3D 프린팅


절삭형 : CNC를 말하며 일반적인 3D프린터는 아님


적층형

  • BJ(Binder Jetting)
    • 분말 재료 위에 액상 접착제뿌려서 적층하는 방식
    • 금속 재료의 경우 프린트 한 결과물이 사실상 그냥 플라스틱 풀이 굳은거나 다름없어서 의미가 없으니 열처리를 꼭 하는데 그 프로세스가 좀 귀찮은 편. 
    • 일단 저온에서 한번 구워서 접착제를 날려보내고 그 다음 고온에서 금속 분말들을 소결시켜서 최저한의 강도를 확보한 뒤 청동과 같이 고온에 구워서 그 자리를 청동이 차지하게 하면 완성. 여기까지 며칠 걸림
    • 3DP(3 Dimension Printing)
      • 얇게 분말재료를 필드에 까는 것은 PBF(Powder Bed Fusion) 방식과 비슷하지만 레이저가 아닌 접착제를 분사하여 굳히는 방식
      • 상대적으로 빠른 조형이 가능하고 접착제와 함께 칼라 용액을 분사하므로 색을 입힐 수 있음.
      • 내구성접착제에 의존적인 단점이 있음
    • DED(Directed Energy Deposition)
      • 열 에너지를 집중시켜(레이저로) 물질을 용접-적층하는 방식
      • Powder Bed Fusion과 다른 점이라면 이 방식은 재료가 바닥에 그냥 쌓여있는게 아니라 레이저와 같이 움직임.
      • 재료는 땜납처럼 금속선도 사용가능하지만 보통 금속 파우더를 분사하는 방식
      • DED방식의 프린터는 CNC 머신과 DED 기계가 같이 붙어있다. 3D 프린팅에서 거의 필수 수준의 마감 작업을 CNC가 알아서 깎아 준다.
  • Material Extrusion
    • FDM(Fused Deposition Modeling)
      • ABS와 PLA같은 플라스틱 재료를 녹여 노즐에서 분사하여 적층하는 방식
      • 구성이 비교적 단순하고 특허가 다른 프린팅 방식에 비해 일찍 풀려 오픈소스(RepRap등) 제품이 발달하여 일찍 저가화에 성공
      • 텅 빈 바닥을 기준으로 해서 용액을 분사하여 적층하므로 바닥이 불안정한 제품은 별도의 지지대를 만들어 주어야 함.

  • Material Jetting
    • Polyjet
      • 액상 광경화성 수지를 노즐에서 분사한 후 광에너지를 이용하여 굳혀 적층하는 방식
      • 잉크젯의 3D 프린터 버전
      • 다양한 색상으로 프린팅 가능
      • DLP와 같이 높은 정밀도를 자랑하고 투명한 소재를 사용할수 있어서 돋보기에 쓸만한 광학 렌즈를 프린팅 할수 있음.
      • 단점은 소재의 제한이 따르며 소재의 내구성이 좋지 않고 빛에 민감함.
      • 하단보다 상단의 면적이 큰 경우, 서포터가 필요하며 프린팅 후에 제거 가능
  • Powder Bed Fusion
    • SLS(Selective Laser Sintering)
      • 얇게 분말재료를 필드에 깐 다음 레이저로 선택된 부분만 녹여 굳히기를 반복하여 제품을 만드는 방식
      • 분말의 입자가 균일해야 하고 각 소재별로 레이저의 세팅을 따로 해야 하므로 세팅이 힘듬.
      • 고가이며 유지 비용도 비쌈. 
      • 완전히 녹여서 붙이는 경우 SLM (Selective Laser Melting)같은 이름이 붙이며, 에너지 소모량은 많은 대신 물성이 좋아 짐. 
      • 레이저를 쏘아 녹이는 과정은 강한 레이저나 레이저 병렬화등으로 속도를 높일수 있으나, 그 위에 파우더를 다시 덮는 과정은 속도의 한계가 있어 동시에 여러 부픔을 한꺼번에 작업하기도 하며, 고열로 금속을 녹이는 과정이에 공기중의 다른물질이 포함되는 것을 막기 위해 프린터 내부는 비활성 기체로 채움
  • Sheet Lamination
    • LOM(Laminated Object Manufacturing)
      • 종이, 플라스틱, 금속재질의 시트 형태 재료한층 한층 접착한 칼 또는 레이저 커터로 형태를 잡아 자르는 방식
      • 깎아내는 과정이 필요한 하이브리드 방식
      • 열로 용접하는 방식이 아니므로 내부 잔류응력 처리나 내부 공기 조절이 덜 필요하고 속도가 빠름
  • Vat Photopolymerization
    • DLP(Digital Light Processing)
      • 액상 광경화성 수지가 담긴 통프로젝터를 이용하여 모델의 단면을 빛으로 투사하여 레진을 굳힘으로써 적층하는 방식
      • 라인으로 레이어를 만드는 방식과 다르게, 단면을 통째로 굳히기 때문에 속도가 아주 빠르며, 빛을 사용하여 정밀도 높음. 
      • 재로인 레진이 고비용(약 10배 정도)
      • 빛을 사용하므로 빛샘 현상에 따라 정밀도 영향 받으며, 투명한 재료일수록 정밀도 낮아지는 단점. 
    • SLA(Stereo Lithography Apparatus)
      • 액상 광경화성 수지를 이용한다는 점에서 DLP 프린팅 방식과 유사하나, 빛을 투사하는 대신에 레이저 소스를 이용하는 차이점.
      • 일반적인 FDM방식과 유사한 라인 트레이싱 방식을 사용, 그럼에도 불구하고 프린팅 속도는 FDM에 비하여 월등히 빠름.
      • 재료는 DLP타입보다 높은 에너지를 요구하는 광개시제가 함유되어 있어 DLP방식과 SLA방식의 레진을 혼용하여 사용하기 어려움.
      • 빛샘 현상이 정밀도에 영향 줌.
  • 금속을 사용하는 3D 프린터
    • 의외로 금속 3D 프린터는 꽤 오래전부터 존재
    • 레이저 클레이딩(Laser Cladding)이란 기술을 응용
    • 금속분말을 노즐을 통해 뿌리는 동시에 레이저로 녹여서 균일한 두께로 적층
    • 제품 생산보다는 금속 가공품의 손상수리에 많이 쓰임
    • 금속 3D 프린터가 일선에서 안 쓰인 이유는 사용처가 애매함.
    • 절삭 가공만으로는 모양을 내기가 어려운 내부 형상을 갖는 플라스틱 사출성형용 금속금형 생산 같은 경우 활용도 있음.



    블루투스 링크방식

    SCO

    (Synchronous Connection-Oriented)

    -예약된 타임슬롯을 통해 데이터 전송(625µs 간격으로 동기화)

    -Master/Slave사이의 Point to Point 연결

    -패킷 재전송 수행 안함(비 신뢰성 통신)

    -음성 전송 채널에 주로 사용 

    ACL

    (Asynchronous Connection-Less)

    -예약된 타임슬롯 없음(비동기 통신)

    -Point-Mult-Point 연결가능(하나의 Master/Slave간 ACL링크는 반드시 한개만 존재)

    -패킷 재전송 수행(신뢰성 통신)

    -데이터 전송에 주로 사용


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    WPAN기술간 비교


     명칭

    Bluethooth 

    UWB

    (High Data Rate) 

     ZigBee

    (Low Data Rate)

     WLAN

    표준

    명칭

    IEEE 802.15.1

    IEEE 805.15.3a 

    IEEE 802.15.4

    IEEE 802.11

    주파수 

    2.4GHz (ISM) 

    3~10 GHz 

    868M,915M,2.4G 

    2.4GHz 

    변조

    FHSS 

    임펄스전송 

    DSSS 

    FHSS/DSSS 

    다중

    접속 

    TDMA 

    CSMA/CA 

    CSMA/CA 

    전송

    속도 

    1M, 723Kbps 

    500Mbps 

    250K,40K,20Kbps 

    11M,54Mbps 

    전송

    거리

    10m~100m 

    10m 

    10m~75m 

    100m 

    특징 

    다양한 통신지원(음성/팩스),

    Master/Slave방식 

     고속데이터 전송, 기저대역 이용 간섭에 강함.

    저속,긴수명,저전력,초소형,데이터전송에러시 신속한 복구 


     

     활용

    음성전송,
    무선헤드셋,

    텔레매틱스 

    멀티미디어 데이터 전송, 근거리 고속 통신, 위치인식 

     센서네트워크,상황인지,메시네트워크,원격제어,자산관리,주택관리,방범센서

    무선백본,스마트폰 


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     사물인터넷 객체 식별자(OID, Object Identifier)

    • 사물인터넷 상에서 동작하는 수많은 기기는 국제적으로 접근을 위해 식별할 수 있는 유일한 정보(식별자)를 가지고 있어야 함. 
    • {1 2 410}, {0 2 450}, {0 2 480}, {0 2 481}, {2 27}, {2 16 410} 등이 한국에 할당
    • 사물인터넷 객체 식별자{0 2 481 1}이 TTA 표준으로 정의됨



    사물인터넷 참조 모델(TTAK.KO-06.0346)

    • 참조 모델은 4계층과 각 계층에 적용되는 관리기능/보안기능으로 구성됨.

    계층

    내용 

    응용(Application)

     다양한 사물 인터넷 응용을 포함

    서비스 및 응용 

    지원

    공통 지원과 특정 응용 지원으로 분류

    공통 지원 : 다양한 사물인터넷 응용에 공통적으로 필요한 정보처리/정보저장 기능

    특정 응용 지원 : 특정 응용에 필요한 기능을 제공하며, 다양한 응용을 지원하기 위해 다양한 기능 그룹이 존재

    네트워크

    네트워크 기능과 전송 기능으로 구성

    네트워크 기능 : 자원제어, 이동성관리, AAA(Authentication, Authorization and Accounting) 등 네트워크 연결을 위한 제어기능 수행

    전송 기능 : IoT서비스 및 응용에 종속적인 정보와 IoT관련 제어 및 관리 정보 전달을 위한 연결 기능 수행

    디바이스

    디바이스 기능과 게이트웨이 기능으로 구성

    디바이스 기능 : 네트워크와 직접 통신, 게이트 웨이를 통해 네트워크와 간접통신, 애드혹 네트워킹, 슬립 및 웨이크 업

    게이트웨이 기능 : 다양한 인터페이스 지원, 프로토콜 변환





    교착상태 발생 조건 (다음 4가지를 모두 만족해야 함)

    1. 상호 배제(mutual exclusion)
      • 프로세스들이 자원을 배타적으로 점유하고 있어서, 다른 프로세스에서 해당 자원을 사용할 수 없음.
    2. 점유와 대기(Block and wait)
      • 각 프로세스는 이미 자신에게 할당되어 있는 자원을 지속적으로 보유함과 동시에 다른 자원을 할당받기 위해 대기함
    3. 비선점 조건(Non-preemptive)
      • 자원은 사용이 끝날 때까지 이 자원을 사용하는 프로세스로부터 반납되지 않음(도중 해제 불가능)
      • 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음.
    4. 환영대기(Circular Wait)
      • 프로세스와 자원들이 서로 원형을 이루며, 각 프로세스는 자신에게 할당된 자원을 가진 상태에서 상대방의 자원을 서로 요청 하는 경우.

    해결방법
    1. 예방
    2. 회피
    3. 발견
    4. 회복


    교착상태 vs 무한대기

    발생조건 

    교착상태(Deadlock) 

    무한대기(Starvation) 

    정의 

    다수의 프로세스가 아무일도 못하고 특정 자원을 기다리며 무한대기 

     특정 프로세스가 자원을 할당받기 위해 무한정 대기하는 상태

     발생원인

    상호배제,

    점유와대기,

    비선점조건, 

    환영대기 

    자원의 편중된 분배정책 

     해결방안

    예방,회피,발견,회복 

    Aging기법 





    코어스의 법칙(Coase's Law)

    • 거래비용의 감소에 따라 조직의 복잡성, 기업수는 감소한다는 법칙
    • 예시)
      • 외주를 주는 비용이 더 싸다면, 담당하던 조직을 없애거나 분사시키고, 외주를 준다.
      • 반대로 비용이 비싸다면, 회사를 인수 합병하거나, 조직을 합쳐서 복잡성은 증가할 수 있음. 
    • 의견: 신규 사업, 조직 개편이나, 분사, 인수합병 등 시행 착오를 줄이기 위해 고려 해야 할 사항으로 보임. 



    암달의 법칙(Amdahl's Law)

    • 프로그램은 병렬처리가 가능한 부분과 그렇지 않으 부분으로 구분되므로, 아무리 프로세서를 병렬화 하더라도 어느 시점이 되면 더 이상 성능 향상이 되지 않는 한계가 존재한다는 법칙.


    구스타프슨의 법칙(Gustafson's Law)

    • 암달의 법칙과 반대되는 개념
    • 컴퓨터 과학에서 대용량 처리는 효과적으로 병렬화 할 수 있다는 법칙



    멧칼프의 법칙(Metcalfe's Law)

    • 하나의 네트워크의 유용성 또는 효용성(가치)는 그 네트워크 사용자의 제곱과 같지만 비용의 증가는 일정하다.
    • 네트워크에 참여하는 한 사람이 사회에 주는 가치는, 해당 개인이 누리는 것보다 더 클수 있음.
    • 경제학자는 이를 외부효과라고 부르며, 네트워크 참여를 촉진하기 위한 사회적 차원의 개입이 필요하다고 함.(예: 가입자를 늘리기 위한 보조금 지급)
    • 멧칼프는 Xerox에서 일할 당시 이더넷을 개발, 3Com 사를 공동창업 함.
    • 네트워크 기술을 사용하는 사용자의 증가율이 어느 임계 지점에 도달하면, 그 시점부터 기하급수적으로 유용성(가치)이 증가함.



    무어의 법칙(Moore's Law)

    • 1965년에 "마이크로칩의 처리능력은 해마다 2배로 증대된다"라고 함.
    • 컴퓨터 칩에 탑재할 수 있는 트랜지스터의 숫자가 매년 2배씩 증가한다고 예측
    • 1975년에 18개월마다 라고 수정하였고, 2003년에는 적어도 향후 10년동안 이러한 양상이 될 것이라고 예측함.
    • CPU의 가격은 18개월마다 가격은 1/2로 떨어지고, 성능은 2배로 증가함.