• 한국기계가공학회지
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• 제21권2호
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• pp.137-143
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• 2022

Composite materials, being light-weight and of high mechanical strength, are increasingly used in various industries such as the aerospace, automobile, sporting-goods manufacturing, and ship-building industries. Recently, manufacturing of composite materials using 3D printers has increased. 3D-printed composite materials are made in free-form and adapted for end-use by adjusting the fiber content and orientation. However, research on the machining of 3D printed composite materials is limited. The aim of this study is to develop a machine learning method to select machining conditions for machining of 3D-printed composite materials. The composite material was composed of Onyx and carbon fibers and stacked sequentially. The experiments were performed using the following machining conditions: spindle speed, feed rate, depth of cut, and machining direction. Cutting forces of the different machining conditions were measured by milling the composite materials. PCA, a method of machine learning, was developed to select the machining conditions and will be used in subsequent experiments under various machining conditions.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.193-198
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• 2023

선박 경량화와 관련하여 기존 복합재료 및 3D 프린트 복합재료를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 염수 환경에 대한 내부식성과 경량화 특성이 있는 복합재료와 우수한 생산성을 가지는 3D 프린팅 기술을 연계한 3D 프린트 복합재료의 선박 및 해양구조물 적용 가능성을 확인하기 위해 시험을 진행하였다. 본 논문에 사용된 3D 프린트 복합재료를 선박 및 해양구조물에 적용하기 위해서는 해양환경에서 노출될 수 있는 온도 환경 영향을 고려해야 한다. 따라서 해양 환경에서 노출될 수 있는 온도인 저온(-50℃), 상온(20℃), 고온(50℃) 환경에서 Carbon + Onyx, Carbon + Nylon, HSHT glass + Onyx, HSHT glass + Nylon 소재의 시편으로 인장시험을 진행하였다. 인장시험 결과, Carbon + onyx 시편이 가장 높은 인장강도를 보였고 HSHT glass + onyx 시편이 가장 높은 인장 변형률을 보였다. 또한 인장 시험 결과 시편을 분석하여 다양한 온도 환경에 노출된 3D 프린트 복합재료 시편의 파손 형상에 대해 분석하였다.

• The Journal of Advanced Prosthodontics
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• 제16권2호
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• pp.115-125
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• 2024

PURPOSE. The purpose of this in vitro study was to investigate the fracture resistance, surface hardness, and color stain of 3D printed, CAD-CAM milled, and conventional interim materials. MATERIALS AND METHODS. A total of 80 specimens were fabricated from auto polymerizing polymethyl methacrylate (PMMA), bis-acryl composite resin, CAD-CAM polymethyl methacrylate resin (milled), and 3D printed composite resin (printed) (n = 20). Forty of them were crown-shaped, on which fracture strength test was performed (n = 10). The others were disc-shaped specimens (10 mm × 2 mm) and divided into two groups for surface hardness and color stainability tests before and after thermal cycling in coffee solution (n = 10). Color parameters were measured with a spectrophotometer before and after each storage period, and color differences (CIEDE2000 [DE00]) were calculated. The distribution of variables was measured with the Kolmogorov Smirnov test, and one-way analysis of variance (ANOVA), Tukey HSD, Kruskal-Wallis, Mann-Whitney U tests were used in the analysis of quantitative independent data. Paired sample t-test was used in the analysis of dependent quantitative data (P < .05). RESULTS. The highest crown fracture resistance values were determined for the 3D printed composite resin (P < .05), and the lowest were observed in the bis-acryl composite resin (P < .05). Before and after thermal cycling, increase in mean hardness values were observed only in 3D printed composite resin (P < .05) and the highest ΔE₀₀ value were observed in PMMA resin for all materials (P < .05). CONCLUSION. 3D printing and CAD-CAM milled interim materials showed better fracture strength. After the coffee thermal cycle, the highest surface hardness value was again found in 3D printing and CAD-CAM milled interim samples and the color change of the bis-acryl resin-based samples and the additive production technique was higher than the PMMA resin and CAD-CAM milled resin samples.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.211-216
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• 2023

선박, 항공기 구조물을 설계할 때 경량화 및 강도를 만족할 수 있도록 설계하는 것은 중요하다. 현재, 경량화와 구조물의 강도를 만족시키기 위한 방법으로 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 관련된 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 항공기 또는 무인기의 부품 중 하나인 조종면에 대한 3D 프린트 복합재료의 적용 가능성을 분석하기 위해 구조해석을 수행했다. 조종면의 내부 위상 형상에 대해 3가지(육각형, 사각형, 삼각형) 형상을 고려하여 굽힘 하중에 대한 조종면의 최적의 위상 형상을 분석하였다. 또한 3D 프린트 복합재료의 4가지 강화재(탄소섬유, 유리섬유, 고강내열유리섬유, 케블라)를 적용했을 때의 조종면의 굽힘 강도를 분석하였다. 3점 굽힘 실험결과와 구조해석 결과를 비교한 결과, 탄소섬유와 케블라로 제작된 육각형의 위상 형상을 갖는 조종면이 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 이를 통해 조종면에 대해 3D 프린트 복합재를 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.192-201
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• 2018

3D 프린팅 기술의 활용은 복잡한 형상의 제품을 보다 손쉽게 생산 가능하게 하며, 시간적 경제적 이점을 제공함으로써 기존 제조업의 형태를 변화시킬 차세대 핵심 제조 기술로 부상하고 있다. 그러나 순수 고분자 소재 출력물의 기계적/전기적 특성 및 기능은 해당 기술의 확산에 있어 한계점으로 작용하였고, 이것은 고성능 고분자 복합재료 개발에 대한 수요로 이어졌다. 이에 본 논문에서는 고성능 3D 프린팅용 고분자 복합재료 개발의 최신 연구 동향을 소개하고, 응용 분야와 가능성 및 향후 연구방향에 대해 논하고자 한다.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권5호
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• pp.1-8
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• 2022

Fused deposition modeling (FDM), based on stacking a continuous filament of polymer or composite materials, is well matured and is thus widely used in additive manufacturing technology. To advance FDM-based 3D printing technology, the mechanical properties of additively manufactured composite materials must be improved. In this study, we proposed a novel FDM 3D printing process using metal wire-polymer composites, enabling enhanced mechanical properties. In addition, we developed a new type FDM filament of copper wire wrapped in nylon material for stable 3D printing without thermal damage during the printing process. After FDM printing of the copper wire-nylon composite filament, we conducted a tensile test to investigate the mechanical behavior of the printed composite materials. The experimental results confirmed that the tensile strength of the 3D-printed metal wire-polymer composites was higher than that of the conventional single polymer material. Thus, we expect that the FDM printing process developed in this study may be promising for high-load-bearing applications.

• 한국재료학회지
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• 제29권4호
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• pp.221-227
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• 2019

This study examines the role of the nano- and micro-particle ratio in dispersion stability and mechanical properties of composite resins for SLA(stereolithography) 3D printing technology. VTES(vinyltriethoxysilane)-coated $ZrO_2$ ceramic particles with different nano- and micro-particle ratios are prepared by a hydrolysis and condensation reaction and then dispersed in commercial photopolymer (High-temp) based on interpenetrating networks(IPNs). The coating characteristics of VTES-coated $ZrO_2$ particles are observed by FE-TEM and FT-IR. The rheological properties of VTES-coated $ZrO_2/High-temp$ composite solution with different particle ratios are investigated by rheometer, and the dispersion properties of the composite solution are confirmed by relaxation NMR and Turbiscan. The mechanical properties of 3D-printed objects are measured by a tensile test and nanoindenter. To investigate the aggregation and dispersion properties of VTES-coated $ZrO_2$ ceramic particles with different particle ratios, we observe the cross-sectional images of 3D printed objects using FE-SEM. The 3D printed objects of the composite solution with nano-particles of 80 % demonstrate improved mechanical characteristics.

• The Journal of Advanced Prosthodontics
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• 제12권5호
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• pp.322-328
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• 2020

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.

• Composites Research
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• 제36권6호
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• pp.454-460
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• 2023

최근 온실가스 배출량에 대한 규제가 높아지면서 IMO는 온실가스 배출량을 2050년까지 순 배출량 '0'을 목표로 하며 온실가스 규제를 강화하고 있다. 또한 조선/해양 분야에서는 추진 효율 향상, 구조 경량화와 같이 운항비 절감이 중요하다. 현재 이와 관련하여 구조 경량화와 고강성을 만족하기 위하여 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 3D 프린트 복합재료를 활용하여 선박 구조물인 방향타의 내부에 3가지 위상 형상(육각형, 사각형, 삼각형)을 적용하였다. 방향타에 위상 형상을 적용하였을 때 적합한 형상을 알아보기 위해 구조해석을 수행했다. 선속 8 knots의 조건에서 타 각 0°에서 30°까지 10° 간격으로 CFD 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과를 바탕으로 하중조건을 설정하였다. 방향타 내부 위상 형상을 고려한 구조 해석 결과 삼각형, 사각형, 육각형 위상 형상 순으로 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 사각형 위상 형상을 가지는 방향타가 삼각형 위상 형상을 가지는 방향타 대비 78.5%의 무게를 가지며 경량화 측면을 고려하였을 때 사각형 위상 형상이 우수하다고 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.20-29
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• 2022

이 연구에서는 ME 방식 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체의 내구성을 개선하기 위해 PDMS, 규산나트륨, 표면강화재를 침지 후 도포하는 방식으로 후처리 하였으며 각각의 내구성 개선 정도를 평가하였다. 그 결과, 모든 평가에서 후처리 한 시험체의 내구성능이 그렇지 않은 시험체에 비해 내구성이 개선되는 경향을 나타냈다. 내흡수성과 염소이온 침투 저항성, 탄산화 저항성의 경우 PDMS로 후처리 했을 때 후처리 하지 않은 시험체에 비해 각각 평균 36.3 %, 77.1 %, 50.4 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났으며 내동해성의 경우 규산나트륨으로 후처리 했을 때 평균 47.5 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났다. 3D 프린팅용 시멘트 복합체의 후처리 용액 중 대체로 PDMS가 우수한 것으로 나타났으나 이 연구에서 제안한 바와 같이 침지 후 도포하는 후처리 방식은 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체 구조물에 실질적으로 적용하기 어려울 수 있으므로 시공성을 고려한 성능개선재료에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.