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논문 상세정보

금속 3D 프린팅 소재와 폴리머 레이저접합에 관한 연구

A Study on Laser Welding for 3D Printed Metal Plate and Polymer

Abstract

A 3D printed metal part and thermal plastic polymer part were joined by direct laser irradiation. The 3D metal part was fabricated by using DED(Direct Energy Deposition) with STS316 material. The experiment was carried out through no patterned metal surface, 3D metal printed surface and micro laser patterned surface. The most secure joining quality was obtained at the laser micro patterned surface specimen and the counterparts of polymers were PLA and PE based thermo plastics. The applied laser power was 350Watt and the distance of patterns was maintained at $150{\mu}m$. The laser line width was optimized at $450{\mu}m$ and the laser micro pattern depth was $180{\mu}m$ for the best joining quality. Based on the result analysis, the possibility of laser material joining for metal to polymer was proposed and multi-material joining will be possible in 3D laser direct material fabrication.

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3D 프린터
3D 프린터의 생산공정은 어떻게 변화되었는가?
Top down 방식에서 Bottom Up방식으로 혁신적으로 바뀌게 되고, 3D CAD 설계 이후 단시간에 프로토타입 및 양산 시제품을 시현할 수 있게 됨으로 개발시간의 획기적인 단축을 이루게 되었다.

3D 프린터가 널리 보급이 됨에 따라, 생산공정이 Top down 방식에서 Bottom Up방식으로 혁신적으로 바뀌게 되고, 3D CAD 설계 이후 단시간에 프로토타입 및 양산 시제품을 시현할 수 있게 됨으로 개발시간의 획기적인 단축을 이루게 되었다. 이러한 결과로 다양한 소비자의 요구를 반영할 수 있게 될 뿐만 아니라 다품종 소량생산의 요구에도 능동적으로 대처할 수 있게 되었다1,2).

금속 3D 프린팅
금속 3D 프린팅의 방식에는 무엇이 있는가?
첫째는 PBF(Power Bed Fusion) 공법으로서 모재 분말층 상부에 레이저 또는 전자빔과 같은 고에너지를 조사하여 용융결합을 시켜 형상을 만드는 방식과 둘째로 DED(Direct Energy Deposition)공법 으로 금속 분말과 같은 재료를 송급하면서 레이저와 같은 고에너지를 조사하여 동시에 용융 적층하는 방식이다.

금속 3D 프린팅은 크게 두 가지 방식으로 나뉘는데, 첫째는 PBF(Power Bed Fusion) 공법으로서 모재 분말층 상부에 레이저 또는 전자빔과 같은 고에너지를 조사하여 용융결합을 시켜 형상을 만드는 방식과 둘째로 DED(Direct Energy Deposition)공법 으로 금속 분말과 같은 재료를 송급하면서 레이저와 같은 고에너지를 조사하여 동시에 용융 적층하는 방식이다. 각각의 방식에 따라서 장단점이 있지만, DED공법이 현재로서는 PBF 공법보다 강성이 우수하고 대형부품적용에 유리한 점이 많아서 활발한 연구와 응용이 진행되고 있다3-6).

3D 프린팅
3D 프린팅의 한계성 극복을 위해 어떤 연구가 진행되고 있는가?
금속소재에 대한 연구도 꾸준히 진행이 되어왔고, 일부의 경우 양산시험편 제작이나 제한된 분야에서 양산화가 진행이 되고 있다.

이러한 한계성 극복을 위해서 금속소재에 대한 연구도 꾸준히 진행이 되어왔고, 일부의 경우 양산시험편 제작이나 제한된 분야에서 양산화가 진행이 되고 있다.

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참고문헌 (5)

  1. Lee J.E., Im Y. E., Park K., Finite Element Analysis of a Customized Eyeglass Frame Fabricated by 3D Printing, Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers - A, 40(1) (2016), 65-71 
  2. Ham W.S., Lee S.Y., Lee S.C., Kim J.D., Lee S.H, A Study of Metal 3D Printing Applied for Mould/Tooling Practices and Effects, KSMTE Spring meeting proceedings, (2014), 37-37 
  3. Kim W.S., Hong M.P., Kim Y.G., Suh C.H., Lee J.W., Lee S.H., Sung J.H., Effects and Application Cases of Injection Molds by using DED type Additive Manufacturing Process, J. of Welding and Joining, 32(4) (2014) 10-14 (in Korean) 
  4. Kam D.H., Kim Y.M., Kim C.H., Recent Studies of Laser Metal 3D Deposition with Wire Feeding, J. of Welding and Joining, 34(1) (2016), 35-40 (in Korean) 
  5. Lee S.J., KatayamaS., Kim J.D., Weldability of SUS304 and Ti Dissimilar Welds with Various Welding Speed using Single Mode Fiber Laser, Journal of KWJS. 31(5) (2013), 64-70 (in Korean) 

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