1. 수행배경

• 액체를 일정량 토출하는 장치인 디스펜서는 현대 사회에서 비누 디스펜서, 음료 디스펜서, 아이스크림 디스펜서 등과 같이 실생활에서 많이 사용되고 있다. 또한 산업용 디스펜서는 액체 재료를 정밀 토출 및 도포하여 ICT 주요 부품, 자동차 전장품 및 산업의 핵심 및 최종 공정을 수행함으로써 최신 산업 현장에서 매우 중요해진 장비이고, 기술 진보에 따른 부품의 고성능 및 소형화로 인해 초소형 부품의 결합방식도 전통적인 너트와 볼트의 결합이 아닌 산업용 디스펜서 장비로 소량 토출한 접착제를 사용하여 결합하고 있다. 이와 같이 디스펜서의 중요성이 지속적으로 증가하면서 시장 규모가 커졌지만 현재 디스펜서 시장은 해외 기업들이 전부 점유 중인 상황이다. 또한 디스펜서 자체의 가격이나 사용되는 원자재의 가격이 높아지고 내부 구조가 복잡하여 청소 문제나 공업 과정의 개선을 위한 더 빠른 응답성이 요구되는 등 개선이 필요한 여지가 많아지고 있다. 따라서 푸르지오 팀은 피에조 젯팅 밸브의 국산화, 원가 절감, 응답성 개선, 구조 개선을 목표로 프로젝트를 진행하게 되었다.

2. 수행기간

• 1주차~13주차 (2023.03.02~2023.06.01)

  - 디스펜서 관련 이론 및 장치 이해

  - 레버 구조 변경 회의

  - NX 프로그램을 활용한 3D 모델링 현상 제작

  - Ansys 프로그램을 활용하여 레버 구조의 형상 검토 및 간섭 탐지

• 14주차~16주차 (2023.06.02~2023.06.20)

  - Solidworks assembly 프로그램 활용하여 부품 간의 간섭 및 결합 확인

  - NX 프로그램 활용하여 2D 도면 제도 작업

  - 가공 견적 확인 및 결제

  - 가공 완료, 부품 인수

  - 기업 연구소 방문 및 부품 조립 & 기계 시연

3. 개발작품 설명

• 기존 Piezo jet valve의 구동 방식은 피에조 스틱이 팽창하면서 레버에 압력을 가하고, 레버가 하강하면서 토출이 되며, 토출 후에는 레버 스프링에 의해 레버가 원위치로 돌아오는 방식이다. 하지만 이 방식은 응답성이 낮고 원가가 높아 해외에서 부품을 구입하거나 내부 구조 청소에 있어 다양한 불편함이 존재하여, 이번 프로젝트에서 이 스프링을 없애고 레버의 구조를 판스프링 원리를 이용하는 방식으로 개선하여 구조를 단순화 시키고 원가를 절감하는 효과를 기대하고 이에 따른 레버의 구조를 설계하였다. 

• 과제를 수행하는 과정에서 재료역학 지식을 활용하여 보의 길이 방향 변형률(중립축, 중립면)을 고려하여 기계 작동 시 원하는 변형량이 생기도록 계산하며 설계를 하였다. 또한 전공 수업에서 배운 ANSYS 해석 프로그램과 3D 모델링의 학습 내용을 응용하여 레버의 정적 해석을 수행하고, 레버의 케이스의 3D 설계 후 도면을 작성하였다.

• 레버의 구조를 개선 목적에 맞게끔 설계하고, 수정된 레버 구조에 맞게끔 그에 맞는 케이스도 설계하였다.

4. 활용방안

• 피에조 젯팅 밸브 시스템은 첨단 반도체 제조, 스마트폰 부품 제조 분야의 비접촉식 작업 분야에서 광범위하게 사용될 수 있다. 또한, 솔더 페이스트, 실버 페이스트, 핫멜트, 혐기성 접착제, UV 접착제 등 다양한 종류의 유체를 디스펜싱 할 수 있으며, 피에조 젯팅 디스펜서를 자동 라인과 함께 사용한다면 고속으로 연속 생산이 가능하여 제조 원가를 절감할 수 있는 시스템이다. 해당 시스템은 최소 디스펜싱 용량은 0.5 나노 리터까지 가능하며 고속으로 초정밀의 토출이 가능하고 파라미터 정량화 가능, 조작 간편, 응용 범위가 광범위하다는 장점이 있다. 또, 높은 생산성과 일관성 유지가 가능하며 최소 200 의 직경으로 디스펜싱 할 수 있으며, 100 의 틈 사이에 디스펜싱이 가능하다. 이 시스템은 특히나 다양한 종류의 유체 중 혐기성 접착제나 핫멜트 등 특수 접착제에도 사용 가능하다는 활용성을 가지고 있다.

• 이 시스템은 다양한 유체를 다룰 수 있기에 다양한 분야에서도 활용이 가능하며 이를 통해 구조를 간소화하고 국내에서 생산할 수 있게 될 경우 다양한 분야에서 다양한 이점을 불러올 수 있다. 본 캡스톤 디자인의 과제 수행이 성공적으로 진행된다면, 기존 제품을 사용하고 있던 기업이나 앞으로 필요할 기업 및 업체들이 저렴한 비용으로 국내 생산 피에조 젯팅 밸브 구조를 이용할 수 있게 될 것이다. 제품 자체의 가격 하락뿐만 아니라 기기 고장으로 인한 수리도 제작한 국내 기업에서 진행될 것이기 때문에 관리 비용적인 측면에서도 장점이 많다. 액체 재료로써 사용되는 접착제들의 점성이 높은 경우가 많아 잔여물이 이동 통로를 막는 경우가 있다. 기존 제품의 경우 이를 청소하기 힘들었지만 구조가 단순화됨으로써 청소가 용이해져 사용 편의성과 시간/노동력 절약으로 인한 생산성이 대폭 증가할 것으로 예상한다.