Parameter와 실제 현상 LD Scan Speed 비교 공작물과 CAD데이터와의 오차 분석 RP에 대한 전반적 조사

목차

1. Parameter와 실제 현상에서의 LD Scan Speed 비교

2. 공작물과 CAD데이터와의 오차 분석

3. RP에 대한 전반적 조사

(1) RP(Rapid Prototyping)의 개요

(2) CAD와 RP의 관계

(3) RP 기술의 역사와 종류 및 보급현황

(4) RP와 NC 가공의 관계

본문내용

Object Manufacturing), FDM(Fused Deposition Modeling) 등의 방식이 개발되었으며, 현재 전 세계적으로 5,000대 정도가 사용되고 있다. 현재 국내의 보급상태는 공공기관 또는 학교와 연구소로는 과학기술원, 부산대학교, KIST, 서울대학교, 인하대학교, 중소기업진흥공단에서 활용하고 있으며, 산업계에서는 주로 자동차 및 가전제품회사를 중심으로 시제품 개발에 활용하고 있다.
① SLA (Stereo Lithography Apparatus, 광조형 법)
재료에 광 에너지를 가하면 화학적 작용이나 열작용에 의해 소재의 일부분에 변화가 일어난다. 이 현상을 응용하여 유동성 소재를 선택적으로 경화시키며 원하는 형상의 입체 물을 비 접촉으로 만들어 낼 수 있다. 광에 의한 많은 변화 현상 중 광 경화에 의한 방식을 이용한 RP공정을 광 조형 법(SLA)이라고 한다. 조형 원리는 위 그림과 같이 탱크 내(Vat)에 광경화성 수지(Photopolymer)를 채우고 광 에너지(Laser, Scanner system)를 이용하여 수지의 표면을 원하는 두께만큼 경화시킨다. 한 층의 조형이 끝나면 Movable table을 조형하고자하는 두께 만큼 내리고 Knife edge를 이용하여 평탄 화(Leveling) 작업을 실시한다. 이러한 공정을 반복하여 최종조형물(Object being fabricated)을 얻는다.
② SLS (Selective Laser Sintering, 분말 소결 법)
빔 가열에 의해 분말 입자를 상호 결합하여 적층 조형하는 방법이다. 미국 텍사스대학에서 최초로 연구 되었으며 DTM사에서 실용화되었다. 지지 대가 필요 없고 분말 재료로서 왁스, 수지 이외에 금속이나 세라믹을 사용한다. 조형원리는 위 그림에서 보듯이 Roller를 이용하여 분말을 Build cylinder안에 공급하여 도포하고, 원하는 부위를 레이저로 소결한다. Powder delivery piston과 Fabrication piston이 연동하여 다시 분말을 일정 량 공급하고 Build cylinder는 그 양에 맞는 두께만큼 내려가게 된다. 이런 과정을 반복하여 최종 조형물(Object being fabricated)을 얻는다.
③ FDM (Fused Deposition Modeling, 수지 압출 법)
위 그림과 같이 가는 노즐(Extrusion nozzle)로 필라멘트 재료를 압출하여 가는 선 모양으로 면상에 주사시킴으로 써 적층, 조형 하는 방식이다. ABS나 나일론 등 범용수지를 사용할 수 있고, 금속 조형물이나 기능 체크를 필요로 하는 수지부품의 용도로 많이 응용되고 있다.
④ LOM (Laminated Object Modeling, 시트 적층 법)
다른 적층 방식처럼 얇은 층을 만들면서 조형하지 않고 종이나 목재 등의 시트 재료를 슬라이스 데이터로 절단하여 적층하는 공정이다. 핵심 기술은 절단 방법과 시트 접착 법에 있으며 대형물 제작이 가능하고 목형과 유사한 재질을 사용할 수 있다. 위 그림은 재료는 종이를 쓰고, 절단 방법은 레이저를 이용한 간단한 LOM공정을 나타낸 것이다.
⑤ 3DP (Three Dimensional Printing, 3차원 프린팅 기법)
위 그림과 같이 잉크젯 헤드로부터 바인더를 원하는 부위의 파우더에 떨어뜨려 결합시킴으로써 한층을 고화시키는 공정으로 재료 공급과정은 SLS공정과 유사하다. 모든 층이 조형된 후 물리적 강도를 높이기 위해 후 경화 과정을 거친다. 잉크젯 방식의 일종으로 가격대가 낮아 보석업계나 예술분야에서 형상 확인을 위한 용도로 많이 응용되고 있다.
⑥ Inkjet Printing Method (잉크젯 방식)
위 그림과 같이 잉크젯의 노즐로부터 가열 용융된 액체 방울을 연속적으로 떨어뜨려 퇴적 고화시키는 방식으로 점상의 입자를 연결시킴으로써 선 상물을 형성할 수 있고 또, 이를 면상으로 주사하여 얇은 층을 만들어 적층하는 공정이다.
⑦ LENS (Laser Engineering Net Shaping)
고출력 Nd:YAG 레이저를 이용하여 금속 분말을 녹여 적층시키는 방식으로 미국의 Optomec Design사에 의해서 1997년에 상용화되었다.
(4) RP와 NC 가공의 관계
RP의 장단점은 다음과 같다.
장 점
단 점
①복잡한 내부 형상가공
②가공 시간 및 비용 단축
③능숙한 기술 불필요(자동화)하고 변경 및 수정이용이
④소음이 없고 환경 친화적
①완전한 3차원 CAD 데이터를 전제
②대상 재료에 대한 제한
③기존 절삭가공에 비해 상대적으로 낮은 정밀도 및 표면 거칠기
④후처리 공정의 불편
따라서 이를 바탕으로 NC가공과의 관계를 알아보면 다음과 같다.
CAD로부터 데이터를 받아 실물을 만든다는 면과 정교한 수치제어가 필요하다는 점에서는 RP와 NC가공에는 차이점이 없다. 그러나 NC가공에서는 공구간섭에 의하여 가공하기 어려운 형상이 많으므로, 3축 MILLING에서는 2.5차원의 형상에 대해서만 가공이 가능하다. 5축 이상의 NC-MILLING에서는 3차원 형상을 가공할 수 있지만, 이것도 공구 간섭에 의해 많은 제약을 받고 있다. 반면에 RP는 CUTTER를 사용하지 않기 때문에 임의의 형상을 만들 수 있는 능력이 있다. 심지어 NC가공으로 도저히 불가능한, 속이 비어 있는 형상까지도 만들어 낼수 있다. RP와 NC는 이런 의미에서 상호 보완적이다.
제품개발단계에서는 RP는 NC가공을 대체하고 있다. 통상 개발단계에서는 수정할 경우가 많아 고가의 금형을 만들 수 없으므로, RP에 의해 시제품을 만들게 된다. 또한 금형이 필요한 경우에도 NC가공에 의하지 않고 시작금형을 RP를 이용하여 제작하고, 최종 양산단계에서만 NC가공에 의해 금형을 만드는 방법을 취한다.
※참고문헌
http://www-iedt.kyungpook.ac.kr/mat/new/sh8.htm
http://www.gemtec.co.kr/chamgo/rp-machines.htm
http://www.ka-tech.com/tech/report2/rp.html
http://cupid.kitech.re.kr/rpd/rp_tech_2.html

키워드

RP,   Rapid Prototyping,   기계실험,   공작,   결과,   고찰,   보고서