슬라이드 1

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입새 전
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1 11. Bong-Kee Lee Chonnam National University 필요성 디지털생산 (digital manufacturing) 및가상공학 (virtual engineering) 의발전으로디지털시제품을활용하는경우가있으나, 여전히최종적인설계평가를위한물리적인시제품 (prototype) 이요구됨 디지털시제품 : 소프트웨어적으로정밀한 3 차원모델을구축하고현실감있게그래픽처리한모델 다양한제품형상및제품수명주기의단축으로시제품의신속한 (rapid) 제작이요구됨 신속시작 (rapid prototyping) 의연구 / 개발

개요 1970 년대시작된솔리드모델링시스템의발전을기반으로연구 / 개발됨 1980 년대말 3D Systems 사의 SLA (stereolithography apparatus) 장비로상용화 이후, 다양한신속시작방법이개발되고있음 시제품제작이아닌금형과같은성형도구 (tool) 를신속하게제작하는 RT(rapid

2 개요 1970 년대시작된솔리드모델링시스템의발전을기반으로연구 / 개발됨 1980 년대말 3D Systems 사의 SLA (stereolithography apparatus) 장비로상용화 이후, 다양한신속시작방법이개발되고있음 시제품제작이아닌금형과같은성형도구 (tool) 를신속하게제작하는 RT(rapid tooling) 기술로발전하고있는단계임 : 신속시작및제작 (RP&M, rapid prototyping & manufacturing) 개요 기본과정 : 박막 (thin layer) 적층기법 제작하고자하는 3 차원형상의단면을형성함 단면을한층씩쌓아올라감 각단면들을결합하여 3 차원형상을구성 물리적형상을구성하기위하여단면데이터만요구됨

3 개요 RP 의대표적인특징 부가가공 (addictive process) 한번의셋업으로제작이가능함 공정계획이필요없음 복잡한형상의제작이용이함 작업환경개선효과가큼 현대 RP 의대표적인적용분야 제조산업, 의학등의분야 세부적인성형방식 3 차원형상정보준비 (CAD 모델 ) STL 형식의파일로변환 전처리기 (pre-processor) 를통하여단면생성 적층하여실물을제작 후처리작업 : 지지대제거, 추가경화, 세척, 표면처리등 재료및성형방식에따른대표적인신속시작공정 입체조형 (SL, stereolithography), 지표경화 (SGC, solid ground curing), 선택적레이저소결 (SLS, selective laser sintering), 박판적층 (LOM, laminated object manufacturing), 용착적층모델링 (FDM, fused deposition modeling), 3 차원프린팅 (3D inkjet printing), 전자빔용해 (electron beam melting), 레이저분말성형 (laser powder forming)

4 입체조형 (SL, stereolithography) 광경화성액화수지 (liquid photosensitive polymers) 를자외선 (UV) 레이저로경화시켜 3 차원형상을제작하는방식 입체조형 (SL, stereolithography) 3M corporation, Nagoya prefecture research institute, ultra violet product inc. 등에서비슷한시기에독립적으로개발함 가장대표적인 RP&M 방법으로솔리드모델의처리방식과인터페이스등이다른신속시작방법들의표준이됨 언더컷형상의경우지지대가필요하다는단점이있음

5 지표경화 (SGC, solid ground curing) 기본적으로 SLA 방식과동일하며, 한층전체를한번에경화하여대명모델의제작이가능함 선택적레이저소결 (SLS, selective laser sintering) CO 2 레이저로분말 ( 탄성중합체, 금속등 ) 층을선택적으로주사하여가열융착시켜부품을성형

6 박판적층 (LOM, laminated object manufacturing) 종이, 플라스틱, 발수종이, 세라믹, 금속분말테이프등의박판을적층하고, 해당층의모양대로레이저로절단하는과정을반복하여 3 차원형상을제작함 용착적층모델링 (FDM, fused deposition modeling) 필라멘트형태의액상열가소성수지를가열된노즐로압출하여각층을형성

thermal phase change inkjet: 열가소성재료를사출하여경화시킴 photopolymer phase

7 3 차원프린팅 (3D inkjet printing) 프린터헤드가잉크를사출하는잉크젯프린팅과비슷하며, 다른방식에비하여비교적저렴하고속도가빠르다는장점을가짐 3D printer: 액상접착물질을사출하여분말입자를융착시킴 thermal phase change inkjet: 열가소성재료를사출하여경화시킴 photopolymer phase change inkjet: 광경화성재료를사출하여자외선으로경화시킴 3 차원프린팅 (3D inkjet printing) 분말재료융착식 3DP

8 3 차원프린팅 (3D inkjet printing) 열가소성재료사출식 3DP 광경화성재료사출식 3DP 전자빔용해 (electron beam melting) 전자빔 (electron beam) 을주사하여금속분말을녹여각층을성형하는방식으로, 표면특성이다른공정에비해우수하며성형후열처리가필요없으나, 진공중에서만성형이가능함

9 레이저분말성형 (laser powder forming) 금속분말을사출헤드로공급하면서고출력레이저빔의초점위치에서분말을용융하여한층씩성형하는개념으로, 최종성형품은매우밀도가높고단단하며, SLS 보다재료의제한이적고 3 차적인열처리를필요로하지않음 laser fusing, LENS(laser engineered net shaping)

10 신속시작의응용 시제품 (prototype) 제작 효과적인의사소통및기능검사 개발기간을단축함에있어중요한요인이됨 신속툴링 (tooling) 툴링 : 금형 (mold, die) 이나절삭공구 (cutting tool) 과같은생산도구를준비하는과정 간접툴링 (indirect tooling): 금형제작을위한패턴의제작 직접툴링 (direct tooling): 금형자체를제작 신속제작 (manufacturing) 최종제품을 RP 기술로성형하는경우 소량생산혹은전통적인방식으로제작하기어려운형상의제작 STL 파일 확장자 stl 을가지는형상정보파일 3 차원형상을수많은삼각형조각 (triangular facet) 을이용하여근사적으로표현 1987 년 3D Systems 사에의하여확립됨 RP&M 공정들에적용되는표준파일형식 세개의꼭지점 (vertex) 의좌표값과삼각형평면의법선벡터 (facet normal vector) 정보로표현하기때문에, 매우단순하고처리가간편하다는장점을가짐

STL 파일 orientation of a facet vertex-to-vertex rule STL 파일 solid name facet normal n i n j n k

endsolid name solid TOOL facet normal 0.602635-0.798017 0.000000 outer loop vertex 1.337215-2.

000000 endloop endfacet endsolid bytes 80 2 data type unsigned long integer unsigned integer #

11 STL 파일 orientation of a facet vertex-to-vertex rule STL 파일 solid name facet normal n i n j n k outer loop vertex v1 x v1 y v1 z vertex v2 x v2 y v2 z vertex v3 x v3 y v3 z endloop endfacet endsolid name solid TOOL facet normal outer loop vertex vertex vertex endloop endfacet endsolid bytes 80 2 data type unsigned long integer unsigned integer # of facets i (normal) j (normal) k (normal) x (v1) y (v1) z (v1) x (v2) y (v2) z (v2) x (v3) y (v3) z (v3) -

파일을붙여서한파일로만들때, 각각의 STL 생성공차가다를경우접합부분에서경계곡선이나곡면이서로일치하지않는경우 Examples:

12 STL 파일 단점 삼각형사이의틈 삼각형간의연결관계를고려하지않으므로근사하는과정에서삼각형이없는영역이나타나는경우 법선방향의불일치 개별삼각형의법선방향이솔리드모델의법선방향과반대방향이거나차이가생기는경우 근사공차의차이로인한불일치 두개의다른 STL 파일을붙여서한파일로만들때, 각각의 STL 생성공차가다를경우접합부분에서경계곡선이나곡면이서로일치하지않는경우 Examples: Mandible Reconstruction (left) 2D CT image (right) isolated mandible in volumetric 3D reconstruction

Mandible Reconstruction (left) the final

13 Examples: Mandible Reconstruction this process required ITG to extract the necessary 3D information from the 2D image slices of the CT scan Examples: Mandible Reconstruction (left) the final precise-fit undersurface of the implant with nerve accommodating canal (right) final model blended onto the new top surface of the implant

14 Examples: Mandible Reconstruction (left) final implant model (right) physical print of the jaw and implant model Examples: Mandible Reconstruction (left) milled implant from a wax-embedded scaffold of hydroxyapatite (right) final implant scaffold after the wax has been removed

15 Examples: Mandible Reconstruction scaffold fitted into model of jaw Examples: Mandible Reconstruction (left) test scaffolds are seeded with bone cells in the laboratory using simulated body fluid (right) bone cells attach to scaffolds by extending cell processes to the surface

16 Examples: Mandible Reconstruction final result implanted into jaw defect

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untitled .130-812 103-18 02-2253-2800 02-2253-2809 kdtech@chol.com www.kdtech.or.kr 373 2014 1 1 1977 11 20 Korean Dental Technologist Association News 2013 12 31 2,. CAD CAM. ( ) 2011 4,,,,,,,, 6 5 ( ) 2011 7