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3D프린터의 제조 방식에 따른 분류와 적용 방안 모색 보고서

3D 프린터에 대한 전반적인 내용과 사출 방식에 대해 조사한 레포트입니다. 각 방식에 대한 문제점, 그 문제점을 해결하기 위한 방안들을 간략하게 요약했습니다.
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최초등록일 2024.12.13 최종저작일 2017.07
3D프린터 제조 방식 보고서 리포트
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3D프린터의 제조 방식에 따른 분류와 적용 방안 모색 보고서
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    소개

    3D 프린터에 대한 전반적인 내용과 사출 방식에 대해 조사한 레포트입니다.
    각 방식에 대한 문제점, 그 문제점을 해결하기 위한 방안들을 간략하게 요약했습니다.

    목차

    0.Abstract

    1. 서론
    1.1 용어 정의
    1.2 연구 문적과 필요성
    1.3 연구 문제

    2. 이론적 배경
    2.1 3D 프린터
    2.2 생산 공정

    3. 연구방법
    3.1 탐색적 연구

    4. 결과 및 토의
    4.1 Material Extrusion
    4.2 Material Jetting
    4.3 Binder Jetting
    4.4 Sheet Lamination
    4.5 Vat Photopolymerization
    4.6 Powder Bed Fusion
    4.7 Directed Energy Deposition
    4.8 추가적인 문제 해결 방안

    5. 결론

    6. 참고문헌

    본문내용

    Abstract
    3D 프린터는 CAD 파일을 통해 제품을 만들어 낼 수 있는 기기로서 최근 4차 산업혁명의 도래와 같이 제조업의 혁명을 일으킬 것으로 주목받고 있다. 따라서 3D 프린터가 제품을 제조하는 방식에 따라 3D 프린터를 분류해 보았고 그에 따른 장단점을 제시하였다. 또한 기존의 제조 방법을 대체하여 산업에 적용될 수 있는 방안에 대해 문헌과 사례를 조사하였으며 향후 추가적으로 진행되어야 할 연구들에 대해 제시해 보았다.

    1. 서론
    1.1 용어 정의
    3D 프린터는 CAD(computer aided design)를 사용하여 제품을 디자인하고, 그 데이터를 바탕으로 소재를 한 층씩(layer by layer) 인쇄하여 3차원 구조물을 만드는 기기이다[1]. CAD 프로그램은 STL 파일 형식을 지원해야 하며, Autodesk사의 123D Design이 무료로서 많이 사용된다. 이 외에 3D 프린터를 구동시키는 소프트웨어도 마를린과 같이 무료로 사용할 수 있는 것도 존재한다.

    1.2 연구 문적과 필요성
    3D 프린터는 30년 이상이 지난 기술이고, 여러 제조 방법들이 제시되어왔다. 최근 제조업의 혁명을 일으킬 것으로 전보다 크게 각광을 받고 있다.
    기존의 제조업들은 고정된 구조의 금형을 만들어야 한다. 금형의 가격은 상당하며 영구적이지 않기 때문에 마모량 등을 통해 수명을 예측해주어야 한다. 또한 기존의 제조업은 생산한 물품들을 다른 지역으로 이송해주어야 하므로 운송비 등이 추가적으로 들게 된다.
    3D 프린터를 사용하면 금형 제작이 없이 자유로운 형상을 제작할 수 있다. 기존 금형으로 만들 수 없던 형상 또한 제작이 가능하다. 제대로 된 CAD 도면만이 필요하기 때문에 금형 기술 습득에 필요한 시간과 노력에 비하여 빠르게 작업이 가능하다. 또한 분산 생산이 가능하고 부품 조달이 용이하기 때문에 기업이 운용되는 방식과 물품이 유통되는 구조 자체에도 큰 영향을 줄 수 있다[2].

    참고자료

    · 이기훈, 장수영, 이소영, & 서민호. (2014). (세상을 변화시키는 새로운 혁명) 3D 프린터 A to Z. 서울: 인투북스.
    · 신영문. (2015). 3d 프린터의 종류와 활용 실태. 고분자 과학과 기술, 26(5), 404-409.
    · Kalpakjian, S., Schmid, S. R., 김낙수, , & 역. (2014). 공업재료가공학 (5판 ed.). 서울: 성진미디어.
    · F42 on addictive manufacturing technologies.(2012). ASTM International
    · Torrado, A. R., Shemelya, C. M., English, J. D., Lin, Y., Wicker, R. B., & Roberson, D. A. (2015). Characterizing the effect of additives to ABS on the mechanical property anisotropy of specimens fabricated by material extrusion 3D printing doi:https://doi.org/10.1016/j.addma.2015.02.001
    · 3D systems사. Retrieved 11/30, 2017, from
    · https://www.3dsystems.com/3d-printers/projet-mjp-5600
    · Stratasys 사. Retrieved 11/30, 2017, from
    · http://www.stratasys.co.kr/3d-printers/production-series/connex3-systems
    · Cordero, Z. C., Siddel, D. H., Peter, W. H., & Elliott, A. M. (2017). Strengthening of ferrous binder jet 3D printed components through bronze infiltration doi:https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.03.011
    · Bernasconi, R., Credi, C., Tironi, M., Levi, M., & Magagnin, L. (2017). Electroless metallization of stereolithographic photocurable resins for 3D printing of functional microdevices. Journal of the Electrochemical Society, 164(5), B3059-B3066.
    · King, W., Anderson, A., Ferencz, R., Hodge, N., Kamath, C., Khairallah, S., et al. (2015). Laser powder bed fusion additive manufacturing of metals; physics, computational, and materials challenges. Applied Physics Reviews, 2(4), 041304.
    · 변재규, & 조상명. (2016). 용접에 의한 Metal 3D printing 의 동향. 대한용접· 접합학회지, 34(4), 1-8.
    · Afazov, S., Okioga, A., Holloway, A., Denmark, W., Triantaphyllou, A., Smith, S., et al. (2017). A methodology for precision additive manufacturing through compensation. Precision Engineering.

  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. Material Extrusion
      Material Extrusion is a widely used 3D printing technology that involves the extrusion of a thermoplastic material through a nozzle to create 3D objects. This process is relatively simple and cost-effective, making it accessible to a wide range of users, from hobbyists to industrial manufacturers. One of the key advantages of Material Extrusion is its ability to produce complex geometries with a high level of detail and precision. Additionally, the wide range of available materials, including PLA, ABS, and PETG, allows for the creation of a diverse array of end-products. However, the layer-by-layer nature of the process can result in visible seams or 'stair-stepping' effects, which may be a concern for some applications. Ongoing research and development in the field of Material Extrusion aim to address these limitations and further improve the quality and efficiency of this 3D printing technology.
    • 2. Material Jetting
      Material Jetting is a 3D printing technology that involves the selective deposition of droplets of photopolymer resin onto a build platform, which are then cured using UV light. This process allows for the creation of highly detailed and complex parts with a smooth surface finish, making it well-suited for applications such as dental and medical device manufacturing, as well as the production of high-quality prototypes. One of the key advantages of Material Jetting is its ability to print multiple materials simultaneously, enabling the creation of multi-material parts with varying properties. Additionally, the use of photopolymer resins allows for the production of parts with high dimensional accuracy and resolution. However, the cost of the equipment and materials, as well as the limited range of available materials, can be a barrier to wider adoption. Ongoing research in the field of Material Jetting aims to address these limitations and expand the capabilities of this 3D printing technology.
    • 3. Binder Jetting
      Binder Jetting is a 3D printing technology that involves the selective deposition of a liquid binder onto a bed of powdered material, such as metal, sand, or ceramic. This process allows for the creation of complex, intricate parts without the need for support structures, as the surrounding powder acts as a support during the printing process. One of the key advantages of Binder Jetting is its ability to produce parts with a high level of detail and complexity, as well as its relatively low cost compared to other 3D printing technologies. Additionally, Binder Jetting can be used to print a wide range of materials, including metals, ceramics, and even food-grade materials. However, the post-processing required to strengthen and densify the printed parts can be time-consuming and labor-intensive. Ongoing research in the field of Binder Jetting aims to improve the mechanical properties of the printed parts, as well as to streamline the post-processing steps.
    • 4. Sheet Lamination
      Sheet Lamination is a 3D printing technology that involves the stacking and bonding of thin sheets of material, such as paper, metal, or plastic, to create a 3D object. This process is relatively simple and can be used to produce parts with a high level of structural integrity and dimensional accuracy. One of the key advantages of Sheet Lamination is its ability to create parts with a smooth surface finish, as the layers are bonded together without the need for additional post-processing. Additionally, the use of a wide range of materials, including metals and ceramics, allows for the creation of a diverse array of end-products. However, the layer-by-layer nature of the process can result in visible seams or 'stair-stepping' effects, which may be a concern for some applications. Ongoing research in the field of Sheet Lamination aims to improve the bonding techniques and to expand the range of available materials, further enhancing the capabilities of this 3D printing technology.
    • 5. Vat Photopolymerization
      Vat Photopolymerization is a 3D printing technology that involves the selective curing of a liquid photopolymer resin using a light source, such as a laser or a DLP (Digital Light Processing) projector. This process allows for the creation of highly detailed and complex parts with a smooth surface finish, making it well-suited for applications such as jewelry, dental, and medical device manufacturing. One of the key advantages of Vat Photopolymerization is its ability to produce parts with a high level of dimensional accuracy and resolution, as well as its relatively fast printing speed. Additionally, the use of photopolymer resins allows for the creation of parts with a wide range of mechanical properties, from rigid to flexible. However, the limited range of available materials and the potential for part warping or shrinkage during the curing process can be a concern. Ongoing research in the field of Vat Photopolymerization aims to address these limitations and expand the capabilities of this 3D printing technology.
    • 6. Powder Bed Fusion
      Powder Bed Fusion is a 3D printing technology that involves the selective melting or sintering of a powdered material, such as metal, plastic, or ceramic, using a high-energy heat source, such as a laser or an electron beam. This process allows for the creation of highly complex and durable parts with a high level of detail and precision. One of the key advantages of Powder Bed Fusion is its ability to produce parts with superior mechanical properties, making it well-suited for industrial and aerospace applications. Additionally, the wide range of available materials, including titanium, stainless steel, and cobalt-chrome, allows for the creation of a diverse array of end-products. However, the high cost of the equipment and materials, as well as the need for specialized post-processing, can be a barrier to wider adoption. Ongoing research in the field of Powder Bed Fusion aims to improve the efficiency and cost-effectiveness of this 3D printing technology, as well as to expand the range of available materials.
    • 7. Directed Energy Deposition
      Directed Energy Deposition (DED) is a 3D printing technology that involves the deposition of a powdered or wire-based material onto a substrate, which is then melted using a high-energy heat source, such as a laser or an electron beam. This process allows for the creation of large, near-net-shape parts with a high level of dimensional accuracy and material properties. One of the key advantages of DED is its ability to repair or add material to existing parts, making it a valuable tool for maintenance and repair applications in industries such as aerospace and automotive. Additionally, the wide range of available materials, including metals, ceramics, and composites, allows for the creation of a diverse array of end-products. However, the high cost of the equipment and the need for specialized expertise can be a barrier to wider adoption. Ongoing research in the field of DED aims to improve the efficiency and cost-effectiveness of this 3D printing technology, as well as to expand the range of available materials and applications.
    • 8. 3D 프린터 정밀도 향상
      3D 프린터의 정밀도 향상은 3D 프린팅 기술의 발전에 있어 매우 중요한 과제입니다. 정밀도 향상을 통해 3D 프린팅 기술은 더욱 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있으며, 제품의 품질과 성능이 향상될 것입니다. 이를 위해서는 프린터 하드웨어의 개선, 소프트웨어 알고리즘의 최적화, 소재 개발 등 다양한 측면에서의 노력이 필요합니다. 특히 마이크로미터 단위의 정밀도를 달성하기 위해서는 정밀한 모터 제어, 진동 및 열 변형 최소화, 고해상도 센서 등의 기술 발전이 요구됩니다. 또한 3D 프린팅 공정 중 발생할 수 있는 오차 요인을 최소화하기 위한 실시간 모니터링 및 피드백 제어 기술도 중요합니다. 이러한 노력을 통해 3D 프린팅 기술은 더욱 정밀하고 신뢰성 있는 제품 생산이 가능해질 것으로 기대됩니다.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      3D 프린터의 제조 방식에 따른 장단점을 살펴보고 각 방식의 실제 적용 사례와 향후 연구 방향을 제시하였다.

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