D-Surface 형상의 극저밀도 금속 제조법 :Fabrication of a Ultralow Density Metal with D-Surface

최정명

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최정명 (전남대학교, 전남대학교 일반대학원)

지도교수: 강기주

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

와이어 직조에 기반한 극저밀도 재료의 제조법

최정명 , Liu Gang , 강기주 대한기계학회 논문집 A권 2017.08 학술저널

2016

D-Surface 형상의 극저밀도 금속 제조법

최정명 기계공 2016.01 학위논문

2015

D-Surface 형상의 극저밀도 금속 제조법

최정명 , 류강 , 강성용 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2015.04 학술대회자료

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최근 수년 동안, Micro Architecture이면서 Ultralow Density(10-2g/cc 이하)를 갖는 새로운 종류의 재료가 소개되었다. Microlattice, Nanolattice, Mechanical Metamaterials가 그 예인데 박막으로 구성되고 hollow tube truss 형상을 가지는 공통점이 있다. 2014년, truss 형태가 아닌 Shell의 구조를 가지는 Shellular가 소개되었다. 이 재료는 구조적으로 안정한 형태를 가지고 있어 기존의 Microlattice, Nanolattice 보다 높은 강도를 가지는 것으로 확인되었다.
Shell 로 구성된 구조체를 연구하던 중 모든 면에서 일정한 곡률을 가지는 shell 의 형상인 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface; 이하 TPMS) 중 D-Surface 가 기존에 연구되었던 WBK-Q 형태에서 unit cell 내부가 채워진 partially-filled 와 비슷한 구조를 가지는 것이 확인되었다. TPMS 은 a single continuous smooth-curved shell은 stretching dominate stable structure이기 때문에, 좋은 기계적 물성을 가질 것으로 기대된다.
이 논문에서는, TPMS의 D-Surface 형상을 가지는 새로운 Micro Architecture인 W-Shellular를 소개한다. 이 구조체는 lithography 방법이 아닌 유연한 폴리머 와이어의 직조를 통한 방법으로 template가 제작된다. FEA를 통해 최적화된 형상을 제시하고, 그에 따라 제작된 구조체는 압축시험을 통해 기계적 특성을 확인하였으며, 기존의 Micro Architecture 들과의 비교를 통해 성능을 평가하였다.

1. 서론 3
1.1 기존의 Micro Architecture 3
1.2 Triply Periodic Minimal Surface 8
1.3 연구 목적 11
2. 제작 12
2.1 직조 원리 12
2.1.1 와이어 고정 12
2.1.2 제작 순서 13
2.2 W-Shellular 제작 16
2.2.1 프레임 제거 16
2.2.2 UV resin 코팅 17
3. FEA 해석을 통한 W-Shellular의 최적화 20
3.1 최적화의 필요성 20
3.2 Volume fraction 20
3.2.1 Volume fraction에 따른 강도 비교 21
3.3 Open, Closed-side 23
3.3.1 Open, Closed-side의 강도 비교 24
3.4 단면의 형상 24
3.4.1 단면의 형상에 따른 강도 비교 26
3.5 최적화 모델링 27
4. Shell 구조의 W-Shellular 28
4.1 폴리싱 28
4.2 무전해 니켈 도금 29
4.3 에칭 31
5. 실험 32
5.1 실험 시편 32
5.2 압축 시험 32
6. 결과 34
7. 결론 36
참고문헌 38
Abstract 39

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