마이크로 채널의 표면 거칠기에 따른 유속에 관한 연구
A Study on the Flow Velocity of Micro Channel Based on Surface Roughness
초록/요약
마이크로 크기의 관련된 기술은 MEMS를 기반으로 하여 발전해 왔으며 지금까지도 많은 마이크로 장치들이 MEMS 기술을 이용하고 있다. 하지만 고가의 초기 장비와 가공재료에서의 한계를 지니고 있어서 이를 대체할 기술도 필요한 실정이다. 마이크로 기계 가공은 MEMS 공정에서 제작이 불가능한 세밀한 형상 가공이 가능하며 높은 가공 정밀도를 기대할 수 있다. 특히 마이크로 채널을 통한 유체의 이동은 적용할 수 있는 분야가 많이 때문에 연구 대상으로서의 가치가 높다. 그러므로 다양한 재료와 절삭 조건을 이용한 마이크로 채널의 제작과 채널 내부를 흐르는 유체의 유동성 연구는 매우 중요한 의미를 가진다. 본 논문에서는 마이크로 채널의 표면 거칠기와 채널을 흐르는 유체 속도와의 상관관계를 알아내기 위하여 마이크로 엔드밀을 이용하여 시편에 채널을 생성하고 여기에 에탄올을 이동시켰다. 시편 재료 종류에 의한 차이를 구별하기 위하여 알루미늄 Al05과 Al60 그리고 황동과 인청동을 사용하였고, 가공 조건에 의한 차이를 구별하기 위해서 다양한 이송 속도와 회전수를 사용하여 밀링 작업을 수행하였다. 마이크로 채널에서의 유동 속도를 측정하기 위해서 고속 카메라를 이용하였다. 다양한 가공 조건에 의해 생성된 여러 표면 거칠기와 마이크로 채널을 흘러간 유체의 속도를 비교하였으며 이를 토대로 하여서 마이크로 채널의 최적 절삭 조건을 알아보았다.
more초록/요약
Micro technology has been developed based upon MEMS and many micro devices are taking advantage of MEMS technology so far. However, micro devices of MEMS are expensive and are limited by material. Thus, it is necessary to develop in alternative technology. Micro machining can manufacture complex shapes with high accuracy. Especially, this enables wide application of micro technology in various fields. For example, micro channels allow fluid transfer, which is a widely used technology. Therefore, liquidity research of flow in micro channels and micro channel manufacturing with use of various materials and cutting conditions has very important meaning. In this study, to find out correlation between fluid speed in micro channels and surface roughness, we manufactured micro channels using micro end-mill and dropped ethanol into micro channels. To test effects that different materials have on fluid speed, we used aluminum Al05, Al60, brass and phosphor bronze. To distinguish effects of processing condition, various feed rates and spindle speeds were used. We compared several surface roughness and fluid speeds in micro channels that were created by various processing conditions. Finally, we found out relationship between fluid speeds and surface roughness in micro channels of different materials.
more목차
제 1 장 서론 = 1
1.1 연구 배경 = 1
1.2 연구 목적 = 2
1.3 연구 방법 = 2
제 2 장 이론적 배경 = 3
2.1 가공 표면의 특성 = 3
2.1.1 표면 형상 연구 = 3
2.1.2 표면 형상 분석을 위한 명칭 및 매개변수 = 4
2.2 마이크로 가공 = 11
2.2.1 치수 효과(Size Effect) = 11
2.2.2 절삭날 반지름 영향(Edge Radius Effect) = 15
2.3 마이크로 채널에서의 유동 = 16
2.3.1 마이크로 유동(micro fluidics) = 16
2.3.2 Capilarity 이론 = 17
제 3 장 시뮬레이션 및 실험 결과 = 20
3.1 실험 장비 = 20
3.2 마이크로 채널 가공 = 25
3.2.1 가공 조건과 각 시편의 표면 거칠기 = 25
3.3 마이크로 채널에서의 유속 측정 = 31
3.4 최적 채널 생성 조건 = 34
제 4 장 결론 = 41
References = 43
Abstract = 46
