초록 ▼

최종목표
초정밀 3축 linear motion과 2축 rotary motion을 이용해서 초정밀 5축 platform을 구성하고 마이크로 방전, 연삭, 방전연삭 가공공정을 적용해서 PCD(Polycrystalline Diamond) 공구(드릴) 개발

개발내용 및 결과
○ 상용화를 위한 나노 하이브리드 머신 설계/제작
● 상용화 대응 설계(디자인, 성능, 작업성 등을 고려)
● 5축 Configuration
● 5축 platform 상세 설계
● 직선(Linear)/회전(Rotary) 구동

최종목표
초정밀 3축 linear motion과 2축 rotary motion을 이용해서 초정밀 5축 platform을 구성하고 마이크로 방전, 연삭, 방전연삭 가공공정을 적용해서 PCD(Polycrystalline Diamond) 공구(드릴) 개발

개발내용 및 결과
○ 상용화를 위한 나노 하이브리드 머신 설계/제작
● 상용화 대응 설계(디자인, 성능, 작업성 등을 고려)
● 5축 Configuration
● 5축 platform 상세 설계
● 직선(Linear)/회전(Rotary) 구동부 설계
● PCD 마이크로 툴 제작 프로세스 완성
○ Micro_EDM/EDG Generator 모듈 설계/제작
○ 5축 동시보간 제어기 모듈 설계/제작
○ 나노 하이브리드 가공기의 구조해석
○ 나노 하이브리드 가공기의 이송정밀도 측정
● 이송분해능: 10nm이하 (step moving)
○ 나노 하이브리드 머신 Ver.3 운용 프로그램 제작
○ PCD micro drill 제작 및 평가
○ PCD를 이용한 부품 개발
● PCD micro drill(D=0.5mm) 제작
☞ PCD 방전면 조도: Ra<0.2um
☞ PCD 연삭면 조도: Ra<0.1um
● PCD nozzle 제작
● PCD micro patterning tool 제작
○ Dill Rarameter 입력 GUI 개발
○ Flute/Flank부 tool path 생성 알고리즘 개발
○ PCD 툴 제작을 위한 Tool path 생성 프로그램 개발
● Flute/Flank부 Tool Path (CL 데이터) 생성 프로그램 개발
● Tool Path (CL 데이터) Simulation 및 검증
● 5축 하이브리드 가공기 전용 Post Processor 알고리즘 개발
○ NC 데이터 생성을 위한 프로그램 개발
○ 시뮬레이션 및 가공을 통한 검증
○ 초경합금 shank와 PCD tool의 PCD blank 제작을 위한 확산접합 공정 개발
○ 확산접합 실험을 위한 공정 시스템 구축
○ 마이크로 PCD 드릴용 Blank 제작 시 접합부의 표면 개질을 통한 접합 강도 향상 기술 및 공정 개발
○ 인장, 압축, 굽힘, 비틀림 강도 등의 시험 평가 방법 및 시스템 구축
○ 삽입금속 종류 및 접합부 형상에 따른 확산접합 실험

기술개발 배경
최근 고경도를 가지는 소재를 적용한 툴(tool)들이 생산라인에 적용되면서 높은 부가가치와 생산성 향상에 기여하고 있다. 그러나 이러한 고경도 소재(PCD, PCBN, etc.)를 가공하기 위해서는 높은 정밀도와 고강성을 가지는 장비여야 한다. 그리고 고경도 소재에 적합한 기계가공법도 적용해야 한다. 고경도/난삭재 가공용 장비들은 대부분 수입에 의존하고 있어 국내 기술 기반이 매우 낮다. 국내 고경도/난삭재 정밀 가공기 설계 및 제작 기술의 확보가 시급함.

핵심개발 기술의 의의
PCD를 가공할 수 있는 높은 정밀도와 고강성을 가지는 다축 가공기 시스템은 대부분 수입에 의존하고 있음. 이와 같은 제품을 수입하더라도 수입 단가가 비싸고 고장시 수리 기간이 길어져 생산성에 타격을 받을 수 있음. 국내 개발이 완료되면 수출도 기대할 수 있음.

적용 분야
○ PCD 소재를 적용한 다양한 툴 생산에 적용 가능함.
○ PCD micro tool(twist drill, micro-patterning tool, etc.)
● 렌즈 가공: 비구면렌즈, F-θ렌즈, Fresnel 렌즈 등
● Groove 가공: 광도파로, 회절격자 금형, 프리즘 패널 금형 등
● 도광판: Stavax 도광판, Dimple array, 니켈 도금 도광판 금형
○ PCD nozzle(LED공정)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 21
• 제 1 장 서론 ... 23
• 제 1 절 기술개발의중요성 및 필요성 ... 23
• 제 2 절 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 1. 해외 기술 동향 ... 24
• 2. 국내 기술 동향 ... 25
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 경제적 효과 ... 26
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 1. 최종목표 ... 27
• 2. 기술개발의 평가항목 및 평가방법 ... 28
• 3. 핵심 키워드 ... 28
• 4. 정량적 목표 항목의 평가방법 및 평가환경 ... 29
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 30
• 1. 1단계 개발목표 ... 30
• 2. 2단계 개발목표 ... 30
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 31
• 1. 1차년도 ... 31
• 2. 2차년도 ... 33
• 3. 3차년도 ... 34
• 4. 4차년도 ... 35
• 5. 5차년도 ... 37
• 6. 6차년도 ... 39
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구 장비 등) 구입 및 관리현황 ... 41
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 42
• 제 1 절 기술 개발 전략 및 추진 일정 ... 42
• 1. 기술개발 추진 전략 ... 42
• 2. 기술개발 추진 체계 ... 43
• 3. 기술개발팀 편성도 ... 46
• 4. 연구개발 추진 일정 ... 48
• 제 2 절 1단계 연구 개발 결과 ... 55
• 1. 기술 개발의 개요 ... 55
• 2. 초정밀 5축 시스템 설계 ... 59
• 3. 모듈 개발 (설계/제작) ... 61
• 4. 나노급 5축 Prototype 제작 ... 95
• 5. 5축 Prototype 시스템에서 Micro-EDM 가공 테스트 ... 126
• 6. 5축 하이브리드(Prototype) 가공기 운용 ... 140
• 7. Micro tool 제작 ... 146
• 8. 나노급 하이브리드 가공기 설계 ... 156
• 9. PCD 재료의 방전가공 특성 (참여기관: 연세대학교) ... 166
• 10. 방전가공에서의 PCD 재료 제거 원리 (참여기관: 연세대학교) ... 179
• 11. PCD-WC 이종 접합 재료의 방전가공 특성 (참여기관: 연세대학교) ... 193
• 12. 다축 가공시스템 Proto-type Platform 설계연구 ... 201
• 13. 5축 가공시스템 Proto-type의 성능평가 ... 222
• 14. 초정밀/초미세 가공시스템을 위한 Air Bearing 이송계 연구 ... 236
• 15. 다축 가공시스템 Gantry-type Platform 설계연구 ... 251
• 16. 기술 활용 방안 및 기술 연계성 ... 274
• 제 3 절 2단계 연구 개발 결과 ... 277
• 1. 마이크로 EDG기반 나노 하이브리드 머신 ... 277
• 2. 나노 하이브리드 머신(2호기) 설계 제작 ... 279
• 3. 나노 하이브리드 머신(3호기) 설계 제작 ... 315
• 4. Micro-EDG generator 모듈 제작 ... 359
• 5. 5축 제어기 모듈 제작 ... 363
• 6. 나노 하이브리드 가공기 운용 프로그램 개발 ... 366
• 7. PCD micro drill 제작 및 평가 ... 376
• 8. PCD를 이용한 부품 개발 ... 390
• 9. 입력 파라미터 선정 및 가공파라미터 설정 ... 392
• 10. 가공파라미터계산 및 CL데이터 생성 ... 410
• 11. 5축 하이브리드 전용 Post processor 개발 ... 423
• 12. 접합 방법 선정 ... 436
• 13. 확산 접합 전용 시스템 설계/구축 ... 441
• 14. 접합강도 측정을 위한 접합 연구 ... 446
• 15. 확산 접합 조건 선정 ... 448
• 16. 확산 접합 결과 ... 453
• 17. 확산 접합 공정 ... 460
• 18. 확산 접합 시스템 설계/구축 체계화 ... 467
• 19. Test blank를 이용한 접합 평가 시스템 설계 ... 476
• 20. 조건에 따른 확산 접합 공정 결과 ... 479
• 21. Test blank를 이용한 평가 기술 ... 487
• 22. 조건에 따른 확산 접합 공정 ... 492
• 23. 대량 확산접합 ... 500
• 24. 개발 결과 요약 ... 505
• 제 4 절 사업화 및 시장 전망 ... 536
• 1. 국내외 시장동향 ... 536
• 2. 사업화 계획 ... 537
• 제 5 절 고용 창출 효과 ... 539
• 제 6 절 기업재무 건전성 현황 ... 540
• 제 7 절 자체보안관리진단표 ... 541
• 끝페이지 ... 542