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국문초록

목차

제1장 서론 13

1.1. 연구 배경 13

1.2. 관련 연구 동향 18

1.3. 연구 목적 및 연구 내용 20

1.4. 논문의 구성 22

제2장 함수장 기반 CAD 시스템 23

2.1. SDF 기반 형상 최적화 기법 25

2.1.1. 초기 위상최적화 형상의 표면 처리 기법 27

2.1.2. 오버행 형상 수정 기법 30

2.2. 공정함수장 기반 표면 거칠기 최적화 기법 33

2.2.1. 표면 거칠기에 대한 실험 연구 준비 33

2.2.2. 실험 연구 결과에 대한 해석 36

2.2.3. 최적 노즐 이송 속도 모형 개발 39

2.2.4. 공정함수장의 생성 42

2.2.5. 표면 거칠기 최적화 45

2.3. 재료함수장 기반 기공 예측 기법 46

2.3.1. 재료함수장의 생성 47

2.3.2. 기공율 예측 49

2.4. 에너지 밀도함수장 기반 공정 최적화 기법 51

2.4.1. 가우시안 빔 51

2.4.2. 에너지 밀도함수장의 생성 53

2.4.3. 에너지 밀도함수장의 정량화 55

2.4.4. 공정 매개변수 최적화 56

2.5. 적층 제조 고려 설계 지원 CAD 모듈 59

2.6. 사례 연구 62

2.6.1. 사례 연구 1 : 오버행 형상 수정 기법 62

2.6.2. 사례 연구 2 : 재료 압출 방식 적층 제조의 노즐 이송 속도 최적화 기법 65

2.6.3. 사례 연구 3 : 재료 압출 방식 적층 제조의 기공 예측 기법 67

2.6.4. 사례 연구 4 : 분말 소결 방식 적층 제조의 공정 최적화 기법 70

2.7. 함수장 기반 CAD 시스템의 활용 방안 76

제3장 결론 77

3.1. 요약 77

3.2. 한계 및 추후 과제 78

참고문헌 79

ABSTRACT 84

표 2.1. 실험 연구를 위한 공정 매개변수의 수준 34

표 2.2. 공정 매개변수에 따른 표면 거칠기 측정 결과 36

표 2.3. 표면 거칠기 측정 결과의 평균 값(표준 편차) 38

표 2.4. 표면 거칠기 측정 결과의 일원 배치 분산 분석 결과 39

표 2.5. 45도 적층 각도에 대한 표면 거칠기 추가 측정 실험 결과 41

표 2.6. 분말 소결 방식 적층 제조의 공정 매개변수에 따른 밀도 측정 결과 56

표 2.7. 출력 전략에 따른 제조 시간과 재료 사용량의 비교 64

표 2.8. 공정 매개변수에 대한 제조 시간의 비교 66

표 2.9. 재료함수장 기반 기공율 예측 결과 68

표 2.10. 사례연구 4에서 사용된 공정 매개변수 72

그림 1.1. 적층 제조 고려 설계의 개념도 15

그림 1.2. B-rep과 음함수 표현법의 CAD 표현 방식 16

그림 1.3. 부호화된 거리함수장 17

그림 1.4. 부호화된 거리함수장의 부울 연산 17

그림 2.1. 제안하는 CAD 시스템의 순서도 및 자료 구조 24

그림 2.2. 부호화된 거리함수장의 계산 방식. (a) 3차원 부호화된 거리함수장; (b) 2차원 부호화된 거리함수장 26

그림 2.3. 초기 위상 최적화 형상의 표면 처리 기법. (a) 초기 위상최적화 결과 모델; (b) 부울 연산을 위해 필요한 CAD 형상; (c) 표면 처리가 완료된 CAD 형상 29

그림 2.4. 오버행 형상 수정 기법의 적용 결과. (왼쪽) 적용 전; (오른쪽) 적용 후 32

그림 2.5. 실험 연구를 위한 준비. (a) 시편의 형상; (b) Pinter A8 프린터; (c) Bruker DEKTAKXT-E 표면 거칠기 측정기 35

그림 2.6. 표면 거칠기에 대한 공정 매개변수의 평균 그래프 및 상호작용 효과 그래프 38

그림 2.7. 표면 거칠기의 수치적 계산 방법 41

그림 2.8. 최적 노즐 이송 속도 함수장의 생성을 위한 순서도 44

그림 2.9. G 코드의 노즐 이송 속도 최적화. (a) 최적화 전; (b) 최적화 후 45

그림 2.10. 재료 압출 방식 적층 제조의 기공. (a) 부분적인 목 성장 기공; (b) 레스터 기공 46

그림 2.11. 재료함수장의 생성을 위한 순서도 48

그림 2.12. 재료 압출 방식 적층 제조의 노즐 온도와 노즐 이송 속도에 따른 제조 결과 50

그림 2.13. 가우시안 빔의 전파 (가우시안 분포) 52

그림 2.14. 에너지 밀도함수장의 생성을 위한 순서도 54

그림 2.15. 밀도 시편의 단면. (a) 케이스 1-1; (b) 케이스 1-2; (c) 케이스 1-11 57

그림 2.16. 에너지 밀도 함수장의 단면. (a) 케이스 1-1; (b) 케이스 1-2; (c) 케이스 1-11 58

그림 2.17. 오버행 형상 수정 모듈 60

그림 2.18. 노즐 이송 속도 최적화 모듈 60

그림 2.19. 기공 예측 모듈 61

그림 2.20. 에너지 밀도함수장 생성 모듈 61

그림 2.21. 케이스 2-1에 대한 서포트 구조물 생성 방법 비교. (a) 초기 CAD 형상; (b) 슬라이서를 활용한 수직 서포트의 적용; (c) 오버행 형상 수정 기법의 적용 63

그림 2.22. 케이스 2-2에 대한 서포트 구조물 생성 방법 비교. (a) 초기 CAD 형상; (b) 슬라이서를 활용한 수직 서포트의 적용; (c) 오버행 형상 수정 기법의 적용 64

그림 2.23. 재료 압출 방식으로 제조된 결과. (a) 케이스 3-1; (b) 케이스 3-2; (c) 케이스 3-3 66

그림 2.24. 재료함수장의 단면. (a) 케이스 4-1; (b) 케이스 4-2; (c) 케이스 4-3; (d) 케이스 4-4; (e) 케이스 4-5; (f) 케이스 4-6 69

그림 2.25. 외각 해치 거리 최적화 전 (a) 제조된 시편의 단면; (b) 에너지 밀도함수장 71

그림 2.26. 외각 해치 거리에 따른 R 값의 그래프 72

그림 2.27. 외각 해치 거리 최적화 후 (a) 제조된 시편의 단면; (b) 에너지 밀도함수장 73

그림 2.28. 정상 에너지 밀도 영역 비율(R)의 공정 매개변수 맵 75