폴리머 분말용 적층가공 시스템 개발

국문 초록 (Abstract)

폴리머 분말용 적층가공 시스템 개발
단국대학교 대학원 기계공학과 설계 및 응용역학전공
한 정 목
지도교수： 송 지 현
3차원 프린팅(3D Printing)은 디지털 파일로 3차원 형상을 제작하는 첨단 제조 기술이다. 3D 프린팅은 기하학적 제약없이 복잡한 형상을 구성할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 분말형 3D 프린터의 압출 장치 설계 및 작동 메커니즘을 개발하였다. 분말형 재료를 적층 제조방식인 용융 적층 모델링(Fused Deposition Modeling, FDM) 3D 프린터에서 추가적인 가공 없이 사용한다. 출력 가능 최대 크기가 350 mm×350 mm×400 mm인 3D 프린터를 사용 하며, 호퍼에서 압출 장치까지 열 가소성 폴리머 소재를 지속적으로 공급하기 위하여 중력과 공기압을 활용한다. 열처리는 분말을 녹는점 이상으로 가 열하며 공압을 사용하여 압출한다. 온도 및 공기 공급 부분은 온도 센서와 공기압 모니터링 장치로 제어된다. 프린터의 노즐 크기는 0.5~0.6 mm의 직경 의 노즐을 사용하여 일반적으로 사용하는 0.4 mm 직경의 노즐에 비해 보다 빠른 인쇄가 가능하다. 본 연구에서 개발한 분말형 3D 프린팅은 스마트 소 재를 증착 소재로 활용해 적층 제조 분야를 넓힐 수 있다. 또한, 분말 형태 의 폴리머를 FDM 3D 프린터에서 사용하여 다양한 제조 분야에 활용 가능하다.
주제어: 3D 프린팅, 적층 제조, 용융 적층 모델링, 폴리머 분말, 공압

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Development of Additive Manufacturing
System for Polymer Powder
Han Jeongmok
Design and Applied Mechanics Major
Department of Mechanical Engineering
Graduate School, Dankook University
Advisor： Professor Song Ji-Hyeon0
3D printing is an advanced manufacturing technology that produces
three-dimensional shapes using digital files. One advantage of 3D printing is the ability to construct complex shapes without geometric constraints. In this study, the design and operational mechanism of the extrusion device for a powder-based 3D printer were developed. Powdered materials are used without additional processing in the fused deposition modeling (FDM) 3D printer, which is a layering manufacturing method. A 350 mm×350 mm×400 mm sized 3D printer is employed to continuously supply thermoplastic polymer materials from the hopper to the extrusion device using gravity and air pressure. The heat treatment involves raising the temperature above the melting point of the polymer powder. Temperature and air supply are controlled by temperature sensors and air pressure monitoring devices. The printer's nozzle size was 0.5-0.6 mm in diameter, allowing for faster printing than a typical 0.4 mm-diameter size nozzle. The developed powder-based 3D printing can broaden the scope of additive manufacturing by utilizing smart materials as deposition materials. Furthermore, the use of powdered polymers in FDM 3D printing opens up possibilities for diverse applications in various manufacturing fields.

Keywords: 3D Printing, Additive Manufacturing, FDM, Polymer Powder, Pneumatic

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅱ
• List of Tables ⅲ
• List of Figures ⅳ
• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성·1
• 1.2 선행 연구 5
• 1.3 연구 목적 및 내용 8
• Ⅱ. 폴리머 분말용 적층가공 시스템 개발 9
• 2.1 폴리머 분말용 적층가공 시스템 구성 9
• 2.2 연구 재료 13
• Ⅲ. 공정 조건 분석 16
• 3.1 공압에 따른 재료의 압출 속도 16
• 3.2 노즐 크기 별 해상도 비교 19
• 3.3 재료에 따른 노즐과 배드 온도 22
• Ⅳ. 성능 분석 24
• 4.1 다양한 형태의 출력물 24
• 4.2 FDM 3D Printer 와 SLS 3D Printer의 출력량 비교 34
• Ⅴ. 다양한 재료 평가 및 활용 가능성 38
• 5.1 재활용 분말 사용 가능성 38
• 5.2 TPU 출력물의 기계적 강도 평가·41
• Ⅵ. 결론 43
• 참고문헌 44
• Abstract 49
• 감사의 글·51