dimensional solid object shape; A first curing step of curing the fluid provided on the substrate through the first fluid providing step to form a pattern layer; Providing a fluid to the upper portion of the pattern layer from the nozzle portion in correspondence with the predetermined three-dimensional solid object shape; A second curing step of curing the fluid provided on the pattern layer through the second fluid providing step to form a pattern layer; And repeating the second fluid providing step and the second curing step so that the pattern layer has the same shape as the predetermined three-dimensional solid object shape, by repeating the three-dimensional patterning method using contact patterning do.

여기서, 상기 제1 경화단계 또는 상기 제2 경화단계를 통해 형성된 패턴층이 상기 형상 정보 단계를 통해 획득한 3차원 입체물이 형상과 대응되는지 여부를 검사하는 확인단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the pattern layer formed through the first curing step or the second curing step further comprises a check step of checking whether the three-dimensional solid object obtained through the shape information step corresponds to the shape.

본 발명에 따르면, 다양한 크기의 3차원 입체물을 용이하게 구현할 수 있는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법이 제공된다.According to the present invention, there is provided a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning and a patterning method using the same, which can easily realize three-dimensional solid objects of various sizes.

또한, 모사하고자 하는 3차원 입체물을 매우 정밀하게 모사할 수 있다.Also, it is possible to accurately simulate the three-dimensional object to be simulated.

또한, 고점도 전도성 나노 잉크 조성물을 사용하여 패터닝함으로써 유체 사이의 결합력을 향상시킬 수 있고, 유체 사이의 향상된 결합력의 상호작용으로써 1000 이상의 종횡비를 갖는 3차원 입체물을 구현할 수 있다.In addition, the bonding force between fluids can be improved by patterning using a high viscosity conductive nano ink composition, and a three-dimensional solid body having an aspect ratio of 1000 or more can be realized by an interaction of an enhanced bonding force between fluids.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2은 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 토출부 측에 메니스커스가 형성된 모습을 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 3은 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 기판부와 메니스커스가 연결상태를 유지하며 패터닝되는 모습을 개략적으로 도시한 정면도이고,
도 4는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 10,000cp의 고점도 용액을 통해 패터닝한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이고,
도 5는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 1,000cp의 저점도 용액을 통해 패터닝한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 7은 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제1 유체제공단계를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 8은 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제1 경화단계를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 9는 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제2 유체제공단계를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 10 내지 도 14는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 통해 3차원 입체물을 패터닝한 모습을 촬영한 사진이다.FIG. 1 is a perspective view schematically showing a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a front view schematically showing a state in which a meniscus is formed on a discharge portion side in a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to FIG. 1,
FIG. 3 is a front view schematically showing a state in which a substrate portion and a meniscus are maintained in a connected state and patterned in a three-dimensional patterning apparatus using the contact type patterning according to FIG. 1,
FIG. 4 is a graph schematically showing a patterning result of a high-viscosity solution of 10,000 cp in a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to FIG. 1,
FIG. 5 is a graph schematically showing the result of patterning through a low-viscosity solution of 1,000 cp in a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to FIG. 1,
FIG. 6 is a flowchart schematically illustrating a three-dimensional patterning method using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a first fluid providing step in a three-dimensional patterning method using contact type patterning according to FIG. 6,
FIG. 8 is a perspective view schematically showing a first curing step in a three-dimensional patterning method using contact-type patterning according to FIG. 6,
FIG. 9 is a perspective view schematically showing a second fluid providing step in the three-dimensional patterning method using the contact type patterning according to FIG. 6,
FIGS. 10 to 14 are photographs of a patterned three-dimensional solid object through a three-dimensional patterning device using contact-type patterning according to FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치(100)는 기판부와 노즐부 또는 기판부와 패턴층 사이에 유체가 연결된 상태로 패터닝을 수행하되 유체에 의해 형성되는 패턴층을 기판부로부터 순차적으로 적층시킴으로써 3차원 입체물을 구현할 수 있는 것으로서, 기판부(110)와 노즐부(120)와 전압인가부(130)와 경화부(140)와 이송부(150)와 형상획득부(160)와 제어부(170)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a three-dimensional patterning apparatus 100 using contact patterning according to an embodiment of the present invention performs patterning while a fluid is connected between a substrate portion and a nozzle portion or a substrate portion and a pattern layer, A voltage applying unit 130, a hardening unit 140, and a transfer unit (not shown). The substrate 110, the nozzle unit 120, the voltage application unit 130, the hardening unit 140, 150, a shape obtaining unit 160, and a controller 170.

상기 기판부(110)는 3차원 입체물(10)이 형성되는 공간을 제공하는 것이다. 즉, 후술할 유체제공부(120)로부터 제공되는 유체는 최초에 기판부(110) 상에 제공되어 제1 패턴층(11)을 형성하고, 제1 패턴층(11) 상에 다시 제2 패턴층(12)이 형성되며, 결국, 복수개의 패턴층(15)이 기판부(110)의 상면으로부터 순차적으로 적층됨으로써 3차원 입체물(10)을 구현하게 된다.The substrate portion 110 provides a space in which the three-dimensional solid object 10 is formed. The fluid supplied from the fluid supplier 120 to be described later is first provided on the substrate 110 to form the first pattern layer 11 and the second pattern A plurality of pattern layers 15 are sequentially stacked from the upper surface of the substrate 110 to thereby realize the three dimensional solid object 10.

도 2는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 토출부 측에 메니스커스가 형성된 모습을 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 3은 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 기판부와 메니스커스가 연결상태를 유지하며 패터닝되는 모습을 개략적으로 도시한 정면도이다.FIG. 2 is a front view schematically showing a meniscus formed on a discharge portion side in a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to FIG. 1. FIG. 3 is a cross- FIG. 2 is a front view schematically showing a state in which a substrate and a meniscus are patterned while maintaining a connected state in the apparatus.

도 2 또는 도 3을 참조하면, 상기 노즐부(120)는 기판부(110)를 마주보는 단부(이하 '토출부(121)'라 한다)로부터 유체를 기판부(110) 또는 패턴층(15)으로 제공하는 것으로 유체는 다시 기판부(110) 또는 패턴층(15)과 접촉함으로써 노즐부(110), 유체, 기판부(110) 또는 노즐부(110), 유체, 패턴층(15) 순으로 연결관계를 형성한다.2 or 3, the nozzle unit 120 may supply fluid from the end facing the substrate unit 110 (hereinafter, referred to as 'discharge unit 121') to the substrate unit 110 or the pattern layer 15 The fluid is again brought into contact with the substrate portion 110 or the pattern layer 15 to form the nozzle portion 110, the fluid, the substrate portion 110 or the nozzle portion 110, the fluid, and the pattern layer 15 As shown in FIG.

여기서, 노즐부(120)는 전기수력학적 잉크젯 방식(Electohydrodynamic ink jetting)에 의해 유체를 분사하며, 유체는 토출부(111) 측으로 제공되어 후술할 전압인가부(130)로부터 인가되는 전압을 통해 메니스커스(Meniscus)를 형성한 상태로 기판부(110) 또는 패턴층(15)에 접촉한다.Here, the nozzle unit 120 injects the fluid by electro-hydrodynamic ink jetting, and the fluid is supplied to the discharge unit 111 side and is supplied to the discharge unit 111 through a voltage applied from a voltage application unit 130 And contacts the substrate portion 110 or the pattern layer 15 in the state where a meniscus is formed.

여기서, 메니스커스(Meniscus)와 기판부(110)의 접촉은 토출부(121) 측에 메니스커스(Meniscus)를 형성한 후 후술할 제1 이송부(미도시)를 통해 노즐부(110)를 기판부(110)와 근접하는 방향으로 이송시켜 접촉시키거나 노즐부(120)와 기판부(110)를 근접하게 이송시킨 후 메니스커스(Meniscus)를 형성함으로써 기판부(110)에 접촉시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Here, the meniscus and the substrate unit 110 are brought into contact with each other by forming a meniscus on the discharge unit 121 side and then moving the nozzle unit 110 through a first transfer unit (not shown) The nozzle unit 120 and the substrate unit 110 are brought close to each other and then brought into contact with the substrate unit 110 by forming a meniscus But is not limited thereto.

한편, 메니스커스(Meniscus)와 패턴층(15)의 접촉도 상술한 방법에 의해 이루어질 수 있음은 당연하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, it is natural that the contact between the meniscus and the pattern layer 15 can be performed by the above-described method, and thus a detailed description is omitted here.

한편, 노즐부(120)와 기판부(110) 사이의 이격 간격은 토출부(121)의 직경, 유체의 점성 및 표면장력 등에 의해 달라질 수 있으나, 적어도 50㎛ 이하로 근접시켜 유체를 기판부(110) 또는 패턴층(15)에 접촉시키는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. The spacing between the nozzle unit 120 and the substrate unit 110 may vary depending on the diameter of the discharge unit 121, the viscosity of the fluid, the surface tension, etc. However, 110 or the pattern layer 15, but it is not limited thereto.

이러한, 메니스커스(Meniscus)는 후술할 제1 이송부(미도시) 또는 제2 이송부(151)에 의해 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 상대적인 움직임이 발생하면 유체 사이의 점성에 의한 마찰력에 의해 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 변위보다 상대적으로 짧은 거리를 이동하게 되며, 이로 인해 메니스커스(Meniscus)는 길게 늘어지는 형상으로 변화하여 기판부(110) 또는 패턴층(15)과의 접촉상태를 유지한다.When the relative movement between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 is generated by the first transfer unit (not shown) or the second transfer unit 151, which will be described later, the meniscus may have a viscosity The meniscus is moved by a relatively short distance relative to the displacement between the substrate 110 and the nozzle unit 120 by the frictional force of the substrate unit 110 or the nozzle unit 120. As a result, The contact state with the pattern layer 15 is maintained.

이러한 메니스커스(Meniscus)의 형상 변화에 대해서는 후술한다.The shape change of the meniscus will be described later.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 노즐부(120)로부터 제공되는 유체는 패턴층(15)의 적층 구조를 효과적으로 형성할 수 있도록 점성 및 탄성력 제어가 된 금속 나노입자 잉크를 사용할 수 있으며, 금속 나노입자 잉크는 나노입자 및 전도성 나노 구조체 중 적어도 어느 하나와 고분자 화합물을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fluid supplied from the nozzle unit 120 may use a metal nanoparticle ink having viscosity and elasticity controlled so as to effectively form a laminated structure of the pattern layer 15, The nanoparticle ink may include at least one of nanoparticles and conductive nanostructures and a polymer compound.

여기서, 전도성 나노 구조체의 구조는 나노 입자, 나노 와이어, 나노 막대, 나노 파이프, 나노 벨트 또는 나노튜브 구조 중 적어도 어느 하나일 수 있다.Here, the structure of the conductive nanostructure may be at least one of a nanoparticle, a nanowire, a nanorod, a nanopipe, a nanobelt, or a nanotube structure.

또한, 전도성 나노 구조체는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(zn), 구리(Cu), 규소(Si) 또는 티타늄(Ti)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 나노구조체 또는 탄소나노튜브이거나 이들의 조합일 수 있다.The conductive nanostructure may be formed from a group including gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), zinc (Zn), copper (Cu), silicon (Si) or titanium A nanostructure consisting of one or more selected carbon nanotubes, or a combination thereof.

한편, 고분자 화합물은 천연고분자 화합물 또는 합성 고분자 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 천연고분자 화합물은 키토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids) 또는 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 합성고분자 화합물은 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The polymer compound may include at least one of a natural polymer compound and a synthetic polymer compound. The natural polymer compound may be chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, The synthetic polymer may be at least one of poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), cellulose, silk fibroin, phospholipids or fibrinogen. , PLA (poly (lactic acid)), PHBV (poly (3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO (polydioxanone), PGA (polyglycolic acid), PLCL (poly (e-caprolactone- e-caprolactone), PLLA (Poly-L-lactic acid), PEUU (Polyetheretherketone Urea), Cellulose acetate, PEG, EVOH (Polyvinyl alcohol) alcohol, polyethylene glycol (PEO), and polyvinylpyrrolidone (PVP). Can.

이러한, 금속 나노입자 잉크는 필요에 따라, 예컨대 소정의 점도 또는 탄성력을 구현하도록 각각의 함유량을 조절하여 혼합할 수 있음은 당연하다.It is needless to say that such metal nanoparticle inks can be mixed with each other so as to realize a predetermined viscosity or elasticity as required, for example.

이처럼, 점성과 탄성력 제어가 된 금속 나노입자 잉크를 사용함으로써 Layer-by-Layer의 적층구조를 안정적으로 유지할 수 있게 한다. 또한, 바인더 물질로 고분자의 폴리머(polymer)를 사용함으로써 제조된 금속 나노입자 잉크는 표면 에너지가 충분히 낮기 때문에 불안정한 상태에서 안정한 상태로 가기 위한 결합성을 향상시키며, 재료의 인력의 상호작용으로 종횡비 1000이상의 구조물을 형성할 수 있도록 한다. As described above, by using the ink of the metal nanoparticle controlled by the viscosity and the elasticity, the layer-by-layer laminated structure can be stably maintained. In addition, the metal nanoparticle ink prepared by using a polymer of a polymer as a binder material has sufficiently low surface energy to improve the bonding property for stabilizing from an unstable state, and the aspect ratio 1000 So that the above structure can be formed.

상기 전압인가부(130)는 노즐부(120)와 전기적으로 연결되어, 노즐부(120)에 전압을 인가하는 것이다.The voltage applying unit 130 is electrically connected to the nozzle unit 120 to apply a voltage to the nozzle unit 120.

여기서, 노즐부(120)에 인가되는 전압은 유체의 표면으로 전달되어, 후술할 이송부(150)에 의해 기판부(110)와 노즐부(120) 사이에 상대적인 움직임이 발생하더라도 유체가 기판부(110)와 노즐부(120) 사이 또는 기판부(110)와 패턴층(15) 사이에서 연결을 유지하도록 하는 전기 응역(electric stress)를 발생시킨다.Here, the voltage applied to the nozzle unit 120 is transmitted to the surface of the fluid, so that even if relative movement occurs between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 by the transfer unit 150, 110 and the nozzle portion 120 or between the substrate portion 110 and the pattern layer 15 in order to maintain the connection.

즉, 유체의 표면에 발생하는 표면장력 및 점성에 의한 기판부(110)과 유체 사이의 마찰력에 의해 유체가 기판부(110)과 노즐부(120) 사이에 연결된 상태를 형성할 수 있으며, 전압인가부(130)로부터 인가되는 전압에 의한 전기 응력(electric stress)을 통해 유체가 기판부(110)와 노즐부(120) 사이에 연결된 상태를 유지할 수 있게 된다. That is, a fluid can be formed between the substrate 110 and the nozzle unit 120 by the frictional force between the substrate 110 and the fluid due to surface tension and viscosity generated on the surface of the fluid, The fluid can be maintained between the substrate 110 and the nozzle unit 120 through electric stress caused by the voltage applied from the application unit 130.

또한, 전압인가부(130)를 통해 노즐부(120)에 인가되는 전압은 기판부(110)와의 사이에서 전위차를 발생시켜 기판부(110)와 노즐부(120) 사이에 전기장을 형성하게 되며, 이를 통해 유체가 토출부(121) 측에서 메니스커스(Meniscus)로 형성되게 한다. The voltage applied to the nozzle unit 120 through the voltage applying unit 130 generates a potential difference with respect to the substrate unit 110 to form an electric field between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 , Thereby causing the fluid to be formed into a meniscus at the discharge portion 121 side.

한편, 전기수력학적 잉크젯 방식(Electrohydrodynamic ink jet)에서 유체가 메니스커스(Meniscus)를 형성하는 것은 주지한 기술이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, since the fluid forms a meniscus in an electrohydrodynamic ink jet, it is a well-known technique and a detailed description thereof will be omitted here.

상기 경화부(140)는 유체제공부(120)를 통해 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상측에 제공된 유체를 경화시켜 새로운 패턴층(15)을 형성하는 것이다.The curing unit 140 forms a new pattern layer 15 by curing the fluid provided on the substrate 110 or the pattern layer 15 through the fluid supplier 120.

즉, 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상에 단순히 유체를 순차적으로 적층한다면, 유체는 형태를 유지하지 못하고 붕괴될 염려가 크므로, 이를 경화시켜 소정의 지지력을 발생시킬 필요가 있다.That is, if the fluid is simply deposited on the substrate 110 or the pattern layer 15 sequentially, the fluid can not maintain its shape and is liable to collapse. Therefore, it is necessary to cure the fluid to generate a predetermined supporting force.

따라서, 기판부(110) 상부에 제공된 유체를 경화부(140)를 통해 경화시켜 소정의 하중에 대한 지지력이 기대할 수 있는 제1 패턴층(11)을 형성하고, 다시 제1 패턴층(11) 상부에 제공된 유체를 경화부(140)를 통해 경화시킴으로써 제2 패턴층(12)을 형성한다. Accordingly, the fluid provided on the substrate 110 is hardened through the hardening unit 140 to form a first pattern layer 11 which can be expected to have a predetermined load, and then the first pattern layer 11 is formed, The second pattern layer 12 is formed by hardening the fluid provided on the upper portion through the hardening portion 140.

다시 설명하면, 각각의 패턴층(15)의 일부 또는 전부에 대응되는 유체가 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상에 제공된 상태에서 경화부(140)를 통해 경화시킴으로써 패턴층(15)이 소정의 지지력을 갖도록 한다.The pattern layer 15 is cured by hardening the cured portion 140 with the fluid corresponding to part or all of the respective pattern layers 15 being provided on the substrate portion 110 or the pattern layer 15, So as to have a predetermined supporting force.

한편, 본 발명의 일실시예에서 경화부(140)는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중에서 어느 하나의 방식을 이용하여 유체를 경화시킬 수 있으며, 이 외에도 주지한 경화 방식을 이용할 수 있음은 당연하다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the curing unit 140 may cure the fluid using any one of a laser curing method, a lamp curing method, a heat treatment method, and an ultraviolet curing method, It is natural that a curing system can be used.

상기 이송부(150)는 기판부(110) 또는 노즐부(120)를 이송시키는 것으로서, 제1 이송부(미도시)와 제2 이송부(미도시)를 포함한다.The transfer unit 150 transfers the substrate 110 or the nozzle unit 120 and includes a first transfer unit (not shown) and a second transfer unit (not shown).

상기 제1 이송부(미도시)는 기판부(110)로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 기판부(110)와 나란한 방향을 따라 노즐부(120)를 이송시키는 것이다.The first transfer unit (not shown) transfers the nozzle unit 120 along a direction away from or proximate to the substrate unit 110 or along a direction parallel to the substrate unit 110.

즉, 기판부(110)와 나란한 방향을 x축, y축이라 정의하고, 기판부(110)로부터 멀어지거나 근접하는 방향을 z축이라 정의하면, 제1 이송부(미도시)는 노즐부(120)를 x,y,z 축 상을 따라 이동시킬 수 있는 것으로 볼 수 있다.That is, a direction parallel to the substrate 110 is defined as an x-axis and a y-axis, and a direction away from or proximate to the substrate unit 110 is defined as a z-axis. A first transfer unit (not shown) ) Can be moved along the x, y, and z axes.

상기 제2 이송부(미도시)는 노즐부(120)로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 노즐부(120)와 나란한 방향을 따라 기판부(120)를 이송시키는 것이다.The second transfer part (not shown) transfers the substrate part 120 in a direction away from or close to the nozzle part 120 or along a direction parallel to the nozzle part 120.

즉, 제2 이송부(미도시)는 기판부(110)를 x,y,z 축 상을 따라 이동시킬 수 있는 것으로 볼 수 있다.That is, the second transfer unit (not shown) can move the substrate unit 110 along the x, y, and z axes.

이송부(150)에 대해 다시 설명하면, 기판부(110) 상에서 노즐부(120)가 상대적인 움직임을 갖게 하며, 이러한 상대적인 움직임을 통해 유체가 3차원 입체물(10)의 형상에 대응되게 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상에 제공될 수 있고, 유체의 점성, 유체의 표면에 가해지는 전압의 크기를 고려하여 노즐부(120)와 기판부(110)의 사이의 상대속도를 결정함으로써 유체가 노즐부(120)와 기판부(110) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에 연결된 상태로 패터닝을 수행할 수 있도록 한다.The nozzle unit 120 may be relatively moved on the substrate unit 110 and the fluid may flow through the substrate unit 110 corresponding to the shape of the three- Or the pattern layer 15 and determines the relative velocity between the nozzle portion 120 and the substrate portion 110 considering the viscosity of the fluid and the magnitude of the voltage applied to the surface of the fluid, So that patterning can be performed between the nozzle part 120 and the substrate part 110 or between the nozzle part 120 and the pattern layer 15.

또한, 이송부(150)에 의해 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 이격 간격을 조절할 수 있고, 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 이격 간격을 조절함으로써 노즐부(120)로부터 제공되는 유체의 직경, 결론적으로 패턴의 폭을 결정할 수 있다.The spacing between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 can be adjusted by the transfer unit 150 and the distance between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 can be adjusted, , And consequently the width of the pattern.

상기 형상측정부(160)는 패턴층(15)의 3차원 형상 정보를 측정하는 것이다.The shape measuring unit 160 measures three-dimensional shape information of the pattern layer 15.

본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치(100)는 한번의 과정을 거쳐 3차원 입체물(10)을 구현하는 것이 아니라, 3차원 입체물(10)을 높이에 따라 복수개의 패턴층으로 분할하여, 각각의 패턴층(15)을 순차적으로 적층함으로써 3차원 입체물(10)을 구현하므로, 각각의 패턴층(15) 상측을 따라 유체를 제공할 수 있어야 한다. Dimensional patterning device 100 using contact patterning according to an exemplary embodiment of the present invention may be realized not by implementing the three-dimensional solid object 10 through a single process but by using a plurality of Since the three-dimensional solid body 10 is realized by sequentially dividing the pattern layers 15 into the pattern layers 15, it is necessary to provide the fluid along the upper side of each pattern layer 15. [

이러한 과정을 정밀도 높게 구현하기 위해서 형상측정부(160)는 기판부(110) 상측에 기형성된 패턴층(15)의 3차원 형상 정보를 측정하고, 기형성된 패턴층(15)의 상측으로 형성될 패턴층(15)의 패터닝 방향을 안내하게 된다.In order to realize such a process with high accuracy, the shape measuring unit 160 measures the three-dimensional shape information of the pattern layer 15 previously formed on the substrate 110, The patterning direction of the pattern layer 15 is guided.

상기 제어부(170)는 노즐부(120)로부터 제공되는 유체가 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상에 적층되거나 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상에 적층된 유체가 경화되도록 노즐부(120) 또는 경화부(140) 중 어느 하나를 선택적으로 작동시키거나 노즐부(120) 및 경화부(140)를 동시에 작동시키도록 제어하는 것이다.The controller 170 may control the fluid supplied from the nozzle unit 120 to be laminated on the substrate 110 or the pattern layer 15 or to cure the fluid stacked on the substrate 110 or the pattern layer 15 The nozzle unit 120 or the curing unit 140 is selectively operated or the nozzle unit 120 and the curing unit 140 are simultaneously operated.

본 발명의 일실시예에서 제어부(170)는 노즐부(120)로부터 제공되는 유체의 분사상태를 제어하도록 전압인가부(130)에 의해 노즐부(120)에 제공되는 전압의 세기를 적절히 조절할 수 있다.The control unit 170 may control the intensity of the voltage supplied to the nozzle unit 120 by the voltage application unit 130 so as to control the jetting state of the fluid supplied from the nozzle unit 120 have.

이와 같이, 전압인가부(130)로부터 노즐부(120)에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 것은 토출부(121) 측에 메니스커스(Meniscus)가 형성되도록 하고, 메니스커스(Meniscus)가 형상이 일부 변형될 수는 있어도 기판부(110)와 노즐부(120) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에 동시에 접촉하는 상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다.The adjustment of the intensity of the voltage applied to the nozzle unit 120 from the voltage application unit 130 may be performed by forming a meniscus on the discharge unit 121 side, The shape of the pattern portion 15 may be partially deformed so as to maintain the contact state between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 or between the nozzle portion 120 and the pattern layer 15 at the same time.

특히, 고점도의 유체를 사용하는 경우에는 점도 및 표면장력에 의해 유체가 토출부(121)로부터 메니스커스(Meniscus)를 형성하는 것이 매우 어렵기 때문에, 전압인가부(130)로부터 적절한 전압을 인가하여 토출부(121) 측에 메니스커스(Meniscus)가 형성되도록 하는 것이 중요하다.Particularly, in the case of using a fluid having a high viscosity, it is very difficult for the fluid to form a meniscus from the discharge portion 121 due to viscosity and surface tension, so that a proper voltage is applied from the voltage applying portion 130 So that a meniscus is formed on the discharging portion 121 side.

여기서, 전압의 세기를 조절하여 메니스커스(Meniscus)의 크기, 형상 등을 조절하는 것은 공지의 기술이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.Here, adjusting the magnitude and shape of the meniscus by adjusting the intensity of the voltage is well known in the art, so a detailed description is omitted here.

또한, 제어부(170)는 이송부(150)를 통해 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 상대적인 변위차가 발생하더라도 유체가 기판부(110)와 노즐부(120) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에서 연결이 유지되도록 전압의 세기를 적절히 조절할 수 있다.The controller 170 controls the flow of the fluid between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 or between the nozzle unit 120 and the substrate unit 110 even if a relative displacement difference between the substrate unit 110 and the nozzle unit 120 occurs through the transfer unit 150. [ And the pattern layer 15 can be appropriately adjusted so that the connection is maintained.

기판부(110) 또는 노즐부(120)의 이동시 유체에 작용하는 힘은 점성에 의한 마찰력, 표면장력 및 유체의 표면에 인가되는 전압에 의한 전기 응력이며, 이들의 상호작용에 의해 유체가 기판부(110)과 노즐부(120) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에서의 연결 상태를 유지하도록 한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.The force acting on the fluid when moving the substrate unit 110 or the nozzle unit 120 is an electric stress due to a viscous frictional force, a surface tension and a voltage applied to the surface of the fluid, The connection between the nozzle portion 120 and the pattern layer 15 is maintained between the nozzle portion 110 and the nozzle portion 120 or between the nozzle portion 120 and the pattern layer 15. A detailed description thereof will be described later.

또한, 제어부(170)는 노즐부(120)와 기판부(110) 사이의 상대적인 움직임 및 노즐부(120)로부터 제공되는 유체의 직경을 조절하도록 이송부(150)의 움직임을 제어할 수 있다.The control unit 170 may control the movement of the transfer unit 150 to adjust the relative movement between the nozzle unit 120 and the substrate unit 110 and the diameter of the fluid supplied from the nozzle unit 120.

한편, 본 발명의 일실시예에서 제어부(170)는 경화부(140)가 작동하는 시점을 제어할 수 있다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the controller 170 may control a time point at which the hardening unit 140 operates.

즉, 제어부(170)는 경화부(140)와 노즐부(120) 중 어느 하나가 선택적으로 작동되도록 하거나 경화부(140)와 노즐부(120)가 동시에 작동되도록 한다. That is, the controller 170 selectively activates either the curing unit 140 or the nozzle unit 120 or the curing unit 140 and the nozzle unit 120 at the same time.

다만, 경화부(140)와 노즐부(120)가 동시에 작동하는 경우에도 경화부(140)와 노즐부(120)가 동일한 영역을 처리하는 것이 아닌 노즐부(120)에 의해 적층이 완료된 일부의 유체를 경화부(140)가 경화시키는 것이 바람직하다.Even if the hardening unit 140 and the nozzle unit 120 are operated at the same time, the hardening unit 140 and the nozzle unit 120 do not process the same area, It is preferable that the hardening portion 140 hardens the fluid.

한편, 상술한 기판부(110), 노즐부(120) 및 경화부(140)를 내부에 수용하는 케이스(미도시)를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a case (not shown) for accommodating the substrate unit 110, the nozzle unit 120, and the curing unit 140 therein.

케이스(미도시)를 통해 패터닝시 외부로부터 작업 환경을 밀폐시켜 더 향상된 패터닝 환경을 제공할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.When the patterning is performed through a case (not shown), the work environment may be sealed from the outside to provide a further improved patterning environment, but the present invention is not limited thereto.

또한, 케이스(미도시)에는 케이스(미도시)의 내부로 질소 또는 비활성기체를 공급하는 기제저장부(미도시)를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
In addition, the case (not shown) may further include a base reservoir (not shown) for supplying nitrogen or inert gas into the interior of the case (not shown), but is not limited thereto.

지금부터는 상술한 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 이용한 패터닝 방법(S100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a patterning method (S100) using a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to the above-described embodiment will be described.

본 발명의 일실시예에 따라 3차원 입체물을 구현하는 방법을 설명하기에 앞서, 노즐부(120)를 통한 접촉식 패터닝 방법에 대하여 설명한다.Before describing a method of implementing a three-dimensional solid body according to an embodiment of the present invention, a contact patterning method through the nozzle unit 120 will be described.

전압인가부(130)를 통해 노즐부(120), 바람직하게는 유체의 표면에 전압을 인가하여 토출부(121) 상에 유체가 볼록한 형상의 메니스커스(Meniscus)로 형성되도록 한다.A voltage is applied to the surface of the nozzle unit 120, preferably the fluid, through the voltage applying unit 130 so that the fluid is formed as a convex meniscus on the discharge unit 121. [

메니스커스(Meniscus)를 형성할 때, 노즐부(120)로부터 제공되는 유체의 점도를 고려하여 제어부(170)는 전압인가부(130)로부터 인가되는 전압의 적절한 크기를 선택한다.When forming the meniscus, the controller 170 selects an appropriate magnitude of the voltage applied from the voltage applying unit 130 in consideration of the viscosity of the fluid supplied from the nozzle unit 120.

한편, 메니스커스(Meniscus)를 형성하기 위한 유체의 점도와 전압의 크기에 대한 상관관계는 공지된 기술이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.On the other hand, since the correlation between the viscosity of the fluid for forming the meniscus and the magnitude of the voltage is a well-known technique, detailed description is omitted here.

다만, 토출부(121) 측에 형성되는 메니스커스(Meniscus)의 크기를 고려할 때, 적어도 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 이격 거리는 토출부(121) 측에 형성되는 메니스커스(Meniscus)의 크기의 1/2 이하로 마련되는 것이 패터닝을 수행하는데 유리하다. 메니스커스의 크기의 1/2 이상으로 마련되는 경우 유체의 연결이 의도치 않게 단속되는 경우가 발생할 수 있다.At least the separation distance between the substrate 110 and the nozzle unit 120 is determined by the meniscus formed on the discharging unit 121 side in consideration of the size of the meniscus formed on the discharging unit 121 side. It is advantageous to perform the patterning that the size of the meniscus is less than 1/2 of the size of the meniscus. If the size of the meniscus is more than one-half of the size of the meniscus, the connection of the fluid may be inadvertently interrupted.

또한, 일반적으로 마이크로 패터닝에 사용되는 노즐부(120)는 토출부(111)의 내경이 100㎛이하로 마련될 수 있으며 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 이격 거리를 50㎛이하로 마련되는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.The nozzle portion 120 used for micropatterning may have an inner diameter of the discharge portion 111 of 100 μm or less and a distance between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 of 50 μm or less But it is not limited thereto.

다만, 메니스커스(Meniscus)를 형성할 시, 제1 이송부(미도시)를 가동하여 노즐부(120)와 기판부(110)을 근접시켜 토출부(121)로부터 메니스커스(Meniscus)가 형성됨과 동시에 기판부(110) 또는 패턴층(15)에 접촉하도록 하거나, 또는 토출부(121)에 메니스커스(Meniscus)를 형성한 후, 제1 이송부(미도시)를 통해 노즐부(120)를 기판부(110) 또는 패턴층(15) 측으로 이동시켜 메니스커스(Meniscus)를 기판부(110) 또는 패턴층(15)에 접촉시킬 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In order to form a meniscus, a first conveyance unit (not shown) is operated to bring the nozzle unit 120 and the substrate unit 110 close to each other, and a meniscus is drawn from the discharge unit 121 The nozzle part 120 is formed through the first transfer part (not shown) after the meniscus is formed on the discharge part 121, The meniscus may be brought into contact with the substrate 110 or the pattern layer 15 by moving the substrate 110 toward the substrate 110 or the pattern layer 15.

메니스커스(Meniscus)가 기판부(110)에 접촉된 상태에서 제1 이송부(미도시) 또는 제2 이송부(미도시)를 기판부(110)과 나란한 방향을 따라 이동시킴으로써 기판부(110) 또는 패턴층(15) 상측으로 유체를 제공한다.The substrate portion 110 is moved by moving a first transfer portion (not shown) or a second transfer portion (not shown) along a direction parallel to the substrate portion 110 while the meniscus is in contact with the substrate portion 110, Or over the pattern layer 15. [

여기서, 패터닝에 사용되는 유체가 기설정된 상황에서 유체의 점도는 상수에 해당하므로 유체의 연결을 유지하는 변수는 패터닝 속도와 전압인가부(130)로부터 인가되는 전압의 세기이며, 이는 상술한 것과 같이 제어부(170)를 통해 제어할 수 있다.Here, since the viscosity of the fluid corresponds to a constant in a state where the fluid used for patterning is predetermined, the parameter for maintaining the connection of the fluid is the intensity of the patterning speed and the voltage applied from the voltage applying unit 130, Can be controlled through the control unit 170.

한편, 노즐부(120) 또는 기판부(110)의 이동에 따라 제어부(170)는 전압인가부(130)로부터 유체의 표면에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 유체가 기판부(110) 또는 패턴층(15)과의 접촉을 유지하되 기판부(110)과 노즐부(120) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에서의 연결관계의 단속을 방지하여 패터닝을 수행하도록 한다. The controller 170 adjusts the magnitude of the voltage applied to the surface of the fluid from the voltage applying unit 130 in accordance with the movement of the nozzle unit 120 or the substrate unit 110, The patterning is performed by keeping the contact with the layer 15 and preventing the interconnection between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 or between the nozzle portion 120 and the pattern layer 15. [

여기서, 유체가 기판부(110)과 노즐부(120) 사이에서 단속이 방지되는 원리는 점성에 의한 기판부(110)과 유체 사이의 마찰력, 유체의 표면장력 및 유체에 인가되는 전압에 의한 전기 응력의 평형의 3힘의 평형을 통해 설명할 수 있다.Here, the principle in which the fluid is prevented from interrupting between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 is that the frictional force between the substrate portion 110 and the fluid due to the viscosity, the surface tension of the fluid, This can be explained by the equilibrium of the three forces of equilibrium of stress.

도 3을 참조하면, 노즐부(120)에 전압이 인가되지 않는 경우에 메니스커스(Meniscus)에는 표면장력(Fs) 및 점성에 의한 마찰력(F)이 작용되며, 이들은 각각 하기의 수식으로 표현된다.3, when a voltage is not applied to the nozzle unit 120, a surface tension Fs and a frictional force F due to viscosity act on a meniscus, which are expressed by the following equations do.

여기서, γ는 유체의 표면장력계수, dn은 노즐의 직경, μ는 유체의 점성도, U는 노즐부(120)의 이동속도, D는 노즐부(120)와 기판부(110) 사이의 이격거리를 의미한다.Where U is the moving speed of the nozzle unit 120 and D is the distance between the nozzle unit 120 and the substrate unit 110, .

상술한 표면장력(Fs) 및 점성에 의한 마찰력(F)은 결국 유체의 정수압(hydrostatic pressure: P)와 평형식을 이루며, 이는 하기와 같다.The surface tension Fs and the frictional force F due to the viscosity are in the form of an equilibrium with hydrostatic pressure P of the fluid.

이때, 노즐부(120)로부터 제공되는 유체의 유량(Q)으로 표현되는 균형식은 하기와 같이 표현된다.At this time, the balance equation expressed by the flow rate Q of the fluid supplied from the nozzle unit 120 is expressed as follows.

여기서, L은 노즐부(120)의 길이를 의미한다. Here, L denotes the length of the nozzle unit 120.

즉, 노즐부(120)에 전압이 가해지지 않는 경우, 상기 유량(Q)의 균형식을 만족하며 패터닝이 수행된다.That is, when no voltage is applied to the nozzle unit 120, patterning is performed satisfying the balanced equation of the flow rate Q.

여기서, 노즐부(120)에 전압이 인가되면 표면장력(Fs) 및 점성에 의한 마찰력(F) 외에도 전기력(Fe)이 작용하며, 이는 하기와 같다.Here, when a voltage is applied to the nozzle unit 120, an electric force Fe acts in addition to the surface tension Fs and the frictional force F due to viscosity, as follows.

여기서, E는 인가되는 전압의 크기, e는 유체의 유전상수를 의미한다.Where E is the magnitude of the applied voltage and e is the dielectric constant of the fluid.

상술한 전기력(Fe)에 의해 평형식 및 균형식은 하기와 같아진다.By the above-described electric force (Fe), the equilibrium form and the balanced equations become as follows.

즉, 접촉식 패터닝이 진행될 시, 패터닝 속도에 관여하는 중요한 요소가 ㄴ노즐부(120)에서의 유량(Q)이며, 전압이 인가되지 않으면 단순히 정수압에 의해 유량이 결정되나 전압이 인가되면 전압이 유량(Q)을 증가시키는 역할을 수행함으로써 패터닝 속도가 증가되어도 메니스커스(Meniscus)의 액면이 인장되면서 노즐부(120)와 기판부(110) 사이 또는 노즐부(120)와 패턴층(15) 사이에서 유체가 연결상태를 유지하는 것을 기대할 수 있다.That is, when the contact type patterning is proceeding, an important factor related to the patterning speed is the flow rate Q in the nozzle unit 120. If the voltage is not applied, the flow rate is simply determined by the hydrostatic pressure. The liquid level of the meniscus is stretched and the gap between the nozzle part 120 and the substrate part 110 or between the nozzle part 120 and the pattern layer 15 Can be expected to keep the fluid connected.

도 4는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 10,000cp의 고점도 용액을 통해 패터닝한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이고, 도 5는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치에서 1,000cp의 저점도 용액을 통해 패터닝한 결과를 개략적으로 도시한 그래프이다.FIG. 4 is a graph schematically showing a result of patterning through a high viscosity solution of 10,000 cp in a three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to FIG. 1, FIG. 5 is a graph showing the result of a three-dimensional patterning &Lt; tb > < TABLE > Id = Table 1 Columns = 2 < tb >

도 4를 참고하면, 패터닝에 사용되는 유체는 대략 10,000 cp 정도의 점도를 가지는 고점도 용액과 대략 1,000 cp 정도의 점도를 가지는 저점도의 용액을 사용한다.Referring to FIG. 4, the fluid used for patterning uses a high viscosity solution having a viscosity of about 10,000 cp and a low viscosity solution having a viscosity of about 1,000 cp.

고점도의 용액을 사용하는 경우, 패터닝 속도가 저속인 경우에는 전기 응력에 의해 유체가 더욱 젯팅(jetting)되어 인가되는 전압의 크기가 증가할수록 선폭이 넓어지는 결과가 나타났으며, 패터닝 속도가 증가하면 인가되는 전압의 크기가 증가할수록 선폭이 좁아지는 결과가 나타났다.In the case of using a high viscosity solution, when the patterning speed is low, the line width is widened as the applied voltage is increased by jetting the fluid by electric stress, and as the patterning speed is increased As the applied voltage increases, the line width becomes narrower.

더 자세히 설명하면, 기판부(110)와 노즐부(120) 사이의 상대속도가 1000 ㎛/s 인 경우에는 인가되는 전압의 크기가 0 kV에서 1.8 kV로 증가할수록 패터닝되는 라인의 선폭이 200㎛에서 대략 270㎛까지 증가하였다. More specifically, when the relative speed between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 is 1000 占 퐉 / s, the line width of the patterned line becomes 200 占 퐉 as the applied voltage increases from 0 kV to 1.8 kV To about 270 mu m.

여기서, 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 상대속도를 2000㎛/s로 조절한 경우, 전압의 크기의 변화에 거의 무관하게 패터닝되는 라인의 선폭은 170㎛~ 180 ㎛정도를 유지하였다.When the relative speed between the substrate portion 110 and the nozzle portion 120 is adjusted to 2000 占 퐉 / s, the line width of the pattern to be patterned is substantially 170 占 퐉 to 180 占 퐉 Respectively.

또한, 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 상대속도를 3000㎛/s로 조절한 경우, 전압의 크기가 증가할수록 패터닝되는 라인의 선폭이 150㎛에서 130㎛ 정도로 감소하는 결과가 도출되었다.When the relative speed between the substrate 110 and the nozzle unit 120 is adjusted to 3000 탆 / s, the line width of the patterned line decreases from 150 탆 to 130 탆 as the voltage increases. .

도 5를 참고하면, 저점도의 용액를 사용하는 경우 전압을 인가하지 않으면 연속적인 라인 패턴을 형성하기 어려웠으며, 전압을 인가시 대체적으로 패터닝되는 라인의 선폭이 감소하는 경향을 보였다. 또한, 일정한 속도 이상에서는 전압 증가의 효과가 크지 않았다.Referring to FIG. 5, when a solution having a low viscosity is used, it is difficult to form a continuous line pattern unless a voltage is applied, and the line width of a pattern generally patterned when a voltage is applied is decreased. In addition, the effect of voltage increase was not great at a certain speed or more.

이를 자세히 설명하면, 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 상대속도가 1000 ㎛/s 인 경우에는 인가되는 전압의 크기가 0 kV에서 1.8kV로 증가할수록 패터닝되는 라인의 선폭이 대략 210㎛에서 170㎛까지 증가하였다. More specifically, when the relative speed between the substrate 110 and the nozzle unit 120 is 1000 탆 / s, the line width of the patterned line increases from 210 kV to about 210 kV as the applied voltage increases from 0 kV to 1.8 kV. Mu m to 170 mu m.

여기서, 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 상대속도를 2000㎛/s로 조절한 경우, 전압의 크기의 변화에 거의 무관하게 패터닝되는 라인의 선폭은 150㎛에서 140㎛까지 감소하였다.Here, when the relative speed between the substrate 110 and the nozzle unit 120 was adjusted to 2000 탆 / s, the line width of the pattern to be patterned was reduced from 150 탆 to 140 탆 regardless of the variation of the voltage magnitude .

또한, 기판부(110)과 노즐부(120) 사이의 상대속도를 3000㎛/s로 조절한 경우, 전압의 크기가 증가할수록 패터닝되는 라인의 선폭은 120㎛ 정도로 유지되는 결과가 도출되었다.
In addition, when the relative speed between the substrate 110 and the nozzle unit 120 was adjusted to 3000 탆 / s, the line width of the patterned line was maintained at about 120 탆 as the voltage was increased.

이하, 상술한 내용을 바탕으로 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법(S100)에 대하여 설명한다.Hereinafter, a three dimensional patterning method (S100) using contact type patterning according to an embodiment of the present invention will be described based on the above description.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.6 is a flowchart schematically illustrating a three-dimensional patterning method using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법(S100)은 상술한 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 이용하여 3차원 입체물을 구현하는 방법으로써, 형상 저장 단계(S110)와 제1 유체제공단계(S120)와 제1 경화단계(S130)와 제2 유체제공단계(S140)와 제2 경화단계(S150)와 반복단계(S160)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a three-dimensional patterning method (S100) using contact-type patterning according to an embodiment of the present invention uses a three-dimensional patterning device using contact-type patterning according to the above- The first fluid supply step S120, the first fluid supply step S130, the second fluid supply step S140, the second fluid curing step S150, and the repeating step S160 ).

상기 형상 저장 단계(S110)는 사용자가 구현하고자 하는 3차원 입체물의 형상을 저장하는 단계이다. 형상 저장 단계(S110)를 통해 3차원 입체물의 형상을 저장함으로써 상술한 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치(100)이 3차원 입체물과 동일한 형상을 구현할 수 있도록 한다.The shape storing step (S110) is a step of storing a shape of a three-dimensional solid object to be implemented by a user. By storing the shape of the three-dimensional solid object through the shape storing step S110, the three-dimensional patterning apparatus 100 using the contact-type patterning described above can realize the same shape as the three-dimensional solid object.

또한, 형상획득부(160)로부터 형상된 기완료된 패턴층의 형상과 형상 저장 단계(S110)를 통해 입력된 3차원 구조물의 형상을 비교함으로써 3차원 입체물과 동일한 형상으로 패턴층(15)이 형성되고 있는지 여부를 확인할 수 있다.In addition, by comparing the shape of the completed pattern layer formed from the shape obtaining unit 160 and the shape of the three-dimensional structure input through the shape storing step S110, the pattern layer 15 is formed in the same shape as the three- Can be checked.

도 7은 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제1 유체제공단계를 개략적으로 도시한 사시도이다.FIG. 7 is a perspective view schematically showing a first fluid providing step in a three-dimensional patterning method using contact patterning according to FIG. 6; FIG.

도 7을 참조하면, 상기 제1 유체제공단계(S120)는 3차원 입체물의 형상과 대응되게 기판부(110) 상측에 유체를 제공하는 단계이다.Referring to FIG. 7, the first fluid providing step (S120) is a step of providing a fluid on the upper side of the substrate 110 in correspondence with the shape of the three-dimensional solid object.

즉, 제1 유체제공단계(S120)는 기판부(110) 상측에 제1 패턴층(11)을 형성하도록 유체를 제공하는 단계이다.That is, the first fluid providing step (S120) is a step of providing a fluid to form the first pattern layer 11 on the substrate portion 110.

도 8은 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제1 경화단계를 개략적으로 도시한 사시도이다.FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a first curing step in a three-dimensional patterning method using contact-type patterning according to FIG.

도 8을 참조하면, 상기 제1 경화단계(S130)는 제1 유체제공단계(S120)를 통해 기판부(110) 상에 제공된 유체를 경화시켜 제1 패턴층(11)을 형성하는 단계이다.Referring to FIG. 8, the first curing step S130 is a step of forming the first pattern layer 11 by curing the fluid provided on the substrate portion 110 through the first fluid providing step S120.

여기서, 제1 경화단계(S130)는 제1 유체제공단계(S120)가 완료된 이후에 수행되거나 또는 제1 유체제공단계(S120)가 수행되는 도중에 진행될 수 있다.Here, the first curing step (S130) may be performed after the first fluid providing step (S120) is completed or during the first fluid providing step (S120) is being performed.

즉, 제1 유체제공단계(S120)를 통해 제1 패턴층(11)에 대응되게 유체를 기판부(110) 측에 제공한 후, 제1 경화단계(S130)를 통해 유체를 경화시켜 제1 패턴층(11)을 형성할 수 있다.That is, the fluid is supplied to the substrate portion 110 side corresponding to the first pattern layer 11 through the first fluid providing step S120, and then the fluid is cured through the first curing step S130, The pattern layer 11 can be formed.

또는, 제1 유체제공단계(S120)을 수행하는 도중에 기판부(110)에 제공이 완료된 유체를 선택적으로 경화시켜 제1 유체제공단계(S120)와 제1 경화단계(S130)가 완료되는 시점을 단축시킬 수 있다.Alternatively, during the execution of the first fluid providing step S120, the fluid that has been provided to the substrate unit 110 may be selectively cured so that the first fluid providing step S120 and the first curing step S130 are completed Can be shortened.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 제1 경화단계(S130)는 광원(141)과 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD:142)과 광원(141)과 디지털 마이크로미러 디바이스(142) 사이 및 디지털 마이크로미러 디바이스(142)와 유체 사이에 각각 마련되는 렌즈(143a, 143b)를 구비하여 램프 큐어링 방식을 통해 유체를 경화시켜 제1 패턴층(11)을 형성하나 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the first curing step S130 may include a step of curing the light source 141, the DMD 142, the light source 141, and the digital micromirror device 142, Lenses 143a and 143b provided between the device 142 and the fluid, respectively, to cure the fluid through the lamp curing method to form the first pattern layer 11, but the present invention is not limited thereto.

도 9는 도 6에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법에서 제2 유체제공단계를 개략적으로 도시한 사시도이다.FIG. 9 is a perspective view schematically showing a second fluid providing step in a three-dimensional patterning method using contact type patterning according to FIG. 6; FIG.

도 9를 참조하면, 상기 제2 유체제공단계(S140)는 패턴층(15) 상측에 유체를 제공하는 단계이다. 여기서, 패턴층(15)은 제1 경화단계(S130)를 통해 형성된 제1 패턴층(11) 일수도 있고, 후술할 제2 경화단계(S150)를 통해 형성되며, 제1 패턴층(11) 상측에 형성되는 소정의 패턴층(15)일 수도 있다.Referring to FIG. 9, the second fluid providing step (S140) is a step of providing a fluid on the pattern layer (15). The pattern layer 15 may be a first pattern layer 11 formed through the first curing step S130 or a second curing step S150 to be described later, Or may be a predetermined pattern layer 15 formed on the upper side.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법(S100)은 3차원 입체물의 형상을 높이방향을 따라 복수개의 패턴층으로 구획하고, 이를 각각의 공정을 통해 적층시킴으로써 3차원 입체물의 형상을 구현하며, 제2 유체제공단계(S140)는 기판부(110) 측에 최초로 형성된 제1 패턴층(11)을 제외한 나머지 패턴층(15)에 대응되는 유체를 제공하는 단계로 볼 수 있다.That is, the three-dimensional patterning method (S100) using contact patterning according to an embodiment of the present invention divides the shape of the three-dimensional solid body into a plurality of pattern layers along the height direction, The second fluid providing step S140 is a step of providing a fluid corresponding to the remaining pattern layer 15 except for the first pattern layer 11 formed first on the substrate 110 side can see.

상기 제2 경화단계(S150)는 상술한 제2 유체제공단계(S140)를 통해 패턴층(15) 상에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층을 형성하는 단계이다.The second curing step S150 is a step of forming a pattern layer by curing the fluid provided on the pattern layer 15 through the second fluid providing step S140.

본 단계에서의 패턴층(15)의 의미도 상술한 제2 유체제공단계(S140)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.The meaning of the pattern layer 15 in this step is substantially the same as that described in the above-described second fluid providing step S140.

상기 반복단게(S160)는 제2 유체제공단계(S140) 및 제2 경화단계(S150)를 반복하여 3차원 입체물의 형상을 구현하는 단계이다.The repeating step S160 is a step of implementing the shape of the three-dimensional solid body by repeating the second fluid providing step S140 and the second curing step S150.

상술한 것과 같이, 제2 유체제공단계(S140) 및 제2 경화단계(S150)는 반복단계(S160)를 통해 제1 패턴층(11)을 제외한 다른 패턴층(15)을 형성하게 되며, 반복단계(S160)가 완료된 시점에서 3차원 입체물의 형상의 구현도 완료된다.As described above, the second fluid providing step S140 and the second curing step S150 form another pattern layer 15 except for the first pattern layer 11 through a repetition step S160, At the completion of step S160, the implementation of the shape of the three-dimensional solid object is also completed.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법(S100)에 따르면, 제1 경화단계(S120) 또는 제2 가공단계(S130) 이후에 각각의 패턴층(15)이 형상 저장 단계(S110)를 통해 저장된 3차원 입체물의 형상과 동일한 지 여부를 판단하는 확인단계를 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to the three-dimensional patterning method (S100) using contact patterning according to an embodiment of the present invention, after the first curing step (S120) or the second processing step (S130), the respective pattern layers (15) It is possible to perform a confirmation step of determining whether or not the shape of the three-dimensional solid object is the same as the shape of the stored three-dimensional solid object through the shape storage step S110. However, the present invention is not limited thereto.

도 10 내지 도 14는 도 1에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 통해 3차원 입체물을 패터닝한 모습을 촬영한 사진이다.FIGS. 10 to 14 are photographs of a patterned three-dimensional solid object through a three-dimensional patterning device using contact-type patterning according to FIG.

도 10 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 통해 막대형, 원형, 사각형 등의 형상을 가지는 3차원 입체물을 용이하게 구현할 수 있음을 알 수 있다.
Referring to FIGS. 10 to 14, a three-dimensional solid object having a shape such as a rod-like shape, a circle shape, and a rectangular shape can be easily implemented through a three-dimensional patterning device using contact patterning according to an embodiment of the present invention. .

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

100: 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치
110: 기판부 120: 노즐부
130: 전압인가부 140: 경화부
150: 이송부 160: 형상획득부
170: 제어부
S100: 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 방법
S110: 형상 저장 단계 S120: 제1 유체제공단계
S130: 제1 경화단계 S140: 제2 유체제공단계
S150: 제2 경화단계 S160: 반복단계100: Three-dimensional patterning device using contact type patterning
110: substrate portion 120: nozzle portion
130: voltage applying unit 140:
150: transfer unit 160: shape obtaining unit
170:
S100: Three-dimensional patterning method using contact type patterning
S110: shape storing step S120: first fluid providing step
S130: First curing step S140: Second fluid providing step
S150: second curing step S160: repeating step

Claims

복수의 패턴층을 순차적으로 적층하여 3차원 입체물을 제작하는 3차원 패터닝 장치에 있어서,
기판부;
상기 기판부 또는 상기 기판부 상에 형성되는 패턴층 상측으로 유체를 제공하는 노즐부;
상기 유체가 상기 기판부와 상기 노즐부 사이 또는 패턴층과 상기 노즐부 사이에 연결된 상태로 상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층되도록 상기 노즐부에서 제공되는 유체의 표면에 전압을 인가하는 전압인가부; 및
상기 유체가 상기 기판부 또는 상기 기판부 상에 형성되는 패턴층 상측에 연결된 상태를 유지하며 패터닝되도록 상기 유체에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하며,
상기 기판부 또는 상기 노즐부는 서로 근접하거나 멀어지는 방향 또는 서로 나란한 방향을 따라 이동가능하게 마련되고,
상기 제어부는, 상기 전압인가부로부터 인가되는 전압의 세기를 제어함으로써 상기 유체가 상기 노즐부의 단부 측에 메니스커스(Meniscus)를 형성하고; 상기 기판부와 상기 노즐부 사이 또는 상기 노즐부와 상기 패턴층 사이에서의 유체의 연결관계의 단속을 방지하도록, 상기 전압인가부를 통해 인가되는 전압을 조절하여, 상기 메니스커스의 표면에 발생하는 전기 응력(electric stress), 상기 메니스커스의 표면에 발생하는 표면장력 및 상기 기판부 또는 상기 패턴층과 상기 메니스커스 사이에 발생하는 점성에 의한 마찰력의 3힘의 평형을 통해 상기 전기 응력, 표면장력 및 마찰력을 상호작용시켜 유체를 패터닝하는 것을 특징으로 하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.A three-dimensional patterning device for producing a three-dimensional solid object by sequentially laminating a plurality of pattern layers,
A substrate portion;
A nozzle unit for supplying a fluid to the upper surface of the substrate or the pattern layer formed on the substrate;
A voltage applying unit for applying a voltage to a surface of the fluid provided by the nozzle unit so that the fluid is stacked on the substrate unit or the pattern layer in a state in which the fluid is connected between the substrate unit and the nozzle unit or between the pattern unit and the nozzle unit, ; And
And a controller for controlling the intensity of a voltage applied to the fluid to be patterned while maintaining the fluid connected to the substrate or the pattern layer formed on the substrate,
Wherein the substrate portion or the nozzle portion is provided so as to be movable in a direction approaching or departing from each other or along a direction parallel to each other,
Wherein the control unit controls the intensity of a voltage applied from the voltage application unit so that the fluid forms a meniscus on an end side of the nozzle unit; A voltage applied through the voltage application unit is controlled so as to prevent the interconnection of the fluid connection between the substrate unit and the nozzle unit or between the nozzle unit and the pattern layer so that the voltage applied to the surface of the meniscus The electric stress, the surface tension occurring on the surface of the meniscus, and the frictional force caused by the viscous force generated between the substrate portion or the pattern layer and the meniscus, Wherein the fluid is patterned by interacting with a surface tension and a frictional force of the three-dimensional patterning device.

제 1항에 있어서,
상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층된 유체를 경화시켜 패턴층을 형성하는 경화부;를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 유체가 상기 기판부 또는 패턴층 상에 적층되거나 상기 기판부 또는 패턴층 상측에 적층된 유체가 경화되도록 상기 노즐부 또는 상기 경화부가 선택적으로 작동하도록 제어하거나 상기 노즐부 및 상기 경화부가 동시에 작동하도록 제어하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.The method according to claim 1,
And a hardening portion for forming a pattern layer by curing the fluid deposited on the substrate portion or the pattern layer,
The control unit controls the nozzle unit or the curing unit to selectively operate so that the fluid is stacked on the substrate unit or the pattern layer or the fluid stacked on the substrate unit or the pattern layer is cured or the nozzle unit and the curing unit A three-dimensional patterning device using contact-type patterning to control simultaneous operation.

제 2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 기판 또는 상기 노즐부의 이동시 상기 유체가 상기 기판과 상기 노즐부 사이 또는 상기 패턴층과 상기 노즐부 사이에서 연결되거나 끊어지는 것을 선택적으로 제어하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit selectively controls the fluid to be connected or disconnected between the substrate and the nozzle unit or between the pattern layer and the nozzle unit when the substrate or the nozzle unit moves.

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제 3항에 있어서,
상기 노즐부를 상기 기판부로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 상기 기판부와 나란한 방향을 따라 이송시키는 제1 이송부, 상기 기판부를 상기 노즐부로부터 멀어지거나 근접하는 방향 또는 상기 노즐부와 나란한 방향을 따라 이송시키는 제2 이송부를 구비하는 이송부;를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 유체가 패터닝되도록 상기 제1 이송부의 이송 속도 및 상기 제2 이송부의 이동 속도 중 적어도 어느 하나를 제어하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.The method of claim 3,
A first conveying portion for conveying the nozzle portion in a direction away from or close to the substrate portion or along a direction parallel to the substrate portion, a second conveying portion for conveying the substrate portion in a direction away from or proximate to the nozzle portion, And a transfer unit having a second transfer unit,
Wherein the control unit controls at least one of a conveyance speed of the first conveyance unit and a conveyance speed of the second conveyance unit so that the fluid is patterned.

제 3항에 있어서,
상기 패턴층의 3차원 형상 정보를 저장하는 형상획득부;를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 형상획득부로부터 상기 패턴층의 3차원 형상정보를 제공받아 상기 패턴층 상측으로 유체가 제공되도록 상기 기판부 또는 상기 노즐부의 움직임을 제어하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.The method of claim 3,
And a shape obtaining unit for storing three-dimensional shape information of the pattern layer,
Wherein the control unit is provided with three-dimensional shape information of the pattern layer from the shape obtaining unit and controls the movement of the substrate unit or the nozzle unit to provide a fluid on the pattern layer.

제 3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 노즐부로부터 제공되는 유체의 직경이 조절되도록 상기 기판부와 상기 노즐부 사이의 이격 간격을 제어하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.The method of claim 3,
Wherein the control unit controls the interval between the substrate unit and the nozzle unit so that the diameter of the fluid supplied from the nozzle unit is adjusted.

제 2항에 있어서,
상기 경화부는 레이저 큐어링 방식, 램프 큐어링 방식, 열처리 방식 또는 자외선 큐어링 방식 중 어느 하나를 이용하는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치. 3. The method of claim 2,
Wherein the hardening unit is a contact patterning method using a laser curing method, a lamp curing method, a heat treatment method, or an ultraviolet curing method.

제 1항에 있어서,
상기 유체는 나노입자 및 전도성 나노 구조체 중 어느 하나와 고분자 화합물을 포함하는 금속 나노입자 잉크로 형성되는 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치. The method according to claim 1,
Wherein the fluid is formed of a metal nanoparticle ink containing any one of nanoparticles and conductive nanostructures and a polymer compound.

제 9항에 있어서,
상기 전도성 나노 구조체의 구조는 나노 입자, 나노 와이어, 나노 막대, 나노 파이프, 나노 벨트 또는 나노튜브 구조 중 적어도 어느 하나인 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치. 10. The method of claim 9,
Wherein the structure of the conductive nanostructure is at least one of a nanoparticle, a nanowire, a nanorod, a nanopipe, a nanobelt, or a nanotube structure.

제 9항에 있어서,
상기 전도성 나노 구조체는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(zn), 구리(Cu), 규소(Si) 또는 티타늄(Ti)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 나노구조체 또는 탄소나노튜브이거나 이들의 조합인 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치. 10. The method of claim 9,
Wherein the conductive nanostructure is selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), nickel (Ni), zinc (Zn), copper (Cu), silicon (Si) or titanium A three-dimensional patterning device using contact-type patterning, the nanostructure comprising at least one or more carbon nanotubes, or a combination thereof.

제 9항에 있어서,
상기 고분자화합물은 키토산(chitosan), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid), 셀룰로오스(cellulose), 실크 피브로인(silk fibroin), 인지질(phospholipids) 또는 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 천연고분자 화합물인 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.10. The method of claim 9,
The polymeric compound may be selected from the group consisting of chitosan, gelatin, collagen, elastin, hyaluronic acid, cellulose, silk fibroin, phospholipids or fibrinogen fibrinogen, which is a natural polymer compound.

제 9항에 있어서,
상기 고분자화합물은 PLGA(Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA(Poly(lactic acid)), PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate), PDO(Polydioxanone), PGA(Polyglycolic acid), PLCL(Poly(e-caprolactone-co-lactide)), PCL(Poly(e-caprolactone)), PLLA(Poly-L-lactic acid), PEUU(Poly(ether Urethane Urea), 아세트산 셀룰로오스(Cellulose acetate), PEG(Polyethylene glycol), EVOH(Poly(Ethylene Vinyl Alcohol), PVA(Polyvinyl alcohol), PEO(Polyethylene glycol), PVP(Polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성고분자 화합물인 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치.10. The method of claim 9,
The polymeric compound may be selected from the group consisting of PLGA (poly (lactic-co-glycolic acid), PLA (poly (lactic acid), PHBV (polyhydroxybutyrate), PDO (polydioxanone), PGA Poly (L-lactic acid), PEUU (Poly (ether Urethane Urea), Cellulose acetate, PEG Dimensional patterning apparatus using contact-type patterning, which is a synthetic polymer compound containing at least one of poly (ethylene glycol), ethylene glycol (EVOH), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEO), and polyvinylpyrrolidone (PVP).

제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 접촉식 패터닝을 이용한 3차원 패터닝 장치를 이용하여 3차원 입체물을 구현하는 3차원 패터닝 방법에 있어서,
기설정된 3차원 입체물의 형상을 저장하는 형상 저장 단계;
상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 대응되게 노즐부로부터 기판부 상부에 유체를 제공하는 제1 유체제공단계;
제1 유체제공단계를 통해 상기 기판상에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층으로 형성하는 제1 경화단계;
상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 대응되게 상기 노즐부로부터 패턴층 상부에 유체를 제공하는 제2 유체제공단계;
상기 제2 유체제공단계를 통해 패턴층 상부에 제공된 유체를 경화시켜 패턴층으로 형성하는 제2 경화단계;
패턴층이 상기 기설정된 3차원 입체물 형상과 동일한 형상을 가지도록 상기 제2 유체제공단계 및 상기 제2 경화단계를 반복수행하는 반복단계;를 포함하는 접촉식 패터닝을 이용하는 3차원 패터닝 방법.A three-dimensional patterning method for realizing a three-dimensional solid object using the three-dimensional patterning apparatus using contact-type patterning according to any one of claims 1 to 3 or 5 to 13,
A shape storing step of storing a shape of a predetermined three-dimensional solid object;
Providing a fluid from the nozzle portion to the upper portion of the substrate portion in correspondence with the predetermined three-dimensional solid object shape;
A first curing step of curing the fluid provided on the substrate through the first fluid providing step to form a pattern layer;
Providing a fluid to the upper portion of the pattern layer from the nozzle portion in correspondence with the predetermined three-dimensional solid object shape;
A second curing step of curing the fluid provided on the pattern layer through the second fluid providing step to form a pattern layer;
And repeating the second fluid providing step and the second curing step such that the pattern layer has the same shape as the predetermined three-dimensional solid object shape.

제 14항에 있어서,
상기 제1 경화단계 또는 상기 제2 경화단계를 통해 형성된 패턴층이 상기 형상 정보 단계를 통해 획득한 3차원 입체물이 형상과 대응되는지 여부를 검사하는 확인단계;를 더 포함하는 접촉식 패터닝을 이용하는 3차원 패터닝 방법.15. The method of claim 14,
And a checking step of checking whether the pattern layer formed through the first curing step or the second curing step corresponds to the shape of the three-dimensional solid object obtained through the shape information step Dimensional patterning method.