촉각과 관련된 물체의 :성질은 매우 다양하지만 본 연구에서는 특히, 직접적인 물체의 표면 가공을 통하지 않고 기하학적으로 유사한 표면 거칠기 특성을 재현할 수 있는 표면 생성 시스템을 .개발하였다. 개발된 표면 생성 시스템은 철선다발을 이용하여 임의의 물체 표면을 제시할 수 있는 구조를 가지고 있으며 'U"형 모양의 철선다발에 속한 각 철선의 위치를 축방향으로 이동함으로서 표면을 생성할 수 있는 구조를 가지고 있다. 따라서, 제시할 수 있는 표면의 생성 범위는 사용된 철선의 직경에 따라 결정된다. 본 논문에서는 이러한 시스템의 구조 및 설계, 그리고 개발된 시스템의 하드웨어에 관하여 기술한다.기술한다.
유연성 공구를 가진 자기연마는 고경도 소재 및 자유곡면 형상 표면의 나노메터급 가공이 가능한 강점을 지닌다. 이러한 자기연마에서 자기연마입자는 시간적, 비용적 측면에서 단순 혼합형 입자가 유리하다. 그러나 단순혼합형 입자는 가공 중 공구로부터 쉽게 이탈하게 되어 가공 시간이 증가 할수록 매우 낮은 가공 효율을 가진다. 따라서 본 연구에서는 단순 혼합형 입자에 오일을 대신하여 실리콘 겔을 매개물로 사용하는 자기연마 입자를 연구하고 그 특성을 분석하였다. 그 결과 자기력 향상과 별개로 입자간 응집력을 높여 입자의 이탈을 줄여 표면거칠기의 향상에 효과가 높음을 확인 하였다. 그리고 실험계획법을 이용하여 고경도 소재인 텅스텐 카바이드의 실리콘 겔 자기연마에서 각 공정변수가 표면거칠기의 향상에 미치는 특성을 평가하고 이를 최적화 하였다.
최근 자연모방을 이용한 소수성 표면 가공이 많은 관심을 끌고 있다. 대표적인 가공 방법으로 기계적 가공, 포토리소그래피 가공, 레이저를 이용한 공정이 있다. 본 논문에서는 구리필름에 UV 펄스 레이저를 직접 조사해 마이크로 그루브를 형성하고 상온에서의 산화를 통해 표면의 거칠기를 증가시켜 소수성 표면을 제작하였다. 패턴 생성 뒤 일정 시간 산화를 시킨 후에 측정된 접촉각은 산화를 시키기 전보다 약 $30{\sim}70^{\circ}$까지 증가함을 보인다. 본 연구 결과를 통해서 화학적인 처리과정 없이 보다 안정한 소수성 표면을 제조할 수 있음을 확인하였다.
자기연마공정은 유동성이 높은 연마입자를 활용하기 때문에 곡면 및 그루브 형상에도 적용이 가능한 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 제 2세대 자기연마법을 활용하여 그루브 형상에 대한 자기연마가공 특성을 평가하여, 이를 향후 연료전지 채널과 같은 3차원 형상의 자기연마에 활용하고자 한다. 실험은 최대 1.5mm 깊이의 그루브에 대해 자기연마가공 후 슬롯부 및 랜드부의 표면거칠기 변화를 관찰하였다. 그 결과 랜드부의 길이가 증가하고 그루브의 깊이가 깊어질수록 랜드부의 표면거칠기 향상정도는 높아졌다. 또한 슬롯부의 표면거칠기 향상정도는 랜드부와 슬롯부의 길이비가 증가하고 그루브의 깊이가 깊어질수록 감소하는 경향을 나타내었다. 마지막으로 자기연마가공을 통해서 그루브의 형상에는 큰 변화없이, 그루브의 모서리에 생성된 버를 효과적으로 제거할 수 있었다.
화학적, 생물학적 분석, 즉 특정 물질의 존재 유무를 측정하기 위해 마이크로캔틸레버라는 구조체를 제작하여 이를 바이오센서로 응용하였다. 마이크로캔틸레버의 장점은 분석하고자 하는 시료의 양이 적더라도 감지가 가능하고 이를 통하여 분석시간을 단축할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 마이크로캔틸레버 구조물 제작을 위해 보편적으로 많이 이용되는 bulk 미세 가공 기술을 대신하여 표면 미세 가공기술을 이용하였다. 이러한 표면 미세 가공기술은 bulk 미세 가공기술에 비해 공정이 간단하고 값이 싸다는 장점이 있다. 또 액상 실험을 위하여 polydimethylsiloxane (PDMS)와 fused silica glass를 사용한 유체 제어 시스템을 제작하였다. 본 연구에서는 자기조림 이라는 특성을 이용하여 생물분자를 유체 제어 시스템 내의 마이크로캔틸레버 상단에 immobilization 시킨 후 마이크로캔틸레버 상, 하단의 표면 스트레스 차이에 따른 마이크로캔틸레버 자체의 휘어지는 정도를 측정하였다. 이러한 휘어지는 현상을 관찰함으로서 마이크로캔틸레버의 바이오센서로 응용 가능성을 확인한 수 있었다.
Recently, lightweight materials such as Ti alloys have been used increasingly in the aerospace and high-tech industries for weight loss and fuel efficiency. Because of built-up edges and workpiece deflection due to low stiffness, the Ti alloys have poor machinability. In our study, systematic experiments were conducted to investigate the milling characteristics of the Ti alloy (Ti-6A1-4V) with endmills. The independent variables in the experiment were spindle speed, feed per tooth, and axial depth. Cutting force, acceleration RMS, and surface roughness were measured. Using the response surface method, the optimal cutting conditions were analyzed to improve machining quality and productivity.
The production of high value-added products requires efficient processing and this constant demand for complex shape processing has led to the need for hybrid processing. In this study, the surface characteristics of hybrid machining, which combines wire-cut E.D.M and vibration, are examined. The selected experimental parameters are verticality, waveform, amplitude, peak current and frequency. The experimental results provide a guideline for selecting reasonable machining parameters. Surface roughness was improved by increasing the amplitude of the vibration.
Recently, high-efficiency machining in the production of high-value products with complex shapes has constantly been required along with the need for hybrid machining. In this study, in addition to wire-cut Electric Discharge Machining (EDM) and vibration, we present the possibility of a hybrid process by carrying out an experiment with aluminum alloy, and the hybrid process determines the nature of the surface. The selected experimental parameters are waveform, amplitude, peak current, and two-dimensional (2D) vibration. The experimental results give the guideline for selecting reasonable machining parameters. The surface roughness was improved about 20% with increases in the amplitude of the vibration.
Recently the industry high-speed machining has been applied to the automotive, aircraft, electronics parts machining because the effect of cost savings, machining time reduction and productivity improvement. In this study recently the aircraft structural aluminum alloy 7075 used in cutting the ball end-mill on the surface roughness terms most affect the parameters of the spindle speed and feed rate on the surface roughness of the work-piece according to the cutting depth is to investigate. Cutting depth at 0.3 mm has the lowest surface roughness.
층 단위로 가공하는 RP(Rapid Prototype) 시스템에서 가공되는 물체의 표면에서는 계단형의 윤곽이 나타난다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 경사절단 방법으로 3D 모델을 가공하여 기존의 가공방법에 의해 발생하는 계단형 윤곽 모습과 표면 왜곡 둥의 문제를 보완할 수 있다. 최적의 경사선분의 집합을 구하기 위해 경사절단 선분의 길이와 중간층 점의 거리를 정의하여 이를 최소화하는 에너지 함수를 구현한다. 그러나 이 방법은 경사절단 선분이 에너지가 작아지는 방향으로만 움직이기 때문에 레이어의 윤곽이 복잡한 경우 최적의 위치가 아닌 다른 위치에서 더 이상 움직이지 않는 국부적 최적해(Local Minima)가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 국부적 최적해를 벗어나기 위해 경사절단 선분 추출 알고리즘에 시뮬레이티드 어니얼링(Simulated Annealing) 방법을 적용하였다. 제안된 방법으로 테스트한 결과 복잡한 레이어 윤곽에서 생길 수 있는 국부적 최적해가 어느 정도 해결되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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