발전소 저탄장에 적용되는 풀코드스위치 부품의 구조최적화 3D 프린팅 제작기술 개발

이혜진(Hye-Jin Lee) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.10

3D 프린팅 기술은 다양한 산업분야에서 개념모델 및 기능성 시제품을 제작하는데 많이 응용되고 있지만, 3D 프린팅 소재 및 제작된 제품 신뢰성 등의 여러 가지 이유로 상용화 제품으로 적용되는 데 한계가 존재한다. 본 논문에서는 3D 프린팅 기술을 이용한 산업적 응용분야 중 하나로 발전소 저탄장에 사용되는 풀 코드 스위치 모듈의 부품들 중 잦은 돌발 상황으로 인해 파손이 자주 발생하는 허브 구동부와 레버 고정부 부품들에 대해 현장에서 작업자들이 단기 대체부품으로 적용이 가능하도록 하는 부품 최적 설계 및 FDM 방식 3D 프린팅 제조공정기술에 대한 연구결과를 제시하였다. 3D 프린팅 기술의 경우 소재 적용에 있어서 한계가 존재하므로, 본 논문에서는 구조 최적화 설계를 통해 구조 안정성을 확보하는 방안에 대해 연구를 수행하였다. 허브 구동부 부품에 대해 내부 구조 형상 및 구조 설계 변수 최적화를 수행하여 좌측구동모드에서는 안전계수가 153.67% 증가한 1.243을 확보할 수 있었으며, 우측구동모드에서는 404.96% 증가한 3.156을 확보할 수 있었다. 레버 고정부 부품의 경우, 반복적인 스위칭 구동에 의한 굽힘 모멘트로 인해 발생하는 파손을 최소화하기 위해 구조 최적화 설계를 수행하여 26% 증가한 구조 안전계수(7.52)를 확보할 수 있었다. 본 연구를 통해 3D 프린팅 기술을 단기 대체부품 제조공정에 적용함에 있어서 소재 최적화를 통한 설계보다는 3D 프린팅 공정의 적층특성을 활용한 구조적 최적화 설계기법이 더욱 유연한 결과를 도출할 수 있음을 확인할 수 있었다. Recently, 3D printing technology has been applied to make a concept model and working mockup of an industrial application. On the other hand, this technology has limited applications in industrial products due to the materials and reliability of the 3D printed product. In this study, the components of a full cord switch module are proposed as a case of a 3D printed component that can be used as a substitute for a short period. These are hub-driven and lever lockup components that have the structural characteristics of breaking down frequently in the emergency operating status. To ensure the structural strength for a substitute period, research of structure optimization was performed because 3D printing technology has a limitation in the materials used. After optimizing the structure variables of the hub-driven component, reasonable results can be drawn in that the safety factors of the left and right switching mode are 1.243 (△153.67%) and 3.156 (△404.96%). The lever lockup component has a structural weak point that can break down easily on the lockup-part because of a cantilever shape and bending moment. The rib structure was applied to decrease the deflection. In addition, optimization of the structural variables was performed, showing a safety factor of 7.52(△26%).

Locally adaptive 2D-3D registration using vascular structure model for liver catheterization

Kim, J.,Lee, J.,Chung, J.W.,Shin, Y.G. Pergamon Press ; Elsevier Science Ltd 2016 Computers in biology and medicine Vol.70 No.-

Two-dimensional-three-dimensional (2D-3D) registration between intra-operative 2D digital subtraction angiography (DSA) and pre-operative 3D computed tomography angiography (CTA) can be used for roadmapping purposes. However, through the projection of 3D vessels, incorrect intersections and overlaps between vessels are produced because of the complex vascular structure, which makes it difficult to obtain the correct solution of 2D-3D registration. To overcome these problems, we propose a registration method that selects a suitable part of a 3D vascular structure for a given DSA image and finds the optimized solution to the partial 3D structure. The proposed algorithm can reduce the registration errors because it restricts the range of the 3D vascular structure for the registration by using only the relevant 3D vessels with the given DSA. To search for the appropriate 3D partial structure, we first construct a tree model of the 3D vascular structure and divide it into several subtrees in accordance with the connectivity. Then, the best matched subtree with the given DSA image is selected using the results from the coarse registration between each subtree and the vessels in the DSA image. Finally, a fine registration is conducted to minimize the difference between the selected subtree and the vessels of the DSA image. In experimental results obtained using 10 clinical datasets, the average distance errors in the case of the proposed method were 2.34+/-1.94mm. The proposed algorithm converges faster and produces more correct results than the conventional method in evaluations on patient datasets.

TPU 소재를 활용한 소량 생산형 인솔의 내부 지지 구조에 관한 연구

이시창 인제대학교 디자인연구소 2018 Journal of Integrated Design Research (JIDR) Vol.17 No.2

Background: The global shoes industry is changing more and more to the drive for high value aspect from the basic labor intensive industry and the making shoes is attempting the customized and change to. The development of the there is no enormous production line, it can mass-produce with 3D printer in the small scale of the manufacturing plant universal leading is essential. Accordingly, the research aims to find ways to mass produce TPU material leaders to replace the existing EVA lead produced only through molds. Methods: In order to proceed with accurate insole modeling, the original EVA insole is scanned through a 3D scanner in one step. In order to utilize the insole 3D data scanned in two stages, we use reverse design using Design X software to use it for actual modeling. We use Rhino and Solidworks software in three stages to carry out sample modeling of insole support structure. Four kinds of supporting structure and four kinds of 3D internal supporting structure modeling are carried out. Finally, eight kinds of modeling data are output to TPU material through 3D printer. The hardness test is performed using the hardness meter of the output sample, and the quantitative and qualitative test is conducted in parallel with the test after the test. Result: The hardness measurement of the four model types of flat 2D internal support structure and the four model types of 3D internal support structure were found to show the hardness similar to that of mass production model. In addition, the test results show that the support structure in the form X is most suitable for leading production for the location and hardness by location. As it is a wearable product, it evaluates the product's wear and sensitivity through the actual adhesion test and indicates the relationship between hardness and wear. Conclusion: This study was performed internally by leading production of TPU material for small shoe producers who did not have large production lines in the shoe industry. This research is meaningful in that it suggested part of a way to increase possibility of TPU lead production and replace current EVA lead. 연구배경: 전 세계 신발산업은 단순 노동집약적 산업에서 점점 고부가가치화 양상으로 변화하고 있고 신발 생산 또한 맞춤형, 소량 생산 체계로의 변신을 꾀하고 있는 현실에 있어서 대규모 생산라인 없이 소규모의 생산공장에서 3D 프린터로 양산할 수 있는 보편적 인솔의 개발은 필수적이다. 이에 본 연구에서 금형을 통해서만 제작되는 기존 EVA 인솔을 대체할 수 있는 TPU 소재 인솔을 양산화할 수 있는 방안을 모색하고자 한다. 연구방법: 정확한 형상의 인솔 모델링을 진행하기 위하여 1단계로 기존 EVA 인솔을 3D 스캐너를 통하여 스캔 받는다. 2단계로 스캔 받은 인솔 3D 데이터를 실제 모델링에 활용할 수 있도록 Design X 소프트웨어를 사용하여 역설계를 진행하고 3단계로 Rhino와 Solidworks 소프트웨어를 활용하여 인솔 내부 지지 구조 샘플 모델링을 진행하고 샘플 모델링은 2D 내부 지지 구조 4종과 3D 내부 지지 구조 모델링 4종으로 총 8종 진행한다. 마지막으로 8종의 모델링 데이터를 FDM(FFF) 3D 프린터를 통하여 TPU 소재로 출력한다. 출력된 샘플을 경도계를 사용하여 경도테스트를 진행하고, 실착 테스트 후 설문 조사도 병행하여 정량적 정성적 테스트를 모두 진행하고 이를 바탕으로 결과를 도출하고자 한다. 연구결과: 평면적인 2D 내부 지지 구조 모델 4종과 입체적인 3D 내부 지지 구조 모델 4종에 대한 경도 측정 결과 양산형 EVA 인솔과 유사한 경도를 보여주는 것은 2D 내부 지지 구조 모델들이라는 것이 정량적 결과로 도출되었고, 또한 2D 내부 지지 구조 모델 중에서 기본적인 X형태의 지지구조가 출력하였을 때 인솔로서의 적합한 경도를 가지고 있었다. 또한 인솔의 기능성을 위한 위치별 경도에 있어서도 X형태의 지지구조가 인솔 생산에 적합함을 본 연구의 테스트 결과로 도출하였다. 그리고 웨어러블 제품인 만큼 제품 착용감 및 감성적 부분을 실착 테스트를 통하여 평가하고 경도와 착용감의 관계성을 연구 결과로 나타내었다. 결론: 본 연구는 신발 산업 현장에 있어 대형 생산라인을 갖추지 않은 소규모의 신발 생산 업체에서도 3D Printer를 활용한 TPU 소재 인솔을 제작하여 활용할 수 있도록 인솔 제작에 따른 내부 지지 구조 최적 생성에 대한 방안을 제시하였다. 이를 통하여 TPU 인솔 제작 가능성을 높이고 기존 EVA 인솔을 대체할 수 있는 방안의 일부를 제시한 것에 본 연구의 의의가 있다고 하겠다.

텍스타일 스트럭처 원리와 연계된 3D 프린팅 개발 유형 분석

김효진 ( Hyojin Kim ),김성달 ( Seongdal Kim ) 한국패션비즈니스학회 2018 패션 비즈니스 Vol.22 No.2

3D printing technology, which is expected to play a leading role within the Fourth Industrial Revolution, is becoming distinguished not only in the space, automotive, medical and engineering industries, but also in the area of design. The fashion and textile structures created by 3D printing technology were classified into three types - basic structure, unified structure, and a new physical structure. When traditional weaving, knitting, and stitching was reinterpreted through 3D printing, there were apparent limitations in reproducing the characteristics of fabric structures due to differences in the materials and structures of traditional textiles. New physical structures are being developed to break away from merely reproducing traditional textile structures, and to bring out the characteristics of 3D printing technology. As examples of new physical structures, there are the kinematics structure which utilizes the hinge method, mesostructure cellular material, and the N12 disk structure. Such techniques potentially open a new paradigm of fashion and textile structures. Some innovative aspects of 3D printing technology may result in changes in the methods of collaboration, manufacturing, and distribution. Designers are receiving help from specialists of various backgrounds to merge 3D printing technology to create original works. Also, 3D printing not only makes personalized custom designs available, but shortens the distribution channels, foretelling a change within the fashion and textile industry.

SLS 방식의 3D 프린팅 기술을 활용한 직물구조적인 디자인설계 연구 -유연성 있는 직조구조 직물설계를 중심으로-

송하영 한국패션비즈니스학회 2019 패션 비즈니스 Vol.23 No.3

Since the early 2000s, various fashion design products that use 3D printing technology have constantly been introduced to the fashion industry. However, given the nature of 3D printing technology, the flexible characteristics of material of textile fabrics is yet to be achieved. The aim of this study is to develop the optimal design conditions for production of flexible and elastic 3D printing fabric structure based on plain weave, which is the basic structure in fabric weaving using SLS 3D printing technology. As a the result this study aims to utilize appropriate design conditions as basic data for future study of flexible fashion product design such as textile material. Weaving structural design using 3D printing is based on the basic plain weave, and the warp & weft thickness of 4mm, 3mm, 2mm, 1.5mm, 1mm, and 0.7mm as expressed in Rhino 6.0 CAD software program for making a 3D model of size 1800mm x 180mm each. The completed 3D digital design work was then applied to the EOS SLS Machine through Maker ware, a program for 3D printer output, using polyamide 12 material which has a rigid durability strength, and the final results obtained through bending flexibility tests. In conclusion, when designing the fabric structure design in 3D printing using SLS method through application of polyamide 12 material, the thickness of 1 mm presented the optimal condition in order to design a durable digital textile structure with flexibility and elasticity of the 3D printing result.

양면 인쇄법을 이용한 중금속 검출용 3D 종이 기반 분석장치 제작

최진솔,정헌호 한국청정기술학회 2022 청정기술 Vol.28 No.4

Microfluidic paper-based analytical devices (PADs) have recently been in the spotlight for their applicability in point-of-care diagnostics and environmental material detection. This study presents a double-sided printing method for fabricating 3D-PADs, providing simple and cost effective metal ion detection. The design of the 3D-PAD was made into an acryl stamp by laser cutting and then coating it with a thin layer of PDMS using the spin-coating method. This fabricated stamp was used to form the 3D structure of the hydrophobic barrier through a double-sided contact printing method. The fabrication of the 3D hydrophobic barrier within a single sheet was optimized by controlling the spin-coating rate, reagent ratio and contacting time. The optimal conditions were found by analyzing the area change of the PDMS hydrophobic barrier and hydrophilic channel using ink with chromatography paper. Using the fabricated 3D-PAD under optimized conditions, Ni2+, Cu2+, Hg2+, and pH were detected at different concentrations and displayed with color intensity in grayscale for quantitative analysis using ImageJ. This study demonstrated that a 3D-PAD biosensor can be applied to detect metal ions without special analysis equipment. This 3D-PAD provides a highly portable and rapid on-site monitoring platform for detecting multiple heavy metal ions with extremely high repeatability, which is useful for resource-limited areas and developing countries. 미세유체 종이-기반 분석 장치는 최근 현장 진단 및 환경 물질 감지를 포함한 다양한 적용가능성으로 주목을 받고 있다. 본 연구는 적은 비용과 간단한 검출 방법으로 중금속을 빠르게 검출할 수 있는 3D-PAD를 제작하기 위해 PDMS 양면 인쇄 방법을제안하였다. 3D-PAD 디자인은 레이저 커팅으로 아크릴 스탬프에 적용할 수 있으며, 제작된 스탬프에 PDMS 고분자를 스핀코팅 후 양면접촉인쇄 방식 도입을 통해 3차원 형태의 소수성 장벽 형성에 필요한 조건을 확인하였다. 구체적으로 소수성 장벽 형성 조건인 고분자 농도, 스핀 코팅 속도 및 접촉 시간에 따라 PDMS 소수성 장벽 면적과 친수성 채널의 면적 변화를 분석함으로써 3D-PAD 제작 공정 조건 최적화를 수행하였다. 최적화된 PAD로 니켈, 구리, 수은 이온, pH를 다양한 농도에서 검출하였고 이를 ImageJ 프로그램으로 분석하여 grayscale 값으로 정량화 하였다. 이를 통해 3D-PAD를 제작함으로써 특별한분석 기기 없이 다양한 중금속 비색 검출을 수행함으로써 조기진단 바이오 센서로의 응용 가능성을 증명하였다. 이 3D-PAD 는 휴대가 간편한 다중 금속이온 검출 바이오센서로서, 신속한 현장 모니터링이 가능하므로 개발도상국 같은 자원이 제한된지역에서 유용하게 사용 가능하다.

근사 모델링을 이용한 웹 기반 3D 패션소 애니메이션 구현

이강일(Lee Gang-Il),조진애(Cho Jin-Ei),양옥렬(Yang Ok-Yul),남명우(Nam Myung-Woo),이용주(Lee Yong-Ju),정성태(Jung Sung-Tea),정석태(Joung Suck-Tea) 한국산학기술학회 2006 한국산학기술학회논문지 Vol.7 No.1

본 논문은 웹 기반 3D 패션몰 구축 시 필요한 3D 모텔의 패션쇼 애니메이션 설계 기법 및 구현방법에 대해 제안한다. 3D MAX를 이용하여 제작된 3D 모델을 XML(Extensible Markup Language) 형식으로 출력시킨 후, D3D(Direct 3D)를 사용하여 제작된 ActiveX 컨트롤을 이용하여 웹상에 구현하였다. 소비자가 웹기반 패션몰에서 선택한 다양한 의상을 입은 3D 모델의 패션쇼 애니메이션을 구현하기 위해, 기본형태의 3D 모델에 계층적 구조를 가진 근사 의상을 이용하여 표현하였다. 근사의상은 표준 의상 조각들을 설계하고 제작한 후, 이를 조합하는 방식으로 구현하였으며, 여기에 텍스처를 맵핑하여 소비자가 선택한 의상의 근사 모델이 표현 될 수 있도록 구현 하였다. In this paper, we propose implementation of 3D fashion show animation based on web which needs a construction of 3D fashion shopping mall. The 3D model made by 3D MAX program was exported XML type and displayed on web using ActiveX of D3D library. For the purpose of fashion show animation of 3D model in various clothes which selected by customer of shopping mall, we design the parts of standard clothes with hierarchical structure and assemble them. Next, we are mapping the various textures to them and animate 3D model in similar clothes which selected by customer on web.

3D 프린터를 활용한 나무 모형 프랙탈 구조 제작 STEAM 프로그램 개발 및 적용 효과

한지상,홍승호 서울교육대학교 초등교육연구원 2019 한국초등교육 Vol.30 No.1

Recent educational use of 3D printers can do mutual cooperation among students as well as advance the big thinking and creativity. So far, what is to consider about the programs studied, it needs to select activity-oriented and subject-oriented learning content but not only do printing with 3D printer for entertainment. It also requires to develop STEAM educational materials to actively participate in. The purpose of this study is to investigate the effect of 3D printer STEAM program on the science process skills, creative problem-solving ability and scientific attitude of elementary school students. For this purpose, the STEAM program was developed based on the STEAM education standard consisting of the situation presentation, the creative design, and the emotional experience so that the 3D printer and the fractal structure can be learned in a convergent manner and applied to the sixth grade students of elementary school. Study subjects had no experience for training of 3D printer or STEAM class. As a result, the creative problem-solving ability and scientific attitude of the group applying the program showed a significant improvement in the post-test than the pre-test. However, the science process skills are no significant difference between the post-test and the pre-test. So it needs to be further complemented the contents of the STEAM program for improvement of the science process skills. This means that the STEAM program using 3D printer developed in consideration of the characteristics of elementary students positively influenced the creative problem-solving ability and scientific attitude of elementary school students. In future, the STEAM programs on the theme of fractal structure and 3D printer need to be developed more variously. And it seems necessary to apply it to the elementary school field. 최근 3D 프린터의 교육적 활용은 학생들 상호 간 협동 작업도 할 수 있고, 고차원적인 사고와 창의 성을 신장시킬 수 있다. 지금까지 연구된 프로그램에서 고려해야 할 점은 학생들이 흥밋거리로 단지 3D 프린터로 프린팅 하는데 그치는 것이 아닌 활동 중심이면서 주제 중심의 학습 내용을 선정하고 적 극적으로 참여할 수 있는 STEAM 교육 자료를 개발하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 ‘Y' 반복 나무 모형 프랙탈 구조 제작을 위한 3D 프린터 활용 STEAM 프로그램을 개발하고 적용하여 초등학생 들의 과학 탐구 능력, 창의적 문제해결력 및 과학적 태도에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위 하여 3D 프린터와 프랙탈 구조를 융합적으로 학습할 수 있도록 상황 제시, 창의적 설계, 감성적 체험 으로 구성된 STEAM 교육 준거를 기반으로 STEAM 프로그램을 개발하여 초등학교 6학년 학생에게 적용하였다. 본 연구를 적용한 학생들은 3D 프린터나 STEAM 교육을 받아본 경험이 없었다. 적용 결 과, 프로그램을 적용한 집단의 창의적 문제해결력과 과학적 태도는 사전 검사보다 사후 검사에서 유의 미한 향상을 보였다. 하지만 과학 탐구 능력은 사전과 사후 검사에서 유의미한 차이가 없었으며 앞으 로 과학 탐구 능력을 더욱 더 향상시킬 수 있도록 프로그램의 내용을 보완할 필요가 있다. 이는 초등 학생들의 특성을 고려하여 개발한 3D 프린터 활용 STEAM 프로그램이 초등학생들의 창의적 문제해결 력 및 과학적 태도에 긍정적인 영향을 끼쳤음을 의미하며, 프랙탈 구조 및 3D 프린터를 주제로 한 STEAM 프로그램들이 더욱 다양하게 개발되어 초등학교 현장에 적용될 필요가 있어 보인다.

A Review on 3D Printed Smart Devices for 4D Printing

이정우,이인환,김호찬,최재원 한국정밀공학회 2017 International Journal of Precision Engineering and Vol.4 No.3

Multi-material 3D printing with electrically functional materials including conducting, sensing, insulating and semiconducting materials has led to the development of smart devices such as 3D structural electronics, sensors, batteries, etc. Electronically smart devices are a hot issue in 3D printing because they can certainly benefit from 3D printing technology, providing high design flexibility and customized functions. Shape-changing materials (e.g. shape memory polymers) incorporated in 3D printing have given birth to 4D printing, where 3D printed structures change in their shapes by external stimuli (temperature, light, water, etc.). The motivation of this review paper is to discuss mutual benefits from both 3D printed smart devices and 4D printed features, which can be built in a single body. It is expected that the combination of 3D printed smart devices and 4D printing would contribute to the development of high performance, adaptability to the environment and programmable 3D smart devices, which have not yet existed. This paper has reviewed the background of 3D printing, smart device fabrication using 3D printing, development into 4D printing, and future applications of 4D printing.

3D 형상정보 자동 수집을 위한 구면좌표계식 스캐닝 시스템

박상욱(Sang Wook Park),맹희영(Hee-young Maeng),이명상(Myoung Sang Lee),권길선(Kil Sun Kwon),나미선(Mi-Sun Na) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.9

3D 스캐닝을 이용한 3D 형상정보를 구축하기 위해서는 피측정물의 촬영부터 시작하여 획득된 데이터의 합성과정까지 여러 단계를 거치는데, 이는 많은 시간과 복잡하며 번거로운 수작업을 요구한다. 본 연구에서는 복잡하고 많은 시간이 소요되는 과정에서 생기는 불필요한 준비과정이나 진행단계별 수작업요소들을 자동화하여 작업자의 숙련도에 따라 발생하는 데이터 품질의 차이를 최소화 할 수 있도록 하였으며, 작업자의 실수로 인해 발생하는 데이터의 부재를 사전에 예방 할 수 있어 결과적으로 3D 스캐너를 통한 3 차원데이터 획득과정의 시간적, 데이터적 효율성과 형상정밀도를 증가시킴을 증명하였다. Several types of automatic 3D scanners are available for use in the 3D scanning industry, e.g., an automatic 3D scanner that uses a robot arm and one that uses an automatic rotary table. Specifically, these scanners are used to obtain a 3D shape using automatic assisting devices. Most of these scanners are required to perform numerous operations, such as merging, aligning, trimming, and filling holes. We are interested in developing an automatic 3D shape collection device using a spherical-coordinate-based guiding system. Then, the aim of the present study is to design an automatic guiding system that can automatically collect 3D shape data. We develop a 3D model of this system and measuring data which are collected by a personal computer. An optimal design of this system and the geometrical accuracy of the measured data are both evaluated using 3D modeling software. The developed system is then applied to an object having a highly complex shape and manifold sections. Our simulation results demonstrate that the developed system collects higher-quality 3D data than the conventional method.