적층조형(additive manufacturing, AM)은 액체, 고체 상태인 폴리머, 금속 등의 재료를 층층이 쌓아서 3 차원 형상을 제조하는 기술이다. AM 기술은 제품 개발 초기단계에서 시제품 제작에 주로 사용되었으나, 최근 들어 이를 실제 제품제작에 적용하는 것에 대한 관심이 높아지고 있다. 한편 AM 기술에서 적층방향은 최종성형품의 기계적 물성에 영향을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폴리머 재료를 사용하는 대표적인 AM 기술인 FDM, PolyJet 그리고 SLA 방식으로 제작되는 재료의 기계적 물성을 실험을 통해 파악하여 보았다. 이때 시험편의 형상은 ASTM D 638 을 참고하였고 적층방향을 달리하여 성형하였다. 시험편의 인장시험으로부터 얻은 응력-변형률 선도를 바탕으로 기계적 물성을 조사하였다. 또한 시험편의 파단부를 SEM 촬영하여 물성차이의 결과를 분석하였다.
FDM 3D printers have become widespread, and investment in the 3D printer industry is increasing. Therefore, many 3D printers are released and the functions of products are emphasized. However, to lower unit prices, open-type 3D printers are sold in kit form, and their performance is very low. If the 3D printer has many heat sources and is sealed, there is the possibility that the main accessories (the main board, power supply, and motor) will be damaged by trapped heat. At the same time, if the ambient temperature is low due to the properties of the material, the output quality deteriorates. In this study, we analyzed the temperature rise of the main accessories and the quality of the output by the heat bed when a chamber was added to an open-type 3D printer. We also compared the quality of the output due to the air flow with the temperature rise of the main accessories. Moreover, we found the optimal value. As a result of the quality analysis, it was finally confirmed that the case with the chamber at $95^{\circ}C$ was the best for the printing condition. In addition, in the absence of the chamber, the bending of the specimen was found to be large, and in the case of the chamber, the degree of bending was slightly decreased by 0.05 mm.
Purpose: This study aimed to compare the accuracy of 3-dimensional(3D) printed models derived from multidetector computed tomography (MDCT) and cone-beam computed tomography (CBCT) systems with different fields of view (FOVs). Materials and Methods: Five human dry mandibles were used to assess the accuracy of reconstructions of anatomical landmarks, bone defects, and intra-socket dimensions by 3D printers. The measurements were made on dry mandibles using a digital caliper (gold standard). The mandibles then underwent MDCT imaging. In addition, CBCT images were obtained using Cranex 3D and NewTom 3G scanners with 2 different FOVs. The images were transferred to two 3D printers, and the digital light processing (DLP) and fused deposition modeling (FDM) techniques were used to fabricate the 3D models, respectively. The same measurements were also made on the fabricated prototypes. The values measured on the 3D models were compared with the actual values, and the differences were analyzed using the paired t-test. Results: The landmarks measured on prototypes fabricated using the FDM and DLP techniques based on all 4 imaging systems showed differences from the gold standard. No significant differences were noted between the FDM and DLP techniques. Conclusion: The 3D printers were reliable systems for maxillofacial reconstruction. In this study, scanners with smaller voxels had the highest precision, and the DLP printer showed higher accuracy in reconstructing the maxillofacial landmarks. It seemed that 3D reconstructions of the anterior region were overestimated, while the reconstructions of intra-socket dimensions and implant holes were slightly underestimated.
In bone tissue engineering, polycaprolactone (PCL) is one of the most widely used biomaterials to manufacture scaffolds as a synthetic polymer with biodegradability and biocompatibility. The polymer deposition system (PDS) with four axis heads, which can dispense bio-polymers, has been used in scaffold fabrication for tissue engineering applications. A dual-head deposition technology of PDS is an effective technique to fabricate 3D scaffolds. The electrospinning technology has been widely used to fabricate porous and highly interconnected polymer fibers. Thus, PDS can fabricate nanofiber-combined hybrid scaffolds using fused deposition modeling (FDM) and electrospinning methods. This study aims to fabricate nanofiber-combined scaffolds with uniform nanofibers using PDS. The PCL nanofibers were fabricated and evaluated according to the fabrication process parameters. PCL nanofibers were successfully fabricated when the applied voltage, tip-to-collector distance, flow rate, and solution concentration were 5 kV, 1 cm, 0.1 ml/h, and 8 wt%, respectively. The cell proliferation was evaluated according to the electrospinning time. Scanning electron microscopy was used to acquire images of the cross-sectioned hybrid scaffolds. The cell proliferation test of the PCL and nanofiber-combined hybrid scaffolds was performed using a CCK-8 assay according to the electrospinning time. The result of in-vitro cell proliferation using osteosarcoma MG-63 cells shows that the hybrid scaffold has good potential for bone regeneration.
The trend of miniaturization has been applied to the research of rockets to develop prototypes of micro rockets. In this paper, the development of a web-integrated prototyping system for three-dimensional micro rockets, and the results of combustion tests are discussed. The body of rocket was made of 6061 aluminum cylinder by lathe process. The three-dimensional micro nozzles were fabricated on the same aluminum by using micro endmills with ${\phi}100{\mu}m{sim}{\phi}500{\mu}m$ diameter. Two types of micro nozzle were fabricated and compared for performance. The total mass of the rockets was 7.32 g and that of propellant (gun powder) was 0.65 g. The thrust-to-weight ratio was between 1.58 and 1.74, and the flight test with 45 degree launch angle from the ground resulted in $46\;m{\sim}53\;m$ of horizontal flight distance. In addition, ABS housing for the micro machined rocket was fabricated using Fused Deposition Modeling (FDM). A web-based design, fabrication, and test system for micro nozzles was proposed to integrate the distributed hardware resources. Test data was sent to the designer via the same web server for the faster feedback to the rocket designer.
In this study, product design and prototype manufacturing of a plastic water-pump pulley has been tried. The designed model is supposed to be made of 33 % glass reinforced resin of which the tensile strength is 180 MPa, and has 24 ribs on each side to increase its structural strength. Structural analysis under a static load of 300 kgf acting on both edges of the belt has been carried out using a commercial finite element code, MARC. The analysis result showed the maximum effective stress near a rib of designed model would be at most 35 MPa (less than 20% of the tensile strength), therefore, the plastic product would be sufficiently safe under that loading condition. On the basis of the structural analysis, a prototype of the designed model has been manufactured by using the fused deposition modelling (FDM) method which is one of the rapid prototyping (RP) methods, using ABS resin and support materials. The CAD data exported to the RP system in STL format was prepared by a commercial solid modeling software, SolidWorks. It has been proved that the plastic pulley can successfully replace the existing flow-formed steel product.
Cheong, Kyu Min;Kim, Hye Been;Seo, Yu Ri;Lim, Ki Taek
한국농업기계학회:학술대회논문집
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한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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pp.108-108
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2017
In this study, biocomposite filaments with agricultural by-products can be used in extrusion-based 3D (Three-dimensional) printing. Extrusion-based 3D printing stands as a promising technique owing to its versatility. We hypothesized that bio-filament composite consisted of something derived from agricultural by-products could be used as 3D printing materials that could overcome the drawbacks of PCL (poly-caprolactone). Bio-filament mixed with PCL and agricultural by-products was defined as r-PCL in this study. In order to find it out the optimal mixing ratio of filaments, we had investigated PCL, r-PCL 10%, r-PCL 20%, r-PCL 50% separately. The morphological and chemical characteristics of the filaments were analyzed by FE-SEM (Field emission scanning electron microscope) and EDX (Energy-dispersive X-Ray spectroscopy), and the mechanical properties were evaluated by stress-strain curve, water contact angle, and cytotoxicity analysis. Results of this study have been shown as a promising way to produce eco-friendly bio-filaments composite for FDM (Fused deposition modeling) method based 3D printing technology. Thus, we could establish biomimetic scaffolds based on bio-printer filaments mixed with agricultural by-product.
Recently, the demand for eco-friendly parts has increased to reduce materials and parts that use fossil fuels. This has exacerbated the increase of energy prices and the enforcement of regulations by environmental agencies. Currently, polylactic acid (PLA) is a solution, as a common and eco-friendly material. PLA is a biodegradable material that can replace traditional petrochemical polymers. PLA has great advantages since it is resistant to cracking and shrinkage. When it is manufactured, there are few harmful byproducts. Improvement in the brittleness characteristics is another important task to be monitored throughout the production of industrial parts. Improvement in the brittleness property of products lowers the tensile strength and tensile elasticity modulus of the parts. This study focused on the mechanical properties of 3D-printed PLA parts. Tensile tests are performed while varying the infill print parameters to evaluate the applicability of PLA in several industrial areas.
With the goal of tissue regeneration for organs damaged through an accident or a disease, research on tissue engineering has been conducted to produce 3-D scaffolds that can support the cells in the attachment and growth for the cell proliferation and differentiation. A scaffold requires a suitable pore size and porosity to increase the nutrient circulation or oxygen supply for the attachment and growth of cells. The existing production methods such as solvent-casting particulate leaching, phase separation, and fiber bonding have certain disadvantages. With these methods, it is difficult to obtain a free desired shape. In addition, certain pore sizes and interconnectivities among the pores may not be guaranteed. To solve these problems, this study has fabricated a scaffold with a 3-D shaped nose using Alginate, which is a natural polymer obtained through Fused Deposition Modeling (FDM), one of the CAD/CAM-based Solid Freeform Fabrication (SFF) methods.
Objectives: This study aimed to review the characteristics of three-dimensional printing technology focusing on printing types, materials, and health hazards. We discussed the methodologies for exposure assessment on hazardous substances emitted from 3D printing through article reviews. Methods: Previous researches on 3D printing technology and exposure assessment were collected through a literature review of public reports and research articles reported up to July 2018. We mainly focused on introducing the technologies, printing materials, hazardous emissions during 3D printing, and the methodologies for evaluation. Results: 3D printing technologies can be categorized by laminating type. Fused deposition modeling(FDM) is the most widely used, and most studies have conducted exposure assessment using this type. The printing materials involved were diverse, including plastic polymer, metal, resin, and more. In the FDM types, the most commonly used material was polymers, such as acrylonitrile-butadiene-styrene(ABS) and polylactic acids(PLA). These materials are operated under high-temperature conditions, so high levels of ultrafine particles(mainly nanoparticle size) and chemical compounds such as organic compounds, aldehydes, and toxic gases were identified as being emitted during 3D printing. Conclusions: Personal desktop 3D printers are widely used and expected to be constantly distributed in the future. In particular, hazardous emissions, including nano sized particles and various thermal byproducts, can be released under operation at high temperatures, so it is important to identify the health effects by emissions from 3D printing. Furthermore, appropriate control strategies should be also considered for 3D printing technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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