Tashakori, Shervin;Farhangdoust, Saman;Baghalian, Amin;McDaniel, Dwayne;Tansel, Ibrahim N.;Mehrabi, Armin
Structural Engineering and Mechanics
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제75권3호
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pp.369-376
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2020
The life of conventional steel plastic injection molds is long but manufacturing cost and time are prohibitive for using these molds for producing prototypes of products in limited numbers. Commonly used 3D printers and rapid prototyping methods are capable of directly converting the digital models of three-dimensional solid objects into solid physical parts. Depending on the 3D printer, the final product can be made from different material, such as polymer or metal. Rapid prototyping of parts with the polymeric material is typically cheaper, faster and convenient. However, the life of a polymer mold can be less than a hundred parts. Failure of a polymeric mold during the injection molding process can result in serious safety issues considering very large forces and temperatures are involved. In this study, the feasibility of the inspection of 3D printed molds with the surface response to excitation (SuRE) method was investigated. The SuRE method was originally developed for structural health monitoring and load monitoring in thin-walled plate-like structures. In this study, first, the SuRE method was used to evaluate if the variation of the strain could be monitored when loads were applied to the center of the 3D printed molds. After the successful results were obtained, the SuRE method was used to monitor the artifact (artificial damage) created at the 3D printed mold. The results showed that the SuRE method is a cost effective and robust approach for monitoring the condition of the 3D printed molds.
In this study, the mold technology for manufacturing of porous implant was investigated. Firstly, we considered the concept of insert molding technology with 3D printing of porous inert part. The part on implant was designed in the end region of the implant. And then main implant bodies were manufactured using conventional machining method. The other porous parts were designed and optimized with molding simulation. As the feature size of porous implant was so small that perfect feature of it using 3D printing technology could not be obtained. So, we proposed another scheme for manufacturing of the porous implant in the replace of the former approach. Polymer mold cores with 3D printing technology were considered. The effects of addictive manufacturing process parameters on the properties of mechanical and dimensional accuracy were investigated. Direct 3D printed polymer mold cores were designed and manufactured under the simulation of thermal and molding analysis. It was shown that 3D printed mold core with polymer could be adapted to the injection molding for porous implant.
Metal 3D printing is very useful for making the injection molds containing complex conformal cooling channels. The most important issue of the 3D printed molds is cost and life cycle. However, powder bed fusion (PBF) methods are vulnerable to fatigue loading because of the presence of pores and rough surfaces. In the present study, the fatigue test was performed to obtain fatigue analysis input data for predicting the durability of a 3D printed injection mold core. The metal 3D printer used to manufacture the specimen was OPM250L from Sodick, and the metal powder material was maraging steel. The ultrasonic fatigue testing method was adopted for the fatigue test. A key advantage of the ultrasonic fatigue method is that $10^8{\sim}10^9$ long cycle test data or more could be obtained within a relatively short period. Based on the results of the experiment, the effect of heat treatment was negligible. However, there was an apparent difference in durability depending on the presence or absence of the surface treatment.
In this study, we propose a wearable force sensor using 3D printed mold and liquid metal. Liquid metal, such as Galinstan, is one of the promising functional materials in stretchable electronics known for its intrinsic mechanical and electronic properties. The proposed soft force sensor measures the external force by the resistance change caused by the cross-sectional area change. Fused deposition modeling-based 3D printing is a simple and cost-effective fabrication of resilient elastomers using liquid metal. Using a 3D printed microchannel mold, 3D multichannel Galinstan microchannels were fabricated with a serpentine structure for signal stability because it is important to maintain the sensitivity of the sensor even in various mechanical deformations. We performed various electro-mechanical tests for performance characterization and verified the signal stability while stretching and bending. The proposed sensor exhibited good signal stability under 100% longitudinal strain, and the resistance change ranged within 5% of the initial value. We attached the proposed sensor on the finger joint and evaluated the signal change during various finger movements and the application of external forces.
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.
본 연구는 최근 증가하고 있는 건축물의 다양한 외벽 형상에 따라 적용이 가능한 비정형 건축물에의 적용을 위해 3D 프린팅 기법을 적용한 외장재의 제조를 위한 기초 연구로서 진행하였다. 3D 프린팅 외장재의 출력성과 적층성의 확보를 위하여 3D 프린팅 콘크리트를 몰드에 타설한 시험체와 급결제를 사용한 출력물 시험체의 단위중량과 강도특성을 분석하였다. 몰드에 타설한 콘크리트의 단위중량에 비하여 급결제를 사용한 3D 프린팅 콘크리트의 단위중량이 3.5%~5.0% 정도 감소하는 경향을 나타내었고, 압축강도는 몰드에 타설한 콘크리트의 압축강도에 비하여 3D 프린팅을 통한 출력물의 압축강도는 36%~46%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 휨강도의 경우 몰드에 타설한 콘크리트의 압축강도에 비하여 3D 프린팅을 통한 출력물의 압축강도는 36%~46%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 급결제를 사용한 3D 프린팅 콘크리트의 강도 특성에 관한 영향은 2.0~5.8%정도 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서, 3D 프린팅 출력시 급결제의 사용에 따른 강도 특성에 영향은 출력에 의한 강도 특성의 감소 보다 적은 것으로 나타나 3D 프린팅 외장재 제조시 급결제의 사용이 가능한 것으로 판단된다.
An, Hyun Joon;Kim, Myeong Soo;Kim, Jiseong;Son, Jaeman;Choi, Chang Heon;Park, Jong Min;Kim, Jung-in
한국의학물리학회지:의학물리
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제30권1호
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pp.32-38
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2019
Purpose: The objective of this study is to evaluate the geometrical accuracy of a patient-specific bolus based on a three-dimensional (3D) printed mold and casting method. Materials and Methods: Three breast cancer patients undergoing treatment for a superficial region were scanned using computed tomography (CT) and a designed bolus structure through a treatment planning system (TPS). For the fabrication of patient-specific bolus, we cast harmless certified silicone into 3D printed molds. The produced bolus was also imaged using CT under the same conditions as the patient CT to acquire its geometrical shape. We compared the shapes of the produced bolus with the planned bolus structure from the TPS by measuring the average distance between two structures after a surface registration. Results and Conclusions: The result of the average difference in distance was within 1 mm and, as the worst case, the absolute difference did not exceed ${\pm}2mm$. The result of the geometric difference in the cross-section profile of each bolus was approximately 1 mm, which is a similar property of the average difference in distance. This discrepancy was negligible in affecting the dose reduction. The proposed fabrication of patient-specific bolus is useful for radiation therapy in the treatment of superficial regions, particularly those with an irregular shape.
PURPOSE. This study evaluated the shear bond strength between 3D printed provisional resin and conventional provisional resin depending on type of conventional provisional resin and different surface treatments of 3D printed resin. MATERIALS AND METHODS. Ninety-six disc-shaped specimens (Ø14 mm × 20 mm thickness) were printed with resin for 3D printing (Nextdent C&B, Vertex-Dental B. V., Soesterberg, Netherlands). After post-processing, the specimens were randomly divided into 8 groups (n=12) according to two types of conventional repair resin (methylmethacrylate and bis-acryl composite) and four different surface treatments: no additional treatment, air abrasion, soaking in methylmethacrylate (MMA) monomer, and soaking in MMA monomer after air abrasion. After surface treatment, each repair resin was bonded in cylindrical shape using a silicone mold. Specimens were stored in 37℃ distilled water for 24 hours. The shear bond strength was measured using a universal testing machine at a crosshead speed of 0.5 mm/min. Failure modes were analyzed by scanning electron microscope. Statistical analysis was done using one-way ANOVA test and Kruskal-Wallis test (α=.05). RESULTS. The group repaired with bis-acryl composite without additional surface treatment showed the highest mean shear bond strength. It was significantly higher than all four groups repaired with methylmethacrylate (P<.05). Additional surface treatments, neither mechanical nor chemical, increased the shear bond strength within methylmethacrylate groups and bis-acryl composite groups (P>.05). Failure mode analysis showed that cohesive failure was most frequent in both methylmethacrylate and bis-acryl composite groups. CONCLUSION. Our results suggest that when repairing 3D printed provisional restoration with conventional provisional resin, repair with bis-acryl composite without additional surface treatment is recommended.
A hydrophobic surface increases the contact angle between water and cement paste. There are two methods to increase water contact angle, i.e. lowering the surface energy and adjusting the surface roughness of concrete. The hydrophobicity of concrete can be quantitatively evaluated according to the chemical and physical properties of the solid surface. So far, researches have shown the chemical properties of hydrophobic concrete, however it has not covered how to control surface. This study demonstrated the hydrophobic cement paste prepared by low-resolution molds printed with a 3D printer that exhibit rough surface. Thus, we presented the most hydrophobic characteristics of mold.
3D 프린팅 콘크리트의 출력성능 및 부재 강도는 물시멘트비(Water cement ratio, W/C)와 레이어의 프린팅 시간 간격(Printing Time Gap, PTG)에 의하여 큰 영향을 받을 수 있다. 이 연구에서는 W/C와 PTG를 변수로 하여 제작된 프린팅실험체와 몰드 실험체의 표면수분량과 전단부착강도와의 관계를 측정·고찰하였으며, 그 결과, 레이어표면수분량이 전단부착강도에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서, 3D 프린팅 출력 시 요구되는 레이어 계면 전단부착성능을 확보하기 위해서는 PTG에 따라 적절한 레이어표면수분량이 유지될 수 있도록 유의해야 하며, 레이어표면수분량에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 프린팅 환경인자들 대한 후속 연구도 필요할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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