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소형 IoT 부품의 방수 케이스 제작을 위한 3D 프린팅 후공정의 최적화 방법 연구
안일혁 한국사물인터넷학회 2023 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.9 No.5
본 논문은 다양한 IoT 제품의 개발에 있어서 선행되는 시제품 제작에 있어서 최근에 가장 널리 활용되고 있는3D 프린팅 기술 중에 하나인 용융적층 공정(Fused deposition modeling, FDM) 공정에 있어서 기계적 물성치 및방수 기능을 향상할 수 있는 온간 등압 가압법(Warm isostatic pressing, WIP) 공정의 최적화 방안에 대하여 연구하였다. 최적화에 있어서 기존의 연구에서 하지 않았던, 온도 유지 시간 및 냉각 방식을 중요 변수로 하여 실험을 계획하였다. 시편의 제작은 WIP 효과가 가장 극적으로 나타는 방향으로 제작을 하였으며, WIP 공정의 효과를 알아보기 위하여 WIP 처리를 하지 않은 시편도 동일한 방식으로 제작하여 실험하였다. 실험 결과는 WIP 공정은 기계적 물성치 및방수 효과 향상 시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 온도 유지 시간은 기계적 물성치에 영향을 주지 않으며 냉각 방식의 차이에 따른 기계적 변화는 5% 차이를 보여주었다. This paper studied the post-processing process of the fused deposition modeling (FDM) process, one of the most widely used 3D printing technologies recently, in prototyping, which is a leading step in the development of various IoT products. The proposed post-treatment process is warm isostatic pressing (WIP), which can improve the mechanical properties and waterproof function of parts made by the FDM process. There are various process parameters in the WIP process, but in this study, the experiment was planned with the holding time of temperature and cooling ways as important variables. The specimens were manufactured in a direction that showed the most dramatic WIP effect, and in order to determine the effect of the WIP process, specimens without WIP treatment were manufactured and tested in the same manner. The experimental results confirmed that the WIP process improved mechanical properties and waterproofing effects. In addition, the temperature holding time did not affect the mechanical properties, and the mechanical change due to the difference in cooling method showed a 5% difference.
소형 IoT 기기 제작을 위한 FDM 프린팅 공정에서의 내부채움에 따른 물성치 변화 연구
안일혁,Ahn, Il-Hyuk 한국사물인터넷학회 2020 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.6 No.3
최근의 IoT 센서의 소형화와 센서의 소형화로 인하여 다른 센서 및 구조물들과의 간섭 및 견고성을 고려하여 더욱 복잡해 지고 있다. 최근 3D 프린팅 기술은 센서 직접 제작이나, 센서 소자를 포함하는 기구를 만드는 분야에 다양하게 적용이 되고 있다. 그 중에서, fused deposition modeling(FDM) 기술은 장비 및 소재의 가격이 상당히 저렴하며, IoT 기기의 제작이 활용이 가능한 가장 유력한 기술중에 하나이다. 그런 FDM 프린팅 기술은 플라스틱 소재 기반의 필라멘트를 녹여서 적층하여 3D 형상을 만들어 내는 기술이며, 최근에 특허 종료와 아울러 오픈 소스 기반의 저가형 프린터가 개발됨으로 일반인들에게도 널리 사용되고 있다. 이런 FDM 기술을 이용하여 출력된 출력물에 있어서 기계적 물성치는 소재의 종류와 다양한 공정 변수들에 의해서 영향을 받는다. 그 중에서도 내부 채움(infill)은 기계적 물성치에도 큰 영향을 주면, 출력 시간에도 영향을 준다. 따라서 본 논문에서 내부 채움과 기계적 물성치 및 출력 시간 사이의 관계를 규명하여, 기계 기구물을 제작할 때 출력 시간과 기계적 물성치를 고려한 최적의 내부 채움 조건 선정 방법을 제시하고자 한다. 제시된 방법을 증명하고자, 다른 공정은 모두 고정하고, 내부 채움 조건만을 변경한 인장 시편을 제작하고, 제작된 시편을 인장 실험을 통하여 내부 채움에 따른 출력물의 기계적 물성치를 비교 분석하였다. Recently, the size of the IoT sensor has been decreased and the collecting direction of the IoT sensor for acquiring the data have been changed from 2D to 3D. It makes sensor structure complex. In the fabrication of the complex structure, 3D printing technology has more useful than traditional manufacturing technologies. Among 3D printing technologies, FDM (fused deposition modeling) is a candidate technology to fabricate a small IoT sensor because the price of the machine and the material is cheap. In the FDM process, a 3D shape is made by depositing the melted filament. Recently, the patent of FDM technology is expired and cheat machines are developed based on the open-source. In the FDM process, mechanical properties of a fabricated part is affected by a lots of factors such as the kind of material and process parameters. Among them, infill is affecting the mechanical properties and the production lead time as well. In this work, a new method to optimize the FDM process with the consideration of mechanical property and production lead time was proposed. To verify the method, the fabrications were performed with the different infill rates. The results of tensile tests were analyzed to verify the proposed method.
FDM 3D 프린터 최적 공정 변수 선정을 위한 공정 윈도우 평가법
안일혁 한국융합학회 2018 한국융합학회논문지 Vol.9 No.8
3D 프린팅 기술에 있어서, 각각의 기술들은 고품질의 출력물을 얻기 위해서는 최적화해야 할 다양한 인자들을 가지고 있다. FDM (fused deposition modeling) 방식의 3D 프린터 또한 최적화해야 할 다수의 인자들이 있다. 그 중에서도 노즐 온도와 노즐 이송 속도는 가장 기본이 되는 인자라고 할 수 있다. 안정적인 출력이 가능한 두 인자의 조합을 찾는 것은 FDM 장비를 이용한 출력에 있어서 가장 먼저 선행되어야 할 일이다. 본 연구에서는 다양한 두 인자 조합에 따라 단일 라인 출력을 수행하였고, 얻어진 출력 결과물을 평가를 통하여 안정적인 출력이 가능한 범위를 선정하는 새로운 방법을 제시하였다. 제시한 방법을 통하여 평가한 안정적 조건 범위들을 동일 범위 조건 아래에서 다층 단일 라인 출력을 통하여 검증하였다. 그 결과, 단일 라인과 다층 단일 라인 출력이 동일한 안정적 범위를 보이고 있음을 확인 할 수 있었다. 이는 본 논문에서 제안한 단일 라인 평가법을 다층 출력의 안정성을 그대로 반영할 수 있음을 보여 준다. 이상의 결과들로 볼 때, 제안한 방법은 간단한 실험과 측정 방법을 이용하여 손쉽게 수행 될 수 있다는 점과 공정 변수들의 최적화를 위한 기본 데이터를 제공한다는 점에서도 그 의미를 찾을 수 있었다. In 3D printing technologies, many parameters should be optimized for obtaining a part with higher quality. FDM (fused deposition modeling) printer has also diverse parameters to be optimized. Among them, it can be said that nozzle temperature and moving speed of nozzle are fundamental parameters. Thus, it should be preceded to know the optimal combination of the two parameters in the use of FDM 3D printer. In this paper, a new method is proposed to estimate the range of the stable combinations of the two parameters, based on the single line quality. The proposed method was verified by comparing the results between single line printing and multi-layered single line printing. Based on the comparison, it can be said that the proposed method is very meaningful in that it has a simple test approach and can be easily implemented. In addition, it is very helpful to provide the basic data for the optimization of process parameters.