보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 HanYang University |
연구책임자 |
이창희
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800003290 |
과제고유번호 |
1711037394 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-04-21
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키워드 |
3D 프린팅.상온 적층 공정.진공 분사 코팅.3차원 형상.적층 가공.마스킹 자동화.고상 접합 적층.세라믹 적층.패터닝 기술.3D Printing.Room temperature deposition process.Vacuum spraying coating.3D Forming.Additive manufacturing.Masking automation.Solid-state bonding & deposition.Metal and Ceramic deposition.Patterning technology.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800003290 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구는 진공상온 스프레이 기술을 이용하여 메조 스케일의 고해상도 세라믹 3D 프린팅 기술을 개발하기 위해 수행되었다. 이를 효과적으로 수행하기 위하여 각 년차별로 1D에서 2D 그리고 3D로의 체계적인 연구를 수행하였으며, 층간적층, 연속선형적층 및 혼합적층의 3가지 적층 타입에 관한 연구를 동시에 수행하였다. 1차년도에는 각 적층 방식에 적합한 노즐의 개발, 해상도에 관한 연구 및 데이터베이스를 구축하였고, 2차년도에는 층간적층, 연속선형적층 방식을 이용한 2D 패터닝 공정을 개발하고 특성평가를 진행
연구의 목적 및 내용
본 연구는 진공상온 스프레이 기술을 이용하여 메조 스케일의 고해상도 세라믹 3D 프린팅 기술을 개발하기 위해 수행되었다. 이를 효과적으로 수행하기 위하여 각 년차별로 1D에서 2D 그리고 3D로의 체계적인 연구를 수행하였으며, 층간적층, 연속선형적층 및 혼합적층의 3가지 적층 타입에 관한 연구를 동시에 수행하였다. 1차년도에는 각 적층 방식에 적합한 노즐의 개발, 해상도에 관한 연구 및 데이터베이스를 구축하였고, 2차년도에는 층간적층, 연속선형적층 방식을 이용한 2D 패터닝 공정을 개발하고 특성평가를 진행하였으며, 3차년도에는 3D 프린트된 제품의 특성평가와 연속제조공정에 관한 연구를 진행하였다.
연구결과
1차년도에는 노즐 설계 기술의 개발 및 노즐 디자인-소재-공정-해상도 사이의 상관관계 규명을 위한 연구가 수행되었다. 각 노즐 형상(slit/round type)에 따른 세라믹 입자의 적층 거동에 대한 체계적인 이론 구축을 위하여 실험적 방법과 전산모사 방법을 동시에 연계하여 입자 속도를 도출할 수 있는 기반을 마련하였다. 또한 다양한 코팅 소재를 이용하여 미세구조와 전산모사 결과 데이터베이스를 구축하여 차년도 연구의 해석 기반을 확보하였다.
2차년도에는 mask를 이용한 층간적층 방식 및 연속선형적층 방식을 이용한 2D 패터닝 기술 개발 및 2D 패턴의 특성평가 연구가 수행되었다. 두 가지 적층 방법을 이용하여 2D 패터닝 기술 개발을 수행하였으며, 동시에 2D 패턴의 구현 정도를 정량적으로 평가하기 위한 수단으로서 실험적 및 전산모사 방법을 동시에 고려한 높은 신뢰성을 갖는 해상도 개념을 제시하였다. 상용 세라믹 도료 및 은 2D 패턴의 적층을 통해 코팅의 특성평가를 진행하여 제어가 가능한 광투과성 및 전기전도성 필름의 제작 가능성을 확인하였다.
최종적으로 3차년도에는 mask를 이용한 더욱 정밀한 2D 패터닝 기술, 입체적 형상을 적층하는 3D 패터닝 기술 및 세라믹 소재 3D 프린팅 연속제조공정에 관련된 연구가 수행되었다. 더욱 미세한 패터닝의 형성을 위한 다양한 masking(laser, photolithography) 제작기술을 개발하였다. 후막 패턴의 빠른 육성을 위해 round type 노즐과 관련된 해상도 연구를 진행하였으며, 독창적인 분말 전처리 공정을 제시하여 후막 적층 기술의 새로운 방법을 제시하였다. 또한 분말 전처리 및 코팅 후처리를 모두 포함하는 연구를 통해 연속제조공정에 사용될 수 있는 진공 상온 스프레이 기술의 3D 프린팅 기술을 개발하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구에서 얻어진 독보적인 노하우 및 데이터베이스는 진공 상온 스프레이 공정을 이용한 2D 및 3D 패터닝 기술의 실제적인 개발의 근간이 될 수 있다. 또한 실험적 및 전산모사 기술을 동시에 사용하여 구축된 이론적 해석 기반은 제작된 3D 패턴의 신뢰성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 특히 masking 기술, 해상도 해석 기술, 후막 적층 기술, 전/후처리 기술은 본 연구실만의 독창적인 결과로서 3D 프린팅 관련 산업적 기반을 마련하는데 있어서 그 진보성이 높다고 할 수 있다.
( 출처 : 한글요약문 4p )
Abstract
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Purpose&contents
This study was carried out to develop high resolution ceramic 3D printing technique of meso scale using vacuum kinetic spray technique. In order to do this effectively, we have conducted systematic studies from 1D to 2D and 3D for each year, and also have conducted research on th
Purpose&contents
This study was carried out to develop high resolution ceramic 3D printing technique of meso scale using vacuum kinetic spray technique. In order to do this effectively, we have conducted systematic studies from 1D to 2D and 3D for each year, and also have conducted research on three types of deposition method: layer by layer deposition, continuous linear deposition and mixed deposition. In the first year, the development of a nozzle suitable for each deposition method, the study on the resolution and the database were established. In the second year, the 2D patterning process using the layer by layer deposition and continuous linear deposition method was developed and evaluated. In third year, we conducted research on characterization and continuous manufacturing process of 3D printed products.
Result
In the first year, research was conducted to develop the nozzle design technology and to identify the correlation between nozzle design, material, process and resolution. In order to construct a systematic theory on the deposition behavior of ceramic particles according to each nozzle shape (slit / round type), we established a basis for deriving the particle velocity by linking the experimental method and computer simulation method simultaneously.
In the second year, the development of 2D patterning technology using layer by layer and continuous linear deposition method using mask and characterization study of 2D patterns were carried out. We have developed a 2D patterning technology using two deposition methods.
At the same time, we have proposed a highly reliable resolution concept considering both experimental and computational methods as a means for quantitatively evaluating the degree of implementation of a 2D pattern. The possibility of fabricating a light transmissive and electrically conductive film which can be controlled by evaluating the characteristics of the coating through deposition of commercial ceramic paint and silver 2D pattern was confirmed.
Finally, in the third year, more precise 2D patterning technology using masks, 3D patterning technology for depositing three-dimensional shapes, and continuous manufacturing process of ceramic material 3D printing were carried out. A variety of masking fabrication techniques(laser, photolithography) have been developed for the formation of finer patterning. For the rapid growth of the thick film patterns, the resolution studies related to the round type nozzles have been carried out, and a novel method of thick film deposition technology has been proposed by presenting an original powder pre-treatment process. We have also developed a 3D printing technology for vacuum room temperature spray technology that can be used in continuous manufacturing processes through research including both powder pre-treatment and coating post-treatment.
Expected Contribution
The unique know-how and database obtained in this study can be the basis for practical development of 2D and 3D patterning techniques using a vacuum kinetic spray process. In addition, the theoretical analysis base constructed by using both experimental and computational simulation techniques can dramatically improve the reliability of 3D patterns produced. In particular, masking technology, resolution analysis technology, thick film deposition technology, and pre / post processing technology are the original results of our laboratory, which is highly promising in establishing the industrial basis for 3D printing.
( 출처 : SUMMARY 5p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 1.1 연구의 개요 ... 6
- 1.2 연구의 필요성 ... 7
- 1.3 연구의 범위 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 3. 1 노즐 디자인 개발을 통한 최적의 masking 적층용 slit 노즐 기술 개발 ... 12
- 3. 2 노즐 디자인 개발을 통한 최적의 고해상도 round 노즐 기술 개발 ... 17
- 3. 3 각 노즐 형상에 따른 소재별 비행거동 및 속도 예측/데이터베이스화 ... 21
- 3. 4 각 노즐 형상에 따른 소재별 적층거동 분석 및 해상도 제어기반 확보 ... 25
- 3. 5 Vacuum kinetic spray 공정용 masking 소재 및 형상 개발 ... 30
- 3. 6 Masking을 이용한 고정밀도 층간 적층 방식의 2D 패터닝 기술 개발 ... 34
- 3. 7 연속 선형 적층 방식을 이용한 고정밀도의 2D 패터닝 기술 개발 ... 39
- 3. 8 2D 패턴에 대한 특성평가 ... 45
- 3. 9 Masking을 이용한 층간 적층 방식의 3D 프린팅 기술 개발 ... 53
- 3. 10 연속 선형 적층 방식을 이용한 3D 프린팅 기술 개발 ... 59
- 3. 11 3D 프린트 제품에 대한 특성평가 ... 64
- 3. 12 전․후 처리를 포함하는 3D 프린트 제품의 연속제조공정 기술 개발 ... 72
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 78
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 80
- 5. 1. 추가연구의 필요성 ... 80
- 5. 2. 타 연구에의 응용 ... 81
- 5. 3. 기업화 추진방안 ... 81
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 82
- 6. 1. 3D 프린팅 기술의 연구 동향 ... 82
- 6. 2. 진공 상온 스프레이 공정 연구 동향 ... 82
- 6. 3. 저온 분사 공정의 3D 프린팅 ... 84
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 86
- 8. 참고문헌 ... 87
- 9. 연구성과 ... 88
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 100
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 100
- 12. 기타사항 ... 100
- [별첨1] 대 표 연 구 실 적 ... 101
- [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 116
- 끝페이지 ... 122
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