캡스톤 디자인 주제발굴기계로봇공학과 _ 강경훈 , 송준일

INDEX 1. 기업 소개2. 산업 분야 소개3. 문제점 인식4. 아이디어 구상5. 주제 발굴6. 3D 모델링7. 활용방안 및 기대효과8. 향후 과제

IN-DEX

기업 소개

기업 소개

㈜프로토텍

FDM 기술 및 PolyJet 기술을 사용하는 3D 프린터 분야 세계 1 위 Stratasys 의 3D

프린터를 시제품 제작 및 기술지원 , 판매를 하는 한국 3D 프린팅 업계 최대 기업

산업 분야 소개

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 산업

3D 프린팅 RP(Rapid Prototyping)

의료 건축

예술

패션

항공 / 우주

엔터테인먼트

자동차

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 과정

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

높은 내구성– ABS 수지 사용– 양산품에 준하는 품질– 반투명 재질

기능성– 정전기 방지– 뛰어난 강성– 치공구 제작바로 사용가능– 뛰어난 강성– 인체에 무해– 음식 , 약재용 포장재고성능– 뛰어난 난연성– 높은 내화학성– 낮은 독성– 완성품 제작 가능

열가소성 수지 ( 고체 필라멘트 )

산업 분야 소개 - PolyJet 방식

UV Light

UV Light

Poly-jet

heads

Printing Block

Model

Tray

Jetted material

잉크젯기술과 광경화성수지 기술이 결합된 고해상도의 3 차원 플랫폼으로 , 800 개의 노즐을 통해 분사되는 액상의 광경화성수지 (Photopolymer) 를 자외선으로 동시에 경화시켜 가며

모델을 제작하는 방식

산업 분야 소개 – PolyJet 재료

경질재료– 다목적 반투명 재료– PP 와 유사한 재료– 높은 내열성을 지닌 재료– ABS 와 흡사한 재료– 투명 재료연질재료– 높은 신장도– 다양한 Shore 경도값– 높은 인열 저항의료용 재료– 보청기용 재료– 투명 재료– 치과용 재료복합재질– 디지털 재료

(Digital Materials™)

광경화성 수지 ( 액체 카트리지 )

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 산업의 현주소

3D 프린팅은 4 차 산업혁명의 핵심 미래 기술 중 하나로 선정

산업 분야 소개 - 3D 프린팅 산업의 미래

1 가구 1 프린터 시대

즉시 사용가능한 완벽한 형상완성도

문제점 인식

문제점 인식 - 현재 산업의 문제점

프린터 및 재료의 가격문제 - 높은 정밀도가 필요한 산업용 프린터는 천만원 ~ 억대 가격형성 - 100x100x100[mm] 의 정육면체 제작 시 재료비용만 수십만원

제작완성도의 한계 - 비싼 가격의 산업용 프린터도 레이어 두께가 최소 0.01mm 이상 생산성 및 환경적 한계 - 100x100x100[mm] 의 정육면체 제작 시 약 5 시간정도 소요

문제점 인식 – 재료의 가격문제고가의 프린터기와 재료

문제점 인식 - 버려지는 재료들

- 버려지는 서포트재료 -

한가지 모델을 만들기 위해서 버려지는 재료의 양이 상당함

문제점 인식 - 버려지는 재료들한가지 모델을 만들기 위해서 버려지는 재료의 양이 상당함

- 3D 프린팅에 실패할 경우 -

아이디어 구상

아이디어 구상 – 3D 프린팅 재료비 절감방법플라스틱은 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

PolyJet Recycler

FDM Recycler 열 가소성 수지 ( 고체 )

광 경화성 수지 ( 액체 )

재료별 녹는점에 맞추어 녹인 후 필라멘트 형태로 응고

알코올 등 유기용매에 녹인 후 원료통에 주입

3D 프린팅 제작에 실패해 쓰레기가 되어버리거나 , 서포트로 사용되어 형상제작에 도움을 준 후 버려지게 되는 필라멘트를 모아 녹여서 다시 재사용할 수 있게 해주는 기기

3D Recycler

주제 발굴 – 3D Recycler 작동원리

FDM 방식의 재료 열 가소성 플라스틱을 분쇄시켜 미립화

미립화된 플라스틱을 녹는점이 낮은 순서대로 액체로 용융

액상 플라스틱을 필라멘트 모양으로 압출시키며 응고

재료의 재사용

FDM 3D Recycler

PolyJet 방식의 재료 광 경화성 플라스틱을 분쇄시켜 미립화

유기용매를 혼합시켜 분쇄된 재료를 용융

유기용매를 건조 / 분류시킨 후 플라스틱을 카트리지에 주입

재료의 재사용

PolyJet 3D Recycler

재료의 발화를 막기위하여 산소차단 아세톤 등 유기용매 투입

3D 모델링

3D 모델링 – FDM 3D Recycler

3D 모델링 – FDM 3D Recycler

분쇄용 톱니

열 전달부

온도선택버튼 및 디스플레이

덮개

필라멘트 압출기

카트리지 투입구

3D 모델링 – FDM 3D Recycle – 재료적용

3D 모델링 – PolyJet 3D Recycler

3D 모델링 – PolyJet 3D Recycler

분쇄용 톱니

유기용매 혼합실

온도선택버튼 및 디스플레이

덮개

액상 카트리지 주입기

카트리지 투입구

유기용매 투입구

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 .