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워터젯을 이용한 블라스팅 유리 마이크로 채널의 표면거칠기 개선
Surface Smoothing of Blasted Glass Micro-Channels Using Abrasive Waterjet 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.37 no.12 = no.339, 2013년, pp.1159 - 1165  

손성균 (한국산업기술대학교 기계설계공학과) ,  한솔이 (한국산업기술대학교 기계설계공학과) ,  성인하 (한남대학교 기계공학과) ,  김욱배 (한국산업기술대학교 기계설계공학과)

초록
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파우더 블라스팅은 미세 유리가공법으로서 가공속도가 빠르고 저비용의 장점이 있지만 유리를 취성파괴 시키기 때문에 표면거칠기가 좋지않다. 블라스팅된 표면에 저압의 워터젯을 분사하여 표면에서의 연마 슬러리의 흐름을 통해 표면거칠기를 저감할 수 있다. 본 연구에서는 소다라임 유리에 블라스팅으로 마이크로 채널을 가공한 후 워터젯을 연속 적용하고, 마이크로 채널의 표면거칠기 및 단면 형상의 변화의 과정을 관찰하였다. 워터젯의 적용결과, 초기단계에서는 블라스팅에 의한 미세 요철이 제거되었고, 이후 표면하부의 크랙이 제거되어 평균 표면거칠기 50 nm 근방의 매끈한 표면을 얻을 수 있었다. 표면거칠기 저감에 동반하여 채널단면의 확장 과정도 함께 관측하였다. 마지막으로 제안한 방법에 의해 미세유체칩의 가공 결과를 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Powder blasting, which is an efficient micromachining method for glass, silicon, and ceramics, has a critical disadvantage in that the surface finish is poor owing to the brittle fracture of materials. Low-pressure waterjet machining can be applied to smoothen the rough surface inside the blasted st...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 방법은 마스크의 두께가 두꺼워지는 단점이 있지만, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 필요로 하지 않아 제작이 간단하고, 마스크 마모율이 매우 낮아 마스크를 반복해서 사용할수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 Table 2 와 같이 마스크의 채널 개구부 선폭을 2 종으로 선정하여 결과를 관찰하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 블라스팅으로 가공된 마이크로 채널에 대해 저압의 워터젯으로 연마가공을 수행 하여 채널의 표면거칠기 변화를 관측하였다. 제트가 표면에 수직으로 충돌한 후 피가공물 평판 위에서 퍼져나가는 전단흐름에서, 마이크로 채널의 길이방향 유동이 발생하게 되고 채널 내부로 빠르게 흐르는 슬러리에 의해 미세 돌기가 빠르게 제거되고, 이후 표면하부의 크랙의 제거로 이어져 매끈한 표면이 형성된다.
  • 한편 채널 모서리의 라운딩(rounding) 효과는 디바이스로서 성능을 저해하는 요인이 될 수도 있으므로 이후 워터젯 연마의 최적화 또는 후공정 등을 통해 라운딩을 최소화하기 위한 방안을 연구하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파우더 블라스팅은 어떤 방법인가? 파우더 블라스팅은 연마입자를 유리 표면에 고속으로 투사하고, 표면의 국부적인 취성파괴에 의해 형상을 구현하는 가공법이다. 공정비용이 매우 낮은 반면, 가공속도는 최대 100 µm/min 에 이를 정도로 매우 빠르다는 장점이 있다.
블라스팅 공정의 문제점은 무엇인가? 그러나 블라스팅의 문제점은 평균 표면거칠기가 0.7~2.5 µm 수준으로서 건식에칭법 등에 비해 매우 높다는 것이다. 취성파괴에 의해 생성된 마이 크로 채널 표면의 불규칙적인 요철과 표면하부로 이어진 크랙 때문에 제작된 미세유체 시스템의 성능의 안정성 및 신뢰성이 떨어져서 그 활용이 기피된다.
파우더 블라스팅 가공법의 장점은? 파우더 블라스팅은 연마입자를 유리 표면에 고속으로 투사하고, 표면의 국부적인 취성파괴에 의해 형상을 구현하는 가공법이다. 공정비용이 매우 낮은 반면, 가공속도는 최대 100 µm/min 에 이를 정도로 매우 빠르다는 장점이 있다. 그래서 블라스팅 가공은 마이크로 연료전지부품, 모세관 전기 영동 칩, 마이크로 펌프 및 믹서 등 마이크로시스 템의 넓은 영역에 두루 적용되어 왔다.
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참고문헌 (16)

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  16. Slikkerveer, P. J., Bouten, P. C. P., Veld, F. H. and Scholten, H., 1998, "Erosion and Damage by Sharp Particles," Wear, Vol. 217, pp. 237-250. 

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