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Rapid Prototyping을 활용한 기능성 시제품의 재료 분석 및 접착 조건에 관한 연구

A Study on Material Analysis and Adhesion Conditions for Functional Rapid Prototyped Parts

초록/요약

제품 개발은 기술 및 관리의 발달과 함께 꾸준히 발전하고 있다. 특히 품질과 내구성은 개발 기간 내에 검증하기 어렵기 때문에 이를 보안하기 위해 다양한 방법이 개발 되었다. 대표적인 방법으로 수학적 계산, 컴퓨터 해석, 시뮬레이션, 가상 현실 등이 있다. 이런 방법들을 통해 초기에 발생할 수 있는 많은 오류를 제거 하고 개발 기간을 단축시키는데 많은 역할을 하고 있다. 그러나 실제 제품으로 평가 하는 것을 대체하기에는 한계가 있기 때문에 시작품(R/P, Rapid Prototype)을 제작하여 평가하는 것이 가장 신뢰성이 높은 검증 방법으로 인정 받고 있다. 자동차 엔진 부품 역시 개발 초기에 R/P를 제작하여 설계 검토, 엔진 성능 평가 등 다양하게 활용하고 있다. 하지만 외관 검토 위주로 발달되어서 엔진 부품과 같이 가혹한 환경을 만족하는 R/P의 제작은 어렵다. 이번 연구에서는 R/P 제작 방법으로 활용되고 있는 3D 프린터, Computer Numerical Control(CNC) Machining 가공, 실리콘 주형 방식의 R/P 제작의 특징을 이해하고 각각의 공법에 사용되는 재료에 대하여 실제 제작 조건 및 운행 조건하에서의 기계적 강도를 검토 하였다. 또한 접착제로 부품을 접합하여 제조하는 R/P의 접착 강성을 재료별로 시험하여 엔진 부품 제작에 적합한 접착제와 접착 관련 주의해야 할 부분에 대하여 연구하였다.

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목차

Ⅰ. 서론
1. 연구 배경 ………………………………………………………………… 1
2. 문제 사례 ………………………………………………………………… 2
3. 연구 내용 및 범위 ……………………………………………………… 4
Ⅱ. 이론적 배경
1. 엔진 성능시험 종류와 환경 …………………………………………… 6
2. 플라스틱 엔진 부품의 제작 방법 …………………………………… 9
3. R/P 제작의 종류와 특징 …………………………………………… 12
4. CNC 가공용 R/P 재료의 제조 방법 ……………………………… 16
5. GF의 배양에 따른 플라스틱의 변형 및 강도 변화 …………… 17
6. R/P 재료별 물성 ……………………………………………………… 22
Ⅲ. 평가 기술의 구성
1. 플라스틱 재료별 강도 시험 ………………………………………… 27
2. 접착제를 이용한 재료의 접착 강도 시험 ………………………… 29
3. 제조성을 고려하여 보강한 시편의 강도 시험 …………………… 30
Ⅳ. 시험 장치 및 실험 방법
1. 시편 제작 ……………………………………………………………… 31
2. 인장시험 방법 ………………………………………………………… 32
3. 굴곡시험 방법 ………………………………………………………… 33
4. 접착 강도 시험 방법 ………………………………………………… 34
Ⅴ. 시험 및 고찰
1. 재료별 인장강도 시험 결과 ………………………………………… 35
2. 재료별 굴곡강도 시험 결과 ………………………………………… 36
3. 재료 및 접착제 별 접착 인장 강도 시험 결과 ………………… 37
4. 재료 및 접착제 별 접착 굴곡 강도 시험 결과 ………………… 41
5. 두께 및 접촉면 변경 시편을 이용한 인장 및 굴곡 강도 시험 결과 …………………………………………………………………………… 43
Ⅵ. 결론
1. 제조 공법에 따른 물성 차이 ……………………………………… 47
2. 재료의 가공부위에 따른 물성차이 ………………………………… 48
3. 접착용 재료 선정 및 제작 방법 …………………………………… 48
4. 엔진 부품에 적합한 R/P 제작 방법 ……………………………… 49

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