Effects of Annealing for Strength Enhancement of FDM 3D-Printed ABS Reinforced with Recycled Carbon Fiber

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 FDM(fused deposition modeling) 3D 프린팅 재활용 탄소 섬유(rCF) 강화 복합재의 기계적 물성에 대한 어닐링의 영향을 조사하였다. 본 연구에서는 FDM 3D 프린터용 필라멘트를 섬유 함량 10 wt%와 20 wt% rCF로 강화된 순수 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)과 ABS를 자체 제작하였다. 본 연구는 세 가지 다른 섬유 함량 값에 대한 어닐링 온도와 시간의 함수로서 인장 및 굽힘 특성을 탐색하였다. 또한, 형상 변화에 대한 치수 측정을 수행하여 실제 제조 공정에서 어닐링 적용의 적합성을 판단한다. 결과는 어닐링이 FDM 공정 중 발생하는 비드 사이의 공극을 좁히고, 섬유와 폴리머 사이의 간극을 줄여 기계적 물성을 향상시킨다는 것을 보여준다. 어닐링 이후 가장 큰 인장 및 굴곡 강도 향상은 20 wt% rCF 함량 시편에 대해 각각 12.64%와 42.33%의 향상률을 보였다. 더욱이, 어닐링 효과는 순수 ABS 시료에 비해 rCF 강화 시편의 기계적 물성을 더욱 효과적으로 향상시키며, 치수 안정성도 높아 어닐링에 대한 적합성을 나타낸다. 이러한 결과는 rCF의 적용 분야를 확대하고 FDM-프린팅 부품의 잠재적 사용을 크게 증가시킬 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Materials and Methods 5
• 1. Filament Fabrication 5
• 2. FDM 3D Printing Specifications 7
• 3. Annealing 8
• 4. Mechanical Testing 8
• 5. Dimensional Analysis 10
• 6. Morphology Analysis 11
• III. Characterization of Self-Fabricated rCF/ABS Filaments 11
• 1. Filament Single Fiber Tensile Test 11
• 2. Analysis of Filament Fracture Surface 13
• IV. Results and Discussion of Annealed FDM 3D-Printed Specimens 15
• V. Conclusions 30
• References 32
• ABSTRACT 38