• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.319-325
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• 2018

3D 프린팅 (적층 공정) 기술은 소재와 공정기술의 지속적인 연구개발을 토대로 초기 모형 제작 활용으로부터 현재는 산업현장의 양산형 부품 제작까지 그 쓰임새가 확대되고 있다. 3D 프린팅의 대표적인 고분자 소재로서 고강도 엔지니어링 플라스틱의 하나인 polyamide (폴리아미드) 계열의 소재는 제품의 경량화 및 내구성의 장점으로 자동차용 부품 제작에 주로 활용된다. 이번 연구에서는 적층기법 중 제작품의 물성이 우수한 선택적 레이저 소결 기법 (Selective Laser Sintering)을 적용하여 polyamide 12 (PA12) 및 글라스 비드 (glass bead) 보강 PA12 소재 2가지를 대상으로 시편을 제작하고 온도에 따른 굴곡특성을 분석하였다. 작업 플랫폼 기준으로 $0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $90^{\circ}$ 방향으로 각 시편을 제작 후, $-25^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $60^{\circ}C$ 등 3개 시험온도 환경에서 굴곡 테스트를 진행하였다. 그 결과로, PA12 는 $-25^{\circ}C$ 에서 $90^{\circ}$ 제작 방향이, $25^{\circ}C$ 와 $60^{\circ}C$에서는 $0^{\circ}$ 제작방향이 최대 굴곡강도를 가졌다. 글라스비드 보강 PA12는 제작방향이 $0^{\circ}$인 겨우 모든 시험온도에서 최대 굴곡강도 값을 보였다. 두 소재의 서로 다른 굴곡강도 변화 경향은 굴곡시험시 발생하는 응력 종류에 따라 적층 레이어 평면 방향에 의한 영향이 서로 다르기 때문으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제1권1호
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• pp.13-19
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• 2013

$F{\theta}$ 렌즈는 레이저 프린터의 LSU(Laser Scanning Unit)의 중요 부품으로서 $F{\theta}$ 렌즈를 통과한 주사빔의 상 위치는 주사빔의 렌즈 입사각에 비례한다. 본 논문에서는 당사에서 개발한 A4 사이즈용 $F{\theta}$ 렌즈를 설계, 제작하고 보정하는 과정을 소개하였다. 렌즈 개발에서 광학설계는 Zemax를 사용하였고 주사빔의 주주사방향 및 부주사방향의 왜곡을 최소화 하기 위하여 렌즈면은 특수한 토릭면으로 하였다. 렌즈 금형은 1nm 의 분해능을 갖는 초정밀 가공기로 제작하였다. 렌즈 사출 후 성능을 평가하고 측정값과 설계값의 차이를 바탕으로 설계보정식을 유도하여 렌즈 금형을 수정하였다. 금형 수정 후 사출렌즈의 재측정 결과 초기 설계값에 가까운 성능을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.143-147
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• 2015

알루미늄 혹은 플라스틱 라이너에 탄소섬유를 감아서 성형하는 복합재 압력용기가 수소 자동차의 수소연료 탱크로 사용이 확대됨에 따라 사용 시 안전에 대한 규정 제정이 필요하며 그 규정을 뒷바침 할 수 있는 검사장비와 기술 역시 개발되어야 한다. 자동차에 장착하기 전에 제작결함 평가를 통해 수소 자동차에 장착되어야 하고, 취급 중 발생하는 이벤트에 대해서도 고속 자동화 검사를 통해 자동차 정비소의 정비인력, 즉 비파괴평가 전문가가 별도의 교육을 받지 않았어도 즉시 충격과 같은 손상을 평가할 수 있어야 한다. 위 요소는 수소자동차의 대중화를 위해 매우 중요한 기술적 허들이다. 본 연구에서는 수소연료탱크의 충격손상을 검사하는 방법으로 레이저 초음파 기술을 제안하며 충격손상을 탈 부착형 센서헤드를 가진 초음파전파영상화 시스템으로 가시화할 수 있음을 증명한다. 또한 제안한 초음파전파영상화 시스템의 성능은 수소자동차가 대중화되더라도 현장기술로 채택될 수 있음을 뒷받침한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.27-27
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• 2010

최근에 고유가와 지구온난화로 인하여 에너지가 향후 인류의 50년을 좌우할 가장 큰 문제로 대두되고 있어서 지구의 모든 에너지의 근원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 무한한 청정 에너지로 각광받고 있다. 빛을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양전지는 풍력, 수소연료전지, 조력, 바이오에탄올 등의 신재생에너지 기술 중에서 상품성은 가장 뛰어나지만 발전단가가 가장 높은 것이 단점이다. 태양광 발전단가를 줄여서 기존의 화석에너지를 이용한 발전단가와 견줄 수 있는 그리드 패러티(grid parity)를 달성하려면 태양전지 모듈의 고효율화와 동시에 저가화가 반드시 이루어져야 한다. 현재 태양광 모듈 시장의 90%는 효율이 12-16% 정도로 높은 단결정(single crystalline or monocrystalline) 실리콘이나 다결정(polycrystalline or multicrystalline) 실리콘 등의 벌크(bulk)형 결정질 실리콘 모듈이 차지하고 있으나 원재료인 실리콘 웨이퍼의 제조단가의 50%를 차지하고 있어서 저가화가 어렵다. 반면, 원료가스를 분해하여 대면적 기판에 증착하는 박막(thin-film) 실리콘 태양전지의 경우는 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 박막 실리콘 모듈은 매우 적은 실리콘 원재료를 소비한다. 단결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 $180-250\;{\mu}m$ 정도인 것에 비해서 박막 실리콘의 두께는 $0.3-3\;{\mu}m$ 수준이다. 더불어, 유리, 플라스틱 등의 저가 기판에 저온 대면적 증착이 가능하여 저가양산화에 유리하다. 박막 실리콘 모듈은 벌크형 실리콘 모듈(-0.5%/K) 대비 낮은 온도계수[비정질 실리콘(amorphous silicon; a-Si:H)의 경우 -0.2%/K]와 빛의 세기가 약한 산란광에서도 동작하여 평균발전시간이 증가하므로 외부환경에서 우수한 발전성능을 보이고 있다. 태양전지 모듈은 상온에서의 안정화 효율을 기준으로 가격이 책정되어($/$W_p$) 판매되기 때문에 벌크형 실리콘 모듈에 비해서 박막 실리콘 모듈은 가격대 성능비가 우수하다. 따라서 박막 실리콘 모듈은 벌크형 결정 실리콘 모듈의 대안으로 떠오르고 있으며, 레이저 기술을 이용하여 수려한 투광형 건물일체형(building integrated photovoltaic; BIPV) 모듈을 제작할 수 있는 장점도 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 양산화된 단일접합 비정질 실리콘 태양광 모듈은 효율이 6-7%로 낮아서 설치면적 및 설치 모듈의 증가가 성장의 걸림돌이 되고 있다. 박막 실리콘 태양전지의 고효율화를 도모하기 위해서 적층형 탄뎀셀로 양산 트렌드가 변화하고 있다. 이에 적층형 박막 실리콘 태양전지 효율의 한계 및 돌파구에 대해서 논의한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.104.1-104.1
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• 2011

가볍고, 유연성(flexibility)을 갖는 박막(thin film)형 플랙서블 태양전지(flexible solar cell)는 상황에 따른 형태의 변형이 가능하여, 휴대가 간편하고, 기존 혹은 신규 구조물의 지붕(rooftop)등에 설치가 용이하여, 차세대 성장 동력 분야에서 각광받고 있다. 그러나 아직까지 플랙서블 태양전지는 제작시 열에 의한 기판의 변형, 기판 이송시 너울 현상, 대면적 패터닝(patterning) 기술 등 많은 어려움 등으로 웨이퍼나 글라스 기판에 제조된 태양전지 대비 낮은 광전환 효율을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 플랙서플 태양전지 성능개선을 위해 3.5세대급 ($450{\times}450cm^2$) 스퍼터(sputter), 금속유기 화학기상장치 (MOCVD), 플라즈마 화학기상장치 (PECVD), 레이저 가공장치 (Laser scriber)를 이용하여 a-Si:H/a-SiGe:H 이중접합(tandem)을 갖는 태양전지를 제작하였고, 광 변환효율 특성을 평가하였다. 전도도(conductivity), 라만(Raman)분광 및 UV/Visible 분광 분석을 통하여 박막의 전기적, 구조적, 광학적 물성을 평가하여 단위박막의 물성을 최적화 했다. 또한 제작된 태양전지는 쏠라 시뮬레이터 (Solar Simulator)를 이용하여 성능 평가를 수행하였고, 상/하부층의 전류 정합 (current matching)을 위해 외부양자효율 (external quantum efficiency) 분석을 수행하였다. 제작된 이중접합 접이식 태양전지로 소면적($0.25cm^2$)에서 8.7%, 대면적($360cm^2$ 이상) 8.0% 이상의 효율을 확보하였으며, 성능 개선을 위해 대면적 패턴 기술 향상 및 공정 기술 개선을 수행 중이다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.19-19
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• 2009

최근, 유한한 에너지 자원의 한계와 지구 온난화 등으로 세계의 제조 산업은 새로운 국면을 맞이하고 있으며, 특히, 자동차 산업은 화석연료를 주 에너지원으로 사용한다는 점과 이 연료를 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소가 지구 온난화의 주된 원인이 될 수 있다는 점에서 상기 문제들을 해결하기 위한 다양한 방법에 주목하고 있다. 그 중에서 자동차의 생산기술 측면에서 볼 때, 가장 중요한 이슈는 차체 경량화다. 자동차 차체는 자동차를 구성하고 있는 여러 가지 부품 중에서 약 40% 정도의 무게 비율을 차지하고 있기 때문에, 차체 경량화는 연비향상과 이산화탄소 배출가스 감소와 직접적인 관계를 가지고 있다. 다양한 차체 경량화 방법 중에서 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이 경량소재 적용에 의한 경량화 방법이다. 현재, 탄소섬유 강화 플라스틱과 같이 무게 절감 비율을 최대화 할 수 있는 소재들도 개발되어 일부 적용되고 있지만, 일반적으로 차체 경량화 소재로 가장 널리 사용되고 있는 소재는 알루미늄 합금이며, 이에 대한 차체 적용 비율이 점차로 높아지는 추세에 있다. 이에, 본 연구에서는 알루미늄 합금이 차체에 적용되었을 때의 장단점을 살펴보고, 알루미늄 합금을 적용한 차체 생산과정에서 유의해야 될 사항들과 이를 바탕으로 하는 생산성 극대화 방안에 대하여 고찰하였다. 먼저, 기존의 알루미늄 저항 점 용접공법의 단점을 최소화하고 대량생산 체계에 적합하도록 개발된 새로운 개념의 저항 점 용접 시스템에 대해 그 성능과 양산성을 검증하였다. 구리 전극과 알루미늄 피용접물 사이에 프로세스 테이프를 삽입하여 용접하는 이 시스템은 열전도성이 큰 알루미늄 용접부에서 저전류의 조건에서도 효과적으로 균일한 발열현상이 발생하게 하였으며, 전극 팁 드레싱 없이 모든 용접점이 항상 동일한 조건에서 용접이 이루어질 수 있도록 하였다. 용접 조건 설정에 있어서도 용접전류가 통전되는 순간에 전극 가압력을 자유로이 변형시켜 용접부 크랙 발생을 최소화할 수 있음을 확인하였다. 알루미늄의 또 다른 대표적인 접합방법인 아크용접에 있어서는 용접 입열량을 조절하여 용접변형을 최소화 할 수 있는 아크용접 시스템에 대해 양산성과 적용 타당성을 검토하였다. 와이어 송급 방향을 자유자재로 바꿀 수 있는 이 시스템의 특성에 의해 스패터를 최소화하면서 용융금속이 효과적으로 모재에 금속이행 될 수 있음을 확인하였으며, 판재, 압출재, 및 다이캐스팅재 등 다양한 차체 소재에 대한 용접 가능성 및 미그-레이저 하이브리드 용접과의 비교분석을 통하여 차체 박판 용접에서도 최소의 열변형으로 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다.

• 한국광학회지
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• 제11권2호
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• pp.73-79
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• 2000

사출성형법으로 제조된 $fheta$렌즈를 주사렌즈로 상요하는 Laser Scanning Unit의 주주사 및 부주사 방향의 빔경을 측정했다. 주주사 빔경의 경우 $62muextrm{m}$~ $68\mu\textrm{m}$로써 설계치와 유사한 성능을 보이지만 부주사 빔경의 경우 $78\mu\textrm{m}$~$115\mu\textrm{m}$로써 꽤 큰 빔경편차( $37\mu\textrm{m}$)를 나타내었다. 사출성형렌즈에서는 냉각.고화시 수축에 의한 형상오차와 불균일 냉각에 의한 내부왜곡(복굴절)이 발생하게 되는데, 이는 결국 파면수차(빔경확대)를 발생시키게 되고 결국 레이저프린터의 화상열화로 나타나게 된다. 본 논문에서는 부주사 빔경편차의 주요인을 밝혀내기 위해 복굴절(편광비) 및 $f\theta$렌즈의 비구면 형상을 측정하였다. 그리고 측정된 비구면 형상치를 CODE-V(미국 ORA사의 광학설계 프로그램)에 입력하여 부주사 상면만곡을 계산하고, 이와 설계 초점심도를 비교.분석함으로써 복굴절이 부주사 빔경편차의 주요인임을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.102-110
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• 2023

본 연구에서는 플렉서블 레이저 투과 용접 (flexible laser transmission welding, f-LTW)을 이용한 박형 기판의 사면 접합 (scarf welding) 공정을 개발하였다. 플렉서블 응용을 위해 경사면의 기울기에 따른 인장 강도의 거동을 조사하였다. 박형 기판으로써 100 ㎛ 이하 두께의 플라스틱 기판이 사용되었으며, 사면 접합을 위해서 기판의 말단에 경사면을 형성하는 지그 장치를 개발하였다. 플렉서블 고분자 기판에 대한 경사면 맞대기 접합을 개발함으로써 공정 후 접합부 두께가 증가하지 않는 유연 접합 기술 개발에 성공하였다. 단축 인장시험을 통해 접합부의 인장 강도를 평가하였으며, 그 결과 경사면의 기울기가 완만할수록 인장 강도가 증가함을 확인하였다. 경사각에 따른 접합 계면에서의 응력 분석을 수행하여 접합 구조 설계 인자를 규명하였다. 본 결과는 동일한 공정 조건에서 접합부의 형상에 따라서 인장 강도가 크게 달라질 수 있음을 시사하므로 접합 공정에서 접합부 형상을 고려하는 것에 대한 중요성을 확인할 수 있다.