보고서 정보
주관연구기관 |
에스앤디이엔지 |
연구책임자 |
어재동
|
참여연구자 |
최선진
,
박경식
,
오승준
,
김경서
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2017-11 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201800036385 |
과제고유번호 |
1415150278 |
사업명 |
산업집적지경쟁력강화 |
DB 구축일자 |
2018-07-21
|
키워드 |
유기염.스프레이.나노인쇄.충전.곡면.
|
초록
▼
핵심기술
알루미늄 곡면 및 평면 제품을 Full Color Anodizing을 구현하는 곡면인쇄장치 개발 및 공정기술 확보
최종목표
목표 1 : 곡면인쇄장치 개발
1) 곡면인쇄장치 개발
- 평판 테이블 제작 : 인쇄영역 320mm x 600mm
- 곡면 테이블 제작 : 인쇄영역 Z축 Φ120mm
- 인쇄헤드 제작 : Main Color 8종 개발
2) 곡면인쇄장치 공정 개발
- 헤드의 속도 , 잉크 토출조건 분석
- 착색, 인쇄, 건조, 씨링 등의 공정조건 분석
핵심기술
알루미늄 곡면 및 평면 제품을 Full Color Anodizing을 구현하는 곡면인쇄장치 개발 및 공정기술 확보
최종목표
목표 1 : 곡면인쇄장치 개발
1) 곡면인쇄장치 개발
- 평판 테이블 제작 : 인쇄영역 320mm x 600mm
- 곡면 테이블 제작 : 인쇄영역 Z축 Φ120mm
- 인쇄헤드 제작 : Main Color 8종 개발
2) 곡면인쇄장치 공정 개발
- 헤드의 속도 , 잉크 토출조건 분석
- 착색, 인쇄, 건조, 씨링 등의 공정조건 분석
3) 제어부 개발
- LCD 액정 사용 및 PLC제어
- 일러스트와 Rip 제어
목표 2 : 알루미늄 아노다이징 곡면 나노컬러 시제품 개발
1) 아노다이징 곡면 나노구조 제어 분석
2) 유기염 분사량 , 충진성 최적 조건 분석
3) 선명도 최적조건 분석
4) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정 후 시제품 제작
목표 3 : 알루미늄 아노다이징 곡면 나노컬러 디자인 요소 개발
1) 디자인 패턴 곡면이미지 개발
2) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정별 표면거칠기 분석
3) 나노포어 두께, 직경. 색상간 거칠기. 크로스커팅 신뢰성 향상
개발내용 및 결과
□ 계획대비 실적 (정성적 실적)
1. 곡면인쇄장치 설계[주관/참여/위탁기관]
곡면인쇄장치 제작 - 완료
2. 곡면인쇄장치 제작[주관/참여/위탁기관]
1) 곡면인쇄장치 제작 - 완료
① 평판테이블 제작
② 곡면 테이블 제작
③ 인쇄헤드제작
2) 곡면인쇄장치 공정개발 - 완료
① 헤드속도, 잉크토출 조건분석
② 착색,인쇄, 건조, 씨링등의 공정 조건분석
3) 제어부 개발 - 완료
LCD액정 사용 및 PLC제어 일러스트와 Rip제어
3. 나노구조제어 Test [주관]
1) 아노다이징 곡면 나노구조 제어분석 - 완료
2) 유기염분사량, 충전성 최적조건 분석 - 완료
3) 선명도 최적공정 개발 - 완료
4) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정 후 시작품 제작 - 완료
4. 시작품 제작 [주관/참여/위탁기관]
1) 디자인 패턴 곡면이미지 개발 - 완료
2) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정별 표면거칠기 분석 - 완료
3) 나노포어 두께,직경,색상간 거칠기, 크로스커팅 신뢰성 향상 -완료
5. 신뢰성 검증 및 보완[주관/참여/위탁기관]
신뢰성 검증 및 보완 -완료
6. 사업종료 및 최종보고서 제출 [주관]
최종보고서 제출 - 완료
1 : 곡면인쇄장치 개발
1) 곡면인쇄장치 개발
① 평판 테이블 제작 : 인쇄영역 320mm x 600mm
>. 인쇄영역 320mm x 600mm [주관/참여].
진공흡착, 테이블 히팅, 상/하/좌/우 이동기능 제작완료
② 곡면 테이블 제작 : 인쇄영역 Z축 Φ120mm
>. 인쇄영역 Z축 0120mm [주관/참여]
Φ150mm까지 가능토록 제작완료
③ 인쇄헤드 제작 : Main Color 8종 개발
>. 기존 프린터를 응용하여 인쇄 헤드부를 제작하였으며 아노다이징 착색염료를 기존일반 프린터 잉크와 같이 사용할 수 있도록 적용하여 Main Color 8종 개발완료
2) 곡면인쇄장치 공정 개발
① 헤드의 속도 , 잉크 토출조건 분석
>. 동일한 이미지여도 모니터 화면을 통해 사람의 눈에 전해지는 이미지는 많은 편차를 보인다.
이러한 점을 고려하여 각 농도별로 인쇄작업을 진행하면 실물에서도 편차가 발생해 이미지 샘플과 인쇄한 제품을 육안이나 색차계를 이용해 편차값을 줄이는 방법이 있다.
② 착색, 인쇄, 건조, 씨링 등의 공정조건 분석
a. 실크 프린팅 작업시 인쇄를 하고자하는 제품에 이물, 먼지등의 유해사항을 확인하여야 인쇄품질을 올릴 수 있다.
작업장의 온도는 30±3℃로 하여 따뜻한 실내온도가 적정하며 습도는 습하지 않은 55% 이하로 관리한다.
하절기에는 습도에 주의해서 인쇄 전 제품 상태를 관리하며, 동절기에는 제품이 차갑지 않도록 작업장 내부에 최소 30분이상 방치하여 알루미늄 제품이 따뜻한 상태로 보관하여 인쇄시 발생하는 얼룩이나 염료 뭉침을 개선 할 수 있다.
b. 인쇄작업시 작업장의 청결상태 확인 후 오염원을 제거 후 작업하도록 하며 인쇄기 테이블에 열선이 설치되어 있어 35℃~40℃로 세팅 후 인쇄 준비를 한다.
이때 주의사항으로는 제품의 온도가 중분히 세팅온도에 이르도록 대기시간은 1분이상(1T기준)이면 충분하다
c. 인쇄작업 전 제품에 먼지등의 이물제거를 위해 브러쉬로 닦아주지만 제품에 정전기로 인해 인쇄시 염료를 분사하면 염료 뭉침이 발생하는 원인이므로 필히 브러쉬로 제품의 표면을 닦아준다
3) 제어부 개발
① LCD 액정 사용 및 PLC제어
>. 조절장치와 같이 수동으로 테이블온도, 진공흡착기능, 분사량, 색상농도, 헤드속도 등이 가능하도록 제작완료
② 일러스트와 Rip 제어
>. Rip 소프트웨어 화면과 같이 자동으로 소프트웨어에서 분사량, 색상농도,헤드속도 등이 가능하도록 제작완료
2 : 알루미늄 아노다이징 곡면 나노컬러 시제품 개발
1) 아노다이징 곡면 나노구조 제어 분석
① A6063 합금
A6063은 대표적인 알루미늄 외장재로서 주관업체에서 가장 많이 사용하는 알루미늄 합금 종으로서, 양산조건(황산법, 10~30 Volt)을 포함하여 확장된 시험조건으로 시험하고 SEM으로 포어의 형태를 관측
② A 1050 합금
A 1050은 알루미늄이 99.5%를 차지하는 비교적 고순도의 알루미늄 합금으로서 전자제품 등의 외장재로서 다수 사용하는 소재임.
A 1050의 경우, 반응액이나 전압, 아노다이징 시간등에 대해서 A6063종과 비교할 때 포어의 직경이나 간격은 큰 차이가 없음.
다만 불순물 합금에 의해 표면을 기타 외관에서 다소 차이가 있음
(마이크로-나노 수준의 텍스쳐)
2) 유기염 분사량, 충진성 최적조건 분석
표면가공을 하지 않은 압연상태의 A16063의 표면(표면거칠기는 Ra 20nm수준임)에 대해서 일반 양산조건 (전압범위 10~30 volt) 에서는 접촉각이 15~18도 정도로서 매우 낮은 편이며 이는 알루미나층의 원자간력이 금속이나 폴리머에 비해 큰 것을 생각할 때, 타당한 결과임.
그러나 수산법에 따른 고전압조건 (60, 110 volt)에서는 포어의 직경의 증가에 동반하여 접촉각의 증가가 관측됨.
표면의 접촉각은 표면구성 성분이 알루미나이며 동등한 표면텍스쳐임을 고려하면 결국 (전해액에 무관한) 표면의 나노 포어의 직경에 의존하게 되므로, 양극산화 인가전압에 대한 알루미늄 종별 접촉각을 아래그림과 같이 평가할 수 있음.
3) 선명도 최적조건 분석
아노다이징 작업조건은 아노다이징 공정도와 같이 탈지 → 에칭 → 화학 연마 → 디스머트 → 양극산화 → 건조 → 프린팅 → 검사 → 씨링 → 건조 순으로 진행되며 주의사항으로는 양극산화 후 피막이 형성되어 있어 오염에 주의하도록 한다.
이물이나 작업자의 지문, 공정이동을 위해 포장용지로 사용하는 발포지의 기름성분은 피막의 Pore를 막히게 하거나 얼룩이 생기는 불량의 원인으로 견출지를 사용한다.
4) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정 후 시제품 제작
표면가공 공정 적용품과 같이 A5052 판재에 a.샌딩 b.헤어라인 c.일반자재 d.광판으로 표면가공을 진행하여 실크 프린팅 작업을 진행하였다.
표면질감별 차이를 확인하였으며 부드럽고 은은한 질감의 샌딩처리 표면가공품과 고운헤어라인을 적용한 헤어라인 표면가공품, 보편적이고 대중적인 일반자재 표면가공품, 광택으로 화려한 질감의 버핑 표면가공품으로 제품별 특징에 맞는 표면질감을 구현할 수 있음을 확인하였다.
3 : 알루미늄 아노다이징 곡면 나노컬러 디자인 요소 개발
1) 디자인 패턴 곡면이미지 개발
경기과학기술대학교의 참여연구원들과 수차례 미팅을 통하여 개발개요와 범주를 확정하고 디자인 시안 개발, 선정, 가공, 품평회를 진행 하였음.
디자인 결과물 대.중.소 크기별로 디자인 패턴을 나타내었음
2) 샌딩, 버핑, 헤어라인 공정별 표면거칠기 분석
표면 가공품의 거칠기를 < Fig. 03 > 표면거칠기 이미지와 같이 확인하여 공정별 표면거칠기를 확인함
3) 나노포어 두께, 직경. 색상간 거칠기. 크로스커팅 신뢰성 향상
① 나노포어 두께,직경
A6063은 대표적인 알루미늄 외장재로서 주관업체에서 가장 많이 사용하는 알루미늄 합금 종으로서, 나노포어 두께 및 직경을 양산조건(황산법, 10~30Volt)을 포함하여 확장된 조건으로 시험하고 SEM으로 포어의 형태를 관측함.
② 색상간 거칠기
ⓐ 이미지의 경계면을 확대하여 공초점 현미경으로 패턴 정밀도를 측정한 결과 < Fig. 07 > 패턴경계 확대이미지 (X20)와 같이 0.45㎛임을 확인하였다.
이는 전문가가 선명하다고 느끼는 50㎛보다 작은 수치로 전문가와 일반인이 보기에 깨끗하고 선명한 이미지를 구현하는 수치임
ⓑ 실크 프린팅 작업시 염료분사 노즐과 제품간의 유격이 벌어지면 벌어질수록 선명도가 떨어지고 흐릿해진다.
염료분사 노즐과 제품과의 유격은 1.5〜2.0mm로 유지하여 작업하는게 최상의 인쇄품질을 유지할 수 있다.
ⓒ 크로스 커팅
8가지 염료를 통한 색상구현으로 10~15㎛를 유지한 피막층에 착색하여 내식성을 표준화 하였고, < Fig. 08 > 연필경도 시험시 5H, 마이크로비커스 표면경도 시험시 51 Hv를 확인하였다.
기술개발 배경
삼성전자와 애플이 스마트폰 특허분쟁의 후 세계시장은 자체 디자인 이미지를 결정하는 다색컬러 인쇄기술 확보에 열을 올리고 있다. 디자인 이미지를 처리하는 파이널 표면처리(알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치) 기술에 더욱 많은 관심과 개발경쟁이 치열해지면서 제품 생산 기업에 있어 시장 경쟁력 강화를 위해서는 다음이 반드시 필요하다.
Fig.9는 휴대폰 외장품인 알루미늄 아노다이징 기술로 1차인쇄와 2차인쇄이며, 본 과제에서 개발하려는 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치로 제작 될 다색컬러 패턴이미지를 나타내었다.
스마트홈 제품의 고급화로 알루미늄 금속소재의 디자인과 패턴인쇄 이미지 차별화로 실크인쇄와 관련된 스마트 가전의 제품가공 수요가 급격히 상승하고 있다.
디자인 개발 및 환경친화 연계로 리사이클이 가능한 친환경 금속소재 제품의 수요가 증가하고 있으며 이에 따라 다양한 스마트홈 제품이 친환경 소재를 활용한 외장재 요구수요와 디자인 이미지를 충족하고 금속적인 후처리 기술과 융합개발 가능이 예상된다. 이와 같은 다양한 소비욕구를 충족하기 위한 시지각 고급디자인 상품이 개발되고 있는데, 대량생산에 고급 이미지를 만족시킬 수 있는 금속소재의 외장제 인쇄가공기술은 미흡한 실정으로 이를 극복하기 위해 플라스틱 및 금속소재에 고급패턴 및 디자인 이미지를 효율적으로 대량 가공생산이 가능토록 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면 인쇄 장치 기술을 개발한다.
시지각 특성을 고려한 인쇄 패턴의 양산성을 확보함으로써 목표시장의 다변화 추구가 가능하고 다양한 표면질감 및 감성느낌을 구현하면서 폭넓은 고객요구에 대응하여 영업의 차별화로 대량 양산, 신기술, 우수평가 기술과 연계를 통한 대외 경쟁력 강화 기대와 실크인쇄 디자인 풀렛폼을 통한 다양한 제품들과의 호환성이 예상된다.
알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술이 적용되면 가격 경쟁력 확보와 친환경 소재인 알루미늄의 특징을 살려 외관(프레임, 트림, 케이스 등)용 디자인 개발, 다중 패턴 및 텍스쳐에 색채를 가미하여 실크디자인 패턴 라이브러리 구축 가능하다.
고품위 다색패턴 디자인을 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술로 멀티 입체패턴을 고해상도로 구현하여 고품위, 저가격 대량생산의 실크인쇄 수요를 충족시킬 수 있다.
기존의 실크인쇄 방법은 단동형 수동방법을 활용하였으나, 그 적용범위가 한정되어 있고, 특히 수작업의 순수인력 작업으로 인한 인건비 상승 및 높은 불량률로 인해 양산성이 떨어짐으로 경쟁력이 하락했다.
지속적인 시장의 상승 수요를 감안할 때 대량생산이 가능한 자동화 시스템으로 불량률이 현저하게 낮고 저비용의 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 개발이 가능하게 되면 세계시장의 동종업계보다 기술, 납기, 단가에서 우위를 선점하는 경쟁력을 갖게 될 것이다.
· 세계시장의 저가형 제품에 고급 멀티인쇄적 용확대 가능
· 다색컬러 패턴 형태의 착색인쇄기술 자동화로 대량양산 가능
· 수입대체 및 수출증대와 자동화 인쇄 기술로 안전성 확보
· 최대 200%의 양산비용 절감 및 공간절약 효과
· 자알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술로 숙련인력 인건비 절감
· 적용 제품군 확대 및 호환성 증대로 고품위 품질유지
· 잉크젯 멀티인쇄 시스템으로 친환경 차별화 가능
기술의 최종목표는 알루미늄 양극산화 공정제어로 100 ~ 300 나노 크기의 Pore(기공)에 분사방식의 착색염료로 고품위 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면 인쇄 패턴형성을 하는 것과 평판은 물론 곡면형상의 알루미늄 제품에 자동화 적용이 가능하도록 인쇄장치 개발이다.
핵심개발 기술의 의의
기존의 실크인쇄 방법은 단동형 수동방법을 활용하였으나, 그 적용범위가 한정되어 있고, 특히 수작업의 순수인력 작업으로 인한 인건비 상승 및 높은 불량률로 인해 양산성이 떨어짐으로 경쟁력이 하락했다.
지속적인 시장의 상승 수요를 감안할 때 대량생산이 가능한 자동화 시스템으로 불량률이 현저하게 낮고 저비용의 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 개발이 가능하게 되면 세계시장의 동종업계보다 기술, 납기, 단가에서 우위를 선점하는 경쟁력을 갖게 될 것이다.
• 세계시장의 저가형 제품에 고급 멀티인쇄 적용확대 가능
• 다색컬러 패턴 형태의 착색인쇄기술 자동화로 대량양산 가능
• 수입대체 및 수출증대와 자동화 인쇄 기술로 안전성 확보
• 최대 200%의 양산비용 절감 및 공간절약 효과
• 자알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술로 숙련인력 인건비 절감
• 적용 제품군 확대 및 호환성 증대로 고품위 품질유지
• 잉크젯 멀티인쇄 시스템으로 친환경 차별화 가능
적용 분야
알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술이 적용되면 가격 경쟁력 확보와 친환경 소재인 알루미늄의 특징을 살려 외관(프레임, 트림, 케이스 등)용 디자인개발, 다중 패턴 및 텍스쳐에 색채를 가미하여 실크디자인 패턴 라이브러리 구축가능 하다.
고품위 다색패턴 디자인을 알루미늄 아노다이징 나노컬러 곡면인쇄장치 기술로 멀티 입체패턴을 고해상도로 구현하여 고품위, 저가격 대량생산의 실크인쇄 수요를 충족시킬 수 있다.
(출처 : 산단R&BD역량강화사업 최종보고서 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 산단R&BD역량강화사업 최종보고서 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 25
- 제 1 장 서론 ... 28
- 제 1 절 과제의 개요 ... 28
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 34
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 34
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 60
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 61
- 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 62
- 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 63
- 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 64
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 64
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 73
- 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 78
- 제 4 절 고용 창출 효과 ... 82
- 제5절 자체보안관리진단표 ... 83
- 끝페이지 ... 83
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.