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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박용호
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
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3D프린팅 또는 적층제조(additive manufacturing, AM) 기술은 높은 디자인 자유도의 특성을 보유하여 기존의 제조방식으로는 구현이 불가능했던 다양한 형상 제품의 구현이 가능한 첨단 제조기술이다. AM은 활용 소재 및 목적에 따라 다양한 구동 방식이 존재하며, 대표적인 AM 공정에는 selective laser melting (SLM), direct energy deposition (DED), selective laser sintering (SLS), stereolithography (SLA), fused deposition modeling (FDM), digital light processing (DLP) 등이 있다. 대표적인 광경화 폴리머 소재 기반 3D프린팅 기술인 digital light processing (DLP)은 면단위의 광원을 조사, 적층하기 때문에 타 3D프린팅 기술에 비해 출력속도가 빠르고, 제품 정밀도 및 품질이 높은 장점이 있다. 그러나 DLP 광경화 제품은 광경화 소재 특성 및 3D프 린팅 제품의 이방성으로 인해 낮은 기계적 강도를 가져, 이를 해결 할 방안이 요구되어 왔다.
본 연구에서는 그래피틱 카본나이트라이드 (graphitic carbon nitride, GCN)를 DLP 용 광경화 에폭시 아크릴레이트계 (epoxy acrylate, EA) 소재의 기계적 특성 향상을 위한 새로운 강화재로써 제시하고자 하였다. GCN은 가격이 저렴하고, 합성이 쉬우며, 무독성의 탄소질화물 재료로써 분자구조 내 다량의 수소결합 모티브 (-NH 2 , -NH)를 보유 하기 때문에 특정 모재 물질에 첨가 시 강도 향상을 유도하는 강화재로의 활용이 가능하다. 그러나 GCN은 EA 내 불용성이므로 GCN을 DLP용 EA 폴리머의 강화재로 사용하기 위해서는 이에 따른 최적 분산 방안 선정이 요구된다. 본 연구에서는 GCN의 분산을 위해 planetary mixing & ultrasonication 분산 공정을 적용하였으며, 분산도 측정결과 분산 처리된 서스펜션의 시간의 따른 침전정도가 분산 처리되지 않은 서스펜션 대비 절반 수준임을 확인하였다. 또한 분산된 GCN/EA 복합소재 (1wt% GCN)를 DLP 3D프 린팅에 적용하여 프린터빌리티를 테스트하였으며, 그 결과로 분산되지 않은 소재의 출력 물은 치수 오차가 27.7 - 36.2% 로 큰 값을 나타내는 반면, 분산된 소재의 출력물은 치수 오차가 0.3 ? 1.3%의 작은 값을 나타냄을 확인, 본 연구의 분산 공정 성능이 우수함을 확인하였다. 이 후 DLP 3D프린팅을 통해 분산 처리된 GCN 함량별 (0.005 - 0.03 wt%) GCN/EA 복합소재의 인장시편을 출력하여, 인장강도를 측정하였다. 인장시험결과 에서 인장강도와 탄성계수 값이 각각 75.56 MPa, 3,396 MPa 으로 측정돼 기존 neat EA 시편 대비 22% (인장강도), 34% (탄성계수) 향상됨을 을 확인하였다. 최종적으로 인장시편의 파단면 및 표면 OM 관찰을 통해 인장시편의 GCN 함량에 따른 인장거동과 agglomeration 정도를 분석할 수 있었다. 본 연구의 강도 향상 결과를 바탕으로, 향후 DLP 출력 GCN/EA 복합소재 제품이 자동차, 조선, 항공 등의 산업 분야 내 부품으로 활용이 가능할 것으로 전망된다.
본 연구에서는 그래피틱 카본나이트라이드 (graphitic carbon nitride, GCN)를 DLP 용 광경화 에폭시 아크릴레이트계 (epoxy acrylate, EA) 소재의 기계적 특성 향상을 위한 새로운 강화재로써 제시하고자 하였다. GCN은 가격이 저렴하고, 합성이 쉬우며, 무독성의 탄소질화물 재료로써 분자구조 내 다량의 수소결합 모티브 (-NH 2 , -NH)를 보유 하기 때문에 특정 모재 물질에 첨가 시 강도 향상을 유도하는 강화재로의 활용이 가능하다. 그러나 GCN은 EA 내 불용성이므로 GCN을 DLP용 EA 폴리머의 강화재로 사용하기 위해서는 이에 따른 최적 분산 방안 선정이 요구된다. 본 연구에서는 GCN의 분산을 위해 planetary mixing & ultrasonication 분산 공정을 적용하였으며, 분산도 측정결과 분산 처리된 서스펜션의 시간의 따른 침전정도가 분산 처리되지 않은 서스펜션 대비 절반 수준임을 확인하였다. 또한 분산된 GCN/EA 복합소재 (1wt% GCN)를 DLP 3D프 린팅에 적용하여 프린터빌리티를 테스트하였으며, 그 결과로 분산되지 않은 소재의 출력 물은 치수 오차가 27.7 - 36.2% 로 큰 값을 나타내는 반면, 분산된 소재의 출력물은 치수 오차가 0.3 ? 1.3%의 작은 값을 나타냄을 확인, 본 연구의 분산 공정 성능이 우수함을 확인하였다. 이 후 DLP 3D프린팅을 통해 분산 처리된 GCN 함량별 (0.005 - 0.03 wt%) GCN/EA 복합소재의 인장시편을 출력하여, 인장강도를 측정하였다. 인장시험결과 에서 인장강도와 탄성계수 값이 각각 75.56 MPa, 3,396 MPa 으로 측정돼 기존 neat EA 시편 대비 22% (인장강도), 34% (탄성계수) 향상됨을 을 확인하였다. 최종적으로 인장시편의 파단면 및 표면 OM 관찰을 통해 인장시편의 GCN 함량에 따른 인장거동과 agglomeration 정도를 분석할 수 있었다. 본 연구의 강도 향상 결과를 바탕으로, 향후 DLP 출력 GCN/EA 복합소재 제품이 자동차, 조선, 항공 등의 산업 분야 내 부품으로 활용이 가능할 것으로 전망된다.
목차
1. 서론 12. 이론적 배경 42.1 Digital light processing 3D printing 42.2 광중합 반응 62.3 그래피틱 카본나이트라이드 83. 실험 방법 113.1 GCN/EA 복합소재 제조 113.2 DLP 3D프린팅 113.3 특성 분석 124. 실험 결과 및 고찰 134.1 GCN의 구조 및 특성 134.1.1 형상학적 분석 134.1.2 XRD 및 FT-IR 분석 174.2 복합소재의 분산성 분석 204.3 분산된 복합소재의 DLP 프린터빌리티 분석 254.4 GCN/EA 복합소재 DLP 출력물의 기계적 특성 345. 결 론 40참고문헌 41
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