이 논문은 전동기 내부에 화학재료가 침투되어 베어링이 손상되는 문제를 해결하기 위하여 누수가 발생되는 경우에도 사용가능한 내화학성을 가진 3D 프린팅 플라스틱 베어링을 설계하고 제작하며, 제작된 3D 프린팅 플라스틱 베어링의 내화학성 실험과 전동기의 내부에서의 내열성, 진동에 관한 실험을 하였으며, 실제 산업현장에서의 작동방법을 제시하고 마모율에 관한 연구를 설명합니다. 산업현장에서는 화학재료를 이송하기 위하여 화학공정용 전동기를 사용하는 경우가 많습니다. 이 중 다른 유형보다 46.3%의 가장 높은 문제발생 유형은 부품에서 누수가 발생되는 경우입니다. 전동기 내부에 화학재료의 침투로 인한 베어링의 손상은 지금껏 고질적인 문제로 이어지고 있습니다. 왜냐하면 화학약품에 노출된 베어링은 고착되고 분해정비가 어려우며 전동기의 정상적인 작동을 방해하여 새로운 많은 문제를 발생시키기 때문입니다. 본 연구에서는 전동기 내부에 화학재료가 침투되어 베어링이 손상되는 문제를 해결하기 위하여 누수가 발생되는 경우에도 사용가능한 내화학성을 가진 3D 프린팅 플라스틱 베어링을 설계하고 제작하였습니다. IOS 175:2010의 실험 방법을 사용하여 화학약품 4종(가성소다, 질산, 아세톤, 증류수)을 사용하여 내화학성 실험을 진행하였습니다. 설계 및 제작한 3D 프린팅 플라스틱 베어링은 내화학성 실험에서 30분간 침지 작업 시 평균 0.01g의 매우 낮은 무게변화와 평균 0.015mm의 외관과 치수의 변화를 보였습니다. 24시간 침치 작업 시 평균 1.1g의 낮은 무게변화와 평균 0.01mm의 외관과 치수의 변화를 보였습니다. 그리고 3D 프린팅 플라스틱 베어링이 장착된 3상 유도 전동기에 점진적 가혹조건을 가하여 IOS 10816와 KS C 4202의 실험방법을 사용하여 진동과 온도에 관한 실험을 진행하였습니다. 3D 프린팅 베어링은 깊은 홈 볼 베어링보다 온도가 더 높은 조건에서 0.03mm/s 안정된 진동 값을 나타냈습니다. (700RPM : 0.1℃, 1370RPM : 0.3℃) 1370RPM에서는 20분에서 60분 사이 동안 다른 값들과 다르게 불안정한 값을 나타냈으며, 일정 시간 후 최저 진동 값 0.3mm/s를 기록하며 가장 안정된 값을 보였습니다. 이것은 마찰열로 인하여 미세기공의 윤활유가 증가하게 되고 67℃ 이상 온도가 올라가면서 열팽창에 의해 윤활유가 유출되어 자기 윤활 능력이 발현된 것으로 확인됩니다. 마지막 실험으로는 설계 및 제작한 내화학성을 가진 3D 프린팅 플라스틱 볼 베어링을 실제 산업현장에서 적용하여 SODA Tank에 설치되어 있는 화학공정용 전동기의 내부에 설치하였습니다. CIP 공정의 조건은 배관 내부의 잔여 단백질이나 잔류 세제 검사로 유효성이 검증되는 최소한의 조건으로 50Hz 120분간 화학공정용 전동기가 가동되며, 1일 3회 실시하였습니다. 내화학성을 가진 3D 프린팅 플라스틱 볼 베어링은 현장에 설치하기 전 24.56g이였으며, 5회 분해측정 결과 큰 변화를 나타내지 않았습니다. 6회 분해측정시 24.02g으로 마모가 진행되었습니다. 분해 점검 결과 메카니컬씰이 파손되어 화학공정용 전동기 내부로 SODA가 침투된 것을 확인하였습니다. 메카니컬씰을 신품으로 교체한 후 다시 조립하여 실험을 진행하였으며, 6회 이후의 마모율은 이 전과 같이 작은 값을 기록하였습니다. 우리는 내화학성 실험과 전동기 내부에서의 내열성, 진동에 관한 실험을 하였으며, 실제 산업현장에서의 작동방법을 제시하고 마모율에 관한 연구를 통해 제작된 내화학성을 가진 3D 프린팅 플라스틱 베어링을 전동기 내부에 장착하여 충분히 사용할 수 있을 것으로 결론을 내렸습니다.

This paper is to design and manufacture a 3D printed plastic bearing with chemical resistance that can be used even in the event of leakage to solve the problem of damage to the bearing due to the penetration of chemical materials into the motor. Experiments on chemical properties, heat resistance, and vibration inside the motor are conducted, and the operation method in the actual industrial field is presented and the research on the wear rate is explained. In industrial fields, electric motors for chemical processes are often used to transport chemical materials. Among these, the most common type of problem (46.3%) is when a leak occurs in part. Bearing damage caused by the penetration of chemical materials into the motor has been a chronic problem. This is because bearings exposed to chemicals become stuck, difficult to disassemble and maintain, and cause many new problems by interfering with the normal operation of the motor. In this study, a 3D printed plastic bearing with chemical resistance that can be used even in the event of water leakage was designed and manufactured to solve the problem of damage to the bearing due to the penetration of chemical materials into the motor. Chemical resistance test was conducted using 4 types of chemicals (caustic soda, nitric acid, acetone, distilled water) using the test method of ISO 175:2010. The designed and manufactured 3D printed plastic bearing showed a very low weight change of 0.01g on average and a change of appearance and dimensions of 0.015mm on average when immersed for 30 minutes in the chemical resistance test. During 24hour acupuncture work, an average change in weight of 1.1g and an average change in appearance and dimensions of 0.01mm were observed. And by applying gradual harsh conditions to a 3-phase induction motor equipped with a 3D printed plastic bearing, an experiment on vibration and temperature was conducted using the test methods of ISO 10816 and KS C 4202. The 3D printed bearing showed a stable vibration value of 0.03 mm/s at a higher temperature than the deep groove ball bearing. (700RPM: 0.1℃, 1370RPM: 0.3℃) At 1370RPM, it showed an unstable value differently from other values for 20 to 60 minutes, and after a certain period, the lowest vibration value of 0.3mm/s was recorded, showing the most stable value. It is confirmed that the lubricating oil in the micropores increases due to frictional heat, and the self-lubricating ability is expressed as the lubricating oil leaks due to thermal expansion as the temperature rises above 67°C. In the last experiment, a 3D printed plastic ball bearing designed and manufactured with chemical resistance was applied to an actual industrial site and installed inside a chemical process motor installed in the SODA Tank. The condition of the CIP process is the minimum condition that is validated by inspection of residual protein or residual detergent inside the pipe, and the electric motor for chemical process is operated at 50Hz for 120 minutes, and it was carried out 3 times a day. The 3D printed plastic ball bearing with chemical resistance weighed 24.56 g before installation on site, and because of 5 disassembly measurements, it did not show any significant change. Abrasion progressed to 24.02g when disassembled 6 times. As a result of disassembly and inspection, it was confirmed that the mechanical seal was damaged, and SODA penetrated the motor for chemical process. After replacing the mechanical seal with a new one, the test was conducted by reassembling it, and the wear rate after 6 cycles was recorded as small as before. We conducted chemical resistance tests and tests on heat resistance and vibration inside the motor, and installed 3D printed plastic bearings with chemical resistance manufactured through research on wear rates and operating methods in actual industrial sites inside the motor. so, I concluded that it would be sufficient.