캡스톤 디자인 주제발굴 기계로봇공학과 _ 강경훈, 송준일

INDEX 기업 소개 산업 분야 소개 문제점 인식 아이디어 구상 주제 발굴 3D 모델링 활용방안 및 기대효과 향후 과제

기업 소개

기업 소개 ㈜프로토텍 FDM기술 및 PolyJet 기술을 사용하는 3D 프린터 분야 세계 1위 Stratasys 의 3D 프린터를 시제품 제작 및 기술지원, 판매를 하는 한국 3D 프린팅 업계 최대 기업

산업 분야 소개

RP 산업 분야 소개 - 3D 프린팅 산업 항공/우주 건축 의료 엔터테인먼트 패션 예술 자동차 3D 프린팅 (Rapid Prototyping) 예술 자동차

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 과정

층위로 이동하여 재료를 그 위에 다시 압출시켜 제품을 형상화 시키는 방식 산업 분야 소개 - FDM 방식 필라멘트의 형태로 된 다양한 엔지니어링 플라스틱 (ABS, PC, PC-ABS, PPSF,Nylon12 등)을 고온의 헤드에서 가열하여 노즐을 통하여 압출시킨 후, 고화된 층위로 이동하여 재료를 그 위에 다시 압출시켜 제품을 형상화 시키는 방식

산업 분야 소개 - FDM 재료 열가소성 수지 (고체 필라멘트) 높은 내구성 기능성 바로 사용가능 고성능 – ABS 수지 사용 – 양산품에 준하는 품질 – 반투명 재질 기능성 – 정전기 방지 – 뛰어난 강성 – 치공구 제작 바로 사용가능 – 인체에 무해 – 음식, 약재용 포장재 고성능 – 뛰어난 난연성 – 높은 내화학성 – 낮은 독성 – 완성품 제작 가능

산업 분야 소개 - PolyJet 방식 Printing Block Model Jetted material Tray Polyjet heads UV Light UV Light 잉크젯기술과 광경화성수지 기술이 결합된 고해상도의 3차원 플랫폼으로, 800개의 노즐을 통해 분사되는 액상의 광경화성수지(Photopolymer)를 자외선으로 동시에 경화시켜 가며 모델을 제작하는 방식

산업 분야 소개 – PolyJet 재료 광경화성 수지 (액체 카트리지) 경질재료 연질재료 의료용 재료 복합재질 – 다목적 반투명 재료 – PP와 유사한 재료 – 높은 내열성을 지닌 재료 – ABS와 흡사한 재료 – 투명 재료 연질재료 – 높은 신장도 – 다양한 Shore 경도값 – 높은 인열 저항 의료용 재료 – 보청기용 재료 – 치과용 재료 복합재질 – 디지털 재료 (Digital Materials™)

3D 프린팅은 4차 산업혁명의 핵심 미래 기술 중 하나로 선정

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 산업의 미래 1가구 1프린터 시대 즉시 사용가능한 완벽한 형상완성도

문제점 인식

제작완성도의 한계 생산성 및 환경적 한계 프린터 및 재료의 가격문제 문제점 인식 - 현재 산업의 문제점 - 비싼 가격의 산업용 프린터도 레이어 두께가 최소 0.01mm이상 생산성 및 환경적 한계 - 100x100x100[mm]의 정육면체 제작 시 약 5시간정도 소요 프린터 및 재료의 가격문제 - 높은 정밀도가 필요한 산업용 프린터는 천만원 ~ 억대 가격형성 - 100x100x100[mm]의 정육면체 제작 시 재료비용만 수십만원

문제점 인식 – 재료의 가격문제 고가의 프린터기와 재료

문제점 인식- 버려지는 재료들 한가지 모델을 만들기 위해서 버려지는 재료의 양이 상당함 - 버려지는 서포트재료 -

문제점 인식- 버려지는 재료들 한가지 모델을 만들기 위해서 버려지는 재료의 양이 상당함 - 3D 프린팅에 실패할 경우 -

아이디어 구상

아이디어 구상 – 3D 프린팅 재료비 절감방법 플라스틱은 재활용 분리수거 가능 버리기에는 아까운 고가의 재료비 ‘재료들을 재사용하여 다시프린팅할 수 없을까?＇ 버려지는 플라스틱을 다시 원재료화 재료값 절감 (재료의 재활용)

주제 발굴

주제 발굴 – 3D 프린팅 재료 재활용 기계 제작 – 3D Recycler 재료별 녹는점에 맞추어 녹인 후 필라멘트 형태로 응고 FDM Recycler 열 가소성 수지(고체) 알코올 등 유기용매에 녹인 후 원료통에 주입 PolyJet Recycler 광 경화성 수지(액체)

주제 발굴 – 3D Recycler 작동원리 FDM 3D Recycler PolyJet 3D Recycler 재료의 발화를 막기위하여 산소차단 아세톤 등 유기용매 투입 미립화된 플라스틱을 녹는점이 낮은 순서대로 액체로 용융 유기용매를 혼합시켜 분쇄된 재료를 용융 액상 플라스틱을 필라멘트 모양으로 압출시키며 응고 유기용매를 건조/분류시킨 후 플라스틱을 카트리지에 주입 재료의 재사용 재료의 재사용

3D 모델링

3D 모델링 – FDM 3D Recycler

3D 모델링 – FDM 3D Recycler 분쇄용 톱니 온도선택버튼 및 디스플레이 덮개 카트리지 투입구 열 전달부 필라멘트 압출기

3D 모델링 – FDM 3D Recycle – 재료적용

3D 모델링 – PolyJet 3D Recycler

3D 모델링 – PolyJet 3D Recycler 온도선택버튼 및 디스플레이 분쇄용 톱니 덮개 카트리지 투입구 유기용매 투입구 유기용매 혼합실 액상 카트리지 주입기

3D 모델링 – PolyJet 3D Recycler – 재료적용

활용방안 및 기대효과

활용 방안 및 기대효과 3D 프린터를 사용하는 개인이나 기업들이 비싼 재료와 프린팅 실패에 대한 부담 최소화 원하는 색상을 조합을 통하여 만들어 낼 수 있으므로 자체 컬러 커스터마이징이 가능 재료를 직접 재활용하여 사용하므로 자원낭비를 최소화 할 수 있어 환경친화적 결과적으로 3D 프린터를 구입하는 기업 및 개인사용자들의 증가 추후 일반 플라스틱들도 녹여서 3D 프린팅 재료로 활용할 수 있는 범위까지 확대 가능성

향후 과제

향후 과제 원재료와 동일한 성능을 내기 위해서 효과적인 불순물 제거 방안 노즐막힘, 필라멘트 끊김방지를 위한 불균일한 응고가능성 최소화 첨가제 없이 광 경화성 수지를 효과적으로 용융시킬 수 있는 개선 방법 구상 일반적인 플라스틱을 녹여서 3D 프린트 재료로 만드는 용융방법 고안

감사합니다.