초록 ▼

연구개요
본 연구는, 일반적으로 알려진 FDM 3D 프린터의 한계점으로 지적되고 있는 “표면조도성능, 치수정밀도 및 생산성”을 향상시키기 위한 “이중스테이지 구조 기반의 하이브리드 3D 프린팅 플랫폼 설계 기술의 고도화”이다.본 연구팀은 선행연구를 통해 적츠웁와 정삭부가 상호 간섭 및 충돌이 없도록 하는 이중스테이지 구조설계 기술을 연구한 경험이 있으며, 이를 바탕으로 기능시제품을 직접 제작하고 구동하여 적층-정삭 공정이 고품질 저속적층에 비해 “표면조도와 조형시간”측면에서 얼마나 향상되는지 정량적으로 평가하였다.

연구개요
본 연구는, 일반적으로 알려진 FDM 3D 프린터의 한계점으로 지적되고 있는 “표면조도성능, 치수정밀도 및 생산성”을 향상시키기 위한 “이중스테이지 구조 기반의 하이브리드 3D 프린팅 플랫폼 설계 기술의 고도화”이다.본 연구팀은 선행연구를 통해 적츠웁와 정삭부가 상호 간섭 및 충돌이 없도록 하는 이중스테이지 구조설계 기술을 연구한 경험이 있으며, 이를 바탕으로 기능시제품을 직접 제작하고 구동하여 적층-정삭 공정이 고품질 저속적층에 비해 “표면조도와 조형시간”측면에서 얼마나 향상되는지 정량적으로 평가하였다.

연구 목표대비 연구결과
이중스테이지의 통합 오차보정을 위해, 전역 기구학오차 전파(global kinematic error propagation, GKEP) 모델링을 기반으로 한 오차 보정 방법에 대한 이론 확립과, 인체 하지부를 대상으로 해당 방법을 검증하여, GKEP 기반의 이중스테이지 연성 보정을 위한 기반 연구를 완료하였음.
상용 XYZ형 적층스테이지 구조에 결합성 높은 정삭스테이지의 성능 관점에서의 최적 설계를 WGM과 유전 알고리즘을 통해 수행하고, 머신비전을 통해 원형스테이지에 장착된 병렬기구의 오차 보정 기술 연구를 수행하였으나, 원형스테이지 병렬기구의 제작 비용과 말단부 위치제어의 불확실성으로 인해, 정삭스테이지의 구조를 기존 Eclipse-RP기반 병렬기구에서 과구동 병렬-직렬 하이브리드 구조로 변경하였으며, 수정된 3D프린팅 플랫폼의 기능시제품을 외주용역을 통해 제작, 조립을 완료하였음. 또한, 기구 구조가 변경됨에 따라서 laser interferometer에 linear 및 angular optics를 이용한 절삭스테이지(절삭부+베드부)의 진직도 등 기하학적 오차 규명과 동시에 정밀 초기 원점 센싱 기능 추가하였음.
본래 계획했던 GKEP기반 이중스테이지 연성 보정은, 이중스테이지의 구조변경에 따라 laser interferometer 기반의 축별 정렬 등의 오차 규명 및 기구학모델 반영으로 연구추진방향을 변경하여, 구동부의 정렬 오차 등을 규명 및 보정하였음. 적층-정삭 실험을 수행하기 이전에, 실험의 최적 조건 탐색 및 정삭효과 검증을 위한 실험을 먼저 수행하였으며, 이를 기반으로 적층-정삭 실험을 수행하여 표면조도와 조형 시간의 향상을 정량적으로 확인하였음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구의 핵심인 “표면조도성능 개선 및 생산 속도 향상”을 기준으로, 제품의 상용화 및 보급을 통해 다음과 같은 파급효과를 기대할 수 있음. 첫 번째, 3D 프린터 시장에서 가장 높은 점유율을 가지는 FDM 방식의 치명적 단점 극복을 통해 적용분야가 확대될 수 있음. 두 번째, 글로벌 선도기업의 연구개발 동향에 맞추어 경쟁력 있는 고부가 가치 장비 기술력을 확보할 수 있음. 마지막으로, 글로벌 선도기업의 특허 포트폴리오 극복을 통한 국내외 기술격차 해소에도 기여할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1. [1차년도] 통합전역 오차전파모델 수립(global kinematic error propagation, GKEP) ... 6
• 2. [1차년도] 작업영역 및 설계변수 최적화 ... 6
• 3. [2차년도] 머신비전을 통한 병렬기구 오차 보정 ... 7
• 5. [3차년도] 이중스테이지 구조 FDM 3D프린팅 플랫폼 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 29