Digital light processing (DLP) 3D printing is attracting much attention for its ability to fabricate sophisticated industrial parts due to its excellent layer resolution of less than 100 μm. Among various industrial applications, the area where 3D printing benefits the most is the production of abrasion-resistant parts due to cost reduction and environmental friendliness. The conventional process employed mainly for the production of abrasion-resistant parts is based on cutting and grinding, which leaves a significant amount of discarded residues. In addition, the rapid wear of cutting and grinding tools highly increases machining costs. 3D printing of abrasion-resistant parts can minimize discarded parts and drastically reduce the machining costs by eliminating cutting and grinding costs. In this study, we reinforced 3D printing resins with fumed silica and confirmed the enhancement in abrasion resistance. For an abrasion test of 10000 cycles, the optimal composition of fumed silica, 3 wt%, reduced the weight loss during the Taber test to 1/3, and the impact strength increased about three times compared to the case in which silica was not introduced. We finally confirmed that the sophisticated parts could be fabricated using DLP 3D printing of fumed silica containing resins by printing gears with teeth of 1-2 mm. 3D printing technology suggested for the manufacture of abrasion-resistant parts is expected to contribute to lowering the carbon footprint in the manufacturing process through the reduction of discarded wastes and machining costs.

Digital light processing(DLP) 3D 프린팅은 100 μm 미만의 높은 프린팅 해상도로 정교한 산업용 부품 제작이 가능하여 많은 관심을 받아왔다. 다양한 산업적 응용 중 내마모성 부품의 제작은 제작단가 절감과 환경 친화성으로 인해 3D 프린팅이 적용되었을 때 가장 효용성이 높은 분야 중 하나이다. 내마모성 부품의 제작에 적용되어 온 기존의 공정인 절삭가공에서는 버려지는 재료의 분율이 너무 높으며, 내마모성에 의한 가공 과정에서 절삭공구의 빠른 마모에 의해 가공 비용이 증가하게 된다. 내마모성 부품을 3차원 가공으로 성형하면 버려지는 부분과 절삭공구 비용이 획기적으로 감소하여 제작단가 절감 효과가 매우 높아질 수 있다. 본 연구에서는 3D 프린팅 레진 조성물에 흄 실리카를 넣어 내마모성을 보강하였고, 출력물의 기계적 물성 및 내마모성을 평가하였다. 흄 실리카가 3 wt% 첨가된 최적화된 조성물은 10000 싸이클의 Taber 시험에서 실리카를 포함하지 않은 조성물에 비해 중량 감소가 1/3로 감소하였고, 동시에 충격강도는 3배 증가하였다. 최종적으로, 최적화된 조성물을 이용하여 1-2 mm의 톱니를 갖는 기어를 프린팅함으로써 정교한 출력이 가능함을 검증하였다. 제안된 3D 프린팅을 이용한 내마모성 부품 제작기술은 버려지는 재료와 가공비용을 절감하여 가공 과정에서의 탄소 발자국을 줄이는데 기여할 것으로 기대한다.

Keywords: abrasion-resistant, fumed silica, reinforced resin, light processing, 3D printing.