초록 ▼

21세기 정보, 생명공학의 시대에 여러 첨단산업의 기반으로서 플라스틱 제품의 필요성은 의심할 바 없이 중요하다. 현재 다양한 플라스틱 가공기술에 있어 사출성형 기술은 전체 플 라스틱 성형품 가공의 40$\percnt$를 점유하고 있다. 특히 초정밀/초소형 사출성형 기술은 최근 널리 사용되는 광학렌즈와 정보저장매체인 CD, DVD 등의 고부가가치의 초정밀광학 플라스틱제품 및 소형화, 고기능화 집적시스템의 요구 증대에 따라 개발된 MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)기술과 LIGA 기술을 이용한 초소형정

21세기 정보, 생명공학의 시대에 여러 첨단산업의 기반으로서 플라스틱 제품의 필요성은 의심할 바 없이 중요하다. 현재 다양한 플라스틱 가공기술에 있어 사출성형 기술은 전체 플 라스틱 성형품 가공의 40$\percnt$를 점유하고 있다. 특히 초정밀/초소형 사출성형 기술은 최근 널리 사용되는 광학렌즈와 정보저장매체인 CD, DVD 등의 고부가가치의 초정밀광학 플라스틱제품 및 소형화, 고기능화 집적시스템의 요구 증대에 따라 개발된 MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)기술과 LIGA 기술을 이용한 초소형정밀 플라스틱제품의 대 량생산을 유도하는 첨단 사출성형 기술이다.이에 본 연구과제는 초정밀/초소형 사출성형 기 술을 체계적이고 과학적으로 연구 개발함으로써, 이를 국내의 생산기반기술로 정착시키고 응 용제품군을 발굴/적용하여 국제경쟁력을 강화하는 것을 연구 목적으로 하고 있다. 본 연구과제는 크게 초정밀 광학사출성형 기술 개발과 초소형정밀 사출성형 기술 개발로 구성되어있다.따라서 각각의 기술 개발에 관해 순차적으로 기술하고자 한다. 첫째,초정밀광학 사출성형 기술 개발의 최종 목표는 완전한3차원 형상 제품의 두께 방 향으로의 복굴절과 잔류응력을 실험적으로 측정하고, 복굴절 및 잔류응력을 예측할 수 있는 기능을 갖춘 원판 형상의 사출 및 사출/압축 해석시스템과 얇은3차원 형상에 대한 해석시스 템을 개발함으로써 초정밀광학 사출성형 기술을 최적화하는 것이다. 본 연구에서는 비선형 점탄성 유체 모델, 광응력 법칙, 고체상태에서의 선형점탄성 모델, 광점탄성 이론,자유체적 이론 등의 모든 물리적 거동을 고려한 해석시스템을 개발한다.이에 더하여 초정밀광학 제품의 성형에 보다 유리한 사출/압축 성형공정에의 적용을 위하여 물리 적,수치적 모델링을 기반으로 한 사출/압축성형 해석시스템을 개발하고, 또한 유한요소법을 이용하여 복잡한3차원 형상의 사출성형품의 충전공정에서의 유동 해석,온도장 해석, 그리고 유동선단 전진을 모사할 수 있는 해석시스템을 개발한다. 초정밀광학 사출성형제품의 치수정 밀도를 예측하기 위하여 사출성형 전 과정에서의 잔류응력 계산 및 적절한 경계조건 도입, 쉘 구조해석을 기반으로 한 잔류응력/변형 해석시스템을 개발한다. 초정밀광학 사출성형제품의 정확한 잔류응력 및 복굴절의 실험적 측정을 위하여 편광현 미경을 이용한 복굴절 측정기술 및 성형품 내부의 잔류응력 측정기술을 확보한다. 이와 함께 성형품의 형상에 의해 발생하는 평면 방향의 구속조건과 보압의 크기, 보압 시간, 냉각 시간, 금형 온도와 같은 중요한 공정조건이 제품의 수축량에 미치는 영향을 연구한다. 이와 같은 실험적 측정기술을 바탕으로 실제 성형된 center-gated disk, flat plate, lens등의 초정밀광학제 품 내부의 복굴절과 잔류응력의 양을 정량적으로 측정하고 개발된 해석시스템의 결과와 비교, 분석한다.

Abstract ▼

In the 21st century, the era of information and biotechnolgy, manufacturing of plastic products is undoubtedly getting more and more important as a foundation of various advanced industrial technologies. In these days, injection molding technology is playing the most important role of manufacturing

In the 21st century, the era of information and biotechnolgy, manufacturing of plastic products is undoubtedly getting more and more important as a foundation of various advanced industrial technologies. In these days, injection molding technology is playing the most important role of manufacturing plastic products amongst many polymer processing technologies, producing about 40 $\percnt$ of the entire plastic products. In particular, the precision/micro injection molding technology is an advanced manufacturing technology, leading to mass production of firstly precision optical plastic parts such as various optical lenses and information storage devices like CD and DVD, and secondly, micro/precision plastic parts based on MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) and LIGA technologies which have been developed upon increasing demand of high value added plastic parts of miniaturization and high performance. In this regards, the present project has aimed at developing systematically and scientifically the precision/micro injection molding technology in order to establish a relevant domestic manufacturing technology, to develop groups of application products, and thus to enhance the international competitiveness in advanced manufacturing industries. III. Plans and Scope of Research & Development The present research is basically composed of two major research directions: i) development of injection molding technology of precision optical plastic products and ii) development of micro injection molding technology. Therefore, the present report describes the research contents in those two categories one by one hereafter. First, the ultimate goal of the research project related to the precision optical plastic products is to optimize the injection molding technology of precision optical plastic parts by experimentally measuring the birefringence distribution and the residual stress distribution in the thickness direction of three-dimensional plastic products and by developing numerical analysis systems i) for injection and injection/compression molding of disk shape products and ii) for injection molding of thin three-dimensional parts which are capable of predicting birefringence and residual stresses.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...21
• 제 2 장 국내 외 기술개발 현황...22
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...24
• 1절 초정밀 사출성형 해석...24
• 1. 초정밀 사출성형 제품의 복굴절을 예측하기 위한 컴퓨터 원용 해석시스템 개발...24
• 2. 3D 사출성형 충전해석 시스템 개발...57
• 3. 사출성형제품의 금형내 잔류응력과 이형후 냉각에 의한 후변형 해석...65
• 4. 입자를 포함한 유동의 3차원 해석...75
• 2절 초정밀 사출성형 실험...87
• 1. 초정밀 사출성형제품의 복굴절 측정...87
• 2. 초정밀광학 사출성형품의 평면 방향의 구속조건에 따른 수축에 관한 실험적 연구...123
• 3절 초소형 성형 해석...129
• 1. 초소형정밀 사출성형 해석시스템 개발...129
• 2. Hot embossing 충전해석...147
• 3. 초소형 사출성형 금형의 정밀 디자인을 위한, Microchannel 내부로의 충전유동에 대한 모델링 및 시뮬레이션...159
• 4. 마이크로 믹서 설계 최적화를 위한 수치적 혼합 가시화 및 정량화 기술 개발...167
• 5. 원심력 구동에 의해 마이크로 채널로 주입되는 transient filling flow에 대한 모델링 및 해석...182
• 4절 초소형 성형 실험...195
• 1. 초소형정밀 사출성형공정의 실험적 연구...195
• 2. Hot embossing 장치 설계 및 제작과 미세구조물 성형 연구...227
• 3. UV embossing 장치 설계 및 실험...253
• 4. 초소형 성형에서의 mold insert 제작을 위한 도금 장치...264
• 5절 초소형 성형 응용...268
• 1. Modified LIGA 공정을 이용한 microlens array의 설계/제작/모델링 및 성형...268
• 2. 초소형정밀 사출성형을 통한 대량 생산용 Micromixer들의 개발...283
• 3. 초소형정밀 사출성형을 통한 일회용 혈액형 진단 미세유체 바이오칩 개발...311
• 4. 플라스틱 기판의 열접합 기술...318
• 5. Hydrophobic films...328
• 6. UV nano embossing 공정을 통해 제작된 gecko foot hair 생체 모사 구조물 제작...335
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...340
• 1절 연구목표...340
• 1. 연구개발의 최종목표...340
• 2. 단계별/연차별 연구개발 목표 및 내용...340
• 2절 연구개발의 착안점 및 척도...341
• 1. 연구개발 종료시 최종평가의 착안점 및 척도...341
• 2. 단계별/연차별 평가의 착안점 및 척도...342
• 3절 계획대비 달성도...343
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...345
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...346
• 제 7 장 참고문헌...349