Study on the Surface Characterization of Structure made of Polyamide 12 manufactured by Additive Manufacturing Process

Additive manufacturing is a state-of-the-art manufacturing process technology in which three-dimensional structures are fabricated by laminating two-dimensional sections of a structure using various materials such as plastic, ceramics, and metals. The additive manufacturing technology has the advantage of high design freedom, while the surface property (roughness) of the finished product varies depending on the process conditions, which necessitates performing a post-process after the products are manufactured. In this study, the surface roughness of a structure made of polyamide 12, which was manufactured by SLS (Selective Laser Sintering) and MJF (Multi Jet Fusion) process was compared. The processing condition was classified by the building orientation of structure as 0, 45, and 90 degrees, which is the angle between the analytical surface and the horizontal plane of the fabrication platform. Structures with a hole of various diameters ranging from 1mm to 10mm were manufactured and the hole characteristics (ratio of hole depth to diameter) and results of the specimens were compared. As a result of the surface characteristics analysis, the surface roughness value of the specimens manufactured with a building orientation of $45^{\circ}$ was the highest in both technologies. In the case of the through-hole structure fabrication, the shape was maintained with 5mm and 10mm diameter holes regardless of the building orientation, although the hole forming was difficult for the smaller holes.

적층 기법으로 제작한 polyamide 12 소재 적용 구조물 표면 특성 분석 연구

적층 기법 (Additive manufacturing)은 플라스틱, 세라믹, 금속 등 다양한 소재를 활용하여 구조물의 2차원 단면을 반복적으로 적층함으로써 3차원 구조물을 제작하는 최신 제조 공정기술이다. 적층 기법은 높은 디자인 자유도의 장점에 반해, 적층 기법의 특성상 최종 제품의 표면 특성(거칠기)은 공정 조건에 따라 다양하게 나타나므로, 대부분 제품제작 후 후가공이 필수적으로 진행되어야 한다. 이번 연구에서는 polyamide 12 소재를 대상으로 플라스틱 제품의 대표적인 적층 공정 방식인 SLS (Selective Laser Sintering) 및 MJF (Multi Jet Fusion) 공정 기술로 시편 제작 후 표면 거칠기를 비교 분석하였다. 시편은 분석 표면이 제작 플랫폼의 수평면과 이루는 기울기를 기준으로 0도, 45도, 90도로 제작 조건을 구분하였으며, 또한 1 mm에서 10 mm까지 다양한 사이즈의 홀(hole)이 있는 구조물을 제작하여 최종시편의 홀 특성(홀 직경 대비 홀 깊이 비율) 결과를 비교하였다. 표면 특성 분석 결과 SLS 및 MJF 두 방식 모두 45도 기울기를 갖는 시편에서 표면 거칠기 값이 상대적으로 가장 높았으며 홀 성형은 5mm 및 10mm 직경 홀의 경우 제작방향에 상관없이 관통된 홀 형상을 유지되나, 그 이하 직경의 홀에 대해서는 두 공정 기술 모두 관통된 홀 성형이 어려움을 확인하였다.