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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

임현욱 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

지도교수
윤경환
발행연도
2018
저작권
단국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수11

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

펨토초 레이저를 이용한 금형소재의 미세패턴 제작에 관한 연구
임현욱 기계공학과 열유체 전공 2018.01 학위논문

2017

펨토초 레이저를 이용한 금형 소재의 미세패턴 제작에 관한 연구
임현욱 ,  황택용 ,  라문우 외 3명 한국소성가공학회 학술대회 논문집 2017.10 학술대회자료

초록· 키워드

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본 연구에서는 금속표면에 펨토초 레이저로 가공 가능한 LIPSS(laser-induced periodic surface structures)와 마이크로 크기의 원뿔 형상 제작에 대한 연구를 진행하였다. 선행 연구로 Ni 표면에 상대적으로 낮은 플루언스 영역에서 형성되는 LIPSS를 65의 입사각도로 가공하였으며, 이렇게 형성된 세 가지 타입의 LIPSS에 대하여 Sipe의 이론을 이용하여 주기를 예측하였다. 본격적인 연구로는 정밀금형소재로 사용되는 STAVAX ESR에 자연형성 패턴인 수~수십 마이크로 크기의 원뿔 형상의 미세패턴을 펨토초 레이저를 이용하여 가공하였다. 다양한 공정조건을 이용하여, 약 2 ~ 20 μm 의 주기범위를 가지는 parabolic-pillar와 약 5~70 μm 의 주기범위를 가지는 irregular structure를 가공하였다. 본 실험에서 빔 초점지름(beam spot diameter), 반복률(repetition rate), 스캔속도(scan speed), 그리고 레이저 플루언스(fluence) 와 같은 공정조건을 제시하였으며, 공정조건에 따른 패턴의 주기 및 높이 변화 경향을 확인하였다. 또한 제시한 공정조건 영역 내에서 생성 가능한 패턴의 크기를 예측하기 위해 레이저강도계수(laser intensity factor, LIF)의 개념을 도입하였다. 그 결과 같은 빔 초점지름에서 LIF에 의한 패턴주기곡선을 나타낼 수 있었으며, 추후 가공 시 조건을 대입하여 패턴의 주기를 예측할 수 있는 가능성을 열어 두었다. 또한 다양한 공정조건으로 가공한 STAVAX ESR의 원뿔 구조를 핫스탬핑 공법을 이용하여 PMMA에 복제하였으며, 접촉각 측정을 통해 기존에 친수성의 PMMA표면을 소수성 표면으로 변화할 수 있음을 보였다.

목차

1. 서 론 1
2. 이론적 배경 3
2. 1 펨토초 레이저 3
2. 1. 1 레이저 가공 (Laser micromachining) 3
2. 1. 2 연속파 레이저와 펄스 레이저 3
2. 1. 3 극초단 레이저 7
2. 2 펨토초를 이용한 마이크로-나노 구조 형성 8
2. 2. 1 Laser-induced periodic surface structures(LIPSS) 8
2. 2. 2 Conical micro-structures 10
2. 3 젖음성 이론 12
2. 3. 1 표면 에너지와 깁스자유에너지 12
2. 3. 2 Young’s equation 13
2. 3. 3 Wenzel and Cassie-Baxter equation 14
3. 실험 방법 및 결과 18
3. 1 실험 장비 18
3. 1. 1 Ti:sapphire femtosecond laser system 18
3. 1. 2 실험 샘플 21
3. 2 LIPSS의 제작 22
3. 2. 1 공정조건 및 형상 가공 22
3. 3 원뿔형상의 마이크로 패턴 제작 27
3. 3. 1 공정조건 선정 및 형상 가공 27
3. 3. 2 가공 결과 30
3. 3. 3 형성 가능 패턴의 종류 40
3. 3. 4 Laser intensity factor(LIF) 41
3. 4 마이크로 구조에 의한 표면 특성 46
3. 4. 1 핫스탬핑 성형 46
3. 4. 2 표면 접촉각 측정 50
4. 결 론 52
References 53
Abstract 58

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