이 연구는 광경화 기반 3D 프린팅을 사용하여 미세 다공성 스케폴드 필라멘트 격자와 항균 세라믹 수지 복합물을 사용한 세라믹 골조물과 일시적인 다리를 제작하는 것을 제안합니다. 세라믹 3D 프린팅 기술은 세라믹 조성물을 층층이 쌓아 3D 세라믹 물체를 제작할 수 있습니다. 3D 프린팅용 세라믹 복합물은 생 세라믹 분말과 분산제, 열가소성체 또는 광경화 단량체 등의 첨가제로 이루어져 있습니다. 고점도와 전단묽어짐 (shear thinning)을 가진 세라믹 슬러리는 직접 잉크 작성 및 광경화 지원 3D 플라팅과 같은 압출 기반 프린팅을 사용하여 세라믹 물체를 제작하는 데 사용됩니다. 반면에 저점도와 고유동성을 가진 세라믹 레진은 디지털 라이트 프로세스 (DLP), 스테레오리소그래피 (SLA), 액정 표시장치 (LCD) 등의 리소그래피 (광경화) 기반 3D 프린팅을사용하여 세라믹 물체를 제작하는 데 사용됩니다.
제 1 연구에서는 광경화 지원 3D 플라팅 기술을 사용하여 미세 다공성 스케폴드 필라멘트가 있는 세라믹 골조물이 생산되었습니다. 균일한 미세 다공성 스케폴드 필라멘트를 제작하기 위해 시제품 테스트가 수행되었습니다. 미세 다공성 스케폴드 필라멘트는 유사한 압출 행동을 가진 세라믹 및 코어 슬러리 조성물을 사용하여 성공적으로 제작되었습니다. 스케폴드 피드로드 (feedrod)는 수소화아파타이트 분말, 포밍 에이전트 (캠핀 및 캠퍼, 2:1 비율), 분산제, 광경화 단량체 (UDMA), 및 광개시제 및 유사한 압출 행동을 가진 탄소 블랙 슬러리를 사용하여 준비되었습니다. 세라믹 골조물의 다양한 다공성은 기공 형성제의 첨가량을 50 에서 60 까지와 필라멘트 간격을 1.5 에서 2.0 mm로 제어하여 생산되었습니다. 소결된 스케폴드 필라멘트는 주목할 만한 크랙 없이 스케폴드 구조와 미세한 구멍을 가지고 있습니다. 제어된 첨가물 양 및 필라멘트 간격을 통해 다양한 다공성을 가진 스케폴드 필라멘트로 이루어진 세라믹 골조물은 전체 다공성이 66.8 ± 0.9 에서 79.3 ± 0.5 % 범위이며, 이러한 세라믹 골조물의 압축 강도 및 탄성 모듈은 각각 2.36 ± 0.33 에서 4.67 ± 0.18 MPa 및 68 ± 19 에서 100 ± 36 MPa로 계산되었습니다. 두 가지 유형의 미세 다공 구조와 복잡한 형태의 다공 골조물이 광경화 지원 3D 플라팅을 사용하여 인쇄되었습니다.
제 2 연구에서는 항균성 수지 복합물과 ZnO/SiO₂ 충전제를 사용하여 리소그래피 기반 3D 프린팅 기술을 통해 일시적인 다리가 인쇄되었습니다. 수지 복합물의 유동학적 거동은 분산제 중량비를 최적화하고 충전제 함량에 따라 점성을 식별하기 위해 평가되었습니다. 분산제 중량비는 세라믹의 3 wt.% 로 최적화되었으며, 수지 복합물의 점성은 충전제 부피비 증가에 따라 약 39.24 mPa·s 에서 약 261.6 mPa·s 로 증가했습니다. 광경화 거동, 경화 깊이 및 경화 폭 측정은 프린팅 조건을 최적화하기 위해 수행되었으며, 한 층의 경화 시간은 2.5초로 설정되었습니다. 유동학적 거동에 따라 프린팅 중 정지 시간은약 30 초에서 약 90 초로 조절되어 정확한 수지 3D 프린팅을 보장했습니다. 인쇄된 시편 내의 세라믹 함량은 FE-SEM, TGA, 및 EDS 분석을 사용하여 평가되었으며, 이러한 결과는 프린팅 된 시편이 균일한 충전제 분포를 가지고 있음을 보여줍니다. 충전제 함량이 0 에서 10 Vol.%로 증가함에 따라 굽힘 강도는 193.7 ± 8.6 MPa 에서 98.4 ± 7.3 MPa 로 감소했지만, 경도 및 굽힘 모듈러스는 각각 24.18 ± 0.51 에서 27.76 ± 0.44 및 1601.3 ± 144.4 MPa 에서 1942.9 ± 172.7 MPa 로 증가했습니다. ZnO/SiO₂를 함유한 항균성 수지 복합물을 사용하여 10 vol.% 충전제로 프린팅 된 임시치는 눈에 띄는 균열이나 왜곡 없이 제작되었습니다.
종합적으로 본 연구는 다양한 형태의 세라믹 골조물과 항균 효과를 가진 임시치를 다공성 세라믹 피드로드와 항균성 세라믹 충전제를 사용하여 제작할 수 있으며, 광경화 지원 3D 플라팅 및 리소그래피 기반 3D 프린팅과 같은 3D 프린팅 기술을 사용하여 복잡한 형상으로 인쇄할 수 있음을 제안합니다.