초록 ▼

□ 연구개요
금속표면에 마이크로 딤플 어레이와 같은 마이크로 패턴을 구현하는 것은 제품의 성능을 향상시키기 위한 매우 중요한 공정이다. 마이크로 패턴은 마찰표면에서 마찰력과 마모를 감소시키고, 엔진의 실링과 연소효율을 높이며, 임플란트에서 골유착성을 향상시키는 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에, 바이오, 항공, 전기전자, 에너지와 같은 많은 산업분야에서 높은 관심을 보이고 있다. 하지만 마이크로 패턴을 구현하기 위한 기존의 공법들은 대량생산, 친환경성, 표면의 균질성, 잔류응력 측면에서 한계를 가지고 있다. 따라서, 마이크로

□ 연구개요
금속표면에 마이크로 딤플 어레이와 같은 마이크로 패턴을 구현하는 것은 제품의 성능을 향상시키기 위한 매우 중요한 공정이다. 마이크로 패턴은 마찰표면에서 마찰력과 마모를 감소시키고, 엔진의 실링과 연소효율을 높이며, 임플란트에서 골유착성을 향상시키는 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에, 바이오, 항공, 전기전자, 에너지와 같은 많은 산업분야에서 높은 관심을 보이고 있다. 하지만 마이크로 패턴을 구현하기 위한 기존의 공법들은 대량생산, 친환경성, 표면의 균질성, 잔류응력 측면에서 한계를 가지고 있다. 따라서, 마이크로 패턴을 간편하고 효율적으로 구현할 수 있고, 마이크로 패턴의 크기와 형상을 제어할 수 있는 새로운 개념의 마이크로 패턴 어레이 제조 공법이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 광변조된 고에너지 레이저 충격파를 이용한 표면 패터닝 공법을 개발하였고, 마이크로 패턴과 표면 물성간의 상관관계를 연구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 (1)광변조 고에너지 레이저 충격파 시스템 구현 (2)광변조 고에너지 레이저 충격파 시스템을 이용한 마이크로 패턴 구현 (3)마이크로 패턴이 표면물성에 미치는 영향 및 상관관계 분석을 세가지 연구목표로 설정하였다. 광변조된 고에너지 레이저 충격파를 발생시키기 위하여 레이저, 빔 제어장치, 충격파발생 및 분산 장치, 이송모듈, 측정장비로 구성된 시스템을 설계 및 제작하였다. 다양한 형상과 크기를 가지는 마이크로 패턴 어레이를 구현하였고, 충격판 전달 및 소재 변형에 대한 이론적, 해석적 연구를 진행하였다. 전사된 마이크로 패턴 어레이의 품질을 평가하기 위하여 충격파 전달방식, 레이저 빔, 초탄성 소재, 삭마층 두께 등 다양한 공정 변수가 마이크로 패턴의 깊이 및 균질성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 금속표면에 전사된 마이크로 패턴 어레이는 마찰, 마모, 접촉각, 경도 등 다양한 표면 물성에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 이들이 가지는 상관관계를 이론적, 실험적 해석을 통하여 분석하였다. 이와 같이 본 연구에서는 제안서에서 설정한 모든 연구목표를 달성한 것으로 판단된다. 본 연구에서 광변조된 고에너지 레이저 충격파를 이용한 표면 패터닝 공정은 고품질의 표면 패턴 및 우수한 물성 구현에 큰 장점이 있음을 증명하였기 때문에, 향후 산업체와의 협력을 통해 실제 제품에 적용 및 신산업 시장개척에 활용이 필요하다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 제안한 광변조된 고에너지 레이저 충격파를 이용한 표면 패터닝 공법은 기존의 공정과 비교할 때 간편하고, 효율이 높으며, 비용이 적게 들 뿐 아니라 마이크로 패턴의 형상을 제어할 수 있기 때문에 표면 패터닝에서 상당히 진보된 측면을 가지고 있다. 따라서 본 연구의 결과는 산업체와의 협의를 통해 관련 산업의 기술적 진보 및 신산업 시장개척에 활용할 수 있을 것이다. 국내외 관련 연구가 미비한 현시점에서 본 연구의 성공적인 수행 결과는 관련 산업 분야가 기술적 노하우 및 원천 기술을 확보하고, 국제 경쟁력을 가지게 하는데 매우 중요한 의미를 가질 것으로 판단된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• (1) 광변조 고에너지 레이저 충격파 시스템 구현(1년차) ... 6
• (2) 레이저 충격파 발생에 대한 이론적 연구(1년차) ... 6
• (3) 광변조 레이저 충격파 패터닝 공정의 유한요소해석(2년차) ... 7
• (4) 다양한 형상의 마이크로 패턴 구현(2년차) ... 8
• (5) 공정변수 및 충격파 특성과 소재의 변형특성 사이의 상관관계 연구(2년차) ... 10
• (6) 마이크로 패턴과 표면물성의 상관관계에 대한 연구(3년차) ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 23
• 4. 참고문헌 ... 23
• 5. 연구성과 ... 25
• 끝페이지 ... 27