• 한국결정성장학회지
• /
• 제33권6호
• /
• pp.276-281
• /
• 2023

적층제조 공정의 높은 설계자유도에 의해 기존 공정으로 성형이 어려운 형상이 적용된 제품의 제작이 가능해짐에 따라 복잡한 구조를 갖는 기능성 구조에 대한 연구자들의 관심이 증가되고 있다. 타이타늄 합금으로 제작되는 인체 삽입형 임플란트의 경우, 뼈와의 친화성을 확보하기 위해 다차원 격자구조를 적용하여 강도 및 탄성계수를 뼈와 유사한 수준으로 조절하고 있다. 따라서 격자구조의 설계 변수에 따른 기계적 특성에 대한 데이터 베이스 확보 및 관련 시뮬레이션 기술 개발은 개인 맞춤형 인플란트 제작을 효율적으로 수행할 수 있게 할 것이라 생각된다. 따라서 본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금 소재를 적용하여 설계변수별 격자구조체를 제작하고 이에 대한 탄성계수를 측정하였으며 그 결과를 시뮬레이션과 비교하여 정확한 탄성계수 예측을 위한 유한요소해석 방안을 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제17권6호
• /
• pp.737-743
• /
• 2016

기후변화로 인해 파랑에 의한 해안의 피해는 전세계적으로 점차 증가하고 있으며, 이에 대응하기 위한 새로운 방재구조물의 연구도 활발히 진행되고 있다. 최근에는 고파랑에 대응하기 위해 한국에서는 방파제에 콘크리트 케이슨을 사용하는 경우가 많아지고 있으나, 고비용과 많은 요구조건으로 인해 소파블록의 필요성도 증가하고 있다. 1950년 Tetrapod 개발 이후 해외뿐만 아니라 국내에서도 많은 형태의 소파블록들이 개발되었으나, 체계적으로 개발되지 못해 소수의 소파블록만이 사용되고 있다. 그러나 기존의 소파블록은 많은 장점에도 불구하고, 8 m 이상의 고파랑에 적용하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 새로운 소파블록은 최근의 개발방향에 맞추어진 설계지침에 따라 개발되었으며, 많은 형상의 후보들이 만들어졌다. 본 논문에서는 이중 한 개 형상을 선택하여 수리모형실험을 실시하였다. 신형 소파블록은 경제성을 고려하여 1층적으로 개발되었으나, 영문자 A와 V가 겹쳐진 구조로 적층 두께는 1.5층적에 가깝다. 신형소파블록은 이런 적층 두께와 높은 설치 밀도로 인해 2층적 소파블록에 비해 조금 높은 월파량을 보여주었다. 신형소파블록은 위아래는 높은 인터락킹을 가지고 있으나, 좌우로는 약한 지지력을 가지고 있다. 수리모형실험 결과 파고 9 m에서도 안정성이 검증되었다.

• Composites Research
• /
• 제13권4호
• /
• pp.42-53
• /
• 2000

차세대 항공기소재로 관심을 가지고 있는 Al 7075/CFRP 적층 복합재인 CARALL(CARbon ALuminum Laminates)하이브리드 복합소재 제조를 위한 중요조건중의 하나인 Al 표면처리조건과 경화방법에 대해 조사하였다. 항공기용 Al 전처리 중 대표적인 것으로 증기탈지, 크롬산 양극산화 피막처리, 황산-중크롬산 나트륨 에칭처리 및 인산 양극산화 피막처리공정이 있다. 본 실험에서는 상기 전처리 공정을 모두 항공 규격에 준해서 실시하여 Lap shear 및 Bell peel strength를 비교함으로써 효과적인 접착강도를 나타내는 표면처리 공정을 찾아내고, 시편의 자연표면상태를 그대로 관찰할 수 있는 AFM(Atomic Force Microscope)장비를 이용하여 각 전처리 시편의 표면형상을 측정함으로써 표면형상과 접착강도와의 상관관계를 고찰 하였다. 그리고 Al 표면처리와 별도로 Al과 접착제 및 탄소섬유 프리프레그를 동시에 경화시키는 방법과 탄소섬유 프리프레그를 미리 경화시킨후 다시 Al과 탄소섬유 라미네이트를 접착필름을 이용하여 재 접착시키는 이차 경화법을 적용하여 상호 접착강도 및 물성을 비교하였다. 또한 이차경화법에서의 오토클레이브 압력 변화와 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 장비를 이용한 접착필름의 유리전이온도($T_g$) 측정을 통해 효과적인 공정압력 및 접착내구성 유지에 필요한 최소 경화시간을 파악하였다. 상기 결과로부터 정밀 치수관리가 필요하며 고접착강도, 내구성 항공기 부품을 제작하기 위한 알루미늄 표면처리 공정과 복합재 경화공정 조건을 제시하고자 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권6호
• /
• pp.19-26
• /
• 2021

격자 구조체는 강도 및 강성, 초경량 및 에너지 흡수 능력 등의 우수성을 가지고 있어서 전방위 산업에서 주목을 받고 있으나, 다양한 장점에도 불구하고 복잡한 형상에 따른 제조 공정의 어려움으로, 현재까지 광범위한 상용화 및 사용은 제한되고 있다. 한편 적층 제조는 전통적인 제조 방법으로는 불가능한 복잡한 기하학적 형상 제조가 가능한 기술로써, 격자 구조체 제조를 위한 최적 기술로 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 3차원 좌표 방법으로 단위 셀을 형성하고, 단위셀의 바운더리 박스 크기 및 스트럿 반경에 따른 상대 밀도의 관계식을 도출하였다. 본 연구에서는 Simple Cubic(SC), Body-Centered Cubic(BCC) 및 Face-Centered Cubic(FCC)을 모델링 소프트웨어를 사용하여 상대 밀도 맞춤형 구조체를 설계하였다. 본 연구에서 제안한 상대 밀도 산출식 정확도는 SC, BCC 및 FCC에서 98.3 %, 98.6 % 및 96.2%의 신뢰성을 확보하였다. 격자 구조체를 대상으로 시뮬레이션 수행 결과, 동일한 셀 배열 조건에서는 상대 밀도가 커짐에 따라 항복 하중이 커지고, 동일 배열 조건에서는 SC, BCC, FCC 순으로 압축 항복 하중이 작아지는 결과가 나타났다. 최종적으로 20 mm × 20 mm × 20 mm 크기의 구조체는 SC 단위 셀을 3×3×3 배열로 구성하는 것이 압축 하중에 대한 구조적 최적화가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제35권4호
• /
• pp.227-233
• /
• 2022

3D 프린팅은 다수의 레이어(layer)를 적층하여 물체를 제작하는 기법으로, 복잡한 형상을 가지는 물체를 비교적 쉽게 제작할 수 있다. 이를 건설 산업에 접목한 3D 콘크리트 프린팅(3D concrete printing)은 콘크리트 타설 시 거푸집을 사용하지 않으며, 비교적 적은 작업량과 인력이 요구되므로 경제적인 시공이 가능하나, 출력된 3D 프린팅 콘크리트는 일반 콘크리트 대비 다소 낮은 강도가 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 분석하였다. 3D 프린팅 콘크리트 시편 출력을 위해 Ultimaker Cura 소프트웨어로 형상 및 출력 경로를 설계하고, 이를 바탕으로 3D 프린터를 제어하는 G-code를 생성하였다. 연구에서 사용된 3D 프린터의 출력 성능과 콘크리트의 적층성, 유동성 등을 고려하여 최적의 배합비를 선정하였고, 시편 출력에 활용하였다. 시편 출력 시 동일한 치수를 가지는 몰드 시편을 함께 제작하여 비교·분석에 사용하였다. 각 시편의 물성은 휨강도 시험과 압축강도 시험을 통해 각각의 강도를 측정하였고, 비교·분석하여 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제16권5호
• /
• pp.1-7
• /
• 2022

최근 인공위성 임무 고도화에 따라 고성능의 전장품이 탑재되어 시스템 소요전력이 증가되고 있다. 이에 따라 충분한 전력확보를 위하여 태양전지판 크기 또한 점차 증가하고 있다. 태양전지판의 크기 증가 및 중량화는 위성체 자세 기동 시 발생하는 진동과의 커플링 등에 의해 태양전지판 탄성 진동의 크기 증가를 유발한다. 상기 진동은 힌지 및 요크를 통해 위성체에 전달되어 지향성능이 요구되는 고정밀 관측위성의 지향성능과 직결되어 고해상도 영상 획득 임무 성능을 저하시킨다. 종래에는 태양전지판의 탄성 진동을 저감시키고자 고강도 설계에 집중 또는 별도의 보강재 및 댐퍼 시스템을 적용하였다. 그러나, 이는 부피 및 무게를 증가시키며 시스템 복잡성이 증가하는 한계점이 존재한다. 본 연구에서는 상기 한계점을 극복하고자 초탄성 형상기억합금(SMA: Shape Memory Alloy) 양면에 점탄성 테이프로 박막층을 적층함으로써 댐핑 특성을 극대화하였으며, 별도 시스템 적용없이 작은 부피 및 무게로 진동을 저감하여 시스템 경량화에 기여할 수 있는 설계기법을 제안하였다. 제안한 초탄성 SMA 적층형 태양전지판 요크를 태양전지판 더미에 적용시켜 자유감쇠시험 및 온도시험을 통해 설계 유효성을 입증하였다.

• 한국전자파학회논문지
• /
• 제23권5호
• /
• pp.613-623
• /
• 2012

본 논문에서는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 공정을 이용하여 다층 구조의 의사 유전체 공진기를 설계하고, 이를 HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuit) 형태의 증폭기, 위상천이기와 함께 폐루프를 구성하여 초소형 전압 제어 의사 유전체 공진기 발진기(Vt-ADRO: Voltage-tuned Artificial Dielectric Resonator Oscillator)를 제작하였다. 의사 유전체 공진기는 주기적인 도체 패턴과 적층을 통해 기존의 유전체 공진기보다 소형의 크기를 갖는 공진기이다. 의사 유전체 공진기의 형상은 기본 도체 패턴 원판형을 갖고 이것을 적층하는 구조를 선정하였으며, 공진기의 물리적 치수 및 적층 수에 따른 공진 특성을 분석하였다. 소형의 크기로 제작하기 위하여 LTCC 기판의 상부에 의사 유전체 공진기를 내장하고, 하부에 증폭기, 위상천이기를 집적하였다. 제작된 의사 유전체 공진기 발진기는 $13{\times}13{\times}3mm^3$로 초소형이며, SMT(Surface Mount Technology) 형태를 갖는다. 설계된 발진기는 설계 주파수에서 개루프 발진 조건을 만족하였으며, 폐루프 측정 결과, 발진 주파수는 조정 전압 0~5 V에서 2.025~2.108 GHz, 위상 잡음은 100 kHz offset에서 $-109{\pm}4$ dBc/Hz, 출력 전력은 $6.8{\pm}0.2$ dBm을 보이며, PFTN(Power Frequency Tuning Normalized) FOM(Figure Of Merit)은 -30.88 dB를 보인다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제28권12호
• /
• pp.1958-1967
• /
• 2004

This paper describes the method to rapidly fabricate the large-sized physical model with the envelope model size of more than 600 mm${\times}$ 600 mm${\times}$ 600 mm using two type semi-automatic VLM-ST processes in connection with the reverse engineering technology. The fabrication procedure of the large-sized solid shape is as follows: (1) Generation of STL data from 3D scan data using 3D scanner, (2) generation of shell-type STL data by Boolean operation, (3) division of shell-type STL data into several pieces by solid splitting, (4) generation of USL data for each piece with VLM-Slicer, (5) fabrication of each piece by cutting and stacking according to USL data using VLM-ST apparatus, (6) completion of a shell-type prototype by zigzag stacking and assembly for each piece, (7) completion of a 3D solid shape by foam backing, (8) surface finish of a completed 3D solid shape by coating and sanding. In order to examine the applicability of the proposed method, the miniature of the Mount Rushmore Memorial has been fabricated. The envelope model size of the miniature of the Mount Rushmore Memorial is 1,453 mm${\times}$ 760 mm${\times}$ 853 mm in size. From the result of the fabricated miniature of the Mount Rushmore Memorial, it has been shown that the method to fabricate the large object using two type semi-automatic VLM-ST processes in connection with the reverse engineering technology are very fast and efficient.

• 한국정밀공학회지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.140-148
• /
• 2004

A novel rapid prototyping (RP) process, a full-automated transfer type variable lamination manufacturing process (Full-automated VLM-ST) has been developed. In the full-automated VLM-ST process, a vacuum chuck and a rectilinear motion system transfer the EPS foam material in the form of the plate with two pilot holes to the rotary supporting stage. The supplied material is then cut into an automated unit shape layer (AUSL) with a desired width, a desired length, a desired slope on the side surface, and a pair of reference shapes, which is called the guide shape (GS)’, including two pilot holes in accordance with CAD data through cutting in two steps using a four-axis synchronized hotwire cutter. Then, each AUSL is stacked by setting each AUSL with two pilot holes in the building plate with two pilot pins, and subsequently, adhesive is applied onto the top surface of the stacked AUSL by a bonding roller and pressure is simultaneously given to the bottom surface of the stacked AUSL. Finally, three-dimensional shapes are rapidly and automatically fabricated. This paper describes the method to generate guide shapes in AUSL data for the full-automated VLM-ST process. In order to examine the applicability of the method to generate guide shapes, three-dimensional shapes, such as a piston shape and a human head shape, are fabricated from the full-automated VLM-ST apparatus.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제14권3호
• /
• pp.9-14
• /
• 2015

The Direct Metal Tooling (DMT) process is a kind of additive manufacturing processes, which is developed using various commercial steel powders, such as P20, P21, SUS420, and other non-ferrous metal powders. The DMT process is a versatile process that can be applied to various fields, such as the molding industry, the medical industry, and the defense industry. Among them, the application of the DMT process to the molding industry is one of its most attractive and practical applications, since the conformal cooling channel cores of injection molds can be fabricated at a slightly expensive cost by using the hybrid fabrication method of DMT technology compared with parts fabricated with machining technology. The main objectives of this study are to provide various characteristics of the parts made using the DMT process compared with the same parts machined from bulk materials and evaluate the performance of the injection mold equipped with a conformal cooling channel core fabricated using the hybrid method of the DMT process.