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적층 제조 기술 중 재료 분사 방식은 액적을 형성하고 적층하는 방식으로 공간 분해능이 우수하여 미세 구조 및 복잡한 시스템을 제조할 수 있는 방법이다. 상용화된 방식은 잉크젯 프린팅과 유사한 방식으로 유체의 사용은 저점도로 제한됩니다. 적층 제조 분야에서 사용되는 고점도의 유체는 전단 박화 현상이 나타나며, 이러한 유체의 분사 특성 및 성능에 대한 연구가 충분하지 않다.

본 논문에서는 고점도의 유체를 분사할 수 있는 니들-밸브 타입의 ...

적층 제조 기술 중 재료 분사 방식은 액적을 형성하고 적층하는 방식으로 공간 분해능이 우수하여 미세 구조 및 복잡한 시스템을 제조할 수 있는 방법이다. 상용화된 방식은 잉크젯 프린팅과 유사한 방식으로 유체의 사용은 저점도로 제한됩니다. 적층 제조 분야에서 사용되는 고점도의 유체는 전단 박화 현상이 나타나며, 이러한 유체의 분사 특성 및 성능에 대한 연구가 충분하지 않다.

본 논문에서는 고점도의 유체를 분사할 수 있는 니들-밸브 타입의 압전 디스펜서를 설계 및 제작하였다. 액적을 분사하기 위해 니들의 변위는 수백 마이크로미터 수준이 요구되며, 유체의 단면적 비를 통하여 수십 마이크로미터 수준의 압전 액추에이터의 변위를 확대하였다. 집중매개변수 방법을 통해 시스템을 모델링 하였으며, 전압, 주파수, 압력에 따른 니들의 동적 거동을 평가하였다.

니들-밸브 타입의 압전 디스펜서에서 유체의 분사 특성 및 성능을 평가하기 위해 CFD를 사용하였으며, Dynamic mesh 기법을 통하여 니들의 동적 거동을 묘사한다. 고점도의 전단 박화 유체는 상용 Hydrogel이 사용되었으며 멱법칙 모델을 적용하였다. 전단율 증가에 따른 점도 감소는 액적 형성과정에서 긴 꼬리를 형성하며, 입구 유량의 급격한 변화를 일으킨다. 주파수 및 변위에 따른 분사속도, 액적의 질량, 액적의 길이를 분석하였으며, 추가적으로 사다리꼴의 신호 매개변수에 따른 액적의 길이를 분석하였다. CFD의 계산은 실험을 통해 검증되었으며, 잘 일치함을 보여준다. 해석 및 실험의 결과는 주파수 및 변위를 제어하여 액적의 질량 및 길이를 제어할 수 있음을 보여주고 있으며, 사다리꼴 신호에 있어서 Closing time을 3배 증가시킴에 따라 액적의 길이는 66% 감소한다.