3D 프린팅용 금속 입자 필라멘트의 물성 및 차폐 능력 평가

• 영문명: Evaluation of Metal Composite Filaments for 3D Printing
• 발행기관: 한국방사선학회
• 저자명: 박기석(Ki-Seok Park) 최우전(Woo-Jeon Choi) 김동현(Dong-Hyun Kim)
• 간행물 정보: 『한국방사선학회 논문지』 제15권 제5호, 695~704쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2021.10.31

국문 초록

3D 프린팅 FDM방식의 재료인 필라멘트 중 차폐성능을 지닌 필라멘트는 국내에 판매되지 않고 있으며 관련 연구도 미비하다. 이에 본 연구는 금속 입자가 함유된 필라멘트의 물성과 방사선의 차폐능력을 평가하여 3D 프린트를 이용한 방사선 차폐체 개발의 기초자료를 제공하고자 한다. 금속입자 강화재가 함유된 금속 필라멘트 5가지를 선정 후 ASTM의 평가방법을 이용하여 인장강도, 밀도, XRD, 무게측정 등 물성을 평가하고 방사선 차폐능력을 알아보기 위하여 한국산업표준의 방호용구류 시험방법에 따라서 방사선 차폐율을 구하였다. 인장강도는 PLA + SS가 가장 높았고 ABS + W가 가장 낮았으며 밀도는 ABS + W 가 3.13 g/cm3으로 가장 높게 나타났다. XRD결과 시편의 표면의 입자의 XRD peak 패턴이 각 입자 강화재 분말 금속의 패턴과 일치함을 확인 할 수 있어 프린트된 시편이 분말금속이 함유 되었음을 확인하였다. 3D 프린트 복합 필라멘트별 차폐효과는 ABS + W, ABS + Bi, PLA + SS, PLA + Cu, PLA + Al의 순서로 실효원자번호와 밀도에 비례하여 차폐율이 높게 나타났다. 본 연구에서는 강화재로 금속 분말이 함유된 금속입자 복합 필라멘트는 방사선의 차폐능력을 가지는 것이 확인되었으며 향후 방사선 차폐용 필라멘트의 사용가능성을 확인하였다.

영문 초록

It is hard to get Filaments which are materials of the 3D printing Fused Deposition Modeling(FDM) method as radiation shielding in Korea. and also related research is insufficient. This study aims to provide basic data for the development of radiation shields using 3D printing by evaluating the physical properties and radiation shielding capabilities of filaments containing metal particles. after selecting five metal filaments containing metal particle reinforcement materials, the radiation shielding rate was calculated according to the Korean Industrial Standard s protective equipment test method to evaluate physical properties such as tensile strength, density, X-ray Diffraction(XRD), and weight measurement using ASTM s evaluation method. In the tensile strength evaluation, PLA + SS was the highest, ABS + W was the lowest, and ABS + W is 3.13 g/cm3 which value was the highest among the composite filaments in the density evaluation. As a result of the XRD, it may be confirmed that the XRD peak pattern of the particles on the surface of the specimen coincides with the pattern of each particle reinforcing material powder metal, and thus it was confirmed that the printed specimen contained powder metal. The shielding effect for each 3D printed composite filament was found to have a high shielding rate in proportion to the effective atomic number and density in the order of ABS + W, ABS + Bi, PLA+SS, PLA + Cu, and PLA + Al. In this study, it was confirmed that the metal particle composite filament containing metal powder as a reinforcing material has radiation shielding ability, and the possibility of using a radiation shielding filament in the future.

목차

Ⅰ. INTRODUCTION

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

Ⅲ. RESULT

Ⅳ. DISCUSSION

Ⅴ. CONCLUSION

키워드

3D 프린팅 FDM 방식 방사선 차폐체 금속 필라멘트 복합 필라멘트 3D Printing Fused Deposition Modeling Radiation Shielding Metal Filament Compostie Filament