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세라믹 3D 프린팅 형상 측정 및 결함 감지를 위한 층간 모니터링 방법
오원정(W. J. Oh),고종완(J. W. Ko),김동현(D. H. Kim),하정홍(J. H. Ha),박유진(Y. J. Park),강동기(D. K. Kang),김충수(C. S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
세라믹은 전기·전자, 광학, 의료 등 여러 분야에서 요구되는 특성을 구현하는 우수한 소재이지만, 절삭 가공이 어려운 난삭재로 분류되며 3D 프린팅 제조 또한 기술의 난이도가 높은 실정이다. 특히 3D 프린팅 제조를 통해 생산된 제품은 절삭 공정에 비해 낮은 형상 정밀도를 가지며, 반응 경화 시 결함으로 인한 내부 기공은 세라믹 제품에 있어 치명적이다. 낮은 형상정밀도의 문제는 연마 등의 후처리 공정의 비중이 커지고 비용의 증가로 이어지게 된다. 또한 내부 기공의 경우 취성 재료인 세라믹의 특성상, 직접 균열의 원인이 되거나 기공에 집중되는 응력으로 인해 미세균열의 원인이 될 수 있다. 따라서 한 층씩 적층되는 3D 프린팅 제조에서 있어서 층간 모니터링은 매우 중요하다. 본 연구에서는 선택적 반응 경화 기반 세라믹 3D 프린팅 공정에서 비전 센서를 이용한 층간 형상 모니터링 및 머신 러닝(Machine Learning)을 이용한 결함 탐지 시스템을 제안하였다. 제안된 모니터링 시스템은 상단에 고정된 비전센서를 통해 데이터를 확보하고 결함을 감지하는 방식이다. 제안된 모니터링 시스템을 이용할 경우 층간 형상은 선택적으로 반응된 경화물의 색상을 통해 추출하며, 적층 중 결함은 머신 러닝 알고리즘 중 하나인 YOLO (You only Look Once)를 이용하여 탐지한다. 본 연구에서 제안된 모니터링 시스템을 통해 세라믹 3D 프린팅의 형상 최적화 및 세라믹 제조품의 불량률을 감소시킬 수 있을 것이다.
기계요소부품을 이용한 3D 프린팅 부품의 고기능화 및 단가 절감 설계 방법
오원정(W. J. Oh),김동현(D. H. Kim),황슬기(S. G. Hwang),강동기(D. K. Kang),김동현(D. H. Kim),김충수(C. S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
항공산업 및 자동차 산업 등 여러 산업분야에서, 핵심 부품에 대한 높은 기계적 성능을 요구할 뿐만 아니라 연비 및 단가와 같은 경제성에 대한 요구도 동시에 증가하고 있다. 전통적인 제조 방법은 특정 수준의 복잡성 이상으로 제조가 불가능 하여 많은 제약이 있었으나, 위상 최적화(Topology Optimization) 방법을 통해 형상을 최적화하고, 3D 프린팅 공정으로 제조를 할 경우 제품의 기계적 성능을 유지하며, 경량화를 통해 경제성 또한 만족시킬 수 있다. 하지만 일반적으로 3D 프린팅으로 제조된 재료는 이방성을 가지기 때문에 원하는 기계적 성능을 확보하는데 어려움이 있으며, 제조원가 또한 높다는 단점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 3D 프린팅을 통하여 제품의 부피를 감소시킴과 동시에 중요 위치에 축계 및 중공축계 등의 낮은 단가의 기계부품 요소를 적용하여 제품의 안정성 및 낮은 공정단가를 확보하는 기계요소 부품 조립을 고려한 설계방법론을 제시하였다. PA 12 Polyamide 로 구성된 브라켓(Bracket)에 대해 기계요소 부품 조립을 고려한 설계를 수행하였고, 이 설계에 대한 구조해석 및 단가를 산출하였다. 산출된 결과는 기존 브라켓의 데이터와 비교되었으며, 그 결과 제안된 브라켓의 휨 변위는 65%, 단가는 30% 이상 감소된 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 3D 프린팅의 도입을 고려하는 산업 외 다양한 산업에서 3D 프린팅의 도입을 재고할 수 있을 것이다.