Additive manufacturing technology, especially fused deposition modeling, has been used in various fields such as aerospace, automobile, and medical industries. However, low mechanical properties and printing speed remain critical problems that limit the adoption of fused deposition modeling 3D printing. Therefore, this thesis developed a Continuously Varied Infill Pattern (ConVIP) method to improve the mechanical properties and printing speed of printed parts in fused deposition modeling 3D printing. Through ConVIP method, ultimate tensile strength and elongation at break increased by up to 15.2% and 40.3%, respectively, and the printing speed was also improved by up to 29.4%. The improvement of mechanical properties and printing speed was compared with the conventional slicing method, and the results were analyzed through a confocal microscope. The increase in ultimate tensile strength and elongation at break of the tensile specimen was attributed to the increase in the height of the interlayer contact point, and the improvement in the printing speed was confirmed by G-Code that the printing path was optimized. In addition, the amount of material used for tensile specimen printing was consumed up to 8.9% less than the conventional slicer method. This thesis confirmed that Continuously Varied Infill Pattern improved mechanical properties, printing speed, and material use.
재료 압출 방식 적층 제조 기술의 발달로 항공 우주, 자동차, 의료 산업에 다양하게 사용되고 있다. 하지만, 낮은 기계적 특성과 출력 속도는 재료 압출 방식 3D 프린팅의 적용 범위를 제한하는 중요한 문제로 남아있다. 따라서 본 학위 논문은 재료 압출 방식 3D 프린팅으로 출력된 제품의 기계적 특성과 출력 속도를 향상시키기 위해 연속 변형형 내부 채움 방식을 개발하였다. 연속 변형형 내부 채움 방식을 통해 기계적 특성 중 극한 인장 강도와 파단 연신율은 각각 최대 15.2 %, 40.3 % 증가했으며, 출력 속도 또한 최대 29.4 % 향상됐다. 기계적 특성과 출력 속도의 향상은 기존에 존재하는 내부 채움 형상과 비교되었으며, 공초점 현미경을 통해 원인을 분석할 수 있었다. 인장 시편의 극한 인장 강도와 파단 연신율의 상승은 층간 접촉 점의 높이 증가에서 기인했으며, 출력 속도 향상은 컴퓨터 수치 제어 프로그래밍 언어를 통해 출력 경로가 최적화되었음을 확인했다. 또한, 인장 시편 출력을 위해 사용된 재료의 양은 기존 기법보다 최대 8.9 % 적게 소모했다. 본 학위 논문을 통해 개발된 연속 변형형 내부 채움 형상은 기계적 특성과 출력 속도, 그리고 사용된 재료를 절약할 수 있음을 확인했다.
