Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

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Investigation of alumina(Al2O3) 3D nozzle printing process

알루미나(Al2O3)를 활용한 3D 노즐 프린팅 기술 연구

  • An, Tae-Kyu (Division of Advanced Materials Engineering, Kongju National University) ;
  • Han, Kyu-Sung (Icheon Branch, Korea Institute of Ceramic Engineering & Technology) ;
  • Kim, Ji-Hoon (Division of Advanced Materials Engineering, Kongju National University)
  • 안태규 (공주대학교 신소재공학과) ;
  • 한규성 (한국세라믹기술원 이천분원) ;
  • 김지훈 (공주대학교 신소재공학과)
  • Received : 2019.09.25
  • Accepted : 2019.12.06
  • Published : 2019.12.31
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Abstract

3D printing technology has attracted considerable attention because of its potential to fabricate the intricate design of ceramic products. In this study, ceramic 3D nozzle printing was introduced to manufacture complex alumina products with a ceramic pigment. The alumina paste was formulated by incorporating an elastomer to impart viscoelastic properties. Viscoelastic pastes play an essential role in ceramic 3D nozzle printing. The effects of the viscoelastic properties of the ceramic pastes on their printability were assessed using comprehensive rheological analysis, and various shapes were printed. As a result, the paste with a high yield stress showed better printability. In addition, a ceramic pigment was added to the developed pastes to increase the aesthetics of the printed ceramic structure. The printed ceramic parts were sintered in air at 1300 ℃. The stability of the ceramic pigment was confirmed even after high-temperature sintering.

최근 3D 프린팅 산업은 다양한 형상의 세라믹 부품을 간소화된 공정으로 제조 가능하여 많은 기대를 받고 있다. 본 연구에서는 세라믹 3D 프린팅을 통하여 알루미나(Alumina) 제품을 구현하기 위하여 3D 프린팅용 점탄성 페이스트(Paste)를 제조하였다. 점탄성 특성은 세라믹 3D 프린팅 공정에서 아주 중요한 역할을 한다. 노즐을 통한 세라믹 페이스트의 압출 시에는 흐름 특성을 가져야 하며, 인쇄되어 정확한 자리에 인쇄되어 안착한 후에는 고체처럼 작동하여 형상을 유지하여야 한다. 이러한 점탄성 특성을 부여하기 위하여 페이스트를 제조할 때 엘라스토머(Elastomer) 등의 첨가물을 첨가하였고, 이렇게 제조된 페이스트의 유변학적 특성을 분석한 결과 점탄성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 하지만, 엘라스토머의 함량에 따라 점탄성 특성이 다름을 확인하여, 점탄성 특성의 각 지표가 실질적인 인쇄성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 다양한 형태로 인쇄성 평가를 진행하였다. 인쇄성 평가 결과 높은 항복 응력을 가지는 페이스트가 인쇄성이 우수함을 확인하였다. 이렇게 개발된 알루미나 인쇄물의 심미성을 증가시키기 위하여 고온에서 소결시에도 안정적으로 발색효과가 있는 세라믹 안료를 제조된 페이스트에 혼합하여 1300 ℃에서 고온 소결을 진행하고, 소결 후 발색 효과를 확인하였다.

Keywords

References

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