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윤화 원
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1 Journal of Information Technology and Architecture Vol. 13. No. 1, March 2016, Pages 도금장비용드럼지그의 3D 프린팅연구 최정호 유우식 * 인천대학교산업경영공학과 krear@naver.com; wsyoo@inu.ac.kr; (2016 년 2 월 12 일접수 ; 2016 년 3 월 29 일수정 ; 2016 년 3 월 30 일채택 ) 요약 : 3D 프린팅기술은제품의시작품제작뿐아니라디자인, 의료, 교육등다양한분야에서활용하고있다. 본연구에서는 3D 프린팅기술을이용하여부분금도금장비의드럼지그를제작하고 FDM, Polyjet, SLA 방식의 3D 프린터를사용하여출력한 3D 프린팅드럼지그의정밀도를비교하였다. 부분금도금장비에사용되는실리콘마스킹드럼지그는미세한부품의도금에가장적합하지만원자재인 PEEK의가공시간과비용이크다는것이단점이다. 또한실리콘마스크의압력에의하여부분도금소재의변형이불량요인으로나타나고있다. 따라서본논문에서는실리콘마스크가필요없도록굴절분사각이있는드럼지그를설계하고가공이어려운형상을 3D 프린팅기술로제작하여경제성있는도금장비용드럼지그제작에 3D 프린터를활용하는연구를수행하였다. 키워드 : 3D 프린팅, 드럼지그, 부분금도금, 3D 설계 A Study on 3D Printing of Drum Jig for Plating Equipment +FPOHIP $IPJ BOE 8PPTJL :PP Department of Industrial and Management Engineering, University of Incheon (Received February 12, 2016; Revised March 29, 2016; Accepted March 30, 2016) Abstract: 3D Printing technology is used to manufacture mock-up products and lens systems. Application fields of 3D printing expended to not only industry but also arts design, education and even medical field. This paper presents a study on 3D printing of drum jig for plating equipment. Silicon masking drum jig is used for Au spot plating. And it is suitable for tiny plating. But high manufacturing cost of PEEK drum jig and deformation of plating products are weakness of silicon masking method. Pressure of silicon mask caused the deformation of products. Therefore, we design a drum jig having refraction angle for ejection path without silicon mask. Designed drum jig should make by 3D printing. We compared 3D printing drum jigs of FDM, Polyjet, and SLA 3D Printers. And we find the possibility of development method of plating equipment using 3D printing drum jig. Keywords: 3D Printing, Drum Jig, Au Spot Plating, 3D Modeling 1. 서론 3D 프린팅기술은플라스틱이나금속등의소재를 3 차원설계데이터를기반으로점진적으로얇은층을쌓 아가공하는적층제조법 (Additive Manufacturing) 을말한다. 3D 프린팅기술은 1988년 RP로부터시작해현재추정불가능할정도의다양한분야로응용되고있다. 의료용으로는 2005년지그나가이드정도로 * 교신저자본논문은 2015 년도인천대학교자체연구비지원에의하여연구되었음 169

2 최정호 유우식 만사용가능하던것이 2009년에는임플란트가능한제품을생산하기에이르렀고, 2004년자동차나항공기의일부폴리머부품들에사용되기시작하여 2011년무렵부터메탈재질의제품이실제항공기에적용되고있다 [4]. 특히 2013년미국오바마정부가차세대제조기술육성정책으로 3D프린팅기술을지목하고 NAMII 연구소를설립하여현재 AMERICAMAKES라는 3D 프린팅기술을제조기술로확대하는많은연구가진행중이다. 이러한생산기술로의응용은 3D 프린팅가공에전, 후공정을추가, 통합하여다양한기능성제품을생산가능하도록하였다 [10]. 3D 프린팅기술을활용한기존의연구로는 CT 영상을 Open Source DICOM Viewer와 STL 파일변환프로그램그리고 FDM 방식의 3D 프린터로골반골절모델을직접제작하여사전수술계획에활용하는연구 [11] 와자동차형상함수의가상공력설계모델을 3D 프린팅기술을이용하여프로토형상으로실현하는연구 [9], 정밀스테이지분야에서 3차원프린터및 ABS 재질의적용연구 [1] 등다양한분야에서 3D 프린팅기술의활용연구가활발하게진행되고있으며이러한연구들을통하여설계, 제작비용과시간의단축, 최적화와정확도향상가능성을확인한바있다. 그외에도초등학생을대상으로 3D 프린터를활용한발명교육연구 [6] 나 3D 프린터가출력하는과정에서만데이터를휘발성으로보관하여저작권을보호하는 3D 설계데이터유통서비스연구 [5], 3D 프린터와그후속가공공정시스템을인터넷클라우드에기반을두어통합하는연구 [3] 등 3D 프린팅기술을활용한융합기술연구가활발하게진행되고있다. 본논문에서는도금산업에 3D 프린팅기술을활용하는연구를설명한다. 뿌리산업의하나인도금기술은소재및부품의미관및내구성을개선시키거나기능성을부여하기위하여금속및비금속을물리, 화학적으로부착시키는기술로최근에컴퓨터, 통신, 가전제품으로용도가확대되었으며, 빠르게성장하고있는소형전자기기의커넥터분야에서특히정밀한부분도금기술은필수적이다. 그러나제품의슬림화, 다양화, 안정성등을만족시킬미세부분도금기술에대한연구나정밀성을요하는 3차원적구조의커넥터에대응할수있는도금기술개발에대한연구는부족하다. 본연구에서는 3D 프린팅기술을활용하여기존의부분금도금장비의드럼지그가가진문제점을해소하고대체가능한기술을정립하고자한다. 2장에서는부분금도금기술과실리콘마스킹부분도금장비에대 해설명하고그문제점과 3D 프린팅을통한해결방안에대해소개한다. 3장에서는드럼지그의형상모델링과 3D 프린팅, 연구에사용한 3D 프린터들의정밀도에대해소개한다. 마지막 4장에서는결론및향후연구방향에대해기술한다. 2. 부분도금기술현황및문제점 2.1 부분금도금기술커넥터는부품과보드, 부품과부품, 케이블과부품등을전기적으로연결하는핵심적인부품으로, 커넥터를 PCB 보드에실장하는 SMT 공정에서납타오름 (Solder Wicking) 현상에의한커넥터의기능상실이발생할수있다. 따라서금도금공정에서는납타오름방지를위한 Ni 장벽구간을형성하는부분금도금기술이적용되고있다. 특히미세한표면처리기술의필요성이대두됨에따라부분금도금기술은커넥터도금에핵심기술로여겨지고있다. 부분금도금기술은그장비와방식에따라 Brush 도금, Ink Masking 부분도금, 레이저박리부분도금으로분류할수있다. 좀더발전된방법인실리콘마스킹방식은다음절에서설명한다. 첫째, Brush 도금기술은전극을감싼붓이나거즈, 탈지면, 스폰지등에도금액을흡수시킨후커넥터의도금영역표면을문지르면서도금하는기법이다 (Figure 1). Brush 도금기술은 knurling, grit blasting, undercutting 등과같은특별한표면처리가요구되지않는장점이있지만, 정밀성이떨어져복잡한형상에는적합하지않고 Brush가커넥터의 Burr와마찰을일으켜스크레치나 Pin Hole 등의불량가능성이높다. 둘째, Ink Masking 부분도금은도금이불필요한부위에속건형의마스킹액을분사식으로도포하여부분적으로도금하는기술이다 (Figure 2). Ink Masking Figure 1. Brush Plating 170 정보화연구

도금장비용드럼지그의 3D 프린팅연구 Figure 2. Ink Masking Figure 4. Silicon Masking Spot Plating Equipment Figure 3.

셋째, 레이저박리부분도금은커넥터전체에금도금을하고, 납오름방지를위해레이저로금도금부위를제거하는기술이다 (Figure 3). 정교한레이저를이용하여도금층만제거하고니켈표면을노출시켜불량률이낮고, 미세한부위까지컨트롤이가능하다는장점이있는반면, 금의재사용이불가능하여금손실이높고, 레이저로인한스크레치나열변형에의해불량이발생하는단점이있다.

2 실리콘마스킹부분도금장비실리콘마스킹부분도금장비는반도체 Lead Frame 부분도금에적용되었던실리콘마스킹부분도금방법을커넥터부분도금에적용한기술이다. 실리콘마스크의사각 Hole들이커넥터제품의도금영역과일치하도록설계되어도금시도금액분사영역과도금영역이일치되도록제작한다. 피도금체와실리콘마스크를압착시킨후드럼지그안쪽에서압력을가한도금액을분사시켜부분적으로도금한다.

3 도금장비용드럼지그의 3D 프린팅연구 Figure 2. Ink Masking Figure 4. Silicon Masking Spot Plating Equipment Figure 3. Laser Desquamation 부분도금은도금액의침투를방지하고, 도금부위형상에맞는다양한모양의마스킹이가능하다는장점이있지만, 비전검사기나 Ink Masking Nozzle 등의고도의정밀도를요하는설비로투자비용이높고, 분사압력에의한잔상형상이발생하는단점이있다. 셋째, 레이저박리부분도금은커넥터전체에금도금을하고, 납오름방지를위해레이저로금도금부위를제거하는기술이다 (Figure 3). 정교한레이저를이용하여도금층만제거하고니켈표면을노출시켜불량률이낮고, 미세한부위까지컨트롤이가능하다는장점이있는반면, 금의재사용이불가능하여금손실이높고, 레이저로인한스크레치나열변형에의해불량이발생하는단점이있다. 부분금도금기술은커넥터의성능을좌우하는중요한품질중에하나로부품과연결되는커넥터부와리드부가구분되도록하여납땜시납오름방지를목적으로한다. 제품의크기가점점슬림화, 미세화되면서정밀도가떨어지는기존의 Brush 방식의대안으로 Ink Masking 부분도금, 레이저박리부분도금등이적용되었으나, 이또한제품의열변형문제로충분한대안기술이되지못했다. 2.2 실리콘마스킹부분도금장비실리콘마스킹부분도금장비는반도체 Lead Frame 부분도금에적용되었던실리콘마스킹부분도금방법을커넥터부분도금에적용한기술이다. 실리콘마스크의사각 Hole들이커넥터제품의도금영역과일치하도록설계되어도금시도금액분사영역과도금영역이일치되도록제작한다. 피도금체와실리콘마스크를압착시킨후드럼지그안쪽에서압력을가한도금액을분사시켜부분적으로도금한다. 실리콘마스킹부분도금장비는커넥터제품에따라고가의원소재인 PEEK를정밀가공한드럼지그를제작하고, 커넥터도금부에맞는부분도금위치에사출가공한실리콘마스크를부착한형태로사용하고있다 (Figure 4). 실리콘마스킹은제품과의밀착성이우수하나지속사용에따른마모나변형에의하여실리콘마스크와제품표면의미세한틈이생겨도금액분사시모세관현상에의한도금번짐현상이발생하는단점이있으며, 실리콘마스크와피도금체의압착으로입체적인형태의도금이제한적이고, 압착압력으로인한제품변형등의문제가단점으로나타난다. 또한부분도금장비에서사용되는실리콘마스킹지그는한개의제작비용이적게는수백만원에서천만원이넘으며, 보통한제품의부분도금을위해서최소두개이상의실리콘마스킹지그가필요하기때문에높은제작비용으로인한생산원가의상승이단점으로나타난다. 유지보수비용또한매우높은편이어서실리콘마스크드럼지그를사용하더라도높은비용과투자대비효율성문제로다른기술들을함께사용하고있는실정이다. 현재사용되고있는부분금도금기술에관한이해 Journal of Information Technology and Architecture 171

도금정밀성 Low Low Mid High 단점 정밀도금불가영역번짐 정밀도금불가잉크비산 금손실열변형, 2 차가공 제품별높은투자비용 를돕기위해각도금방법의특징을 Table 1에제시하였다. 본연구에서는실리콘마스킹부분도금장비의문제점을 3D 프린팅기술을활용하여굴절분사각이있는드럼지그형상모델링을통해해결하고자한다. 2.3 해결방안현재사용하고있는실리콘마스킹드럼지그는정밀가공에많은비용과제작기간이소요될뿐만아니라, 밀착압력으로인한변형으로정밀성을요하는 3차원적구조의커넥터에는사실상대응이불가능하다.

4 최정호 유우식 Table 1. Au Spot Plating Technology Brush Ink Masking 레이저박리실리콘마스킹드럼지그 부분도금장비 생산설비투자비금소모량 ( 제조원가 ) 설비투자동일 7 배 7 배 11 배 1( 기준 ) Model 별투자비용 Bruch Fur 교체비용약 50 만원 잉크소모성비용약 50 만원 없음 도금제품별신규드럼제작 1,600~6000 만원 도금정밀성 Low Low Mid High 단점 정밀도금불가영역번짐 정밀도금불가잉크비산 금손실열변형, 2 차가공 제품별높은투자비용 를돕기위해각도금방법의특징을 Table 1에제시하였다. 본연구에서는실리콘마스킹부분도금장비의문제점을 3D 프린팅기술을활용하여굴절분사각이있는드럼지그형상모델링을통해해결하고자한다. 2.3 해결방안현재사용하고있는실리콘마스킹드럼지그는정밀가공에많은비용과제작기간이소요될뿐만아니라, 밀착압력으로인한변형으로정밀성을요하는 3차원적구조의커넥터에는사실상대응이불가능하다. 3D 프린팅기술을적용하면분사각도변경이나곡선형태의굴절분사경로등기존의다축가공으로작업이불가능했던다양한형태의도금액분사경로를설계할수있다. 도금액의굴절분사는피도금체의전, 후, 측면뿐만아니라굴곡진부분까지도금하는 3차원적인부분도금을가능하게할것이다. 또한, 제품변경에따른드럼지그의제작비용과시간역시현저히감소할것으로예상된다. 본연구에서는 3D 프린터의정밀도를비교하기위하여 Stratasys 사의 Fortus 450mc(FDM) 와 Objet 1000 Plus(Polyjet), CMET 사의 EQ-1(SLA) 로각각출력하였다. 3. 형상모델링및 3D 프린팅 3.1 드럼지그형상모델링드럼지그형상모델링을위해서연구를위한피도금체모델을결정하고, 기존에사용되고있는드럼지그를분석하였다. 일반적으로드럼지그를설계할때가장중요한부분은드럼지그의외경, 피도금체와드럼지그가맞닿는위치가중요하다. Table 2는업체에서사용되는드럼지그의설계표를제시하였다. Table 2. Drum Jig Design Table 지름 Ø190 분사각도 120 호의길이 mm 피도금체두께 0.18 mm 피치 2.2 mm 가공치수 (D1) Ø 피도금체개수 272 ea 가이드홀개수 14 ea 두께값제외 (D2) Ø 정보화연구

$Design of Refraction angle Figure 6. Plating product Figure 7. Refraction angle Drum Jig 기존의실리콘마스킹드럼지그는 PEEK를정밀가공하여제작한다. PEEK를사용하는이유는크게두가지이다.$ 첫째, 부분금도금은드럼지그안쪽에서일정한압력을가한도금액에전류를흘려분사시키는도금기술로, 드럼지그의재질은압력을견디는내충격성이높고, 전기전도도가아주작은절연체로한다. 둘째, 부분금도금은약 70 o C의수용액안에서이뤄지기때문에드럼지그는내열성으로열팽창계수가작을수록좋다.

첫째, 부분금도금은드럼지그안쪽에서일정한압력을가한도금액에전류를흘려분사시키는도금기술로, 드럼지그의재질은압력을견디는내충격성이높고, 전기전도도가아주작은절연체로한다. 둘째, 부분금도금은약 70 o C의수용액안에서이뤄지기때문에드럼지그는내열성으로열팽창계수가작을수록좋다.

Table 3은 ABS의물성치를제시하였다. FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은고체나액체의필라멘트를녹여노즐에서분사하여적층하는 3D 프린팅방식이다.

5 도금장비용드럼지그의 3D 프린팅연구 Figure 5는굴절분사각의개념도를 Figure 6은피도금체형상을나타낸다. 설계된드럼지그는 Figure 7에나타난바와같이 3D 모델링소프트웨어인 Solidworks 로드럼지그형상을설계한후 3D 프린터로제작하였다 D 프린팅 Figure 5. Design of Refraction angle Figure 6. Plating product Figure 7. Refraction angle Drum Jig 기존의실리콘마스킹드럼지그는 PEEK를정밀가공하여제작한다. PEEK를사용하는이유는크게두가지이다. 첫째, 부분금도금은드럼지그안쪽에서일정한압력을가한도금액에전류를흘려분사시키는도금기술로, 드럼지그의재질은압력을견디는내충격성이높고, 전기전도도가아주작은절연체로한다. 둘째, 부분금도금은약 70 o C의수용액안에서이뤄지기때문에드럼지그는내열성으로열팽창계수가작을수록좋다. 독일의 INDMATEC사에서개발한 PEEK용 FDM 3D 프린터는본연구에서진행하는드럼지그의정밀도를보장하지못했다. 또한 Stratasys사에서개발한 Ultem은 PEEK와가장가까운물성치를나타내지만미세한부분의서포트제거와고정밀도의보장이어려웠다. 따라서본연구에서는정밀도구현이우수한 ABS계열의소재를선정하여진행하였다. Table 3은 ABS의물성치를제시하였다. FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은고체나액체의필라멘트를녹여노즐에서분사하여적층하는 3D 프린팅방식이다. 2009년 Stratasys사가보유한수지압출적층에대한표준특허기간이만료되면서가장널리쓰이는 3D 프린팅방식으로, 적용소재가다양하고대형화에용이하다는장점이있지만, 출력물의표면조도와낮은정밀도가단점으로나타난다. Table 3. ABS Material property 수지명 ABS 굴절분사각이있는드럼지그설계를위해피도금체의상단부와하단부를나누어설계하였다. 또한피도금체가지나가는위치를 0.1 mm로설정하였으며, 도금액분사구와피도금체사이의거리를 mm( 적정간격 4~8 mm), 피도금체와가이드홀의정확도를높이기위해소수점 4자리까지계산하여설계하였다. 비중 1.2 열전도율 () 5 변형온도 ( C) 65~120 열팽창계수 ( C) 6~13 흡수율 (%) 0.1~0.4 Journal of Information Technology and Architecture 173

최정호 유우식 Stratasys사의 Fortus 450mc 고정밀도산업용 3D 프린터로장비의성능은제작크기 914 610 914 mm, 최소적층두께 0.178 mm이다. 정밀도는 0.127 mm 또는 0.0015 mm/mm중큰쪽이다. SLA(Stereolithography) 방식은광경화성액체수지에레이저를투사하여경화시켜적층하는방식이다.

2001년이스라엘의 Objet사에서발표한기술로 SLA 기술과잉크젯기술이혼합된방식으로한번에여러가지소재의프린팅이가능하고, 높은정밀도와빠른속도가장점이지만, 사용가능한원료의한계가단점으로나타난다. Stratasys사의 Object 1000 Plus 장비의성능은제작크기 1000 800 500 mm, 최소적층두께 0.016 mm, 최대정밀도는 600μm이다.

6 최정호 유우식 Stratasys사의 Fortus 450mc 고정밀도산업용 3D 프린터로장비의성능은제작크기 mm, 최소적층두께 mm이다. 정밀도는 mm 또는 mm/mm중큰쪽이다. SLA(Stereolithography) 방식은광경화성액체수지에레이저를투사하여경화시켜적층하는방식이다. FDM 방식에비해출력물의정밀도가높고표면조도가우수한장점을가지고있지만, 소재의제한과번거로운후처리등의단점이있다. CMET사의 EQ-1 장비의성능은제작크기 mm, 최소적층두께는 mm이다. Polyjet 방식은폴리젯의출력헤드부분에서액상재료를분사한후즉시 UV렘프를비추어경화시켜적층하는방식이다. 2001년이스라엘의 Objet사에서발표한기술로 SLA 기술과잉크젯기술이혼합된방식으로한번에여러가지소재의프린팅이가능하고, 높은정밀도와빠른속도가장점이지만, 사용가능한원료의한계가단점으로나타난다. Stratasys사의 Object 1000 Plus 장비의성능은제작크기 mm, 최소적층두께 mm, 최대정밀도는 600μm이다. 3D 모델링파일은 3D 프린터가읽을수있는 STL 파일로변환해야출력이가능하다. Solidworks 은프로그램내에서제공하는 STL 변환기능을통해편차공차와각도공차를조절하여해상도를조절할수있다. 편차공차는전체파트의짜임새를조정하며편차값이작을수록전체파트의정확도가높은파일이만들어진다. 각도공차는세부짜임새를조정하며공차값이작을수록세부정확도가높아지지만, STL 파일의생성시간이느려진다. Figure 9. Insight Printer Interface 본연구에서는 1.5 mm 정도의작은홀가공이모델링에포함되어있어, 편차공차 mm, 각도공차 0.5도의높은품질의해상도에맞추어 STL 파일로변환하였다 (Figure 8). 프린터인터페이스는 Stratsys사에서제공하는 Insight 소프트웨어를사용하였으며, 이를통해컴퓨터에서 3D 프린터를제어하였다. STL 파일의강도와정밀도, 서포트의스타일을제어할수있었다. 서포트와파트의압출경로, 재료소모량, 총제작소요시간과진행시간을확인할수있다 (Figure 9) D 프린터정밀도비교본연구에서는드럼지그설계시가장중요한분사구와원형 Hole 부분의정밀도를각각의 3D 프린터출력물을통하여비교하였다. Hole의크기가미세하고사선이포함된하단드럼지그의출력물을현미경으로관찰하였다. 일반적으로 FDM 방식의 3D 프린터는노즐의크기와 Layer 간격, 3D 프린터의장비정밀도에따라출력물의정밀도가결정된다. 본연구에서 FDM 3D 프린 Figure 8. STL Converting Figure 10. FDM 3D Printing 174 정보화연구

도금 장비용 드럼지그의 3D 프린팅 연구 Figure 11. SLA 3D Printing Figure 13. FDM 3D Printing Assembly Figure 12.

분사구와 원형 Hole 부분 출력 시 서포터가 적용되지 못해 분사구의 사선과 원형 Hole이 전혀 표현되지 못했다(Figure 10).

하지만 분사 구의 사선부분은 파장이 일어난 것처럼 표현되었다. 원 형 Hole 역시 직선과 사선으로 표현되어 진원이라 하 기엔 다소 무리가 있었다(Figure 11).

Polyjet 3D Printing Assembly 적공차가 발생하여 분사구의 위치가 설계보다 위로 올 만 원형 Hole의 경우 가장 정확하게 표현되었으며 진 원에 가까웠다.

Bur가 관찰되었다(Figure 12). 드럼 지그의 정확도 확인을 위해 피도금체를 드럼 지 SLA 3D 프린터는 분사구의 위치가 설계와 비교적 정확하게 출력되었다. 분사구는 0.01 mm~0.

7 도금 장비용 드럼지그의 3D 프린팅 연구 Figure 11. SLA 3D Printing Figure 13. FDM 3D Printing Assembly Figure 12. Polyjet 3D Printing Figure 14. SLA 3D Printing Assembly 터는 표면조도가 가장 좋지 못했다. 분사구와 원형 Hole 부분 출력 시 서포터가 적용되지 못해 분사구의 사선과 원형 Hole이 전혀 표현되지 못했다(Figure 10). SLA 3D 프린터는 3D 프린팅 출력물 중에서 일반적 으로 표면조도가 가장 좋았다. 또한 분사구의 수직부분 과 수평부분이 가장 정확하게 표현되었다. 하지만 분사 구의 사선부분은 파장이 일어난 것처럼 표현되었다. 원 형 Hole 역시 직선과 사선으로 표현되어 진원이라 하 기엔 다소 무리가 있었다(Figure 11). Polyjet 3D 프린터는 FDM 보다는 표면조도가 좋았 지만 SLA보다는 좋지 못했다. 분사구의 경우 찢겨진 것처럼 표현되었고, 그 크기 역시 일정치 않았다. 하지 Figure 15. Polyjet 3D Printing Assembly 적공차가 발생하여 분사구의 위치가 설계보다 위로 올 만 원형 Hole의 경우 가장 정확하게 표현되었으며 진 원에 가까웠다. 하지만 간혹 원형 Hole안에 미세한 라갔다. 또한 분사구의 크기가 0.06 mm~0.07 mm 정 도 크게 출력되어 도금부의 침범이 예상된다(Figure 13). Bur가 관찰되었다(Figure 12). 드럼 지그의 정확도 확인을 위해 피도금체를 드럼 지 SLA 3D 프린터는 분사구의 위치가 설계와 비교적 정확하게 출력되었다. 분사구는 0.01 mm~0.02 mm 그에 배치한 후 현미경으로 관찰 하였다. 원형 Hole에 피도금체의 경로를 조절해 주는 Guide Pin을 고정시 정도 크게 출력되어 가장 높은 정밀도를 보였고, 도금 킨 후 피도금체를 거치하였다. FDM 3D 프린터는 누 이 도금부와 미세한 오차를 보이고 있다(Figure 14). 부의 침범은 예상되지는 않는다. 하지만 분사구의 사선 Journal of Information Technology and Architecture 175

8 최정호 유우식 Polyjet 3D 프린터는분사구의사선과도금부가거의정확하게일치하였다. 또한분사구의사선부분도도금부와일치하여높은종적정밀도를보였다. 하지만분사구의크기가 0.06 mm~0.10 mm로횡적정밀도는가장낮았다. 또한같은 ABS계열의재질임에도비교적출력물이약해 Guide Pin 삽입시크랙이발생하였다 (Figure 15). 결론적으로도금장비용드럼지그로는 SLA 3D 프린터로출력한결과물이가장우수하게평가되며이를활용한도금장비제작과실험이요구된다. 3. 결론 3D 프린팅기술의발전은단순한개인용피규어제작에서목업 (mock-up) 제작이나렌즈, 인공관절등의조직공학적연구등, 그활용분야가산업뿐만아니라디자인, 의료, 교육에걸쳐점점넓어지고있다. 본논문에서는 3D 프린터를이용하여부분금도금장비의드럼지그를설계 제작하였다. 각각 FDM, SLA, Polyjet 방식의 3D 프린터로출력하여정밀도를비교하고, 3D 프린터를활용한기존제품의대체가능성을확인하였다. 부분금도금에사용되는실리콘마스킹드럼지그는미세한도금에가장적합한도금법이지만, 원자재인 PEEK의가공시간과비용, 밀착압력으로인한커넥터의변형이단점으로나타난다. 굴절분사각이있는드럼지그의설계와 3D 프린팅기술에관한이번연구는기계가공으로제조가불가능한제품을 3D 프린팅기술을이용하여실리콘마스킹없이드럼지그만으로부분도금할수있다는것을확인할수있었다. 추후연구로는 SLA 방식으로출력한드럼지그를장착한부분도금장비테스트와도금성능평가가필요하다. 3D 프린팅기반의제품이현업에적용되기까지는아직까지해결해야할과제가존재한다. FDM 방식의 3D 프린터는 Ultem이나 PEEK와같은높은물성치를가진소재의사용이가능하지만그출력물의크기와정밀도의한계를가지고있어출력물의정밀도향상을위한하드웨어적인추가연구가필요하다. 또한 SLA 와 Polyjet은비교적높은정밀도를가지고있지만 FDM 소재의물성치를따라가지못해열과압력에약한단점이있다. 3D 프린팅기술을활용한기술융합연구가여러분야에서다양하게진행되고있다. 하지만소재의개발과 정밀도향상에대한과제들이아직남아있다. 이러한과제들은다양한분야의전문가들의지속적인연구협력을통해해결될수있을것이다. References [1] Jeong H-J, Kim J-H, Fabrication of Piezo-Driven Micropositioning Stage using 3D printer, Korean Society for Precision Engineering, Vol.31, No.3, , [2] Jeong K-H, Lee J-K, Lee S, Lee K-C, Development of Contact Force Measurement Algorithm for a 3D Printing-type Flexible Tactile Sensor, Institute of Control, Robotics and Systems Vol.21 No.6, pp , [3] Kim C-Y, Espaline D, MacDonald E, Wicker RD, Kim D-H, Sung J-H, Lee J-W, Study on Manufacturing System Integration with a 3D printer based on the Cloud Network, Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.14, No.3, pp.15-20, [4] Kim N-Y, Lee S-H, Based Analysis and Development Direction of 3D Printing Technology by Materials and products size, KSMTE Autumn Conference pp.91-91, [5] Kim S-K, Yoo W-S, Development of a 3D Printing Open-market System for Copyright Protection and Remote 3D Printing, Korean Institute of Industrial Engineers Vol.41, No.3, pp , [6] Lee Y-C, Kim H-P, The Effects of an Invention Education Program Using 3D Design and 3D Printers on Elementary School Students' Creativity, Practical Arts Education Research Vol.21, No.3, pp.39-54, [7] Lim S-J, Hwang B-W, Yoon S-U, Jeon H-T, Park C- J, Choi J-S, 3D Figure Creation System Based on Content-Awareness for 3D Printing, KCGS Vol.21, No.3, pp.11-16, [8] Maeng K-H, Current State and Progress Report of Surface treatment, Korean Institute of Surface Engineering Vol.23, No.3, pp , 1990 [9] Oh S-T, Lee I-H, Cho H-Y, Development of Hybrid FDM System for 3-Dimensional Circuit Device Fabrication3, Trans. Korean Soc. Mech. Eng Vol.38, No.8, pp , [10] Oh W-K, Customized Model Manufacturing for Patients with Pelvic Fracture using FDM 3D Printer, The Journal of the Korean Contents 176 정보화연구

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<353420B1C7B9CCB6F52DC1F5B0ADC7F6BDC7C0BB20C0CCBFEBC7D120BEC6B5BFB1B3C0B0C7C1B7CEB1D7B7A52E687770>

<353420B1C7B9CCB6F52DC1F5B0ADC7F6BDC7C0BB20C0CCBFEBC7D120BEC6B5BFB1B3C0B0C7C1B7CEB1D7B7A52E687770> Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 13, No. 2 pp. 866-871, 2012 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2012.13.2.866 증강현실을 이용한 아동교육프로그램 모델제안 권미란 1*, 김정일 2 1 나사렛대학교 아동학과, 2 한세대학교 e-비즈니스학과