In this study, we fabricated and evaluated graphene composite based 3D scaffolds and planar films. The hybrid composite was prepared by mixing a calculated amount of graphene nanopowder and polydimethylsiloxane in tetrahydrofuran solution. The hybrid composite is easy to manufacture into various forms using direct printing technology or a pressing method. A 3D scaffold structure was prepared at ambient temperature with a flow rate of 240 mm/min. The nozzle pressure was maintained at 350 kPa by adjusting the viscosity of the composite material. The planar film was prepared at different thicknesses using a roll-to-roll equipment. The prepared hybrid nanocomposites were evaluated to investigate their electrical properties according to temperature and mechanical deformation. The obtained results were consistent with each other. Therefore, it can be used effectively as sensors through shape definition.
An, Hyoseo;Lee, Gayoon;Lee, Seong Min;Shin, Dong Won;Lee, Kihak
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.6
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pp.321-330
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2023
In this study, the structural performance of the specimen fabricated through 3D printing was evaluated through monotonic loading experiments analysis to apply to 3D printed structures. The compression and flexural experiments were carried out, and the experimental results were compared to the finite element model results. The loading directions of specimens were investigated to consider the capacity of specimens with different curing periods, such as 7 and 28 days. As a result, the strength tended to increase slightly depending on the stacking direction. Also, between the 3D-printed panel composite and the non-reinforced panel, the bending performance depended on the presence or absence of composite reinforcement.
Kim, Min-Soo;Song, Sung-Hyuk;Kim, Hyung-Il;Ahn, Sung-Hoon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.1
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pp.77-83
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2016
Intricate deflection requires many conventional actuators (motors, pistons etc.), which can be financially and spatially wasteful. Novel smart soft composite (SSC) actuators have been suggested, but fabrication complexity restricts their widespread use as general-purpose actuators. In this study, a hybrid manufacturing process comprising 3-D printing and casting was developed for automated fabrication of SSC actuators with $200{\mu}m$ precision, using a 3-D printer (3DISON, ROKIT), a simple polymer mixer, and a compressor controller. A method to improve precision is suggested, and the design compensates for deposition and backlash errors (maximum, $170{\mu}m$). A suitable flow rate and tool path are suggested for the polymer casting process. The equipment and process costs proposed here are lower than those of existing 3D printers for a multi-material deposition system and the technique has $200{\mu}m$ precision, which is suitable for fabrication of SSC actuators.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.113-118
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2020
The purpose of this study is to evaluate the shrinkage characteristics of the cement-based composite for 3D printing construction, and to evaluate the shrinkage before/after extrusion and after printing during the printing process. As a result of evaluating the compressive strength by curing age of OPC-mix and printing-mix, similar trends were shown until 7 days of age, but the maximum shrinkage of 252 ㎛/m was larger in the case of OPC-mix compared to printing-mix. During the printing process, the compressive strength of the cementitious composite material after extrusion was about 6.5 MPa lower than the material before extrusion until the 7th day of age, but the level of strength on the 28th day of age was similar. As for the shrinkage characteristics, the result of shrinkage after printing showed greater shrinkage in the range of 220-260 ㎛/m compared to the result of shrinkage before extrusion.
Currently, there are many discussions about composite materials and 3D printed composite material to weight reduction of ships. A test was conducted to confirm the applicability of the 3D printed composite material to ships and offshore structures by linking the 3D printing technology with excellent productivity and the composite material with corrosion resistance and lightweight characteristics in salt water environments. In order to apply the 3D printed composite material used in this paper to ships and offshore structures, the temperature environmental effects that can be exposed in the marine environment should be considered. Therefore, the tensile test was conducted with specimen of Carbon + Onyx, Carbon + Nylon, HSHT glass + Onyx, HSHT glass + Nylon material in low temperature (-50℃), room temperature (20℃), and high temperature (50℃) environments that can be exposed to the marine environment. As a result of the tensile test, the carbon + onyx specimen showed the highest tensile strength and the HSHT glass + onyx specimen showed the highest tensile strain. In addition, by analyzing the tested specimens, the failure mode of the 3D printed composite material specimens exposed to various temperature environments was analyzed.
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.
This paper presents the basic research for the design and fabrication of a 3D-printed load cell made of NCPC (nano-carbon piezo-resistive composite). We designed a structure that can resonate at a low frequency range of about 5-6 Hz with ANSYS using sensitivity analysis and a response surface method. The design was verified by fabricating the device with a low-quality commercial 3D printer and ABS filament. We conducted a feasibility test for a commercial sensor using 1000 cyclic load tests at 0.3 Hz in a material testing system. A manufacturing process for the 3D printer filament based on the NCPC was also developed using the nano-composite process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.3
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pp.187-192
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2017
This paper presents an ongoing study to develop a novel pressure sensor by means of a Nano Carbon Piezoresistive Composite (NCPC). The sensor was fabricated using the 3D printing process. We designed a miniaturized cantilever-type sensor electrode to improve the pressure sensing performance and utilized a 3D printer to build a small-sized body. The sensor electrode was made of 2 wt% MWCNT/epoxy piezoresistive nano-composite, and the sensor body was encapsulated with a pipe plug cap for easy installation to any pressure system. The piezoresistivity responses of the sensor were converted into stable voltage outputs by using a signal processing system, which is similar to a conventional foil strain gauge. We evaluated the pressure-sensing performances using a pressure calibrator in the lab environment. The 3D-printed cantilever electrode pressure sensor showed linear voltage outputs of up to 16,500 KPa, which is a 200% improvement in the pressure sensing range when compared with the bulk-type electrode used in our previous work.
As the electric vehicle market grows, there is an issue of light weight vehicles to increase battery efficiency. Therefore, it is going to replace the battery module cover that protects the battery module of electric vehicles with high strength/high heat-resistant polymer composite material which has lighter weight from existing aluminum materials. It also aims to respond to the early electric vehicle market where technology changes quickly by combining 3D printing technology that is advantageous for small production of multiple varieties without restrictions on complex shapes. Based on the composite material mechanics, the critical length of glass fibers in short glass fiber (GF)/polycarbonate (PC) composite materials manufactured through extruder was derived as 453.87 ㎛, and the side feeding method was adopted to improve the residual fiber length from 365.87 ㎛ and to increase a dispersibility. Thus, the optimal properties of tensile strength 135 MPa and Young's modulus 7.8 MPa were implemented as GF/PC composite materials containing 30 wt% of GF. In addition, the filament extrusion conditions (temperature, extrusion speed) were optimized to meet the commercial filament specification of 1.75 mm thickness and 0.05 mm standard deviation. Through manufactured filaments, 3D printing process conditions (temperature, printing speed) were optimized by multi-optimization that minimize porosity, maximize tensile strength, and printing speed to increase the productivity. Through this procedure, tensile strength and elastic modulus were improved 11%, 56% respectively. Also, by post-processing, tensile strength and Young's modulus were improved 5%, 18% respectively. Lastly, using the FEA (finite element analysis) technique, the structure of the battery module cover was optimized to meet the mechanical shock test criteria of the electric vehicle battery module cover (ISO-12405), and it is satisfied the battery cover mechanical shock test while achieving 37% lighter weight compared to aluminum battery module cover. Based on this research, it is expected that 3D printing technology of polymer composite materials can be used in various fields in the future.
In recent construction research, the focus has primarily been on developing 3D printers and construction-specific materials. 3D printing technology in construction is growing rapidly due to its potential benefits. However, there's a notable lack of research on the fire performance of 3D Printed Concrete (3DPC) walls. This study addresses this gap by investigating how 3DPC walls respond to controlled heating conditions in a simplified test. The research aims to provide crucial insights into the behavior of 3D-printed mortar composite walls when exposed to fire. The findings have the potential to enhance safety and reliability in 3D printing technology within the construction industry. Furthermore, it could contribute to improving the fire safety standards of architectural structures and expand the use of 3D printing in future construction projects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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