실리콘 기반 3D 프린팅용 고분자 합성 및 성능평가 = Synthesis of Silicone-Based 3D printing Polymer and Performance Evaluation

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 실록산 기반의 고유한 유연성과 우수한 열적 안정성을 갖는 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 아크릴레이트계 포토폴리머 레진에 도입하여, SLA(Stereolithography) 3D 프린팅용 소재의 물성과 공정 특성을 향상시키기 위한 개질 전략을 제시하였다. 이를 위해 Hexamethylcyclotrisiloxane(D3)을 단량체로 사용해 음이온 개환중합으로 선형 PDMS를 합성하였으며, 말단 구 조 조절을 통해 레진 상용성과 반응성을 개선하였다. 합성된 PDMS는 다양한 함량으로 레진 조성에 첨가되었고, 점도, 광투과도, 열적 특성, 기계적 물성, 수축률, 그리고 실제 SLA 3D 프린팅 출력 결과를 기반으로 그 영향을 체계적 으로 분석하였다. 연구 결과, PDMS의 도입은 레진의 점도를 점진적으로 증가시키지만 SLA 공 정 수행 가능 범위 내에서 안정적이었다. SLA 출력에 필요한 광투과도를 확 보하였다. 열적 분석에서는 PDMS가 레진의 열분해 개시 온도와 잔류량을 증 가시키며 열적 안정성을 향상시키는 효과를 보였다. 기계적 물성 평가에서는 PDMS 함량이 증가할수록 인장강도와 탄성률은 감소하였지만 파단신율은 크 게 증가하여 연성이 향상되었다. 수축률 분석에서는 PDMS가 광중합 과정의 체적 감소를 효과적으로 억제하여 출력물의 치수 안정성과 후경화 변형을 개 선하는 역할을 하였다. 또한 5–10 wt% 범위에서 공정성과 물성의 균형이 가 장 적절하였다. 이러한 결과는 PDMS가 SLA용 레진의 성능 향상을 위한 유 효한 개질 소재임을 입증하며, 실록산 기반 고분자를 활용한 기능성 광경화성 레진 개발의 가능성을 제시한다. 본 연구는 SLA 3D 프린팅 소재 설계에 있어 PDMS의 구조적·물성적 특성이 유효하게 작용함을 규명하였으며, 향후 다양한 실록산 구조와 반응성 말단기 를 도입한 확장 연구를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구 배경 1
• 제 2 절 SLA 3D 프린팅 기술 개요 3
• 제 3 절 PDMS 기반 개질의 필요성 7
• 제 4 절 기존 연구 동향 및 연구의 필요성 9
• 제 5 절 연구 목적 11
• 제 2 장 이론적 배경 12
• 제 1 절 PDMS의 구조와 물성 12
• 제 2 절 PDMS의 합성 원리 및 분자량 조절 15
• 제 3 절 아크릴레이트 기반 광경화 메커니즘 18
• 제 4 절 PDMS와 아크릴레이트레진의 상용성 22
• 제 3 장 실험 24
• 제 1 절 실험재료 24
• 제 2 절 기기분석 25
• 제 3 절 PDMS 합성 26
• 1. Ring-Opening Polymerization 26
• 2. 분자량 조절 29
• 3. 말단 작용기 도입 31
• 제 4 절 레진 조성 설계 및 점도 기반 최적화 34
• 제 5 절 PDMS 함량에 따른 레진 제조 36
• 제 6 절 SLA 3D 프린팅 및 출력 39
• 제 4 장 연구결과 및 고찰 43
• 제 1 절 PDMS 합성 분석 결과 43
• 제 2 절 PDMS 함량에 따른 레진 점도 변화 46
• 제 3 절 광투과도 분석 49
• 제 4 절 열적 특성 분석 52
• 제 5 절 기계적 물성 분석 55
• 제 6 절 수축률 분석 58
• 제 7 절 3D 프린팅 출력 결과 및 고찰 61
• 제 5 장 결론 63
• 참고문헌 65
• ABSTRACT 69