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초록
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최근 3D 프린팅 기술은 산업적인 응용분야의 확대를 위해 다양한 복합소재의 적용이 연구되고 있다. 기존 3D 프린팅 기술은 대부분 플라스틱 소재 위주로 개발되어 왔으며, 세라믹 소재의 경우 물리적, 화학적으로 우수한 물성을 가지고 있음에도 불구하고 상대적으로 3D 프린팅 적용을 위한 연구개발이 초기 단계에 머무르고 있다. 본 연구에서는 DLP(digital light processing) 3D프린팅 공정에 적용을 위해 다양한 입도의 실리카를 기반으로 광경화성 복합소재를 합성하였다. 다양한 적층 방식의 3D 프린팅 기술 중에서 DLP 3D 프린팅 방식은 광경화성 수지에 빛을 조사하여 3차원 기물을 제조하는 기술로 정밀도가 우수하고 다양한 소재 적용성이 높다. 합성된 실리카 복합소재의 충진율에 따른 유변학적 거동분석을 통하여 DLP 3D 프린팅 적용가능성을 확인하였고, 원활하게 적층조형이 잘 이루어지는 것을 확인하였다. 3D 프린팅된 시편의 인쇄 정확도는 디자인과 약 3 % 미만의 차이를 나타내었고, 실리카 입자의 충진율이 80 wt%일 때 34.3 MPa의 강도를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, various composite materials for additive manufacturing are interested to expand the application field of 3D printing. 3D printing technique was mainly developed using polymer, and ceramic materials for 3D printing are still in the early stage of research due to the requirement of high soli...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 실리카 입자와 광경화성 수지의 복합소재를 합성하고 실리카 입자 크기와 충진율에 따른 DLP 3D 프린팅 적용 결과를 분석하였다. 합성된 실리카 복합소재의 유변학적 거동을 분석한 뒤 DLP 3D 프린팅을 진행하여 프린팅 시편의 인쇄 정확도, 표면 거칠기 및 기계적 특성을 분석하였고 DLP 3D 프린팅 공정으로의 적용가능성에 대해 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 프린팅은 어떤 기술인가? 3D 프린팅은 디지털 방식으로 디자인된 데이터를 이용하여 2차원의 단면을 반복적으로 적층 시켜 3차원의 입체적인 형상으로 제작하는 공정 기술이며, 전통적인 제조공정에서 소요되는 비용과 시간의 감소시킬 수 있어 다양한 산업분야에서 시제품 생산 및 부품 제조 등에 적용될 수 있는 가능성이 있다. 또한 수요자의 요구가 다양해지고 제품 생산 경향이 소품종 대량생산에서 다품종 소량생산으로 변화됨에 따라서, 3D 프린팅 기술은 기계나 부품 등의 생산뿐만 아니라 의료, 식품, 패션에 이르기까지 산업적인 응용 분야가 확대되고 있다[1-3].
3D 프린팅 기술은 어떤 기준에 따라 어떻게 나누어지는가? 또한 수요자의 요구가 다양해지고 제품 생산 경향이 소품종 대량생산에서 다품종 소량생산으로 변화됨에 따라서, 3D 프린팅 기술은 기계나 부품 등의 생산뿐만 아니라 의료, 식품, 패션에 이르기까지 산업적인 응용 분야가 확대되고 있다[1-3]. 3D 프린팅 기술은 사용되는 재료와 적층 방식에 따라 압출 적층 조형(Fused deposition modeling, FDM), 선택적 레이저 소결(Selective laser sintering, SLS), 광경화성 수지 적층 조형(Stereolithography, SLA), 마스크 투영 이미지 경화 방식(Digital light processing, DLP) 등으로 다양한 방식으로 나누어진다. 다양한 3D 프린팅 방식 중에서 DLP 방식은 빔 프로젝터(digital light projector)를 이용하여 층(layer)를 형성하여 적층하는 방식으로 높은 해상도 및 정밀도를 가지며, 광조사가 선 단위가 아닌 면 단위로 이루어져 제작 속도가 비교적 빠르고 정밀 도가 우수한 장점이 있다.
3D 프린팅 공정을 위한 세라믹 입자와 광경화성 수지가 복합화된 형태의 소재에 대한 연구에는 무엇이 있는가? 세라믹 재료를 DLP 방식에 적용할 경우 광경화성 수지와 세라믹으로 구성된 복합소재의 광중합을 유도하는 방식으로 적용이 가능하다[4, 5]. 2016년 Yun 등은 알루미나와 광경화성 수지를 복합화하여 알루미나 첨가량에 따른 인장장도와 영계수 변화를 보고하였다[6]. 2018년 Rongxuan 등은 지르코니아와 광경화성 수지를 복합화하여 3D 프린팅에 적용 및 소결에 대해 보고한 바 있으며[7], 2018년 Hezhen 등은 YSZ와 광경화성 수지 및 다양한 첨가제를 첨가하여 복합화하여 3D 프린팅과 열처리를 통하여 치과 재료로서의 가능성을 고찰하였다[8]. 이와 같이 세라믹 입자와 광경화성 수지가 복합화된 형태의 소재가 3D 프린팅 공정 적용을 위해 연구되고 있으나 아직까지는 연구 초기단계에 머무르는 실정이다.
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참고문헌 (12)

  1. H.W. Park, "Status and application of 3-D printing technology", J. KSME 54 (2014) 32. 

  2. J.W. Choi and H.C. Kim, "3D printing technologies - A Review", J. Korean Soc. Manuf. Process. Eng. 14 (2015) 1. 

  3. S.H. Paek, "Introduction of 3D printing technology & applications", J. Ind. Eng. Chem. 18 (2015) 2. 

  4. M.L. Griffith and J.W. Halloran, "Freeform fabrication of ceramics via stereolithography", J. Am. Ceram. Soc. 79 (1996) 2601. 

  5. G.A. Brady and J.W. Halloran, "Stereolithography of ceramic suspension", J. Rap. Prot 3 (1997) 61. 

  6. J.S. Yun, T.W. Park, Y.H. Jeong and J.H. Cho, "Development of ceramic-reinfored photopolymers for SLA 3D printing technology", Appl. Phys. A 122 (2016) 629. 

  7. R. He, W. Liu, Z. Wu, D. An, M. Huang, H. Wu, Q. Jiang, X. Ji, S. Wu and Z. Xie, "Fabrication of complex-shaped zirconia ceramic parts via a DLP-stereolithography-based 3D printing method", Ceram. Int. 44 (2018) 3412. 

  8. L. Hezhen, L. Song, J. Sun, J. Ma and Z. Shen, "Dental ceramic prostheses by stereolithography-based additive manufacturing: potentials and challenges", Adv. Appl. Ceram. 117 (2018) 1743. 

  9. S.K. Song, J.H. Kim, K.S. Hwang and K.R. Ha, "Spectroscopic analysis of silica nanoparticles modified with silane coupling agent", Korean Chem. 49 (2011) 181. 

  10. C. Hinczewski, S. Corbel and T. Chartier, "Ceramic suspensions suitable for stereolithography", J. Eur. Ceram. Soc. 18 (1998) 583. 

  11. Z. Chen, D. Li, W. Zhou and L Wang, "Curing characteristics of ceramic stereolithography for an aqueousbased silica suspension", Proc. IMechE 224 (2010) 641. 

  12. J.W. Lee, S. Nahm, K.T. Hwang, J.H. Kim, U.S. Kim and K.S. Han, "Synthesis and characterization of silica composite for digital light processing", Korean J. Mater. Res. 29 (2019) 23. 

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