[논문]다이아몬드 공구를 이용한 미세 홈 가공

최영재; 송기형; 이석우; 최헌종

doi:10.7736/kspe.2014.31.3.181

다이아몬드 공구를 이용한 미세 홈 가공
Micro Groove Cutting Using Diamond Tools 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.3, 2014년, pp.181 - 187

최영재 (한국생산기술연구원 IT 융합공정연구실용화그룹) , 송기형 (한국생산기술연구원 IT 융합공정연구실용화그룹) , 이석우 (한국생산기술연구원 IT 융합공정연구실용화그룹) , 최헌종 (한국생산기술연구원 IT 융합공정연구실용화그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

Micro patterns are used to maximize the performance and efficiency of the product in many industries such as energy, display, printing, biology, etc. Nowadays, the fabrication technology for micro patterns has been developed in various ways such as photolithography, laser machining, electrical discharge machining and mechanical machining. Recently, mechanical machining the size of smaller than 1 micrometer could be tried, because the technology related to the machining was developed brilliantly. This paper shows the experiments using cutting processes in order to fabricate the micro pattern. Micro patterns of the size of several micrometers were machined by the diamond tools of two different shape, the deformation and generation of burr were investigated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 미세 홈을 가공하기 위하여 다이아몬드 공구와 정밀 선반을 이용하여 실험한 내용을 정리한 것이다.
본 논문은 미세 홈을 가공하기 위하여 다이아몬드 공구와 정밀 선반을 이용하여 실험한 내용을 정리한 것이다. 서로 다른 두 가지 형상의 다이아몬드 공구를 이용하여 수 마이크로미터 크기의 미세 홈을 생성하기 위한 가공 실험을 수행하고, 결과의 분석을 통해 미세 홈의 가공을 위해 요구되는 공정의 특성을 파악하고자 하였다.

제안 방법

5는 가공 실험을 위해 장치를 설치한 모습이다. 공구 홀더로 공구를 고정하고 가공된 칩의 배출을 위한 장치와 절삭유의 분사를 위한 장치를 설치하였다.
그러므로, 수 마이크로미터 급 이하의 다이아몬드 공구는 완전히 자동화 되지 못한 공구 제작 공정과 공구 제작 중에 가공 장비 등에서 발생 가능한 미세한 진동의 제어에 대한 한계 등으로 인해 제작된 공구의 형상 품질이 균일하지 않은 문제점이 있다. 본 연구에서는 5㎛의 폭을 갖는 사각형 공구를 제작하여 사용하였다.
사각형 모양의 홈은 플런지 가공(Plunge Cut)의 방법으로 가공 실험을 진행하였다. Fig.
생성되는 미세 홈의 크기가 달라지도록 피치와 깊이를 조절하여 수 마이크로미터 범위에서의 가공 특성을 파악할 수 있도록 하였다. Table 2에 V홈 가공 조건을 나타내었다.
이러한 부분을 보다 면밀히 살펴보기 위하여 집속이온빔(Focused Ion Beam)을 이용한 밀링 공정을 통하여 가공된 패턴의 단면을 생성하고 SEM으로 관찰하였다. Fig.
주변 장치를 동일하게 설치한 상태에서 두 가지 형상의 공구를 교체하면서 니켈이 도금된 롤 형상의 소재에 가공 실험을 실시하였다..

대상 데이터

V 형상의 다이아몬드 공구를 이용하여 수 마이크로미터 크기의 V홈 가공 실험을 실시하였다. 가공 방법은 Fig.

이론/모형

V 형상의 다이아몬드 공구를 이용하여 수 마이크로미터 크기의 V홈 가공 실험을 실시하였다. 가공 방법은 Fig. 6과 같이 연속 가공(Thread Cut) 방법으로 가공하였다. 연속 가공은 나사산의 형태로 패턴을 가공하는 방법으로, 가공 시간을 단축시킴으로써 생산성을 높일 수 있어서 프리즘 시트의 제작을 위한 롤금형의 가공 시 주로 사용되는 가공 방법이다.

성능/효과

V 홈의 가공 결과와 함께 종합해서 생각하여 볼 때, 수 마이크로미터 급의 미세 홈의 가공에 있어서 가공된 형상의 모서리 부분에 형상의 변화 변화를 야기시키는 현상인 버(Burr)의 생성과 변형의 발생은 서로 밀접하게 연관되어 있는 것으로 판단된다.
사각형 홈의 가공 결과를 보면V 홈 가공에 비해 발생한 형상 오차의 크기가 비교적 작게 나타남을 알 수 있다. 이것은 가공 방법의 특성상 가공 깊이를 한 차례의 연속 가공(Thread cut)으로 미세 홈을 생성한 V 홈에 비해 사각 홈의 경우에는 미세 홈의 생성을 위해 가공 깊이를 여러 차례에 나누어 가공함으로 인한 차이가 있는 것이 한 가지 원인인 것으로 사료된다.

후속연구

이를 통해 살펴볼 때, 가시 광선 영역에서의 회절 효과를 갖는 서브 마이크로(Sub-Micro) 급의 회절광학소자의 가공을 위해서는 가공 장비의 정밀도를 기반으로 미세한 공정 변화가 가공 결과에 미치는 영향을 이해하기 위한 공정 개발과 함께 서브마이크로 급의 가공에 적합한 초정밀 공구의 개발이 수반되어야 할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광학계에 회절 패턴을 추가함으로써 얻을 수 있는 것은?	기존의 광학계에 회절 패턴을 추가함으로써 제품의 성능을 향상시키거나, 부품의 부피나 숫자를 감소시켜 제품 설계의 자유도를 높이기 위한 연구들이 근래에 활발히 이루어지고 있다.1-5
	회절광학소자를 제작하는 방법은?	회절광학소자(DOE: Diffractive Optical Element)는 최근에 수요가 증가하고 있는 고부가가치 광학부품으로서 광학소자의 표면에서 수백 나노미터로부터 수 마이크로미터의 크기로 소재를 제거하여 회절 패턴을 생성하는 방법으로 만들어진다.
	미세 패턴 가공 시에 나타나는 국소적인 변형이 발전된 형태로 버(Burr)가 발생하는 이유는?	수 마이크로미터 크기 범위의 미세 패턴 가공에서는 버(Burr)와 변형의 발생이 서로 밀접하게 연관되어 있는 것으로 파악되는데, 미세 패턴 가공 시에 나타나는 국소적인 변형이 발전된 형태로버(Burr)가 발생하는 것으로 사료된다. 이러한 현상은 패턴의 미세화가 가공 부하에 비해 소재의 지지강성이 약해지는 방향으로 영향을 미치기 때문에 나타나는 것으로 사료되며, 여기에는 정밀 공구의 제작 한계로 인한 공구의 모서리 반경(Edge Radius)과 가공 조건 간의 기하학적인 형상의 비율 변화도 영향을 미치는 것으로 보인다. 수 마이크로미터 크기 범위의 미세 패턴 가공에서는 가공 깊이나 피치와 같은 가공 조건뿐만 아니라, 가공으로 생성되는 홈의 형상과 가공에 사용되는 공구의 모서리 반경(Edge Radius)과 같은 기하학적 형상들의 비율의 관계가 가공 결과에 영향을 미치는 공정 변수로 인식되어야 할 것으로 판단된다.

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