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표제지

목차

국문요지 8

제1장 서론 9

1.1. 연구의 배경 및 필요성 9

1.2. 연구의 범위 및 방법 17

제2장 이론적 고찰 18

2.1. MJF(Multi Jet Fusion) 출력 방식 18

2.2. MJF(Multi Jet Fusion) 출력 방식을 적용한 구조물 검토 21

2.2.1. MJF 출력 방식을 적용한 구조물 사양 21

2.2.2. 구조물 해석 모델 구성 22

2.2.3. 구조물 적용 하중 조건 25

2.2.4. 해석 결과 26

2.3. 선행 연구 고찰 31

제3장 실험 조건 및 결과 33

3.1. 실험 조건 33

3.2. 실험 결과 37

3.2.1. 인장 강도 37

3.2.2. 항복 강도 40

3.2.3. 연신율 43

3.2.4. 실험결과 종합 46

제4장 결론 및 시사점 47

참고문헌 49

ABSTRACT 51

표목차

표 1. MJF 출력 방식과 SLS 출력 방식의 정밀도 13

표 2. MJF 출력 방식으로 제작한 구조체 사양 21

표 3. 사용 유한 요소 형태 및 개수 24

표 4. 구조체 유한 요소 해석 결과 26

표 5. HP Jet Fusion 4200의 장비 사양 33

표 6. PA12 소재의 기계적 특성 34

표 7. ASTM D638 Type V 시편의 규격 35

표 8. 인장 실험 시편의 출력 방향 별 표준 편차 37

표 9. 전체 시편의 인장 강도 및 출력 방향 별 평균 인장 강도 38

표 10. 항복 실험 시편의 출력 방향 별 표준 편차 40

표 11. 전체 시편의 항복 강도 및 출력 방향 별 평균 항복 강도 41

표 12. 연신율 실험 시편의 출력 방향 별 표준 편차 43

표 13. 전체 시편의 연신율 및 출력 방향 별 평균 연신율 44

그림목차

그림 1. 건설 산업 내 3D 프린팅의 활용 10

그림 2. 에이전트 투과 방향에 따른 레이어 별 분포 양상 14

그림 3. 출력 방향 별 단면 양상에 따른 에이전트 도포 15

그림 4. MJF 출력 방식의 원리 18

그림 5. SLS 출력 방식의 원리 19

그림 6. 구조체의 유한요소 해석 모델 22

그림 7. 구조체 연결부위 단면 23

그림 8. Z축 하중 발생 시 최대 응력 발생 노드의 응력 분포 27

그림 9. X축 하중 발생 시 최대 응력 발생 노드의 응력 분포 28

그림 10. Y축 하중 발생 시 최대 응력 발생 노드의 응력 분포 29

그림 11. X축 풍하중 발생 시 최대 응력 발생 노드의 응력 분포 30

그림 12. ASTM D638 Type V의 도면 35

그림 13. 출력 방향에 따른 시편 배치 35

그림 14. 실제 출력된 ASTM D638 Type V 시편 36

그림 15. 출력 방향 별 극단치를 제외한 평균 인장 강도 39

그림 16. 출력 방향 별 극단치를 제외한 평균 항복 강도 42

그림 17. 출력 방향 별 극단치를 제외한 평균 연신율 45

초록보기

 3D 프린팅 기술은 4차 산업 혁명의 도래와 함께 다양한 산업 분야에서 주목받고 있다. 특히 정밀한 부품을 제작하는 기계, 항공 등의 산업에서 그 활용 사례가 증가하고 있으며 건축 산업 역시 3D 프린팅 기술을 활용한 사례가 늘어나고 있는 추세이다. 다양한 3D 프린팅 출력 방식 중에서도 FDM(Fused Deposition Modeling) 출력 방식은 출력물 규모 제약이 상대적으로 적고 사용 재료 선택의 폭이 넓어 가장 많은 응용 사례를 도출해왔다. 하지만 단층 간 출력 시간차에 의한 콜드 조인트(Cold Joint) 발생, 낮은 형상 자유도 등의 단점으로 그 활용 범위에 한계가 있다. 이로 인하여 형상 자유도가 높고 출력물의 품질이 상대적으로 높은 PBF(Powder Bed Fusion) 출력 방식이 주목받고 있는데, 특히 비정형 건축 외장 파사드, 비정형 구조물 등의 분야에서 3D 프린팅 기술의 활용이 각광받으며 연구가 더욱 활발해지고 있다.

현재 다양한 3D 프린팅용 소재가 개발 및 활용되고 있지만 3D 프린팅 제조는 사출 및 성형과 같은 기존 제조 방법과 비교하였을 때 제품의 기계적 특성이 달라질 가능성이 있다는 문제점이 있다. 본 논문은 폴리머를 주재료로 사용하는 MJF 출력방식을 다루며 3D 프린팅용 플라스틱 소재 중 널리 활용되고 있는 PA12 소재로 출력물 제작 시 출력 방향이 제품의 기계적 특성에 미치는 영향을 검증하고 소재에 대한 이해를 확장시켜 건축 부자재 및 구조재로서의 활용 등의 실무적인 활용에 대한 기초 자료를 제공한다. 실험은 출력 방향의 영향을 확인하기 위해 0°, 30°, 45°, 60°, 90° 방향의 제품을 출력하였으며 인장 강도 실험을 통하여 인장 강도, 항복 강도, 연신율을 비교하였다.

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