Aerosol 3D Printing을 통한 10 μm급 미세패턴 구현 연구

초록

기존의 inkjet printing 기술의 미세 패터닝에서 한계를 극복하기 위해 공압을 사용한 aerosol 3D printing system (A3DP)을 설계하고 개발하였다. A3DP 시스템은 공압 제어 유닛, atomizer, virtual impactor와 sheath gas를 사용하는 nozzle head로 구성이 되어있다. 본 연구에서는 공압을 사용한 A3DP 시스템에서 공정변수가 미세패터닝에 미치는 영향을 확인하고, 이를 바탕으로 해당 시스템에서 10 μm 수준의 미세프린팅이 가능한지 검증하고자 한다. 본 연구에서는 stand-off distance, sheath gas flow rate와 printing speed 등 공정변수가 미세패터닝에 미치는영향을 확인하였고, 그 결과 stand-off distance가 1 mm에서 5 mm 및 focusing ratio (FR) 4에서 6사이로 설정하는 것이 미세패터닝에서 적합하다는 것을 실험을 통해 확인하였다. 해당 내용을 바탕으로, 300 μm 노즐에서 33.07 μm, 200 μm 노즐에서 23.75 μm 그리고 100 μm 노즐에서 16.56 μm 수준의 선폭을 토출하여 공압식 A3DP에서 기존의 잉크젯 프린트로는 구현하기 어려운 10 μm급 미세 패터닝 구현 가능성을 확인하였다. Overspray 및 flow deviation 현상을 줄이기 위해 ANSYS fluent를 통한 유체해석 또한 수행하였다.

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