3D 프린터와 딥 코팅을 이용한 초소수성 3차원 부품 제작 공정 연구

Abstract

최근에는 소비자가 원하는 대로 제품을 만드는 방법이 점점 늘어나고 있다. 하지만 개인이 원하는 제품을 하나씩 제작하는 것은 상업적으로 어려움이 있기에 제품의 디자인에 따라 제작하며 제품의 프로토타입으로도 사용하기 간편한 3D 프린터가 많이 사용된다. 3D 프린터의 장점으로 인하여 사용이 증가하고 있지만, 제품의 형상에 따라 제품 품질의 차이 등을 보이는 단점을 아직 가지고 있다. 이에 따라 단점을 개선 시키며 새로운 용도 발전을 위한 연구가 광범위하게 진행되고 있다. 3D 프린터에 대해 연구하는 연구자 중에는 제작된 제품을 이용하거나 제품을 제작하며 인쇄물을 초소수성을 띠도록 연구하는 연구자들도 존재한다. 초소수성 인쇄물을 제작하는 것은 절대 쉽지 않기에 일부 연구에서는 초소수성 인쇄물을 만들기 위해서 기존의 3D 프린터 필라멘트와 화학물을 결합하여 초소수성 필라멘트를 제작하여 사용하거나 아주 작은 구조까지 제작이 가능한 새로운 3D 프린터를 제작하여 초소수성 인쇄물을 만드는 연구를 하였다. 이와 같은 연구들은 간단하게 초소수성 인쇄물을 제작할 수 있다는 장점이 있지만 제작 비용이 많이 들며 사용하는 필라멘트의 화학물을 결합 함으로서 성질 또한 바뀔 수 있으며 제품 공정 시 어려움이 발생할 수 있는 등의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 기존의 3D 프린터 및 필라멘트를 사용하여 적은 비용으로 제품을 제작할 수 있으며, 필라멘트의 성질 또한 유지 가능한 초소수성 인쇄물을 제작 하였다. 일반적인 3D 프린터와 필라멘트는 제품 제작 시 초소수성의 요소인 요철 구조만 존재하기에 초소수성을 나타내지 않는다. 따라서, 소수성 나노 입자 실리카와 MEK(Methyl Ethyl Ketone) 을 이용하여 코팅을 함으로써 초소수성 표면의 다른 요소인 낮은 표면 에너지를 만족하게 함으로서 인쇄물이 초소수성을 나타나게 한다. 인쇄물의 초소수성을 확인하기 위하여 CA(Contact angle) 및 SA (Sliding angle)를 측정하고 표면 특성이 Wenzel 에서 Cassie – Baxter 로 변하는 것을 확인한다. 또 한, 초소수성 인쇄물의 코팅 효율성과 사용 가능성을 알아보기 위하여 몇 가지 복잡한 3 차원 형상의 구조를 이용하여 평가하였다.