So-Young Ko;Shin-Il Go;Kyoung-Jun Jang;Sang-Jin Lee
한국재료학회지
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제34권10호
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pp.457-463
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2024
3D printing using ceramic powder to produce precision ceramic parts has been studied with various additive manufacturing methods. This study analyzed problems occurring in alumina additive manufacturing that uses digital light processing (DLP) as well as methods to address such problems. For efficient analysis, we have classified alumina additive manufacturing into three types according to the driving method of the build platform - lifting type (LT), tilting type (TT) of the vat, and blade movement type (BT). LT had a problem with detachment and cracking of the alumina green body. However, this could be prevented by carefully controlling the cure depth of the suspension slurry and the bonding force between layers and improving the material used for coating the vat. TT, which resulted in non-uniform alumina additive manufacturing, could be improved by modifying the bidirectionality of the axis and the fluidity of the highly viscous alumina suspension slurry. BT resulted in detachment of the specimen as well as non-uniform results, but this could be avoided by shortening the shifting distance of the alumina suspension when it is introduced to the build platform, and enabling effective spreading.
In the development of advanced ceramic tools, material improvements and design freedom are critical in improving tool performance. However, in the die press molding method, many factors limit tool design and make it difficult to develop innovative advanced tools. Ceramic 3D printing facilitates the production of prototype samples for advanced tool development and the creation of complex tooling products. Furthermore, it is possible to respond to mass production requirements by reflecting the needs of the tool industry, which can be characterized by small quantities of various products. However, many problems remain in ensuring the reliability of ceramic tools for industrial use. In this study, alumina inserts, a representative ceramic tool, was manufactured using the digital light process (DLP), a 3D printing method. Alumina inserts prepared by 3D printing are pressurelessly sintered under the same conditions as coupon-type specimens prepared by press molding. After sintering, a hot isostatic pressing (HIP) treatment is performed to investigate the effects of relative density and microstructure changes on hardness and fracture toughness. Alumina inserts prepared by 3D printing show lower relative densities than coupon specimens prepared by powder molding but indicate similar hardness and higher fracture toughness values.
최근 3D 프린팅 산업은 다양한 형상의 세라믹 부품을 간소화된 공정으로 제조 가능하여 많은 기대를 받고 있다. 본 연구에서는 세라믹 3D 프린팅을 통하여 알루미나(Alumina) 제품을 구현하기 위하여 3D 프린팅용 점탄성 페이스트(Paste)를 제조하였다. 점탄성 특성은 세라믹 3D 프린팅 공정에서 아주 중요한 역할을 한다. 노즐을 통한 세라믹 페이스트의 압출 시에는 흐름 특성을 가져야 하며, 인쇄되어 정확한 자리에 인쇄되어 안착한 후에는 고체처럼 작동하여 형상을 유지하여야 한다. 이러한 점탄성 특성을 부여하기 위하여 페이스트를 제조할 때 엘라스토머(Elastomer) 등의 첨가물을 첨가하였고, 이렇게 제조된 페이스트의 유변학적 특성을 분석한 결과 점탄성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 하지만, 엘라스토머의 함량에 따라 점탄성 특성이 다름을 확인하여, 점탄성 특성의 각 지표가 실질적인 인쇄성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 다양한 형태로 인쇄성 평가를 진행하였다. 인쇄성 평가 결과 높은 항복 응력을 가지는 페이스트가 인쇄성이 우수함을 확인하였다. 이렇게 개발된 알루미나 인쇄물의 심미성을 증가시키기 위하여 고온에서 소결시에도 안정적으로 발색효과가 있는 세라믹 안료를 제조된 페이스트에 혼합하여 1300 ℃에서 고온 소결을 진행하고, 소결 후 발색 효과를 확인하였다.
Non-sintered Alumina films were fabricated via inkjet printing processes without a high temperature sintering process. The packing density of these inkjet-printed alumina films measured around 60%. Polymer resin was infiltrated thru these non-sintered films in order to fill out the 40% of voids constituting the rest of the inkjet-printed films. The concept of inkjet-printed Alumina-Resin hybrid materials was designed in order to be applicable to the ceramic package substrates for 3D-system module integration which may possibly substitute LTCC-based 3D module integration. So, the dielectric properties of these inkjet-printed $Al_2O_3$ hybridmaterialsareofourgreatinterest. We have measured dielectric constant and dissipation factor of the inkjet-printed $Al_2O_3$-resinhybridfilmsbyvaryingtheamountofresininfiltratedthruthe$Al_2O_3$films.
In this study, a process is developed for 3D printing with alumina ($Al_2O_3$). First, a photocurable slurry made from nanoparticle $Al_2O_3$ powder is mixed with hexanediol diacrylate binder and phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide photoinitiator. The optimum solid content of $Al_2O_3$ is determined by measuring the rheological properties of the slurry. Then, green bodies of $Al_2O_3$ with different photoinitiator contents and UV exposure times are fabricated with a digital light processing (DLP) 3D printer. The dimensional accuracy of the printed $Al_2O_3$ green bodies and the number of defects are evaluated by carefully measuring the samples and imaging them with a scanning electron microscope. The optimum photoinitiator content and exposure time are 0.5 wt% and 0.8 s, respectively. These results show that $Al_2O_3$ products of various sizes and shapes can be fabricated by DLP 3D printing.
The 3D printing process provides a higher degree of freedom when designing ceramic parts than the conventional press forming process. However, the generation and growth of the microcracks induced during heat treatment is thought to be due to the occurrence of local tensile stress caused by the thermal decomposition of the binder inside the green body. In this study, an alumina columnar specimen, which is a representative ceramic material, is fabricated using the digital light process (DLP) 3D printing method. DTG analysis is performed to investigate the cause of the occurrence of microcracks by analyzing the debinding process in which microcracks are mainly generated. HDDA of epoxy acrylates, which is the main binder, rapidly debinded in the range of 200 to 500℃, and microcracks are observed because of real-time microscopic image observation. For mitigating the rapid debinding process of HDDA, other types of acrylates PETA, PUA, and MMA are added, and the effect of these additives on the debinding rate is investigated. By analyzing the DTG in the 25 to 300℃ region, it is confirmed that the PETA monomer and the PUA monomer can suppress the rapid decomposition rate of HDDA in this temperature range.
Hyun Namgung;Abdi Mirgissa Kaba;Hyeonkyu Oh;Hyunjin Jeon;Jeonghwan Yoon;Haseul Lee;Dohyun Kim
BioChip Journal
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제16권
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pp.82-98
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2020
We report a quantitative and systematic method for determining 3D-printing and surface-treatment conditions that can help improve the optical quality of direct-printed microfluidic devices. Digital light processing (DLP)-stereolithography (SLA) printing was extensively studied in microfluidics owing to the rapid, one-step, cleanroom-free, maskless, and high-definition microfabrication of 3D-microfluidic devices. However, optical imaging or detection for bioassays in DLP-SLA-printed microfluidic devices are limited by the translucence of photopolymerized resins. Various approaches, including mechanical abrasions, chemical etching, polymer coatings, and printing on transparent glass/plastic slides, were proposed to address this limitation. However, the effects of these methods have not been analyzed quantitatively or systematically. For the first time, we propose quantitative and methodological determination of 3D-printing and surface-treatment conditions, based on optical-resolution analysis using USAF 1951 resolution test targets and a fluorescence microbead slide through 3D-printed coverslip chips. The key printing parameters (resin type, build orientation, layer thickness, and layer offset) and surface-treatment parameters (grit number for sanding, polishing time with alumina slurry, and type of refractive-index-matching coatings) were determined in a step-wise manner. As a result, we achieved marked improvements in resolution (from 80.6 to 645.1 lp/mm) and contrast (from 3.30 to 27.63% for 645.1 lp/mm resolution). Furthermore, images of the fluorescence microbeads were qualitatively analyzed to evaluate the proposed 3D-printing and surface-treatment approach for fluorescence imaging applications. Finally, the proposed method was validated by fabricating an acoustic micromixer chip and fluorescently visualizing cavitation microstreaming that emanated from an oscillating bubble captured inside the chip. We expect that our approach for enhancing optical quality will be widely used in the rapid manufacturing of 3D-microfluidic chips for optical assays.
In this study, a mini hydro cyclone was designed and manufactured to achieve an inlet flow rate of 2 L/min in the experiment, which was conducted using alumina powder with a specific gravity of 3.97. This hydro cyclone was studied for using in steam and water analysis system (SWAS) of thermal power plant and was manufactured by 3D printing. Numerical analysis was performed with Solidworks Flow Simulation, utilizing the reynolds stress method (RSM) of fluid multiphase flow analysis models. Experimental and numerical analysis were performed under the three conditions of inlet velocity 2.0, 4.0, and 6.0 m/s. The separation efficiency was over 80% at all inlet velocity conditions. At the inlet velocity 4m/s, the separation efficiency was the best, and it was confirmed that the efficiency was more than 90%.
A cyclone is a dust-separating mechanism that works on the principle of centrifugal force. The performance of a cyclone is evaluated using pressure loss and collection efficiency. A multi-cyclone arrangement is used to improve the collection efficiency within a limited area. In this study, experiments and numerical analyses were conducted on a dual arrangement of mini-hydrocyclone separators, which was fabricated using 3D printing. The experiment was performed at an inlet flow rate of 0.7 m/s, and alumina powder with a particle size of 0.5, 15, and 50 ㎛. ANSYS FLUENT, was used for the numerical analysis. The reliability of the numerical analysis was verified through a comparison with the experimental results. The errors in the experiment and numerical analysis were confirmed to be 2% at the outlet flow rate.
In this paper, we present the effect the length the MSL(Microstrip Line) on the oscillation characteristic of the fabricated VCOs(Voltage Controlled Oscillator) designed and analyzed by RF circuit simulator Serenade(ANSOFT Co.) and fabricated by screen printing method on the alumina substrate. We have fabricated VCOs with 3 different MSL length and each MSL length of the VCO is 140mi1, 280mil and 560mi1. The oscillation frequency of each sample(VCO) was tuned to UHF band(750MHz∼900MHz) varying the capacitance. The experimental result shows the phase noise -82∼-97[dBc/Hz] at a 50 [kHz] offset frequency, the pushing figure 94∼318[kHz] at 3${\pm}$0.15[V] and the harmonics 13∼21 [dBc] between MSL length 140mi1s and 560mi1. The frequency and output variation width are 779∼898[MHz], -36∼-33[dBm] at MSL length 140mi1; 818∼836[MHz], -27.19∼-27.06[dBm] at 280mi1;751.54∼751.198[MHz],-33.44∼ -33.31[dBm] at 560mi1. we examined 3 VCOs oscillation characteristic difference through comparison with phase noise, oscillation power and frequency by control voltage change, harmonics and pushing figure for each sample.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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