잉크젯프린터의 처짐량 개선을 위한 위상 최적화 기반 형상 설계 (Study on the Optimal Design for Reducing Deflection in Inkjet Printer Using Topology Optimization Technique)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 24권 / 12호 / 328 ~ 334페이지
· 저자명 : 오민성, 홍석무

초록

잉크젯프린팅(Inkjet Printing)은 OLED 발광소재를 플라스틱 기판에 분사해 디스플레이 픽셀을 재현하는 정밀기술로 고정밀 스테이지가 적용되어 위치 정확도는 ±3um로 예측된다. 그러나 잉크젯프린트는 구조상 후방에서 전체를고정하는 Back plate에 다양한 부품들이 볼팅으로 고정되기 때문에 외팔보와 같은 처짐이 발생하게 된다. 이는 프린팅과정에서 오차를 유발하고 결과물 정밀도 하락, 불량률 상승과 같은 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 잉크젯프린터의 부품들에 대한 처짐 정도를 확인하고, 변경 가능한 부품의 형상에 위상 최적화를 적용하여 기존 모델과 동일한 중량으로 처짐을 개선하는 것을 목적으로 한다. 먼저 단순화된 잉크젯프린트의 전체 모델에 대하여 부품의 처짐 정도와 원인을 확인하기 위해 유한요소해석을 진행하였다. 이후 처짐 개선을 위해 변경 가능한 Back plate와 리브 구조에위상 최적화를 적용하여 중량은 동일하되 처짐량을 개선할 수 있는 구조로 요소(mesh)를 재구성하였다. 재구성된 잉크젯프린터 모델로 진행한 FEA 결과 기존 대비 Top plate의 처짐량이 Top plate가 –Z 축 방향으로 2.45 mm에서 1.03 mm로 약 58.07%, Base plate의 처짐량이 0.123 mm에서 0.117 mm으로 약 5.3% 감소시켰다. 본 연구를 통해 위상최적화를 적용한 구조변경을 통해 잉크젯프린팅과 같은 정밀 기술의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 증명했다.

영어초록

Inkjet printing is a precise technology that reproduces display pixels by spraying OLED luminescent materials onto a plastic substrate with a fixed stage applied to achieve a positional accuracy of ±3 um. However, due to the structural nature of inkjet printers, sagging can occur, causing errors during the printing process and having negative effects such as reduced precision of the final product and increased defect rate. The aim of this study is to improve sagging by applying topology optimization to changeable component shapes while maintaining the same weight as an existing model. Finite element analysis was performed to confirm the degree and cause of sagging, and topology optimization was applied to changeable back plates and rib structures. The FEA results from the reconstructed inkjet printer model showed that the deflection of the top plate decreased from 2.45 mm to 1.03 mm in the -Z direction, a reduction of approximately 58.07%. The deflection of the base plate decreased from 0.123 mm to 0.117 mm, a reduction of approximately 5.3% compared to the original. The results show that the stability of precision technology such as inkjet printing can be improved through structural changes applied with topology optimization.

참고자료

· 없음