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금속 3D 프린팅 설계 기술 동향 원문보기

電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers, v.43 no.10 = no.389, 2016년, pp.15 - 22  

변기영 (한국산업기술평가관리원) ,  이창우 (한국생산기술연구원) ,  김건희 (한국생산기술연구원) ,  김형균 (한국생산기술연구원) ,  이병수 (한국생산기술연구원)

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문제 정의

  • 본 기고에서는 3D프린팅에 관한 일반적 기술동향과 함께 3D프린팅의 핵심기술 중 설계기술과 제조(공정) 기술 동향을 살펴보고, 산업적 실용화를 단축하기 위한 기술적 제언을 하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
금속 3D 프린팅의 공정최적화를 이루는 방법은? 금속 3D 프린팅의 공정최적화를 위해 금속분말의 full melting조건을 선정한 후, SDW(Straight dense wall) 제조 조건을 확보, hatching distance를 최적화하는 과정을 거치며, 이를 기반으로 energy density별 데이터베이스를 구축하여 적용함으로써 공정최적화를 이룰 수 있다. 금속분말의 full melting을 위해 금속분말 소재에 대한 빔의 흡수율 계산값, 단위 부피별 금속소재가 용융될수 있는 에너지를 열역학적으로 계산한 값과 3D 프린터가 가용한 energy density값과 상호 비교하여 공정을 선정하게 된다.
3D 프린팅이란?  4차 제조혁명을 주도할 수 있는 기술 중 하나로 3D 프린팅 기술이 각광받고 있다. 3D 프린팅(또는 삼차원 프린팅)이란 삼차원형상의 구조물을 구현하기 위해 삼차원 도면을 자동화된 출력장치를 통해 입체화하는 기술을 의미한다. 기존의 성형 또는 사출기술과 비교하여 3D프린팅은 생산공정이 매우 간단하며 상대적으로 복잡하며, 기존 성형 또는 사출기술로는 제작이 불가능한 제품을 저비용으로 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다.
3D 프린팅제작의 공정에서 지지대의 역할은? 한편, 3D 프린팅제작의 공정에서 빌드품이 무너지지 않고 제작과정 중 형상을 유지할 수 있도록 지지대 (supporter)를 설계하는 것 또한 기존 제작공정과는 차별화되는 부분이며 매우 중요한 공정이다. 이러한 지지대는 단순히 형상구현과정상의 보조재 역할 뿐 아니라 제작 공정상 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 통로로서의 중요한 기능을 담당한다. 때문에 지지대의 개수, 방향, 크기는 빌드품의 물성을 결정하는 또 하나의 매우 중요한 변수라 할 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. 미래창조과학부, 산업통상자원부, 3D프린팅 전략기술로드맵, 2014,12 

  2. www.astm.org 

  3. 산업통상자원 R&D전략기획단, 2016년 시스템산업 산업기술 R&BD전략, 2015.08 

  4. Ravi Janardan etc. 'Geometric and Algorithmic Aspect of Computer-Aided Design and Manufacturing,' American Mathematical Society, 2013 

  5. Tom Page, 'Design for Additive Manufacturing-Guidelines for cost effective manufacturing,' Lambert Academic Publishing, 2011 

  6. G. Strano, L.Hao, R.M.Everson and K.E.Evans, 'A new Approach to the design and optimisation of support structures in additive manufacturing,' The Int. J. of Adv. Manuf. Tech., Vol. 66, p.1247-1254, 2015 

  7. Patent US 6596614 B2 

  8. C.Emmelmann, P.Sander, J.Kranz and E.Wycisk, 'Laser Additive Manufacturing and Bionics: Redefing Lightweight Design,' Physics Procedia, Vol.12, p.364-368, 2011 

    상세보기 crossref

  9. J.Kranz and D. Herzog and C. Emmelmann, 'Design guidelines for laser additive manufacturing of lightweight structures in Ti5Al4V,' Journal of Laser Applications, on-line published, 2016. 

  10. Jukka-Pekka Jarvinen, etc, 'Characterization of Effect of Support Structures in Laser Additive Manufacturing of Stainless Steel,' Physics Procedia, Vil. 56, p72-81, 2014 

    상세보기 crossref

  11. F. Calignano, 'Design optimization of supports for overhanging structures in aluminum and titanium alloys by selective laser melting,' Materials & Design, Vol. 64, p203-213, 2014 

    상세보기 crossref

  12. H.Gong et al, 25th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, 2014 

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