[논문]전해연마를 적용한 미세 마이크로 니들의 표면 향상에 대한 연구

정성택; 김현정; 위은찬; 공정식; 백승엽

전해연마를 적용한 미세 마이크로 니들의 표면 향상에 대한 연구
A study on the Surface Improvement of Fine-Micro Needles Applying Electrochemical Polishing 원문보기

한국금형공학회지 = Journal of the Korea Society of Die & Mold Engineering, v.13 no.3, 2019년, pp.48 - 52

정성택 (인덕대학교 융합기계공학과) , 김현정 (인덕대학교 융합기계공학과) , 위은찬 (인덕대학교 융합기계공학과) , 공정식 ((주)티포엘) , 백승엽 (인덕대학교 융합기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

As the consumer market in the mold, automation and aerospace industries grows, the demand for chemical machining using on electrochemical polishing increases. To enhance the surface roughness and gloss of the micro-needle, we have studied for an electrochemical polishing. Electrochemical polishing requires the chemical reaction of solution and material according to the electrolyte and electrode. In this study, sulfuric acid(30%), phosphoric acid(50%), and DI-water(20%)were used as the electrolytic solution, and the electrolytic solution temperature used $58^{\circ}C$. Electrochemical polishing was carried out in experimental conditions, and the micro-needle experiment was carried out from the basic experiment to obtain the experimental conditions. Experimental results show that as the voltage and current increase, the surface roughness improved and the gloss is improved. So, the best result for this experiment was obtained in condition 6, which improved micro-needle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 지난 선행 연구 결과로부터 도출된 내용을 기반으로 전해연마 가공 기술을 활 용하여 STS 316L 소재의 기초 연마 실험과 미세 마이크 니들을 확보하기 위한 전해연마 가공 기술에 대한 공정 조건에 대하여 연구를 수행하고자 한다.

제안 방법

본 실험에서는 마이크로 니들(Micro-needle)을 제작하기에 앞서 전해 연마의 실험 조건을 확립하기 위해 기초 실험을 수행하였으며, 실험에서 확보된 결과로부터 실험 조건을 정의하여 마이크로 니들을 제작하기 위한 실험을 수행하였다. 전해 연마에서 사용된 실험 조건은 Table 1에서 나타낸 바와 같이 6개의 실험 조건으로 구성 하였다.
본 연구에서는 산업 분야에서 많이 사용되고 있는 특수가공법들을 조사하고 디버링과 광택 효과가 가장 좋은 전해연마 기술을 적용하여 마이크로 니들을 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 연구를 수행함에 앞서 기본적인 실험 조건을 잡기 위해 기초 문헌 자료 수집으로부터 실험을 수행 하였으며, 전해액을 제조하기 위해 황산(30%), 인산(50%), 증류수(20%)를 각각 첨가하여 용액을 제조 하였다. 또한, 제조된 용액으로부터 58℃에서 실험을 진행하였다.

대상 데이터

따라서 특수가공법으로 비접촉식 가공을 통한 표면 처리를 위해 화학 용액을 이용한 폴리싱 기술이 많이 사용 되고 있다. 이에 본 연구에서는 부품들의 결함으로 부식이 되는 요소부품들에 대응하기 위해 디버링 (Deburring) 효력이 좋으며, 첨단 부품소재와 의료부품에도 많이 사용되는 전기화학 폴리싱 (Electrochemical polishing)을 선정하였다.

데이터처리

4에서 보이는 바와 같이 시간에 따라 순차적으로 가공이 이루어지는 모습을 볼 수 있다. 또한, 실험으로부터 확보된 결과를 Fig. 5 와 Fig. 6에서 3차원 zygo 표면 측정기를 이용하여 STS 316L 소재를 측정한 모습과 광학 현미경으로 micro-needle을 측정하여 실험으로부터 확보된 데이터를 측정한 모습 보였다.

성능/효과

기초 실험 결과에서 확보된 실험 결과를 이용하여 마이크로 니들을 제조하기 위한 전해연마 실험 을 수행하였으며, 전압과 전류가 낮은 값에서 실험을 수행했을 경우 표면조도와 광택이 개선되지 않 았다. 그러나 기초 실험으로부터 확보된 조건을 50 V에서 값을 고정하고 전류의 변화를 가지고 실험을 수행한 결과 우수한 sharpness를 가지는 마이크로 니들이 확보 되었고, 광택과 표면 조도 또한 향상되 었다. 이는 ECM과 같은 형상 제어가 전류의 변화로 부터 발생된 것으로 분석된다.
또한, 제조된 용액으로부터 58℃에서 실험을 진행하였다. 이에 따라 STS 316L 소재를 이용하여 기초 실험을 수행하였으며, 전압과 전류에 대한 조건을 고정 하고 실험시간을 변경했을 시 실험조건 1번에 대한 표면 거칠기의 Ra 값이 0.107 ㎛가 도출되었다. 이는 실험시간이 길어지면서 표면 평탄화가 더 작용 되면서 요철 부분이 제거된 것으로 분석된다.

후속연구

이는 ECM과 같은 형상 제어가 전류의 변화로 부터 발생된 것으로 분석된다. 이에 따라 전해연마 의 기술이 각 산업 분야에 부품, 소재에 따라 조건 들이 확립된다면 우수한 표면 조도와 광택을 가지는 부품들이 제조될 것으로 전망된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연삭(Grinding) 가공의 문제점은 무엇인가	종래의 표면 처리 연구로는 연삭(Grinding) 및 래핑(Lapping)기술을 활용하여 수많은 연구자들이 표면 개선을 위한 연구들을 수행 하였으며, 연삭 가공의 경우 연삭숫돌 입자 및 가공물에 따라 재현성이 떨어지므로 제품에 신뢰도로 찾기 어렵다. 따라서 특수가공법으로 비접촉식 가공을 통한 표면 처리를 위해 화학 용액을 이용한 폴리싱 기술이 많이 사용 되고 있다.
	제 1 전기분해 법칙는 무엇인가	제 1 전기분해 법칙은 전기화학 분해는 전극에서 변화되는 물질의 질량은 전극에서 전달되는 전기의 양에 비례 되며, 제 2전기 분해 법칙은 주어진 전 하에 대해 전극에서 변화되는 물질의 질량은 원소 의 등가 중량에 직접 비례된다. 물질의 량은 물질에 의해 수행하여 반응하는 정수로 나눈 분자량이다5) .
	방전가공, 기계적인 드릴링, 초음파 가공, 레이저 가공 등 여러 기술들이 개발된 배경은 무엇인가	생산기술의 고도화에 따른 발전으로 친환경 기술 및 효율적인 가공기술의 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 특 히, 자동차, 조선, 항공기의 부품 및 여러 산업분야 에서 다수의 미세 홀을 가공할 수 있는 기술이 요구 되고 있다. 이러한 추세에 맞춰 방전가공, 기계적인 드릴링, 초음파 가공, 레이저 가공 등 여러 기술들 이 개발되었다.

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