• 대한기계학회논문집A
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• 제38권11호
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• pp.1273-1281
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• 2014

조직공학은 손상된 골 조직 및 장기를 복원, 재생, 그리고 복구할 수 있는 잠재력을 가진 새로운 학문 분야이다. 인산칼슘계 세라믹스인 삼인산칼슘과 수산회인회석은 골 조직 재생을 위해 골전도성과 생체적합성의 특성을 가진 우수한 재료로 알려져 있다. 본 연구에서, 혼합 용액 구조물은 적층 및 히터장치를 기반으로 한 압출 적층 조형 시스템을 이용하여 제작되었다. 바이오 세라믹 인공지지체는 $1,300^{\circ}C$의 고온에서 소결되었고, 또한 형태학적인 특성은 주사전자현미경을 통해 분석되었다. 게다가, TCP/HA 의 혼합비율에 따른 미세구조물과 수축률에 대한 효과는 연구되었다. 인공지지체의 기계적 특성은 1 mm/min 의 크로스헤드 속도로 압축 시험기를 통해 측정되었고, 인공지지체의 세포 증식평가를 위해 MG-63 세포를 이용하였다. 본 연구의 결과는 혼합된 TCP(75 wt%)/HA(25 wt%) 인공지지체가 골 조직 재생을 위해 적합한 인공지지체라는 것을 제안한다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.96-101
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• 2002

Rapid Prototyping (RP) technology has been advanced to fabricate initial prototypes from various materials. Stratasys′ Fused Deposition Modeling (FDM) is one of the typical RP processes that provide functional prototypes of ABS plastic. In order to predict the behavior of final ABS parts, it is critical to understand the material properties of the raw FDM process material, and the effect that FDM build parameters have on the FDM part. In this paper, we seek to characterize the properties of ABS parts fabricated by the FDM 1650. Using the Design of Experiment (DOE) approach, the process parameters of FDM, such as raster orientation, air gap, bead width, color, and model temperature were examined. Tensile strengths of crisscross specimens, 〔45°/-45°〕, cross specimens, 〔0°/90°〕, and directionally fabricated tensile specimens (〔0°〕 and 〔90°〕) were measured and compared with the injection molded FDM-ABS P400 material. For the FDM parts made with a -0.003"air gap, the typical tensile strength ranged between 50 percent and 83 percent of the strength of injection molded ABS P400. From the experiments, a couple of build rules for designing FDM parts were obtained.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권8호
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• pp.171-177
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• 2018

3D 프린팅 기술에 있어서, 각각의 기술들은 고품질의 출력물을 얻기 위해서는 최적화해야 할 다양한 인자들을 가지고 있다. FDM (fused deposition modeling) 방식의 3D 프린터 또한 최적화해야 할 다수의 인자들이 있다. 그 중에서도 노즐 온도와 노즐 이송 속도는 가장 기본이 되는 인자라고 할 수 있다. 안정적인 출력이 가능한 두 인자의 조합을 찾는 것은 FDM 장비를 이용한 출력에 있어서 가장 먼저 선행되어야 할 일이다. 본 연구에서는 다양한 두 인자 조합에 따라 단일 라인 출력을 수행하였고, 얻어진 출력 결과물을 평가를 통하여 안정적인 출력이 가능한 범위를 선정하는 새로운 방법을 제시하였다. 제시한 방법을 통하여 평가한 안정적 조건 범위들을 동일 범위 조건 아래에서 다층 단일 라인 출력을 통하여 검증하였다. 그 결과, 단일 라인과 다층 단일 라인 출력이 동일한 안정적 범위를 보이고 있음을 확인 할 수 있었다. 이는 본 논문에서 제안한 단일 라인 평가법을 다층 출력의 안정성을 그대로 반영할 수 있음을 보여 준다. 이상의 결과들로 볼 때, 제안한 방법은 간단한 실험과 측정 방법을 이용하여 손쉽게 수행 될 수 있다는 점과 공정 변수들의 최적화를 위한 기본 데이터를 제공한다는 점에서도 그 의미를 찾을 수 있었다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.308-315
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• 2015

본 연구는 3D 프린터를 이용하여 통풍이 원활하고 위생적이며 선명한 방사선영상을 구할 수 있는 그물형 손목 부목을 제작하고자 하였다. 스캐너는 의료용 다중단층영상장치(MDCT)를 이용했으며, 3D 프린터 기기는 용융 적층 조형술(fused deposition modeling, FDM)의 프린팅 방식을 이용했다. 소재는 분해성 플라스틱 (poly lactic acid, PLA)을 사용하였다. 손목의 3 차원 볼륨렌더링은 MDCT에서 획득된 단층영상으로 구현하였다. 구현된 손목 3 차원 영상을 바탕으로 가상의 그물형 부목 모형을 디자인하고 출력하였다. 그 결과 3D 프린터로 출력된 부목이 기존 부목보다도 우수한 방사선 손목영상을 획득할 수 있었으며 가려움증 및 비위생적인 단점을 개선하고 부목 해체 작업이 용이하였다. 결론적으로 본 연구에서 모델링된 3D 부목 모형은 향후 3D 프린팅 부목 제작에 기초자료로 활용할 수 있으며 환자들의 실생활에 도움을 줄 것으로 기대한다.

• Composites Research
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• 제15권6호
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• pp.38-43
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• 2002

쾌속조형(Rapid Prototyping)기술은 다양한 형태치 재료를 사용하여 초기모형을 제작할 수 있다. Stratasys사의 FDM은 플라스틱 재료로 조형물을 제작하는 대표적인 쾌속조형공정이다. 또한 FDM으로 제작된 부품들은 하중을 받는 구조용 재료로도 사용된다. FDM은 약 300$\mu$m 두께의 가는 필라멘트의 형태의 일정한 방향으로 재료를 적층하므로, FDM으로 제작된 부품들은 이방성 재료의 성질을 나타낸다. 본 연구에서는 FDM 부품의 인장강도를 예측하기 위한 해석방법을 제시하고자 한다. 복합재를 위한 Classical Lamination Theory를 사용하여 컴퓨터 코드를 작성하였다. FDM 제품의 파괴를 예측하기 위하여 계산펀드에 Tsai-Wu failure criterion 이론을 도입하였다. 해석방법에 의해 예상되는 인장강도와 실제 실험으로 얼은 수치를 비교하였다. 예상치가 측정치에 근사한 값을 보이므로 본 계산식의 타당성이 입증되었다. 덧붙여서 FDM의 강도계산과 설계규칙이 웹기반의 제안서비스(FDMAS)에서 제공된다.

• 한국기계가공학회지
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• 제14권4호
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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.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권8호
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• pp.869-874
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• 2014

임의형상 제작기술을 이용하면 원하는 형상을 빠르게 제작할 수 있다. 하지만 임의형상 제작기술을 직접 제품을 생산하기 위한 제조기술에 적용하기 위해서는 문제점들이 있다. 이에, 하나의 대안으로써 다중재료 임의형상 제작기술이 주목 받고 있다. 특히 다중재료 임의형상 제작기술을 이용하면 기존의 2 차원 PCB 와는 다른, 회로 소자의 배열 및 외부 형상의 제약이 적은 3 차원 회로 장치를 제작 할 수 있다. 본 연구에서는 3 차원 회로 장치 제작을 위하여 FDM 방식과 직접주사 방식을 통합한 장치를 설계하고, 이 장치를 이용하여 3 차원 회로장치를 제작하였다. 즉, LED와 조도센서를 이용한 3 차원 회로 장치를 제작하여 작동을 확인하였으며, 자동화된 3 차원 회로 장치의 제작을 위한 임의형상 제작 기술과 직접주사 기술이 통합된 시스템 개발에 대한 기초연구를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권10호
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• pp.865-871
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• 2016

조직 공학에서는 전통적인 인공지지체 제작 방식인 가스 발포, 염 침출, 스폰지 복제 그리고 동결주조 법 등이 이용되고 있다. 하지만 다양한 공극 형태 및 크기를 가지고 있어서 세포 상호 작용 효과 및 충분한 기계적 특성에 한계가 있다. 그러나 열 용해 적층 법은 조직공학에서 폴리머 재료를 이용하여 다양한 3차원 인공지지체를 제작할 수 있는 가장 적절한 기술이다. 따라서 본 연구에서는 PCL 몰드를 제작하고 실리카와 알긴산 나트륨 염을 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하여 몰드에 주입시켰으며, 1일 동안 자연 건조를 시켰다. 제작된 3차원 슬러리 몰드는 PCL 몰드의 제거 및 슬러리를 경화시키기 위해 $100^{\circ}C$의 오븐에서 2시간 열처리 되었고, 열처리 후에 $1100^{\circ}C$에서 소결되었다. 제작된 인공지지체는 주사전자현미경을 통해 관찰되었고, 압축 시험을 통해 알긴산 나트륨 염의 혼합량에 따른 인공지지체의 기계적 특성은 평가되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권7호
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• pp.607-612
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• 2017

최근 다양한 분야에 적용되고 있는 적층 가공 기술(AM)은 복잡한 형상 제조 및 재료 비용 절감으로 인해 혁신적인 제품 생산 방법으로 각광을 받고 있다. 그 중에서도 압출적층조형(Fused Deposition Modeling, FDM) 공정을 통한 친환경 부품 제조는 의료 분야산업에서 많은 주목을 받고 있다. 따라서, 본 논문에서는 친환경 생분해성 재료인 Poly Lactic Acid(PLA)를 사용한 FDM 공정 실험을 수행하고 제작된 적층 시편에 대한 인장 시험을 적용하여 주요 FDM 공정 변수인 적층 두께, 적층 방향, 적층 충진량이 인장 시편의 기계적 성질에 미치는 영향을 정량적 및 정성적으로 분석하고 이를 극대화하는 각 공정 변수의 최적값을 도출하였다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제22권1호
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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.