With femtosecond (fs) laser pulse irradiation on metals, various types of nano- and micro-scale structures can be naturally induced at the surface through laser-matter interaction. Two notable structures are laser-induced periodic surface structures (LIPSSs) and cone/spike structures, which are known to significantly modify the optical and physical properties of metal surfaces. In this work, we irradiate fs laser pulses onto various types of metals, cold-rolled steel, pickled & oiled steel, Fe-18Cr-8Ni alloy, Zn-Mg-Al alloy coated steel, and pure Cu which can be useful for precise molding and imprinting processes, and adjust the morphological profiles of LIPSSs and cone/spike structures for clear structural coloration and a larger range of surface wettability control, respectively, by changing the fluence of laser and the speed of raster scan. The periods of LIPSSs on metals used in our experiments are nearly independent of laser fluence. Accordingly, the structural coloration of the surface with LIPSSs can be optimized with the morphological profile of LIPSSs, controlled only by the speed of the raster scan once the laser fluence is determined for each metal sample. However, different from LIPSSs, we demonstrate that the morphological profiles of the cone/spike structures, including their size, shape, and density, can be manipulated with both the laser fluence and the raster scan speed to increase a change in the contact angle. By injection molding and imprinting processes, it is expected that fs laser-induced surface structures on metals can be replicated to the plastic surfaces and potentially beneficial to control the optical and wetting properties of the surface of injection molded and imprinted products.
In the case of fabricating micro pole structures such as column, square-pole and gear shaft by the micro end-milling process, it can be useful in the fields of industry, for example, micro parts, electrode for electrical discharge machining and micro mold for injection molding. In this study, machining factors and the process were analyzed. Machining experiments of various micro pole configurations were performed. Analysis of the change and effect of the cutting force according to the machining conditions was carried out. An analytical study of the deformation of the micro pole caused cutting conditions and cutting force through the finite element method and ANSYS program was carried out. As a result, this research presented a method of fabricating the column pole of below $100{\mu}m$ diameter with high aspect ratio by using micro end-milling process, and based on that, a method of fabricating a variety of applicable structures. Also the minimum size of the pole capable of fabricating through theory and experiment were demonstrated.
필름 삽입 사출 시편의 휨은 비대칭적인 잔류응력 분포에 기인한다. 비대칭적 잔류응력과 온도 분포는 삽입된 필름 표면의 수직방향으로 지연되는 열 전달에 의해 발생한다. 사출 공정조건 최적화를 통해 필름 삽입 사출 시편의 휨을 억제할 수 없었기 때문에, 필름 삽입 사출 시편의 휨을 최소화하기 위해서 유리 섬유가 강화된 복합재료를 기판으로 사용하였다. 유리 단섬유의 분포를 마이크로 CT 장비를 이용하여 평가하였다. 복합재료로 구성된 기판을 이용한 필름 삽입 사출 시편의 배향 텐서와 휨을 계산하기 위해서는 적절한 마이크로 역학, 이방적 열팽창계수 및 닫힌 어림법 모델이 선택되어야만 한다. 여섯 종류의 마이크로 역학모델, 세 종류의 열 팽창 계수 모델 및 다섯 종류의 닫힌 어림법 모델을 고려한 후, Mori-Tanaka 모델, Rosen and Hashin 모델 및 third orthotropic 닫힌 어림법 모델을 선택하였다. 수치적으로 계산된 섬유 배향 텐서와 휨에 관한 결과들은 실험결과와 잘 일치하였고, 유리 섬유의 보강효과가 필름 삽입 사출 복합 재료 시편의 휨에 미치는 영향을 파악하였다.
일반사출성형에서는 수지가 캐비티 내를 흐르면서 냉각으로 인한 점도의 상승으로 전사성이 급격히 나빠지기 때문에 미세패턴을 가진 성형품을 제작하는데 많은 어려움이 따른다. 이를 해결하는 방법으로 금형온도를 용융된 수지온도 수준까지 순간적으로 표면만을 가열하여 성형시킨 후 급속히 냉각하는 다양한 순간금형가열방식이 있고, 그 중 본 연구에서는 전열가열방식인 E-Mold을 채택하였다. 특히, 마이크/나노 부품 성형에 필수적인 E-Mold 금형설계에 있어 heating line의 배치는 금형의 온도 제어 및 균일한 온도 분포에 절대적인 영향을 미치므로 최적화된 heating line의 배치가 필수적이다. 본 연구에서는 사출공정의 사이클 타임을 최소화하면서 다양한 해석 프로그램을 사용하여 E-Mold의 최적화 설계를 전산모사 하였고, 이를 실험결과와 비교하였다. 먼저, 3D CAD 프로그램인 Pro-Engineer Wildfire 2.0 을 사용하여 E-Mold 금형을 설계하고, ANSYS사의 ICEMCFD 프로그램을 사용하여 MESH 생성하고, ANSYS사의 FLUENT 프로그램을 사용하여 금형의 초기온도 $60^{\circ}C$에서 $120^{\circ}C$와 $180^{\circ}C$까지 가열하는데 걸리는 시간과 냉각시키는데 걸리는 시간 등을 전산모사 하였다. 그리고 Polycarbonate를 이용하여 LGP 도광판을 실제 사출성형하여 얻은 데이터와 비교 분석을 하였다. 전산모사와 실제 사출결과에서 $3{\sim}4$초가량의 차이가 나타났지만 실제 사출시 고온의 용융된 플라스틱 수지에 따른 냉각시간의 오차를 생각한다면, 전산모사와 실힘결과는 거의 일치한다고 볼 수 있다. 따라서 본 체계적인 전산모사방법을 통해 E-Mold의 Heating Line 최적화 설계가 가능하다는 것을 확인하였다.
There is a great demand for reducing the amount of material used in mass-produced plastics parts for material cost constitutes a large percentage of the total cost of a product up to 75% It may be noted that the price of plastics is directly related to the price of petroleum. Material reduction therefore decreases the amount of oil needed for the manufacture of plastics and thus help conserve this natural resource. Therefore microcellular foaming process(MCPs) was studied for solving this problems alternatively in 1980's at M. I. T. Until now in microcellular plastics processes carbon dioxide gas was mainly used for microcellular foaming Because carbon dioxide has more solubility than any other gases such as nitrogen gas or helium gas. The purpose of the this research is measurement of changing of the microcellular plastics' weight by using nitrogen gas in injection molding an comparing weight reduction of microcellular foamed plastics for using carbon dioxide gas with nitrogen gas.
Fresnel lens is a kind of refractive optical lens with various advantages. It has nearly flat shaped optical lens that has small mass. Fresnel lens has number of applications in the compact optical systems. Recently, demands of high quality Fresnel lens for small size optical systems such as illumination units, compact imaging systems, display units, information storage systems, optical detecting units had increased rapidly. Conventional manufacturing process of high quality Fresnel lens is direct machining. However, it is not suitable for mass production because of high cost and long cycle time. Replication method can provide cost effective mass production process. However, there are various issues about replication of Fresnel lens. Fresnel lens has number of sharp blade shape prism. In the replication process, this blade shape causes defects that can affect optical efficiency. In this study, replication processes; injection molding process and UV imprinting process, were developed and evaluated using Fresnel lens that has maximum pattern height of $250\;{\mu}m$ and aspect ratio of 1.5.
통상적인 금속분말의 성형은 분말야금 공정으로 이루어지기 때문에 복잡한 형상의 부품을 구현하는 데는 제약이 있다. 하지만, 1970년대 후반 이래 새로운 금속분말의 성형기술로 크게 각광을 받으며 연구되고 있는 금속분말사출성형(Metal Powder Injection Molding, MIM) 기술을 이용하면 다양한 형태의 부품을 성형할 수 있다 최근에는 이러한 MIM 기술을 이용하여 다양한 산업분야에 응용될 수 있는 마이크로 부품을 제조하고자 하는 연구개발이 주목받고 있다./sup 1)/ 현재까지는 마이크로 부품을 제조하는 원천기술이 반도체 공정기술이나 마이크로 기계가공기술에 크게 의존하고 있다./sup 2,3)/ 특히, 경제적 효용성이라는 관점에서 수 마이크로 이하의 극미세 구조물은 반도체 공정기술을 이용하여 성형하는 것이 유리하며, 1㎜의 치수를 갖는 미세 구조물은 마이크로 기계가공기술로 제조하는 것이 적합하다(그림 1). 하지만, 수십 마이크로에서 수백 마이크로의 치수를 갖는 구조물 제조에 있어서 앞선 두 공정기술은 응용 재료의 종류와 복합한 형상의 대량생산에 한계가 있다. 비록 반도체 공정기술에서 박막 증착과 전기화학적 도금기술을 이용한 표면미세가공 기술에 의해 수십 마이크로 이내의 치수를 갖는 미세 구조물을 정밀하게 성형하지만,/sup 4,5,)/ 수백 마이크로 크기의 치수를 반도체공정기술로 구현하기는 곤란하다. 또한, 마이크로 기계가공기술도 높은 가공 정밀도를 유지하며 수백 마이크로 크기의 구조물을 가공할 수 있지만 복잡한 모양의 형태를 대량생산하기에는 적합하지 않다.
A four beam interference optical system for laser micro structuring using a pulse laser was demonstrated. The four beam interference optical system using a pulse laser(picosecond laser) can fabricate micro structure on mold material(NAK80) directly. Micro structure on the polymer can be reproduced economically by injection molding of the micro structure on the mold material. The four beam interference optical system was composed by the DOE(Diffractive Optical Element) and two lenses. The laser intensity distribution of four beam interference was explained by an interference optics point of view and by the image optics point of view. We revealed that both views showed the same result. The laser power distribution of a $1{\mu}m$ peak pattern was made by the four beam interference optical system and measured by the objective lens and CCD. A $1{\mu}m$ pitch dot pattern on the mold material was fabricated and measured by SEM(Scanning Electron Microscopy).
In this study, carbon/phenol composites were prepared from carbon fiber preform and phenol resin by RTM(resin transfer molding) process. And changes in the properties of the composite according to the pre-treatment of phenol resin was mainly studied. RTM process conditions were deduced from viscosity and thermal analysis of phenol resin which were rheometer and thermogravimetric analyzer(TGA). RTM process was performed under various injection and molding temperature. Characterization of the prepared C/P composites were evaluated by various analysis. Morphology of composites was analyzed by Micro-CT(MCT), Mechanical properties of composites were measured through the flexural properties. As results, volatile impurities of phenol resin were effectively removed at resin pre-treatment temperature of $100^{\circ}C$ and composite was sufficiently cured at molding temperature of $180^{\circ}C$.
Cho, Si-Hyeong;Kim, Hyuk-Min;Lee, Jung-Hwan;Venkatesh, R. Prasanna;Rizwan, Muhammad;Park, Jin-Goo
한국재료학회:학술대회논문집
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한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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pp.37.1-37.1
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2011
Miniaturization of lenses has been widely researched by various scientific and engineering techniques. As a result, micro scaled lens structure could be easily achieved from various fabrication techniques; nevertheless it is still challenging to make nano scaled lenses. This paper reports a novel fabrication method of silicon nanotemplate for nanolens array. The inverse structure of nanolens array was fabricated on silicon substrate by reactive ion etching (RIE) process. This technique has a flexibility to produce different tip shapes using different pattern masks. Once the silicon nano-tip array structure is well-defined using an optimized recipe, it is followed by polymer molding to duplicate nanolens array from the template. Finally, the nanostructures formed on silicon nanotemplate and polymer replica were investigated using FE-SEM and AFM measurements. The nano scaled lens can be manufactured from the same template, also using other replication techniques such as imprinting, injection molding and so on.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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