The materials with a high processiblity for radiation shielding, in particular for 3D printable materials, are highly demanding for producing robots working in nuclear plants and designing customized personal protection equipment. In this study, we suspend tungsten particles in a polymeric matrix of either PLA or ABS to compose tungsten-polymer composite filaments; PLA and ABS are widely used for conventional FDM-based 3D printing. The weight fraction of tungsten particles can be increased up to 50% without forming macroscopic aggregates. The composite filaments can be used to print 3D architectures with any shape and geometry. To demonstrate one of potential applications, we print parts for robot actuator and assemble them to protect PCB against gamma ray.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.22
no.1
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pp.37-43
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2017
3D printing techniques can be used in various application fields and many researches have been reported. FDM (Fused Deposition modeling) can make multi-material or multi-color models with the simultaneous use of two or more filaments. In a dual-nozzle FDM printers, while the active nozzle is working, the remaining nozzle will be idle. The remaining molten resins inside an idle nozzle can ooze out unwantedly. The spill over from the resting nozzle produces unwanted remaining on the fabricated product. In this research, we suggest a method for optimizing building position of a model to minimize the unwanted spill-over that could possibly contaminate the final product. The method is based on minimizing the two intersection volumes. The first intersection volume is obtained by intersecting the volume defined by the first material and the Minkowski sum between the volume of the first material and the vector obtained by subtracting the center point of the first nozzle from the center point of the second nozzle. The second intersection volume can be obtained by reversing the role of the first and second volumes and nozzles. Some results obtained from the implementation using the Parasolid (Siemens) geometric modeling kernel is presented.
One way of appling 3D printing to garments is through the combination of 3D polymer filaments in textile fabrics. it is essential to understand the interface between the polymer and the 3D composite fabric in order to enhance the adhesion strength between the polymers and the peeling strength between the fabric and the polymer. In this study, the adhesion of composite printed specimens using a combination of fabric and polymers for 3D printing was investigated, and also the change in adhesion was investigated after the composite fabric printed with polymers was subjected to constant pressure. Through this process, the aims to help develop and utilize 3D printing textures by providing basic data to enhance durability of 3D printing composite fabrics. The measure of the peeling strength of the composite fabric prepared by printing on a fabric using PLA, TPU, Nylon polymer was obtained as follows; TPU polymer for 3D printing showed significantly higher peel strength than polymers of composite fabric using PLA and Nylon polymer. In the case of TPU polymer, the adhesive was crosslinked because of the reaction between polyurethane and water on the surface of the fabric, thus increasing the adhesion. It could be observed that the adhesion between the polymer and the fiber is determined more by the mechanical effect rather than by its chemical composition. To achieve efficient bonding of the fibers, it is possible to modify the fiber surface mechanically and chemically, and consider the deposition process in terms of temperature, pressure and build density.
Park, Seong Je;Lee, Ji Eun;Park, Jean Ho;Lyu, Min-Young;Park, Keun;Koo, Myung Sool;Jin, Sun Chul;Kim, Ki Yong;Son, Yong
Elastomers and Composites
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v.52
no.2
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pp.99-104
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2017
Due to the depletion of fossil oil and the increasing oil price, bio-plastic is currently topical. Bio-based plastics are synthesized from plant resources, unlike conventional petroleum-based counterparts. Therefore, the former minimizes global warming and reduces carbon dioxide emission. Fossil polycarbonate (PC)has good mechanical and optical properties, but its synthesis requires bisphenol-A and phosgene gas, which are toxic to humans. To address these problems, the fused deposition 3D printing process (hereafter, FDM) is studied using environmentally-friendly and high-strength bio-based PC. A comparisonof the environmental impact and tensile strength of fossil PC versus bio-based PC is presented herein, demonstrating that bio-based PC is more environmentally-friendly with higher tensile strength than fossil PC. The advantages of bio-based PC are applied in the FDM process for the fabrication of environmentally-friendly baby toys.
Research on the presence or absence of radiation shielding for FDM-type filaments has recently begun to be studied, but filaments with shielding capabilities are not sold in Korea, and not studies yet. Therefore, in this research, we will use HDPE (High Density Polyethylene) as a base material, select bismuth as a reinforcing material to manufacture a composite filament, evaluate the shielding ability, and provide basic data for the development of a radiation shielding composite material using 3D printing.A filament is produced by mixing Bismuth with an effective atomic number 83 with HDPE of PE series and adjusting the content of Bismuth to 20% wt, 30% wt, 40% wt. Compounded filaments were evaluated for their physical properties and shielding capabilities by ASTM evaluation methods. As the bismuth content increases, the density, weight, and tensile strength increase, and the shielding capacity is confirmed to be excellent. As a result of the radiation shielding capacity evaluation, it was confirmed that HDPE (80%) + Bi (20%) showed a shielding rate of 82% at 60 kV and a shielding rate of up to 94% or more at 40% bismuth content. In this study, we confirmed that it was possible to produce a radiation shield that is lighter than the metal particle-containing filaments. Furthermore, that have been shield radiation by using HDPE + Bi filaments, and radiation in the medical and radiation industries. The possibility of using it as a shielding complex was confirmed.
Park, Jihoon;Jeon, Haejoon;Park, Kyungho;Yoon, Chungsik
Journal of Environmental Health Sciences
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v.44
no.6
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pp.524-538
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2018
Objective: This study aimed to identify the size distributions of particulate matter emitted during 3D printing according to operational conditions and estimate particle inhalation exposure doses at each respiratory region. Methods: Four types of printing filaments were selected: acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polylactic acid (PLA), Laywood, and nylon. A fused deposition modeling (FDM) 3D printer was used for printing. Airborne particles between 10 nm and $10{\mu}m$ were measured before, during, and after printing using real-time monitors under extruder temperatures from 215 to $290^{\circ}C$. Inhalation exposures, including inhaled and deposited doses at the respiratory regions, were estimated using a mathematical model. Results: Nanoparticles dominated among the particles emitted during printing, and more particles were emitted with higher temperatures for all materials. Under all temperature conditions, the Laywood emitted the highest particle concentration, followed by ABS, PLA, and nylon. The particle concentration peaked for the initial 10 to 20 minutes after starting operations and gradually decreased with elapsed time. Nanoparticles accounted for a large proportion of the total inhaled particles in terms of number, and about a half of the inhaled nanoparticles were estimated to be deposited in the alveolar region. In the case of the mass of inhaled and deposited dose, particles between 0.1 and $1.0{\mu}m$ made up a large proportion. Conclusion: The number of consumers using 3D printers is expected to expand, but hazardous emissions such as thermal byproducts from 3D printing are still unclear. Further studies should be conducted and appropriate control strategies considered in order to minimize human exposure.
This study develops 3D-printed-garment collections for a fashion show presentation. A design concept using traditional patterns that consisted of garments regarding the limitation of the printing technology was investigated in order to develop the collection. The structures of the connecting joints of the textile parts which could be easily and sturdily interconnected were invented. Wearability as garments that could be naturally worn on the human body were sought. As a result, four 3D-printed-garments were developed. The 1st garment composed of objects based on a 'Yeon-Dang-Cho'-pattern was constructed as a geometric robe style using a FDM 3D printer and transparent TPU filaments. The 2nd and 3rd 3D-printed-garments composed of an object based on a 'Boe-Sang-Hwa'-pattern was constructed as a distorted one-piece exaggerating the silhouettes of shoulders and waist parts as well as a straight asymmetric tunic style that used the same printer and material as the 1st garment. The last garment composed of an object based on a 'Boe-Sang-Hwa'-pattern printed using a SLA 3D printer and flexible-liquid-resin was constructed attaching the objects on the fabric material by the hot-press machine. The four developed garments were presented in the opening fashion show of 'the 6th International 3D-printing Korea Expo'. This study provides a basic case for related studies to adapt 3D-printing technology in textile pattern development of garment construction.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.22
no.1
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pp.10-17
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2017
The recent 3D printing industry has been focusing on developing 3D printers to fulfill the user's need to bring more colorful and realistic outcomes. Several 3D printers have deployed multiple extruders to print different colors. However, this method has a limit on its availability of colors. To solve this, recent research is focused on using mixing chambers to mix the possible colors to provide more color availability. In this paper, we discuss the environment and algorithm behind the development of G-code which allows a gradation effect of the mix of two filaments. The generation algorithm to make gradient G-code has been implemented in Cura using C ++ and Python.
In 3D printing technology, materials that can be printed are increasing along with the development of material engineering, and materials that can be used in the field of radiation are also increasing. Therefore, depending on the composition and density of the materials used, the applied field can be different and applied, so the composition and characteristics of the materials must also be considered. In this study, 10 filaments with different properties were selected using a 3D printer of the FDM (Fused Deposition Modeling) method, and the brightness change of each filament was checked using a diagnostic X-ray generator, and the CT number was measured through CT. I wanted to find a material similar to bone. As a result, a material called silicon carbide was found, which has a similar brightness and CT number to bone. It is thought that further research will be presented as basic data for various studies with a density similar to that of human bones.
DXA is the most commonly used BMD examination equipment with the best performance on reflecting the biological alteration with tiny change of bone density. In spite of the importance of the quality control to maintain the accuracy and precision of the examination, considerable number of hospitals are not conducting QC due to the difficulty and high cost of the phantom product. This study develops the cross revision phantom with 3D printer and the change of the degree of infilling filaments which can be readily secured, and provides the usefulness assessment of the developed phantom by comparing with existing products. The Hounsfield Units of ABS, TPU, PLA, 30% Cu-PLA, and 30% Al-PLA are assessed. The Hounsfield Units result at infilling rate 100% was $-149.74{\pm}2.36$, $-55.62{\pm}7.14$, $-7.68{\pm}3.82$, $87.53{\pm}1.07$, and $1795.20{\pm}16.15$. The L1, L2, L3 BMD of 3D printing phantom with linear regression model were $0.620{\pm}0.010g/cm^2$, $1.092{\pm}0.025g/cm^2$, $1.554{\pm}0.026g/cm^2$ which are statistically relevant to the existing phantom products. This result provides the base line data for various medical phantom produce and capability of proper quality control of DXA equipment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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