1. 수행배경

• 과제의 개발 목적은 기존 피에조 젯팅 밸브의 대안을 모색하여, 비용 효율적이고 접근성이 뛰어난 모터 기반 젯팅 밸브 시스템을 개발하는 것입니다. 피에조 젯팅 밸브는 첨단 반도체 제조나 스마트폰 부품 생산 등에서 활용되는 고속·고정밀 비접촉식 디스펜싱 장비입니다. 고속과 고정밀의 유체 디스펜싱 장비로 다양한 산업에서 널리 사용되고 있으나, 몇 가지 중요한 한계를 가지고 있습니다. 고가의 부품으로 인한 높은 제작 비용, 낮은 내구성으로 인해 큰 유지보수 비용, 그리고 특정 유체에만 적용되는 제한적인 응용성, 특허 문제 등 여러 제약이 존재하고 있습니다.

   

  이러한 한계를 극복하고자 본 과제에서는 지오테크놀로지사의 피에조 젯팅 벨브를 모티브로 삼아, 모터와 캠 메커니즘을 이용하여 피에조 기술을 대체할 수 있는 기술적 대안을 제시하고자 합니다. 이를 통해 기존 시스템의 한계를 극복하고 보다 경제적이며 유연한 유체 분사 시스템을 구축할 수 있습니다.

   

  경제적 측면에서는 피에조 젯팅 밸브의 고비용 문제를 해결하는 것이 중요합니다. 기술적 측면에서는 기존 기술의 특허를 회피하고, 성능 면에서 동등하거나 개선된 결과를 도출해야 합니다. 또한, 산업적 측면에서는 다양한 점성 유체에 적용할 수 있는 시스템을 설계하는 것이 필수적입니다.

   

2. 수행기간

• 9월 : 과제 선정 및 제품 구체화

  - 과제해결을 위한 아이디어 수립

  - 부품 선정 및 결정

  - 예산 구성

• 10월 : 전반적 제품 설계 및 모델링

  - 외형 모델링 및 치수부여

  - 제품 시뮬레이션

  - 오류 검출 후 수정

• 11월 : 시제품 제작 및 구동

• 10월~11월 : 자재 결정 및 구매

  - 필요 자재 수량 확인

  - 예산 확인 및 구입처 결정 및 구매

• 12월 : 최종 결과물 제출

  - 최종 결과 보고

  - 피드백 수용

3. 개발작품 설명

• 구동 원리

  1) 디딜 방아의 원리

  • 디딜방아 : 발판을 밟으면 막대가 위 아래로 움직이며 곡식을 찧는 기구
  • 모터를 활용하여 디딜방아의 발판역할 대체
  • 다리의 역할을 캠(CAM) 으로 대체

   

  2)엔진 속 캠의 원리

  • 앤진의 캠샤프트 구동 원리에서 착안
  • 캠을 이용하여 로드를 누르는 구동 방식을 채택
• 구동 방식

  1) 모터 - 일정한 속도로 캠을 회전

   

  2) 캠 - 비대칭적이 형태를 이용해 회전하는 동안 피스톤을 상하로 이동 시킴

   

  3) 실린더 - 피스톤을 밀어내면 실린더 내부 유체가 압력 받아 분사구에서 토출

   

  4) 정교 분사 제어

  - 모터 속도를 조절해 캠의 회전 속도 변경해

  - 피스톤 움직임 속도 조절 가능

  - 분사 유체의 양과 속도를 세밀하게 조정 가능

   

  5) 유체

  - 작동하지 않을 경우, 유체가 흐르지 않도록 설정

  - 주사기의 물리적인 원리인 파스칼 법칙 이용 설계

4. 활용방안

• 본 연구에서 개발된 모터 기반 젯팅 밸브는 정밀한 유체 제어가 필요한 전자부품 제조, 자동차 부품 조립, 생명공학 연구 등 다양한 산업에 폭넓게 활용될 수 있습니다. 기대되는 효과는 다음과 같습니다.

   

  정밀도 향상 측면에서는 정밀한 캠 메커니즘과 모터 속도 제어를 통해 유체 분사량의 정확도와 반복성을 향상시킬 수 있습니다. 생산성 증대 측면에서는 고속 분사가 가능하므로 대량 생산 공정에서 효율성을 증가시킬 수 있습니다. 비용 절감 측면에서는 구조 단순화 및 고가의 페어조를 모터 대체를 통해 제작 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있습니다. 응용성 확대 측면에서는 점성 물질부터 저점도 액체까지 다양한 유체를 처리할 수 있습니다.