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알루미나(Al2O3)를 활용한 3D 노즐 프린팅 기술 연구
Investigation of alumina(Al2O3) 3D nozzle printing process 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.12, 2019년, pp.247 - 253  

안태규 (공주대학교 신소재공학과) ,  한규성 (한국세라믹기술원 이천분원) ,  김지훈 (공주대학교 신소재공학과)

초록
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최근 3D 프린팅 산업은 다양한 형상의 세라믹 부품을 간소화된 공정으로 제조 가능하여 많은 기대를 받고 있다. 본 연구에서는 세라믹 3D 프린팅을 통하여 알루미나(Alumina) 제품을 구현하기 위하여 3D 프린팅용 점탄성 페이스트(Paste)를 제조하였다. 점탄성 특성은 세라믹 3D 프린팅 공정에서 아주 중요한 역할을 한다. 노즐을 통한 세라믹 페이스트의 압출 시에는 흐름 특성을 가져야 하며, 인쇄되어 정확한 자리에 인쇄되어 안착한 후에는 고체처럼 작동하여 형상을 유지하여야 한다. 이러한 점탄성 특성을 부여하기 위하여 페이스트를 제조할 때 엘라스토머(Elastomer) 등의 첨가물을 첨가하였고, 이렇게 제조된 페이스트의 유변학적 특성을 분석한 결과 점탄성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 하지만, 엘라스토머의 함량에 따라 점탄성 특성이 다름을 확인하여, 점탄성 특성의 각 지표가 실질적인 인쇄성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 다양한 형태로 인쇄성 평가를 진행하였다. 인쇄성 평가 결과 높은 항복 응력을 가지는 페이스트가 인쇄성이 우수함을 확인하였다. 이렇게 개발된 알루미나 인쇄물의 심미성을 증가시키기 위하여 고온에서 소결시에도 안정적으로 발색효과가 있는 세라믹 안료를 제조된 페이스트에 혼합하여 1300 ℃에서 고온 소결을 진행하고, 소결 후 발색 효과를 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

3D printing technology has attracted considerable attention because of its potential to fabricate the intricate design of ceramic products. In this study, ceramic 3D nozzle printing was introduced to manufacture complex alumina products with a ceramic pigment. The alumina paste was formulated by inc...

주제어

#3D Printing   #Additive Manufacturing   #Extrusion Based 3D Printing   #Alumina   #Ceramic Pigment  

표/그림 (5)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 알루미나 분말을 사용하여 점탄성 특성을 가지는 페이스트를 제조하였고, 제조된 페이스트의 특성 분석을 통하여 3차원 형상의 인쇄물 제조 가능성을 평가하였다. 또한, 첨가물로 고온 발색 세라믹 안료를 첨가하여 페이스트를 제조하고, 인쇄하여 세라믹 안료의 적용가능성을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 알루미나 소재를 활용해서 3DNP 공정을 통해 세라믹 제품을 제조하기 위하여 3DNP 공정에 적합한 페이스트를 제조하였고, 페이스트의 점탄성 거동 및 특성을 분석한 후 실제 인쇄에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 점탄성 거동에 의한 인쇄성의 변화를 확인하기 위하여 엘라스토머인 SIS의 첨가량을 변화시키며 점탄성 특성의 변화를 주었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
세라믹 3D 프린팅에 사용되는 공정에는 어떤 것들이 있는가? 이때 사용되는 원료의 경화 방식, 적층 방식에 따라서 공정을 구분하게 된다. 세라믹 3D 프린팅에 사용되고 있는 공정으로는 PP(Photo Polymerization), ME(Material Extrusion), BJ(Binder Jetting), SL(Sheet Lamination) 등의 공정이 있다[2, 3]. 다양한 공정 중 특히 ME 방식은 원료 소재(페이스트, 슬러리, 필라멘트 등)를 압력을 이용하여 연속적으로 압출하여 원하는 위치에 도포하여 3차원 구조물을 형성하는 방식이다.
ME 방식이란? 세라믹 3D 프린팅에 사용되고 있는 공정으로는 PP(Photo Polymerization), ME(Material Extrusion), BJ(Binder Jetting), SL(Sheet Lamination) 등의 공정이 있다[2, 3]. 다양한 공정 중 특히 ME 방식은 원료 소재(페이스트, 슬러리, 필라멘트 등)를 압력을 이용하여 연속적으로 압출하여 원하는 위치에 도포하여 3차원 구조물을 형성하는 방식이다. 그 중 3D direct nozzle printing(3DNP)는 원료를 페이스트 형태로 제조하여 압출하는 방식으로 장치 구성이 단순하여 경제성이 우수하고, 원료 소재에 높은 세라믹 함량을 가지고 있어서 탈지 및 소결 과정에서 균열 등이 발생하지 않아서 다른 방식에 비해 유리하며, 소재의 제약이 다른 방식에 비해 적어 다양한 소재 및 색상 안료 등의 첨가물을 사용하기 용이하다[4-6].
세라믹 3D 프린팅 공정에서는 무엇에 따라 공정을 구분하는가? 세라믹 3D 프린팅 공정은 일반적으로 다양한 방식이 있지만, 기본적인 원리는 원하는 형상에 맞춰 오브젝트(Object)를 레이어 (Layer)의 형태로 나눈 뒤 디지털 신호를 통하여 레이어를 인쇄하고, 각 레이어를 적층하는 방식으로 3D 형상을 제조하게 된다. 이때 사용되는 원료의 경화 방식, 적층 방식에 따라서 공정을 구분하게 된다. 세라믹 3D 프린팅에 사용되고 있는 공정으로는 PP(Photo Polymerization), ME(Material Extrusion), BJ(Binder Jetting), SL(Sheet Lamination) 등의 공정이 있다[2, 3].
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참고문헌 (15)

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  2. K.V. Wong, A. Hernandez, "A Review of Additive Manufacturing." ISRN Mechanical Engineering, Vol.2012, pp.1-10, 2012. DOI: https://doi.org/10.5402/2012/208760 

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  3. Z. Chen, Z. Li, J. Li, C. Liu, C. Lao, Y. Fu, C. Liu, Y. Li, P. Wang, Y. He, "3D printing of ceramics: A review.", Journal of the European Ceramic Society, Vol.39, No.4, pp.661-687, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.013 

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  4. X. Lu, Y. Lee, S. Yang, Y. Hao, J. R.G. Evans, C. G. Parini, "Solvent-based paste extrusion solid freeforming." Journal of the European Ceramic Society, Vol.30, No.1, pp.1-10, 2010. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2009.07.019 

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  15. P. M. T. Cavalcante, M. Dondi, G. Guarini, M. Raimondo, G. Baldi, "Colour performance of ceramic nano-pigments." Dyes and Pigments, Vol.80, No.2, pp.226-232, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2008.07.004 

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