• 대한기계학회논문집A
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• 제24권9호
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• pp.2235-2245
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• 2000

The necessity of using rapid prototyping(RP) for short-run manufacturing is continuously driving a development of a cost-effective technique that will produce completely-finished quality parts in a very short time. To meet these demands, the improvements in production speed, accuracy, materials, aid cost are crucial. Thus, a new hybrid-RP system performing both deposition and machining in a station is proposed. For the new hybrid RP process to maintain the same degree of process automation as in currently available processes like SLA or FDNI, a sophisticated process planning system is developed. In the process planner, CAD models(STEP AP203) are partitioned into 3D manufacturable volumes called 'Ueposition feature segment"(DFS) after machining features called "machining feature segmenf'(MFS) are extracted from the initial CAD model. Once MFS and DFS are identified, the process planner arranges them into a chain of processes and automatically generates machining information for each DFS and MFS. The goal of this paper is to present a framework for a process planning system for hybrid RP processes and to outline the geometric algorithms involved in developing such an environment.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권2호
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• pp.103-109
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• 2017

AMM(Additive Metal Manufacturing)이라 호칭되는 3차원 금속 프린팅(metal 3-D printing) 공정은 금속분말(metal powder)을 적층 재료로 사용하여 기계적부품용 실형상 금속 파트(metallic parts)를 직접 조형하여 제조한다. 한편, 조형 파트형상의 STL모델에 존재하는 기하학적 오류들과 특징형상들의 특이성으로 인하여 조형 작업 중에 내부에 결함들이 포함된 실형상 파트가 조형될 가능성이 존재하게 되며 이로 인해 3차원 금속 프린팅 조형공정 자체의 신뢰성에 문제를 야기할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 조형작업 중 발생할 수 있는 결함들을 미리 진단, 분석하고 수정하기 위하여 첫째, 조형 전에 STL 형상모델의 진단분석을 통하여 결함요소를 사전에 탐지하고 둘째, 적층 단면내 조형 공구 경로상에 실제로 포함된 결함들을 분석하고 이를 수정하기 위한 조형 파트 진단 및 조형 공구 경로 검증 연구방법을 제시하였다. 또한 DED(direct energy deposition) 공정을 기준으로 2가지 STL 형상파트 사례들에 대하여 제시한 연구방법의 case study를 수행하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.38.2-38.2
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• 2009

마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$와 $C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.22-22
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• 1999

로켓의 노즐의 확대부와 같은 내열특성 증진이 필요한 곳에 주로 적용되어온 Involute 구조는 얇은 두께의 fabric 프리 프레그룰 일정한 패턴에 맞추어 재단한 후 적층하여 제작되어진다. 이렇게 제작된 노즐 확대부와 같은 구조물은 내삭마 및 구조 특성이 향상되고, 적층 및 성형 중 발생하는 링클과 보이드도 많이 예방할 수 있는 장점을 가진 것으로 알려져 있다. 이와 같은 장점 때문에 60년대부터 제작되어 노즐 확대부에 적용되어온 Involute 구조는 기하학적 복잡성으로 인해서 본질적으로 구조물의 비등방성 및 비균질성을 수반하게 되며, 이에 따른 열 및 구조해석의 어려움이 존재하게 된다. 70년대 Pagano에 의해서 그 기하학적복잡성이 수학적으로 규명되기 시작하여 80년대 가장 활발한 구조해석이 수행되어 노즐의 설계에 적용되었으며, 90년대 들어와서는 비선형 해석 및 최적설계 기법을 도입한 Involute 구조물의 기하학적 형상 및 구조적 최적화가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 아직까지 Involute 구조의 구조해석이 생소한 분야로서, 앞에서 언급한 일련의 진행 과정과 특징 등을 요약 및 정리할 필요가 있다 따라서, 본 발표는 비등방성 및 비균질성의 Involute 구조물에 대한 구조해석 기법들을 파악하고 그 적용 방법을 생각해 보고자 한다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.212-225
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• 2021

금속 기지재 복합재료들(MMCs, Metal matrix composites)은 우수한 기계적 물성(강성, 강도, 마모 저항성, 경도 등)과 뛰어난 특성(열전도, 전기전도도, 부식 저항 등)으로 다양한 산업군에 활용되고 있다. 적층제조 기술이 발달함에 따라 복잡한 형상을 시간과 비용을 절약하여 제조할 수 있다는 이점으로, 적층 제조한 MMCs에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만 MMCs를 적층 제조할 경우, 다양한 원인들에 의해 여러 문제들이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 MMCs의 특징들을 소개하고, 위의 문제들이 발생하는 원인을 고찰하여 소재와 Powder bed fusion (PBF) 공정 설계 관점에서 해결책을 제시하고자 한다. 본 논문은 향후 PBF 방식으로 적층 제조한 MMCs를 개발할 때 설계 및 제조 가이드라인을 제시하여 줄 수 있을 것이다.

• 한국CDE학회지
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• 제2권2호
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• pp.12-16
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• 1996

Rapid Prototyping(RP)이란 짧은 시간 내에 CAD 그래픽 데이터로부터 3차원 형상의 시제품을 만들어 내는 기술을 일컬으며, 1986년 3D Systems라는 회사에 의하여 상용화된 SLA(Stereolithography Apparatus)방식을 선두로 하여 지난 10년간 급속히 발전을 해왔다. 원하는 형상의 부품을 만들 때 기존의 machining은 원자재에서 재료를 깎아내면서 만드는 반면에, RP는 재료를 한 층씩 차례로 쌓아서 부품을 만드는 가산적인 공정 특징을 가지고 있다. 액체, 고체, 심지어 기체 상태의 재료까지 다양한 재료를 사용하고 있으며 또한 여러가지 적층방법으로 부품을 제작하고 있다. 성공적인 RP기술의 창출에는 RP기계제작에 직접 관계되는 기술뿐만 아니라, 재료 기술, RP제작에 적합한 CAD데이터 생성기술, 후처리 및 가공기술 등이 모두 관건이 된다. 여기서는 RP기술의 주요 파트 제작방법과 RP에 쓰이는 재료, RP의 용도 및 그 한계성 등에 대하여 생각하여 보았다. RP기술은 3차원 CAD 모델이 없으면 실현이 불가능하다. 3차원(3D)화는 제품을 설계하고 만드는 대부분의 회사가 경쟁력을 갖기 위하여 싫든 좋든 이루어야 하는 목표 중의 하나라고 할 수 있는데, RP기술 도입은 이러한 3차원화를 단축시키는 촉매제의 역할을 할 수 있다고 생각한다. RP기술이 부분적으로 정확도의 문제와 제작 가능한 재료의 종류 및 성능에 제한이 있지만, 현재로서도 여러 응용분야에 성공적으로 이용되고 있으며 향후에는 더욱 그 응용 범위를 넓혀갈 것으로 전망된다.

• 복합신소재구조학회 논문집
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• 제1권3호
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• pp.24-34
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• 2010

본 논문은 전단변형효과를 고려한 복합신소재 적층 쉘을 해석하기 위하여, 일반 쉘의 지배방정식을 유도하고, 이 방정식을 풀기 위하여 수치해석 기법중 하나인 유한차분법을 수행하였다. 유한차분법을 미분방정식을 지배방정식으로 가지는 구조물 해석시 간편하게 사용될 수 있고, 오차의 범위를 선택적으로 정할수 있는 장점이 있다. 수치해석 결과의 타당성을 검증하기 위하여 수렴도 분석과 범용 구조해석 프로그램인 LUSAS의 해석결과와 비교하였다. 본 논문의 목적은 전단변형 효과를 고려한 일반 쉘의 거동 특징 및 분석, 복합재료로 구성되었을 경우 정확한 거동을 분석하고, 쉘 구조물이 보다 높은 강성을 가질 수 있도록 하는 적절한 화이버의 보강방안과 다양한 조건 변화를 통해서 최적의 쉘 구조물을 제시하는 것이다. 쉘의 곡률의 변화에 따른 거동과 합응력의 변화를 분석하고, 쉘의 높이-너비 비와 화이버 보강각도 변화에 따른 처짐 및 합응력의 변화를 비교, 분석하여 보다 유리한 쉘 구조물을 제시하였다. 또한 다양한 하중을 가하여 쉘의 형상 변화를 비교 분석함으로서 비등방성 재료로 이루어진 일반 쉘의 거동에 대하여 분석하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.327-335
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• 2001

강관 적층용접부에서 발생하는 잔류응력의 특징과 생성 메커니즘을 밝히기 위해 유한요소법을 이용한 3차원 열탄소성 해석을 수행하였다. 용접에 의해 강관을 접합할 때, 원주방향잔류응력과 두께방향잔류응력은 강관 내 외부에서 모두 접합부에서 인장응력이 발생하고, 길이방향잔류응력은 강관 내무에서 인장응력, 외부에서 압축응력이 발생된다. 또한 강관 적층 용접부의 잔류응력 생성기구를 명확히 하였다. 그 결과, 강관의 용접에 의한 잔류응력은 열응력에 의해 발생 할 뿐만 아니라, 강관의 기하학적 형상변화에 의한 영향도 받는다는 것을 밝혔다. 그리고, 용접조건과 강관의 제원이 달라질 경우에도 잔류응력 생성기구가 변함이 없음을 밝혔다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.39.1-39.1
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• 2010

이종접합태양전지는 단결정 실리콘 기판 표면에 고품질 비정질 실리콘층을 적층함으로써 전기의 근원인 전하의 재결합 손실을 줄여 높은 개방전압을 얻을 수 있다는 특징이 있다. 초박형 태양전지는 기존 태양전지보다 뛰어난 광전변환 특성(Photovoltaic characteristic)을 가지고 두께가 얇아 제품 형상 시 자유도가 높아진다. 본 논문에서는 n-type Bare wafer($160{\sim}180{\mu}m$)를 이용하여 $50{\mu}m$의 웨이퍼를 제작하였다. a-Si:H(p)_a-Si:H(i)_c-Si(n)의 광흡수층 구조를 성막하여 cell을 제작하였다. 그 결과 Voc(Open Circuit Voltage)가 0.666, Jsc(Short-Circuit Current)가 34.77, FF(Fill Factor) 69.413, Efficency 16.07%를 달성했다.

• 한국결정성장학회지
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• 제22권4호
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• pp.170-177
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• 2012

자수정(Amethyst) 보석은 원적외선을 방출하여 온열 효과를 나타내고, 체내에서 신진대사를 촉진시키는 친환경 인테리어 재료로서 주목을 받고 있다. 본 논문은 세공 장식(Jeweling)의 가치를 높이는 보랏빛 자수정을 특징적 모티프로 응용하여, Design Model로 개발하고자 하였다. Rhino CAD의 Data에 생성된 유기적 입체 형상은 정밀하고 표면이 깨끗한 왁스(Wax) 적층 가공이 가능하였고, 'Golden Ratio'를 적용한 Brooch 및 Necklace 작품으로 제작, 완성하였다. 이러한 장신구를 비롯하는 장식품 가운데, 자수정 세공 장식의 Interior Jewel Modeling의 활용 사례를 제안하였으며, 본 논문의 연구 결과가 귀금속 제조업체의 생산성 향상에 일조할 수 있을 것으로 기대된다.