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3D 프린팅에서 자동차용 Inner ring의 내부밀도에 따른 치수 특성
Dimensional Characteristics according to Internal Density of Automotive Inner Ring in 3D Printing 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.18 no.11, 2019년, pp.96 - 102  

김해지 (경남과학기술대학교 자동차공학과) ,  김남경 (경남과학기술대학교 자동차공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Reverse engineering involves duplicating a physical part by measuring and analyzing its physical dimensions, features, and material properties. By combining reverse engineering with three-dimensional (3D) printing, engineers can simply fabricate and evaluate functional prototypes. This design method...

주제어

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제안 방법

  • 3.1절의  Inner ring의 설계 모델과 스캔 모델의 최종 정렬 형상을 바탕으로 Inner ring  의 밀도에 따른 3D프린팅 치수를 비교하였다.
  • 3D 프린터에서 자동차용 Inner ring의 설계 모델을 적용하여 프린팅시 내부밀도에 따라서 프린팅된 Inner ring 형상을 스캔하였다. 설계 모델과 내부밀도 별로 프린팅된 형상을 검사 소프트웨어를사용하여 치수 변화를 고찰한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • Fig. 4에서부터 Fig. 8까지는 내부밀도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 등으로 설정하여  3D 프린팅된 Innerring 형상을 나타내었으며, 각각 밀도에 따른 내부격자 형상 및 3D 프린팅 후의 서포트 제거 전의 형상, 3D 프린팅 후의 서포트 제거 후의  Inner ring형상을 나타내었다.
  • Inner ring 부품의 설계 모델과 3D 프린팅  Inner ring 형상의 치수 비교를 위해  Redmond사의 비접촉이동형레이저 스캐너인 Artec Space Spider 3D Scanner를 사용하여 3D 프린팅 Inner ring 형상을 스캔하였다.
  • Ultimaker S5 프린터의 전용소프트웨어인 CURA 소프트웨어를 사용하여 내부밀도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 등으로 설정하여 3D 프린팅될 Inner ring의 최종 파일STL을 생성하였다. Inner ring의 3D프린팅은  FDM 방식의 Ultimaker S5  프린터를 사용하였다.
  • 본 논문 연구에서는 자동차용  Inner ring 부품의 3차원 형상을 적용하여 3D프린팅 시에  Inner ring의 내부밀도에 따라 3D프린팅을 수행하여 프린팅된 형상을 스캔하여 설계 모델과 내부밀도에 따라 프린팅된 형상의 치수를검사 소프트웨어로 측정하여 치수 변화 특성과 제품 제작시 프린팅 시간 및 재료 소모량을 고찰하였다.
  • 본 논문에서는 자동차 Inner ring 부품의 3D 프린팅 전에 Ultimaker S5 프린터의 전용소프트웨어인 CURA소프트웨어를 사용하여 내부밀도 20%, 40%, 60%,80%, 100% 등에 관하여 내부형상특성, 필라멘트 소모량 및 제작시간을 사전 검증하였다 소프트웨어 . CURA에서 내부 채움 형태는 삼각형 요소를 채택하고 있고, 설정된 내부밀도에 따라 삼각형의 크기는 자동으로 조절되는 방식이다.
  • 3D 프린터에서 자동차용 Inner ring의 설계 모델을 적용하여 프린팅시 내부밀도에 따라서 프린팅된 Inner ring 형상을 스캔하였다. 설계 모델과 내부밀도 별로 프린팅된 형상을 검사 소프트웨어를사용하여 치수 변화를 고찰한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다
  • 치수 검사는 GeomagicControl X 소프트웨어의 검사 기능을 사용하였으며, Inner ring의 치수 측정 개소는 Fig. 14에서 보는 바와 같이 선정하였다 치수 공차는  ±0.15mm로 설정하여 검사를 실시하였다.

대상 데이터

  • 필라멘트는 Ultimaker PLA(직경 2.85mm, 은색)를 사용하였으며, 서포터는  PLA(직경 2.85mm, 은색)을 사용하여 자동차 허브 부품을 프린팅하였다.

이론/모형

  • Inner ring 부품의 설계 모델과 3D 프린팅  Inner ring 형상의 치수 비교를 위해  Redmond사의 비접촉이동형레이저 스캐너인 Artec Space Spider 3D Scanner를 사용하여 3D 프린팅 Inner ring 형상을 스캔하였다. 그리고 Inner ring의 설계 모델과 스캔 모델의 정렬은 GeomagicControl X 소프트웨어를 사용하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
역설계 측면에서 3D스캐너는 어떻게 사용되는가?  4차 산업 혁명분야의 기술발달로 인하여 역설계, 시제품 제작 및 치수 검증 측면에서 다양한 응용 기술들이 적용되고 있다 역설계 측면에서는 3D스캐너를 사용하여 제품을 스캔한 후에 파일을 편집하여 3차원으로 설계하는 기법들을 적용하고 있다[1-5]. 그리고 시제품 제작 측면에서는 3차원으로 설계된 형상의 시제품 제작을 위해 다양한 3D 프린터들이 사용되고 있어 제품 개발 과정을 크게 단축시키고 있다.
시제품 제작 측면에서 3D프린터의 사용으로 인한 장점은 무엇인가?  4차 산업 혁명분야의 기술발달로 인하여 역설계, 시제품 제작 및 치수 검증 측면에서 다양한 응용 기술들이 적용되고 있다 역설계 측면에서는 3D스캐너를 사용하여 제품을 스캔한 후에 파일을 편집하여 3차원으로 설계하는 기법들을 적용하고 있다[1-5]. 그리고 시제품 제작 측면에서는 3차원으로 설계된 형상의 시제품 제작을 위해 다양한 3D 프린터들이 사용되고 있어 제품 개발 과정을 크게 단축시키고 있다. 특히 3D 프린터 분야에서는 상대적으로 저가인 FDM(FusedDeposition Modeling) 방식의 3D 프린터가 많이 보급되어 다양한 산업분야에 적용되고 있고 이를 이용한 다양한 연구들이 진행되고 있다[6-8].
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참고문헌 (11)

  1. Ross, T., Simon, S. and Kevin, P., "A Cost-Benefit Analysis of 3D Scanning Technology for Crime Scene Investigation", Forensic Science International: Reports, In press, journal pre-proof, 2019. 

  2. Dragan, L., Bogdan, N., Srđan J., Zivce S. and Milan, B., "Optical Inspection of Cutting Parts by 3D Scanning", Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Vol. 531, 2019. 

  3. Peng, F., Yichong, Z., Lili, H. and TianQiao, L.,"Use of 3D Laser Scanning on Evaluating Reduction of Initial Geometric Imperfection of Steel Column with Rre-stressed CFRP", Engineering Structures, Vol. 198, 2019. 

  4. Filippo, C., Lorenzo, S., Felice, S., Fabrizio, M. and Michele, M., "On the Morphology of the Abrasive Wear on Ploughshares by Means of 3D Scanning", Biosystems Engineering, Vol. 179, pp. 117-125, 2019. 

  5. Lee, C. H., "Inspection of Composite Working Implement of Tractor using 3D Scanning and Reverse Design", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 16, No. 3, pp.45-53, 2017. 

  6. Gholamhossein, S., Saghar, G. and Ali, A. Y., "Preparation of Polypropylene/short Glass Fiber Composite as Fused Deposition Modeling (FDM) filament", Results in Physics, Vol. 12, pp. 205-222, 2019, 

  7. Tomas, W. K., Hyoungjun, L., Woong Y. J. and Gun, J. Y., "Characterization of Process-Deformation/damage Property Relationship of Fused Deposition Modeling (FDM) 3D-printed Specimens", Additive Manufacturing, Vol. 25, pp. 532-544, 2019. 

  8. Lee, K. M., Park, H. N., Kim, J. H. and Chun, D. M., "Fabrication of a Superhydrophobic Surface using a Fused Deposition modeling (FDM) 3D printer with Poly Lactic Acid (PLA) Filament and Dip Coating with Silica Nanoparticles", Applied Surface Science, Vol. 467-468, pp. 979-991, 2019. 

  9. Tadeusz, M., Tomasz, M., Liviu, M., Hu, F. and Ileana, C., "CAD CAM System for Manufacturing Innovative Hybrid Design Using 3D Printing", Procedia Manufacturing, Vol. 32, pp. 22-28, 2019. 

  10. Dehai, Z., Yanqin, L., Jianxiu, L., Guizhong, X. and Erwei, S., "A novel 3D Optical Method for Measuring and Evaluating Springback in Sheet Metal Forming Process", Measurement, Vol. 92, pp.303-317, 2016. 

  11. Saoirse, O'T., Cecilie, O., David, B. and Andrew, K., "Investigation into the Accuracy and Measurement Methods of Sequential 3D Dental Scan Alignment", Dental Materials, Vol. 35, pp. 495-500, 2019. 

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