Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.3
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pp.93-101
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2018
FDM is one of the popular 3D printing technologies because of an inexpensive extrusion machine and multi-material printing. FDM can use thermoplastics such as ABS and PLA. The 3D-printed ABS parts fabricated by FDM are attractive in the automotive industry because of their weight. A 10% reduction in weight can increase the fuel economy by approximately 7%. To use 3D-printed ABS parts as automotive parts, we should evaluate the 3D-printed parts in terms of automotive reliability. In this study, 3D-printed ABS samples were evaluated using Ono's rotary bending fatigue test. We obtained an S-N curve for the 3D-printed ABS specimen from the finite-element analysis. The S-N curve can be useful in early-stage design decisions for 3D-printed ABS parts.
In recent years, 3D printers have become popular as a means of outputting geometries designed on CAD or 3D graphics systems. However, the complex user interfaces of standard 3D software can make it difficult for ordinary consumers to design their own objects. Furthermore, models designed on 3D graphics software often have geometrical problems that make them impossible to output on a 3D printer. We propose a novel AR (augmented reality) 3D modeling system with an air-spray like interface. We also propose a new data structure (octet voxel) for representing designed models in such a way that the model is guaranteed to be a complete solid. The target shape is based on a regular polyhedron, and the octet voxel representation is suitable for designing geometrical objects having the same symmetries as the base regular polyhedron. Finally, we conducted a user test and confirmed that users can intuitively design their own ornaments in a short time with a simple user interface.
To extend the application of digital technology to the replication of artifacts, meticulous details of the process and the diversity of three-dimensional (3D) printing output materials need to be supplemented. Thus, in this study, a bronze mirror with Hwangbichangcheon inscription was digitalized by 3D scanning, converted into a voxel model, and virtual conservation treatment was performed using a haptic device. Furthermore, the digital mold of the bronze mirror completed by Boolean modeling was printed using a 3D sand-printer. Such contactless replication based on digital technology reflects the stability, precision, expressivity, collectivity, durability, and economic feasibility of artifacts. Its application can be further extended to cultural products as well as such areas as education, exhibition, and research. It is expected to be in high demand for metal artifacts that require casting. If empirical studies through experimental research on casting are supplemented in the future, it could extend the application of digital technology-based contactless replication methods.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.45
no.1
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pp.155-167
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2021
The latest innovation in the field of fashion comes in the form of 3D-printed clothing. This study explores the composition and characteristics of the shapes in the architecture of Zaha Hadid, a representative architectural designer who expresses space in three dimensions. Hadid applies his aesthetic to fashion design using these distinctive geometric shapes to create design motifs as well as develop new clothing material with 3D printing technology. The research was conducted as follows. First, the lines and arrangement of the geometric shapes in Zaha Hadid's architecture were analyzed so that his design principles could be used as a theoretical basis for this study. The study also reviewed geometric fashion designs using 3D printing technology over the last ten years. Second, we developed triangular modules with rods and tongs that could be fashioned into clothing using fused deposition modeling (FDM) 3D printers. Lastly, the 3D printing fashion design was developed to explore new silhouettes, textures, and a novel way of producing clothing. This study hopes to serve as a stepping-stone for further research on innovations that combine fashion with technology.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.1-8
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2022
Fused deposition modeling (FDM), based on stacking a continuous filament of polymer or composite materials, is well matured and is thus widely used in additive manufacturing technology. To advance FDM-based 3D printing technology, the mechanical properties of additively manufactured composite materials must be improved. In this study, we proposed a novel FDM 3D printing process using metal wire-polymer composites, enabling enhanced mechanical properties. In addition, we developed a new type FDM filament of copper wire wrapped in nylon material for stable 3D printing without thermal damage during the printing process. After FDM printing of the copper wire-nylon composite filament, we conducted a tensile test to investigate the mechanical behavior of the printed composite materials. The experimental results confirmed that the tensile strength of the 3D-printed metal wire-polymer composites was higher than that of the conventional single polymer material. Thus, we expect that the FDM printing process developed in this study may be promising for high-load-bearing applications.
Li, Mingkai;Li, Dezhi;Zhang, Jiansong;Cheng, Jack C.P.;Gan, Vincent J.L.
International conference on construction engineering and project management
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2020.12a
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pp.75-84
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2020
Modular construction is a construction method whereby prefabricated volumetric units are produced in a factory and are installed on site to form a building block. The construction productivity can be substantially improved by the manufacturing and assembly of standardized modular units. 3D printing is a computer-controlled fabrication method first adopted in the manufacturing industry and was utilized for the automated construction of small-scale houses in recent years. Implementing 3D printing in the fabrication of modular units brings huge benefits to modular construction, including increased customization, lower material waste, and reduced labor work. Such implementation also benefits the large-scale and wider adoption of 3D printing in engineering practice. However, a critical issue for 3D printed modules is the loading capacity, particularly in response to horizontal forces like wind load, which requires a deeper understanding of the building structure behavior and the design of load-bearing modules. Therefore, this paper presents the state-of-the-art literature concerning recent achievement in 3D printing for buildings, followed by discussion on the opportunities and challenges for examining 3D printing in modular construction. Promising 3D printing techniques are critically reviewed and discussed with regard to their advantages and limitations in construction. The appropriate structural form needs to be determined at the design stage, taking into consideration the overall building structural behavior, site environmental conditions (e.g., wind), and load-carrying capacity of the 3D printed modules. Detailed finite element modelling of the entire modular buildings needs to be conducted to verify the structural performance, considering the code-stipulated lateral drift, strength criteria, and other design requirements. Moreover, integration of building information modelling (BIM) method is beneficial for generating the material and geometric details of the 3D printed modules, which can then be utilized for the fabrication.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.4
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pp.62-72
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2015
Interest in three-dimensional (3D) printing processes has grown significantly, and several types have been developed. These 3D printing processes are classified as Selective Laser Sintering (SLS), Stereo-Lithography Apparatus (SLA), and Fused Deposition Modeling (FDM). SLS can be applied to many materials, but because it uses a laser-based material removal process, it is expensive. SLA enables fast and precise manufacturing, but available materials are limited. FDM printing's benefits are its reasonable price and easy accessibility. However, metal printing using FDM can involve technical problems, such as suitable component supply or the thermal expansion of the heating part. Thus, FDM printing primarily uses materials with low melting points, such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS) or polylactic acid (PLA) resin. In this study, an FDM process for enabling metal printing is suggested. Particularly, the nozzle and heatsink for this process are focused for stable printing. To design the nozzle and heatsink, multi-physical phenomena, including thermal expansion and heat transfer, had to be considered. Therefore, COMSOL Multiphysics, an FEM analysis program, was used to analyze the maximum temperature, thermal expansion, and principal stress. Finally, its performance was confirmed through an experiment.
Harshada R. Chothe;Jin Hwan Lim;Jung Gi Kim;Taekyung Lee;Taehyun Nam;Jeong Seok Oh
Elastomers and Composites
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v.58
no.1
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pp.44-56
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2023
Additive manufacturing (AM) or three-dimensional (3D) printing of metals has been drawing significant attention due to its reliability, usefulness, and low cost with rapid prototyping. Among the various AM technologies, fused deposition modeling (FDM) or fused filament fabrication is receiving much interest because of its simple manufacturing processing, low material waste, and cost-effective equipment. FDM technology uses metal-filled polymer filaments for 3D printing, followed by debinding and sintering to fabricate complex metal parts. An efficient binder is essential for producing polymer filaments and the thermal post-processing of printed objects. This study involved an in-depth investigation of and a fabrication route for a novel multi-component binder system with steel alloy powder (45 vol.%) ranging from filament fabrication and 3D printing to debinding and sintering. The binder system consisted of polyvinyl pyrrolidone (PVP) as a binder and thermoplastic polyurethane (TPU) and polylactic acid (PLA) as a carrier. The PVP binder held the metal components tightly by maintaining their stoichiometry, and the TPU and PLA in the ratio of 9:1 provided flexibility, stiffness, and strength to the filament for 3D printing. The efficacy of the binder system was examined by fabricating 3D-printed cubic structures. The results revealed that the thermal debinding and sintering processes effectively removed the binder/carrier from the cubic structures, resulting in isotropic shrinkage of approximately 15.8% in all directions. The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) patterns displayed the microstructure behavior, phase transition, and elemental composition of the 3D cubic structure.
Journal of the Korean Society of Clothing and Textiles
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v.46
no.3
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pp.375-389
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2022
3D printing has been considered a key technology, leading the fourth industrial revolution. However, 3D printed textile still has a lot of limitations to overcome before it can be adopted as a clothing material in terms of design, flexibility and dyeability. This study aims to provide modeling design for imparting the flexibility and post-dyeing process for 3D printed textiles. The modeling types were designed to test the flexibility of 3D printed textiles. The post-dyeing process was evaluated through dye absorption depending on the resin and modeling types, respectively. The results were as follows: two types of modeling (Modeling A and B) were designed with a ring structure to test the flexibility of the 3D printed textiles. The 3D printed textiles with ring-based structure Modeling A had flexibility regardless of the hardness of resin types. In the dyeability test, softening resin (S-Resin) and hardening resin (H-Resin) were found to have good dyeability with acid dye and direct dye, respectively. The condition of S-Resin with acid dye and H-Resin with direct dye was controlled by dye absorption rate.
Cheong, Kyu Min;Kim, Hye Been;Seo, Yu Ri;Lim, Ki Taek
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.108-108
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2017
In this study, biocomposite filaments with agricultural by-products can be used in extrusion-based 3D (Three-dimensional) printing. Extrusion-based 3D printing stands as a promising technique owing to its versatility. We hypothesized that bio-filament composite consisted of something derived from agricultural by-products could be used as 3D printing materials that could overcome the drawbacks of PCL (poly-caprolactone). Bio-filament mixed with PCL and agricultural by-products was defined as r-PCL in this study. In order to find it out the optimal mixing ratio of filaments, we had investigated PCL, r-PCL 10%, r-PCL 20%, r-PCL 50% separately. The morphological and chemical characteristics of the filaments were analyzed by FE-SEM (Field emission scanning electron microscope) and EDX (Energy-dispersive X-Ray spectroscopy), and the mechanical properties were evaluated by stress-strain curve, water contact angle, and cytotoxicity analysis. Results of this study have been shown as a promising way to produce eco-friendly bio-filaments composite for FDM (Fused deposition modeling) method based 3D printing technology. Thus, we could establish biomimetic scaffolds based on bio-printer filaments mixed with agricultural by-product.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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