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May 22, 2013

점착제(Pressure Sensitive Adhesive)


압력에 민감한 접착제의 일부분으로 작은 압력에도 쉽게 반응하여 영구 접착이 아닌 반유동체의 용액

 
점착TAPE  

다양한 기재에 점착제가 이미 Coating되어 점착시 도포공정,건조과정 이 필요없이 쉽게 점착이 가능한 Tape상으로 존재하는 것. 

 
점착TAPE 가공 

1.점착제 선정 

점착하고자 하는 기재의 성질에 가장 부합되는 물성을 갖는 점착제 선정. 

기재와의 친화성 
Resin첨가 유무 
약접, 중접, 강접 

2.가교제 선정 

가교 속도에 따른 Pot Life 
가교 속도에 따른 점착제와 기재의 밀착성. 
Cohesion,Peel,Tack 
3.Coating방법 및 도포량 

(1) Coating 

----- Gravure Roll Coater
----- Roll Coater Knife Coater
----- Comma Roll Coater 


(2)Thickness (dry기준) 

----- 점착제가 고유의 물성을 나타낼 수 있는 적정 도포량 선택. 

TAPE종류    도포량 (μ) APPLICATION  
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양면TAPE    55~65  기포방지  
LABEL       18~22  진발생 주의 (ooze) 
FILM        15~25  WETTING성 주의 TELESCOPE현상 주의  
MEDICAL     20~30  ALLERGY 주의 FREE MONOMER 주의  
LIGHT HOME  23~29  가소제의 MIGRATION 주의  
MASKING      3~15  경화제 THICKNESS주의  
수용성      20~30  기포방지,KEYING성 주의 내후,내열성 주의  
BINDER     10~100  적정 Tg조절  

4.숙성(Aging) 

숙성이 끝나지 않은 제품은 점착 Tape라고 볼수없음 
 


< 접착 용어 >


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습윤(wetting) : 접착제 및 피착제가 서로 유사성을 발휘하여 나타나는 현상, 물과 기름이 섞이지 않는 것은 상호간에 유사성이 없기 때문이다. 어떠한 type의 접착제라도 도포시에는 액상인데 이것은 유동성을 부여해서 접착제가 피착제의 구석구석까지 침투하게 하기 위해서 이다.

피착제를 접착하려면 접착제를 도포하여야 하는데 어떤 type의 접착제라도 도포시에는 액상이다. 접착제가 액상으로 되면 유동성이 부여되어 피착제의 구석구석까지 침투된다. 접착제를 액상으로 하는 방법에는 

1) 용제 typw은 용제에 용해되어 있는 용액
2) emulsion 및 latex형 접착제는 물에 미립자로 분산
3) hot-melt형 접착제는 열에 용융 등이 있다. 

접착제로 어떤 피착제를 접착하기 위해서는 접착제가 액체상태가 되어야 한다. 즉, Hot-Melt와 같이 고체상태 그대로인 경우에는 접착할 수 없다는 말이다, 따라서 열로 녹여서 액체상태로 변환한 후 접착할 수 있다는 이야기다. 그러면 제목의 "wetting"이란 무엇인가? 다시 말하면 "젖음성"을 의미한다. 액체를 표면에 접촉하였을 때 평면과 이루는 접촉각에 의해서, 즉 wetting성에 의하여 접착 가능성을 파악할 수 있기 때문에 중요하다. 

접착상태란?
접착이란 액체상태의 접착제가 어떤 작용으로 고체를 변환되어 접착강도를 발휘하는 것을 말한다. 피착제와의 사이에는 일차 결합이라고 하는 "화학결합", 전기덕 결합인 이차 결합(van der Waals force), 접착제의 분자구조에 의하여 발생하는 수소결합이 단독으로 또는 혼합상태로 하는 결합으로 나눌 수 있다.

접착제란?
접착현상을 유발시키는 모든 물질이며, 주성분에 따라 유기접착제와 무기접착제로 나눌 수 있으며 유기접착제는 천연접착제와 합성접착제로 분류된다. 또한 경화방법에 따라 상온 경화접착제, 용융형 접착제로 분류되고 기타 열경화, 감압, 반응형 접착제등이 있다.


점착력 (Adhesion, Adhesive Strength)
어느정도의 크기로 점착테이프가 피착제에 부착되어 있는가를 규정된 방법으로 측정하여 그 반발저항력을 힘의 단위로 나타내는 방법. 일반적으로 점착력은 박리강도(peel strength) 즉 180˚ 방향으로 당겨서 벗기는데 필요한 힘을 나타내며 단위는 시료의 폭 당 힘으로 표시한다. 

유지력 (Holding Power)
점착테이프를 피착제에 붙이고, 정하중을 걸었을 때 점착제가 견디는 힘.

응집력 (Cohesion, Cohesive Strength)
점착테이프의 점착제가 내부 파괴에 견디는 힘.

접착제의 응집력 (Cohesive Force)
접착강도를 가진다는 것은 접착계면에 접착제가 얼마나 강하게 붙느냐 하는 것인데 접착제 자체의 강도가 약하다면 아무것도 되지 않는다. 

접착제 자체의 강도는 접착제 성분의 응집력에 따라 발휘된다. 응집력은 접착제를 구성하는 분자상호의 인력이며 이 힘이 강하면 강할수록 접착제의 피막은 강하게 된다. 

인장강도 (Tensile Strength)
일정한 폭의 점착테이프의 한 끝을 잡아당겨 끊어질 때까지의 요하는 힘으로 테이프의 길이방향으로 잡아당겨 끊었을 때의 힘, 즉 M.D 인장강도(Machine Directional Strength)와 폭 방향으로 잡아당겨 끊었을 때의 힘, 즉 C.D 인장강도 (Cross Directional Tensile Strength)가 있다. 

신장율 (Elongation at Break %)
일정한 폭의 점착테이프를 잡아당겨 끊어질 때까지의 늘어난 길이와 처음 길이와의 비율

신율(%) = (늘어난 전체길이 - 처음의 길이) ×100 / 처음의 길이 

내열성 (Heat Resistance ; Temp, Resistance)
점착테이프가 점착제나 기재의 변화없이 열애 견디는 성질을 말하며 일정시간 또는 시간에 관계없이 열에 견딜 수 있는 최고 사용 온도.

내한성 (Cold Resistance)
점착테이프의 점착력이 변화되지 않고 사용될 수 있는 최저 사용 온도

내후성 (Weathering Resistance)
점착테이프를 빛, 열, 바람, 비 등의 자연환경 하에서 노출시켰을 때 견디는 성질

내약품성 (Chemicals Resistance)
점착테이프가 산, 알카리, 약품, 용제, 기름 등에 의하여 팽창, 용해, 변질되는데 견디는 성질

흡수성 (Water Absorbtion)
점착테이프 특히 발포체의 경우 기재가 수분을 흡수하는 성질

인쇄성 (Printability)
점착테이프의 기재에 잉크가 잘 묻는 성질

내마모성 (Abrasion Resistance)
점착테이프가 마모에 의한 소모에 견디는 성질

내충격성 (Impact Resistance)
포장등에 사용한 점착테이프가 수송 도중에 생기는 급격한 기계적 충격에 견디는 성질

열가소성 점착제 (Thermoplastic Adhesive)
가열횟수에 관계없이 열을 증가함에 따라 연화되는 점착제

열경화성 점착제 (Thermosetting Adhesive)
최초의 가열에 의하여 점착제가 일단 경화되면 가열 횟수에 관계없이 경화상태로 유지되는 점착제.

내열성 (Flame Resistance)
점착테이프가 화염에 견디는 성질

내습성 (Moisture Resistance)
점착테이프가 본래 성질의 변함없이 습기에 견디는 성질. 


ASTM의 정의 

Adhesive (D 907-89) : 표면 부착 및 지지 가능한 물질 (glue, gum, paste, resin, sizing)
Sealant (D 1079-89) : 적당한 움직임으로 인해 틈새가 생길 우려가 있는 곳을 탄성있는 고체로 경화시켜 밀봉시키는데 사용되는 고분자/충진제/안료등의 복합체

 
. 점.접착제의 개요


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- 점.접착제란?

접착상태란?
접착이란 액체상태의 접착제가 어떤 작용으로 고체를 변환되어 접착강도를 발휘하는 것을 말한다. 피착제와의 사이에는 일차 결합이라고 하는 "화학결합", 전기적 결합인 이차 결합(van der Waals force), 접착제의 분자구조에 의하여 발생하는 수소결합이 단독으로 또는 혼합상태로 하는 결합으로 나눌 수 있다.

접착제란?
접착현상을 유발시키는 모든 물질이며, 주성분에 따라 유기접착제와 무기접착제로 나눌 수 있으며 유기접착제는 천연접착제와 합성접착제로 분류된다. 또한 경화방법에 따라 상온 경화접착제, 용융형 접착제로 분류되고 기타 열경화, 감압, 반응형 접착제등이 있다.


점착력 (Adhesion, Adhesive Strength)
어느정도의 크기로 점착테이프가 피착제에 부착되어 있는가를 규정된 방법으로 측정하여 그 반발저항력을 힘의 단위로 나타내는 방법. 일반적으로 점착력은 박리강도(peel strength) 즉 180˚ 방향으로 당겨서 벗기는데 필요한 힘을 나타내며 단위는 시료의 폭 당 힘으로 표시한다. 

- 접착의 이론
초기 접착강도가 높고 접착후 사용 분위기에서 시간이 경과하여도 안정된 접착이 형성되기 위해서는 접착제/ 피착제 계면에서 분자간의 계면 접촉(interfacial contact)이 필수적이며 또한 계면에서 고유접착력(intrinsic adhesion force)이 있어야 한다. 아울러 고유 접착력의 세기와 성질이 매우 중요하다. 이같이 접착제/피착제의 계면에서 작용하는 고유의 힘(intrinsic force)을 접착 메카니즘이라 하며 현재 다음과 같은 접착메카니즘이 제안되어 있다.

1) 기계적 맞물림 (Mechanical interlocking)
2) 확산 이론 (Diffusion theory)
3) 정전기 이론 (Electrostatic theory)
4) 흡착 이론 (Adsorption theory)
5) 화학 결합 (Chemical bonding)
6) 약한 계면층 (Weak boundary layer)

- 점.접착제의 제조 공정

- 접착제의 역사

석기시대 고대인은 흑류석 등으로 창, 칼등을 만들어 나무나 대나무에 고정시키기 위해서 아스팔트를 사용했다. 즉 아스팔트를 열로 용융해서 사용한 것이 현재의 HOT MELT접착제의 원형이 된다. 

고대의 접착제
접착제는 고대에서부터 정교한 방법으로 사용되었다.

3300년전 티벳의 조각 - 얇은 무화과판이라고 생각되어지는 판에 작은 조각이 접착되어있는 것을 묘사하고 있다.

크레타섬 소노소스 궁전 - 벽에 칠하기 위해서 쵸크, 철황토, 동청프리트 안료에 BINDER로 이용되었다.

이집트인 - 아카시아 나무에서 채취한 아라비아 고무, 계란, 풀, 반액상의 발삼, 수목에서 채취된 수지등을 사용하였다. 목재관은 쵸크와 풀의 혼합물로서 조각 회화용 석고로 장식되었다.

창세기 - 피튜맨이 바벨탑건축용으로 우수한 몰타르라고 쓰여져 있다. 이것을 만든 사람이 최초의 접착 기술자이다. 피튜맨 수목은 지중해 사람들이 생활에 사용할용기를 위한 실링제이다. 이 시대에도 접착제는 현재와 같이 피착재별로 특유의 것이 아니면 안되었다.

로마인 - 배를 송진이나 밀탑으로 만들었다. PLINY는 금박을 댤걀 흰자로 종이에 접착하는 방법을 기술하고 있다. 또 고대 중국인과 같이 기생목의 수액에서 만들어진접착제로 끈끈이를 만들었다.

9세기 - 물고기, 치즈에서 만들어진 접착제는 Theophilus의 시대에 목재를 고정 시키는 것으로 알려져 있다. 

* 카제인 접착제 : 말랑말랑한 치즈를 가늘게 잘라서 작은 유발층에 넣어 온수를 가해서 유봉으로 혼합한다. 때론 물을 가해서 넘치는 물이 깨끗하게 될 때까지 계속혼합한다. 다음에 이 치즈를 손으로 반죽해서 냉수 중에 담근다. 그후 평활한 나무테이블 위에 놓고 다른 나무 를 사용해서 조심스럽게 으깨어 석회를 용해한 물을 알맞은 농도 가 되도록 가한다. 제단의 타블렛은 이 접착제로 붙이면 건조한 후에 잘 접착해서 열이나 기온 변화시 떨어지지 않는다.

20세기 - 100년전 고무와 화약이 만들어 졌다는 것 외에는 접착제 공업은 20세기가 되기까지 진전되지 않았다. 최근 수년간 천연계 접착제는 개량되어 합성접착제가 여러 연구실에서 집중적으로 개발되고 있다.

- 접착제의 선정기준

1) 피착제의 종류는 무엇인가?
2) 어떤 목적으로 사용할 것인가?
3) 접합부의 조건 (온도, 습도, 함수율, 오염도 등)은?
4) 도포 방법은?
5) 접합부의 형태는?
6) 작업조건 및 사용기계의 상태는?
7) 위의 조건에 맞는 접착제의 선정

- 접착제의 향후 전망

접착제 및 접착현상은 전 산업분야에 결쳐 응용되고 있다. 접착제는 가정에서 첨딘산업분야 까지 그 적용범위가 매우 넓으며 또한 피착제도 유기재료, 금속재료, 무기재료 등 광범위하다. 

항공기, 자동차 등의 급속 및 섬유강화 복합재료의 접착에 이용되는 구조용 접착제는 높은 하중에서도 장시간 사용할 수 있는 접착제로 고강도의 단단한 피착제와의 접착, 피착제와 동일한 응력전달 및 실제 환경하에서 장시간 접착강도의 유지를 필요로 한다. 이러한 구조용 접착제는 주로 항공기, 자동차조립공정에서 이용되는데 항공기 조립 공정에서는 각종 날개 등 기체의 안전과 관련이 있는 부위의 접착, 내벽, 판넬등의 구조부위의 접착등을 예로 들 수 있다. 

또한 자동차 산업에서도 클러치 페달, 브레이크 라이닝의 접착등에 구조용 접착제가 이용되고 있다. 이러한 접착제는 여러 가지 장점이 있으나 내열성의 한계, 피착제의 표면 처리, 비파괴검사의 어려움 및 수명예측이 곤란한 단점이 있어 최근에는 강인화를 위한 변성기술, 내열성수지의 개발, 수명예측기술의 발전 등이 이루어져 위의 단점을 개량한 구조용 접착제로 에폭시, 페놀, 아크릴 및 우레탄 수지등이 사용되고 있다.

또한 반도체 산업에서도 접착은 많이 적용되고 있다. 반도체 소자에는 회로를 형성하는 금속/금속, 실리콘 웨이퍼와 회로사이의 금속/무기재료, 반도체 소자의 passivation용 고분자와 회로, 또는 실리콘 웨이퍼간의 금속/고분자 및 무기재료/고분자와 passivation용 고분자와 봉지제용 고분자의 고분자/고분자 등 여러 접착계가 있다. 이러한 반도체 공정에서의 접착제는 결합제의 열안정성등이 떨어지는 단점이 있어 폴리이미드 주쇄내에 실록산 성분을 도입하여 경화반응중 실리콘 웨이퍼와 폴리이미드 사이의 화학결합을 형성시켜 접착력을 증가 시키는 방법이 사용되고, 봉지제로 사용중인 에폭시 수지와 폴리이미드의 접착력 향상을 위한 많은 연구와 경화반응으로 생성되는 내부 응력에 의한 접착계면의 파괴를 막기 위한 연구도 진행중이다. 

이외에도 접착의 응용은 전자산업에서 경량화, 소형화를 위해 전자부품의 인쇄 회로기판상의 표면실장, 액정표시소자의 접착, 비디오/오디오 필림에 자성물질 접착 여러 가지 응용되고 있다. 

향후의 접착제는 이러한 구조용 및 기능성 접착제 뿐만 아니라 인체에 완전히 무해할 뿐만 아니라 내수성, 내균성 등 다양한 성질이 요구된다. 또한 최근들어 모든 산업용품에 해당되는 환경규제에 대한 무공해형의 접착제로서 고기능성을 갖고 있어야 하는 수용성 접착제, 반응성 접착제, 무용제형 접착제등의 재료들이 개발이 요구되고 있다. 

 

II. 접착제의 분류


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1. 주성분에 의한 분류

1.1 무기 접착제 : 시멘트류, 규산소다(물유리)류, 세라믹, 기타

1.2 유기 접착제 
(1) 합성계 
(2) 수지계 
- 열경화성 : 요소계, 멜라민계, 페놀계, 불포화 폴리에스테르계, 에폭시계, 레졸시놀계
- 열가소성 : 초산비닐계, 폴리 비닐 알코올계, 염화비닐계, 폴리 비닐아세탈계, 아크릴계, 포화 폴리에스테르계, 폴리 아미드계, 폴리에틸렌계
- 고무계 - 스티렌 : 부타니엔고무계, 니트릴고무계, 부틸고무계, 실리콘고무계, 클로로프렌
(3) 고무계
- 혼합계 - 페놀 : 비닐계 페놀 - 크로로프렌 고무계
- 에폭시 : 폴리 아미드계, 나트릴고무-에폭시계
(4) 천연계 
- 녹말계 : 녹말, 덱스트린
-단백질계 : 아교, 카세인
-수지계 : 송진, 셀락
-고무계 : 라텍스, 고무풀
-아스팔트지

2. 경화 방법에 의한 분류

2.1 실온 경화형 
- 용제건조(증발, 휘산)형 
- 수용매형 : 아교, 초산 비닐계
- 유기용제형 : 니트로 셀룰루스, 합성고무
- 촉매 첨가형 : 요소계, 페놀계, 에폭시계 
- 습기 경화형 : 시노아크릴레이트
(공기중의 수분이나 피착제의 표면에 부착되어 있는 수분에 의해 중합을 개시하여 경화하는 일액의 무용제형이다.)
혐기성형 : 폴리 에스테르 아크릴레이트
(공기 중에서는 액상을 유지하지만 공기를 차단하면 경화한다.)

2.2 열경화형 : 에폭시계, 폐놀계

2.3 핫멜트(Hot melt)형 
- 핫멜트 : 에틸렌, 초산비닐 공중합체, 열가소성 수지 
- 힛트 시일(Heat seal) 

2.4 감압형 
- 콘텍트 시멘트
- 셀프시일 (Self-seal) 
- 딜레이드 텍크 (Dealyed tack)
(상온에서 오랫동안 접착성을 유지하여 특수한 수단을 사용하지 않고 약간의 힘만 가해도 접착한다.)

2.5 재습형 
- 수형 : 아교, 아라비아 고무
- 용제형 : 합성고무
(건조한 접착면을 물로 적시거나 용제로 제습해서 점착성을 회복시킨 후 접착시키는 접착
제)

3. 형태에 의한 분류 
- 수용액형 : 요소계, 폐놀계 
- 용액(용제)형 : 초산비닐계, 니트릴고무계 
- 에멀전(라텍스)형 : 아크릴계, 네오프렌고무계 
- 페이스트상 : 에폭시 수지계, 폴리우레탄계, 실리콘 고무계 
- 분말상 : 카세인, 폴리비닐알콜계 
- 필름상 : 나일론-에폭시계, 페놀-니트릴 
- 고무계 고형 : 주로 핫멜트

4. 강도 및 특성에 의한 분류

4.1 구조용
(1) 특 징 
고온에도 높은 강도를 나타내며, 장시간 동안 큰 하중에서 견딜 수 있는 것.? 자연환경에 노출되어도 자신의 접착력을 잃지 않는 석. 제품의 기본적인 구조 또는 경화방법등에 의해 결정된다.
(2) 종 류 
- 열경화성 수지 : 페놀 수지계, 에폭시 수지계
- 혼합계 : 페놀 - 니트릴고무계, 에폭시 - 페놀계

4.2 준 구조용
(1) 특 징
구조용과 비구조용의 중간특성을 가지며, 어느 정도 외력에 대해서 적응력이 있다.
(2) 종 류 
- 열경화성 수지 : 페놀 수지계, 레졸시놀 수지계, 요소 수지계
- 열가소성 수지 : 폴리아미드계
- 고 무 : 폴리설파이드계, 실리콘 고무계, 우레탄 고무계

4.3 비 구조용
(1) 특 징 
온도 상승에 따라 접착력이 급속히 저하되는 특성이 있고, 저온이 되면 높은 강성을 나타낸다. 상온 경화형이 대부분이다.
(2) 종 류 
- 열가소성 수지 : 초산 비닐계, 아크릴계
- 고 무 : 재생고무, SBR
- 천연계 : 녹말, 아교, 카세인, 셀락

5. 기능성 접착제의 분류

5.1 에폭시 접착제

(1) 구 성 
에폭시수지, 경화제, 충진게, 희석제, 기타 첨가제
1) 에폭시 수지 : 에피크로로히드린과 반응하는 형태에 따라 다음과 같이 분류된다.
a. 범용 에폭시 수지 - 비스페놀 A와 반응
b. 난연성 에폭시 수지 - 브롬화 비스페놀 A(TBBA : Teraboromo-Bisphnol A)와 반응 에폭시 : 유리섬유 적층판 생산등에 사용
c. 내열성 에폭시 수지 - 페놀 또는 O-크레졸 노블락과 반응
2) 경화제
경화제는 종류 및 투입량에 따라 가사시간, 경화시간, 경화 후 물성에 영향을 준다.

작업시 사양성에 따른 배합비 준수 요망.희석제점도를 조절하여 작업성을 개선하며, 접착제의 침투를 도와주고, 2차적인 물성 보완 효과도 있다.충진제사용되는 충진제의 종류에 따라 나타나는 효과는 매우 다양하다.즉, 사용자 또는 제품 제조자가 얻고자하는 목적에 따라 충진제의 종류 및 양을 변화시켜 그 목적을 달성할 수 있다. 

사용되는 일반적인 목적은, 경화시 수축감소, 단가저하, 제품의 기능성 향상이다.

(2) 특 징
자동차, 전기, 전자, 토목, 건축 등 전산업 분야에 걸쳐서 사용이 가능.
- 접착력이 강하다.
- 반응시 부생성물이 없다.
- 상온에서 경화한다.
- 사용용도 범위가 넓다.
- 내충격성이 약하다.

(3) 접착공법
일반적으로 혼합, 계량, 토출, 도포, 경화장치가 필요하며 이중에서 에너지절약과 작업환경등에 직접적인 영향을 주는 것은 경화방법이다.
- 고주파가열 - 자동차, 모터, 전구등에 응용. 4000KHz으로 수초에서 200초 이내에 접착력이 발현됨.
- 마이크로파가열 - 악기등에 이용
- 초음파가열 - 좁은 면적에 매우 유효

5.2 순간 접착제
(1) 구 성 : 시아노아크릴레이트, 안정제, 기타첨가제
구성하는 시아노아크릴레이트의 종류 및 분자량에 따라서 용도가 결정되며 안정제의 양에 따라 저장안정성과 경화속도가 결정된다.
- 메틸시아노아크릴레이트 - 금속용
- 에틸시아노아크릴레이트 - 고무, 플라스틱, 목공용
- 에틸, 이소부틸시아노아크릴레이트 - 의료용
- 올리고시아노아크릴레이트 - 다공질용

(2) 장단점

장  점
 단   점
 
순간접착
 내충격성이 나쁘다
 
상온경화
 내열도가 낮다
 
일액 무촉매 경화
 유연성이 없다
 
각종재료 접착가능
 면접착에 적합하다 (예외 있음)
 
이종재료 접착가능
 충진접착에 부적합
 
접착강도 양호
 냄새가 나쁘며, 보관에 주의를 요한다
 

5.3 혐기성 접착제공기가 차단된 상태에서만 경화가 진행되는 특성을 갖는 접착제를 칭함.

(1) 구 성 : 메타아크릴올리고머(모노머), 반응성 희석제, 중합개시제
- 메타아크릴올리고머 - 혐기중합성, 내구성 발현. 폴리에스테르계, 우레탄계등이 사용됨.
- 반응성 희석제 - 물성조절용, 아크릴계가 사용
- 중합개시제 - 레독스계 개시제 사용, 하이드로퍼옥사이드가 사용됨

(2) 용 도
나사고정, 스위치단자 씰링, 코일단자 조정, 칩 접착, 면 접착용, 유리와 금속의 접착, 페라이트 접착, 프린트기판 접착 등.

5.4 SGA(제2세대 접착제)
반응성 아크릴계 접착제를 총칭, 배합 조성물 중의 탄성체와 아크릴모노머가 경화 반응중에 그라프트 중합을 하여 내열성, 내약품성 등이 우수한 접착을 형성한다.

(1) 구 성 : 아크릴모노머, 탄성체, 개시제, 촉매, 기타첨가제
1)주 제 - 탄성체, 아크릴모노머, 개시제
2)경화제 - 탄성체, 아크릴모노머, 촉매
3)개시제 - 퍼옥사이드계

(2) 특 징
1)실온에서 경화속도가 빠르다.
2)금속, 플라스틱, 목재, 유리, 세라믹등 전재료에 접착가능.
3)내충격성, 내열성, 내구성 등이 우수하여 구조용 접착제로 사용.
4)완전혼합되지 않아도 접착이 원만히 진행.
5)에폭시의 단점인 유연성이 우수함.
6)아크릴특유의 냄새가 있는 단점이 있다.

(3) 용 도
1)스피커의 페라이트마그네트접착.
2)발전기 부품.
3)엘리베이터, 자동문등의 부재접착.
4)냉동 콘데이너 바닥접착.

5.5 핫멜트 접착제
열가소성 수지를 사용하여 상온에서 고체상의 물질로 용매에 용해시키거나 분산시키지 않고 100% 고형분만을 열에 의해 용해, 도포 한 후 피착제나 주위에 열을 발산함으로써 냉각고화 되는 과정을 통해 짧은 시간에 접착을 나타내는 접착제이다. 이러한 접착제는 타 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등에 비해 건조 과정이 필요없어 작업공간이 작고, 접착속도가 
빠른 특징을 가지고 있다.

(1) 구 성 : 기본수지, 왁스, 점착부여수지, 가소제, 충진제, 산화방지제등.
1)기본수지
Hot melt 접착제의 물성중 가장 중요한 접착력과 응집력에 큰 영향을 주는 것이 기본 수지이다. 별도 배합이 필요없이 사용하는 polyester, polyamide, polyurethane계 수지는 수지 합성시 사용목적과 도포 방법등에 맞는 필요한 물성을 수지 단독으로 충족시킬수 있도록 설계된다. 한편, EVA나 SBC등 대부분의 수지는 점착부여 수지나 wax등 타 조성물과의 배합을 통해 요구 물성을 충족시키고 있다. 이 경우에도 배합을 통해 변화시킬수 있는 한계가 있으며, 조성물 선택 및 사용량 등도 기본 수지와의 상용성 등을 고려해야 하므로 기본 수지가 접착제 물성 전반에 가장 큰 영향력을 미치고 있다. EVA, PE, PP, SIS, POLYESTER, POLYAMIDE EMD.
2)왁스 - 파라핀왁스, 폴리에틸렌왁스, 작업성향상, 셋팅 타임조정, 블록킹 방지.
3)점착부여수지 - 로진계, 테르핀수지, 쿠마론인덴수지, 석유수지 등.
4)가소제 - 폴리브덴, 파라핀, 방향족 오일 등이 사용됨.
5)충진제 - 탄산칼슘, 크레이등이 사용, 수축방지, 블록킹 방지.
6)산화방지제 - 가열시 산화방지.

(2) 종 류
1)폴리에틸렌계
PE, EVA, EEA등이 사용. EVA는 상용성이 우수해서 범용적으로 많이 사용되고 있음.
2)폴리아마이드계
접착력이 매우 강하고, 내열도등이 우수해서 철, 동, 알루미늄, 목재, 세라믹, 플라스틱(페놀수지, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 폴리에틸렌 등)등의 접착에 사용된다. 전기, 전자 부품, 자동차 내장재등의 접착에 유용하게 사용되고 있다.
3)폴리에스테르계
내구성이 우수하여 다양한 피착제에 적용이 가능하다. 특히 자동차 부품, 전기부품, 섬유, 목가공, 금속, 수지, 식품 포장용등에 널리 사용되고 있다.
4)아크릴계
다양한 물성이 있으며, 현재 실용화되어 있는 에틸렌과 아크릴산에틸의 공중합수지를 이용한 것은 나일론, 폴리프로필렌등의 접착에 사용되고 있다.
5)반응형
반응에 의해 핫-멜트의 단점인 내열성을 보완한 것임. 일반 제품은 가열 후 냉각한 다음 다시 가열하면 용융상태가 되나 반응형은 다시 가열하여도 용융상태로 되돌아가지 않는다. 따라서 반응형 핫멜트는 특수한 작업기구가 필요하다.

5.6 UV 경화형 
접착제 보관 상태에서는 액상을 유지하다 도포되어 자외선에 노출되면 경화되어 강한 접착력을 나타낸다. 특징에 따라 단시간 접착제, 무공해 접착제, 기능성 접착제라 불리며, 특히 아크릴모노머 혹은 올리고머를 기재로 만드는 접착제는 제3세대 아크릴접착제(TGA)라고 부르기도 한다.

(1) 구 성 : UV중합성 올리고머, 반응성 희석제, 첨가제, 광중합 개시제 등
1)반응성 올리고머 - 변성아크릴올리고머(에폭시, 폴리에스테르, 우레탄 등)
2)반응성 희석제 - 아크릴모노머가 사용되며 첨가제 및 개시제의 용제 역할을 하면서, 반응 후 물성에 영향을 준다.
3)첨가제 - 사용하는 목적에 따라 접착성 부여제, 충진제, 중합금지제, 열경화 촉매, 혐기성 촉매, 착색제등이 쓰인다.

(2) 장 점
1)유기용제를 사용하지 않아 무공해 접착제이다.
2)단시간에 접착이 가능하다.
3)접착이외에 코팅등의 용도에 사용할 수 있다.
4)저온에서 경화하므로 내열도가 약한 플라스틱류 접착이 용이하다.

(3) 단 점
1)경화시 UV조사 장치가 필요하다.
2)접착층에 직접 UV가 조사되어야 하므로, 피착제가 투명한 재료로 한정된다.

(4) 기능성 보완 UV접착제
1)혐기성 부여 접착제
혐기성을 부여하여 자외선이 투과되지 않는 곳에서 경화를 원활히 진행한다.
2)열경화성 부여 접착제
자외선이 투과되지 않는 곳을 열에 의해 완전경화가 가능하며, 저장 안정성이 좋다.

(5) 용 도
1)면접착 - 유리, 렌즈등의 접착
2)씰링 - 스위치단자, 모터 조립등에 사용
3)고정 - 프린트 기판의 칩고정, 코일단말부고정, 주사침고정, 볼트, 넛트고정 등
4)코팅 - 플라스틱, 종이, 금속, 목재등의 방습, 내마찰성, 광택성 향상 등에 이용
5)포팅 - 부품입구에 접착제를 주입하여 내부고정, 보호, 실링 등의 목적으로 에폭시 등의 대용으로 사용

5.7 전도성 접착제
최근 전기, 전자 부품에는 금속이외에 플라스틱, 세라믹, 수정등 열에 약하여 납땜을 할 수 없는 재료가 많이 사용되고 있어, 전도성 접착제는 이러한 재료들에 매우 효과적으로 사용되고 있다.

(1) 구 성 : 전도성 충진제, 바인더, 용제, 첨가제
1)전도성 충진제 - 금속가루(Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni등), 카본, 그라파이트
2)바인더 - 에폭시계등 목적에 따라 각종 수지가 사용되고 있다.
3)경화제 - 전도성 충진제가 함유되어 있는 것이 한정적으로 사용됨.
4)첨가제 - 작업성 향상을 위한 희석제, 접착강도를 향상 시키는 보강제, 충진제의 분산을 돕는 분산제등

(2) 종 류
1)상온 경화형, 상온 건조형
아크릴, 고무등의 열가소성 수지를 사용하며 접착강도는 그리 강하지 않다. 리드선등의 접착에 사용되고 있다.
2)열경화형
100~300℃정도의 온도에서 반응경화하는 것으로 에폭시, 페놀, 폴리아마이드 등의 열경화성 수지가 사용되고 있다.
3)UV경화형
자외선조사에 의해 경화시키는 것으로 에폭시 아크릴레이트 수지와 광반응 개시제를 바인더로 사용한다.

(3) 용 도
1)수정 진동차 - 수정면에 증착된 은전극에서 리드선을 고정할 때 열경화형 전도성접착제가 사용된다.
2)칩고정 - 세라믹기판에 칩을 고정하는 경우 열경화형이 사용된다.
3)광전도소자 - 광전도소자의 Cds부와 리드선의 접착에 열경화형이 사용
4)액정 - 열경화형이 사용
5)안테나, 자기콘덴서, 저항기 등에 사용됨

5.8 내열성 접착제
내열성 접착제는, 처음에는 전구의 틀, 브레이크 라이닝등의 접착에 한정적으로 사용되었으나, 최근에 와서 항공기, 우주산업, 전자, 전기 등 여러 분야로 그 사용이 파급되고 있다. 내열성 접착제는 그 사용하는 기재에 따라 내열도가 정해지므로 목적에 맞는 것을 선택하는 것이 매우 중요하다.

내열온도 (C)   종 류
 
590            폴리벤즈이미다졸(PBI)
 
480            폴리이미드(PI)
 
370            폴리벤즈이미다졸, 폴리이미드
 
310            실리콘, 변성 실리콘
 
260            에폭시, 페놀수지
 
200            에폭시
 
150            에폭시, 방향족디아민, 비닐페논
 
80             에폭시, 나일론 등
 

5.9 기 타

기능성 접착제라는 용어 그대로 어떠한 한가지 특징을 특성화 시켜서 만든 접착제가 바로 기능성 접착제이다. 따라서 사람들의 머리속에 있는 모든 것들이 바로 기능성 접착제인 것이다.

http://www.ilsan-ind.co.kr/upload/%5B514%5D20070723181244.txt

May 21, 2013

Rostock


Rostock is a delta robot 3D printer prototype, built in 2012 by Johann in Seattle, USA.
Several variations have taken root, including: KosselRostock MiniRostockMaxRostock PrismaCerberus, and ProStock.

Contents

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Design Goals

  • Build volume: 200x200x400 mm (8x8x16 inches).
  • Footprint: 300x350 mm (12x14 inches).
  • Print surface: 200x200 mm heated glass which never moves.
  • Mass of end effector with hotend: less than 50 grams.
  • Positioning speed: up to 800 mm/s in all 3 directions.
  • Positioning accuracy: at least 30 steps/mm in all 3 directions.
  • Simplicity: fewer than 200 parts.
  • Hardware cost: less than $500 USD.

Videos

 

Bill of Materials

See #Links for full BOM spreadsheet with vendors.
-Printed Parts
-Frame
  • Top and bottom frame: Hand-cut plywood 2x(300x350 mm baltic birch).
  • Side and Back frame: Hand-cut plywood 2x(762x9 mm baltic birch).
  • Fasteners: Stainless steel, mostly M3 (some M4 and M8).
-Linear Motion
  • Timing belt: 3x 1524 mm GT2 belt (2 mm pitch). Closed loops or open end is okay.
  • Timing belt pulleys: 3x GT2 plastic pulleys with 40 teeth. Smaller would probably work better.
  • Smooth rod: 6x 762x8 mm precision smooth rod. Drill rod is probably okay too.
  • Linear bearings: 6x LM8UU
  • Cable ties: secure linear bearings and timing belts to printed parts.
  • The length of belts and rods can be changed in the firmware.
  • Ball bearings: 3x 608ZZ, 3x F608ZZ. If you can't find F608ZZ, use 608ZZ with printed plastic flange.(Additional bearings needed for Airtripper's bowden extruder).
  • If using smaller pulleys, replace 608 (8x22x7 mm) with 688 (8x16x6 mm) or similar.
-Extruder
-Hot End
  • Hotend: MakerGear hotend for 1.75 mm filament, 0.5 mm nozzle.
-Electronics
  • Stepper motors: 4x NEMA 17 (3 positioning, 1 extruder).
  • Endstops: 3x ZM micro switch (pin plunger, no lever). You need only 3 top endstops. The original design also had 3 bottom endstops but they are no longer needed.
  • Electronics: RAMPS 1.4 or any other RepRap board.
  • Power Supply: 12v 30A
  • Firmware: Modified Marlin (see #Links). This is a pretty hacky proof of concept. Hopefully we will have better firmware soon.
  • Software: Same as other RepRap printers, e.g. OpenSCAD, Slic3r (see GitHub for recommended settings), Printrun.

Firmware

The prototype is currently running modified Marlin firmware. This is a pretty hacky proof of concept and not a long-term solution. But it successfully receives regular G-code over USB and converts it to Delta geometry in realtime on the Arduino. I used Arduino 0023 to compile and upload this firmware to the RAMPS 1.4 board. When I tried Arduino 1.0 it didn't compile, but someone told me that newer versions of Marlin are supposed to work with Arduino 1.0.1.
I changed the G1 prepare_move() function in Marlin.pde to do the following:
  1. Estimate how many linear steps should be done for this line.
  2. Divide the line into many very small linear segments (less than 1 mm each).
  3. Calculate delta coordinates and speed for each segment.
  4. Add each segment to the path planning buffer.
  5. If the path planning buffer is full, wait until the next segment has been executed.
Also I improved the G28 (home all axes) command:
  1. Move all three carriages up until one hits the top endstop microswitch.
  2. Home in order X column, Y column then Z column.
  3. Now we know that the end effector is exactly centered at the top.
  4. The endstops are adjustable with M3 screws on the moving parts.

Assembly

Motors

Rostock motors and electronics
  • Connect the 3 stepper motors to the X, Y, Z driver outputs on the RAMPS board.
  • Maybe add short pieces of colored shrink wrap to identify the motor and endstop cables.
    • Red = X: front left motor and endstops (electronics side).
    • Yellow = Y: front right motor and endstops (plywood frame side).
    • Blue = Z: back middle motor and endstops.
  • Adjust the motor voltage (small round potentiometers) on the stepper drivers to 9 o'clock (roughly 30%). This will allow the motors to skip steps in case the endstops don't work. When calibration is done, 10 or 11 o'clock is a good setting to prevent skipping but also avoid overheating the motors and drivers.
  • Grabercars says: about 1/8 of a turn clockwise off of minimum power on the Pololu is all it takes to get the motors operating correctly and not making any noise.

Endstops

  • Connect the 3 top endstop wires to the XMAX, YMAX, ZMAX connectors on the RAMPS board.
  • The endstops are configured "normally connected", so the circuit should be interrupted when the endstop is hit. If your endstops are "normally open", change X_ENDSTOPS_INVERTING to true in Configuration.h.

Belts

It can be challenging to get good belt tension. You should be able to pluck nice bass tones on the belts. Here is Johann's tensioning method:
  • Make sure you don't have a flange on the outer idler bearing (the one that is facing you).
  • Put timing belt on motor pulley and idler bearings.
  • Push idler end up as far as possible with one hand.
  • Remove belt from idler bearings.
  • Push idler end up 3 mm more and tighten screws on smooth rod.
  • Put timing belt on idler again. It will be very tight.
  • The idler bearings are tilted 2 degrees upwards, so your belt should not fall off even though the outer bearing has no flange.
  • If the belt does fall off, reduce belt tension slightly, or print a new idler end with increased upward tilt.

Calibration

This section has been updated for the latest modified Marlin firmware (without bottom endstops).
  • Download https://github.com/jcrocholl/Marlin and make the following adjustments in Marlin.pde and Configuration.h.
    • DELTA_DIAGONAL_ROD 250 mm center-to-center distance of the holes in the diagonal push rods.
    • DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET 175 mm horizontal offset from middle of printer to smooth rod center.
      • If your print head is too high or low in the middle of the print surface, adjust DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET by half mm and try again.
    • DELTA_EFFECTOR_OFFSET 33 mm horizontal offset of the universal joints on the end effector.
    • DELTA_CARRIAGE_OFFSET 18 mm horizontal offset of the universal joints on the carriages.
    • DELTA_RADIUS (DELTA_SMOOTH_ROD_OFFSET-DELTA_EFFECTOR_OFFSET-DELTA_CARRIAGE_OFFSET) effective horizontal distance bridged by diagonal push rods.
    • Z_HOME_POS 402 mm distance between nozzle and print surface after homing.
  • If you know the pitch and size of your timing belt pulleys, you can use http://calculator.josefprusa.cz/#MotorStuffSPMB to find the correct value for DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT for X, Y, Z.
  • Connect the USB cable to your computer and upload the firmware to the Arduino Mega.
  • With the USB cable connected to your computer, start pronterface.py.
  • Choose the USB interface, select 250000 baud, click the "Connect" button.
  • If the connection is established, you sould see some output from Marlin in the window on the right.
  • Move the vertical carriages by hand away from all the endstops, so that there is some space above the carriages, and below the print head.
  • Place an old book or thick corrugated cardboard on your heated bed or glass surface, to protect it in case of print head crash.
  • Connect the 12V power supply. Make sure you can turn it off quickly if the motors are moving in the wrong direction.
  • Send the G28 command (home all axes) by clicking on the little house button.
  • This should move all 3 carriages up until they hit the top endstops.
  • If the carriages start moving down instead of up, turn off the 12V power supply and then reverse the stepper motor connectors on the RAMPS board. Then try again.
Dial indicator
  • The top endstops are used for micro-calibrating the height of the print bed.
  • If you have a dial indicator, you can attach it to the print head with this.
  • After G28, move down to the print platform and try horizontal moves in X and Y direction.
  • The dial indicator will show if horizontal moves are parallel to the print bed or not.
  • Or you can attach a pen and draw lines on paper.
  • Or if you already have an extruder and a hotend, print the first layer of a large object.
  • If the first layer is too thin near one of the motors, turn the endstop screw in that carriage clockwise.
  • If the first layer is too thick near one of the motors, turn the endstop screw in that carriage counter-clockwise.
  • One full turn of M3 thread equals 0.5 mm.
  • After adjusting endstop screws, send G28 (home all axes) and try again.

Frequently Asked Questions

How do you adjust the height of the print surface?

You can adjust the following line in Configuration.h and then recompile and upload the firmware:
// The home position of the print head.
// For Rostock this means top and center of the cartesian print volume.
#define Z_HOME_POS 402 // Distance between nozzle and print surface after homing.
For micro-calibration, use the adjustable endstop screws in the vertical carriages, see #Calibration above.

Should the heat bed be mounted on top of a piece of insulation or cork?

Yes, cork would probably help to heat up faster and avoid heating the plywood and electronics underneath.

Is your heat bed mounted element side up?

Yes, the etched copper side is in direct contact with the glass. You can see the LEDs and contacts in the front just next to the glass edge. But I have not actually connected my heated bed wires yet, because I print only PLA and it sticks perfectly to blue painters tape, even without heating the platform. I will connect the heated bed wires if I ever have problems with detaching corners, otherwise remove the heated bed completely at some point.

Should the heat bed be mounted so it can be leveled?

No, I think the print platform should be attached as tightly as possible to the frame, with full surface contact, possibly with cork insulation between bed heater and plywood. Then you can level the first print layer with the three micro-adjustable endstops, see #Calibration. Also make sure that the vertical smooth rods are orthogonal to the bottom plywood, otherwise your printed objects will be slightly skewed.

Will it matter if the hot end is not centered in the platform opening?

It might work okay but there are some minor issues:
  • You may need to design and print a special asymmetric attachment for the bowden tube.
  • The nearest inside of the moving platform may get soft because of the heat from the hotend.
  • Your prints will not be centered on the print surface (closer to one edge) but this may be adjusted in your Slicer settings.

Why does the printer pause sometimes?

Print with pronsole.py instead of pronterface.py if your prints have warts. They may be caused by Pronterface redrawing the G-code view while printing, which creates significant delay between segments. My modified Marlin firmware generates many shorter lines for each G1 command, so the Marlin look-ahead buffer will run empty if you don't send the next G1 command ASAP. This can also be solved by printing directly from SD card.

If Rostock loses power, does the print head fall down?

No. The print head weighs less than 50 grams, and the three stepper motors have significant holding torque even when they are turned off (permanent magnets). You can move the print head around with your hand when the motors are turned off, but it's not very easy, and it will stay where you put it.

How do I calibrate axis_steps_per_unit?

You don't need to "move and measure" if you know the pitch and number of teeth on your pulleys. Simply enter your pulley size on http://calculator.josefprusa.cz/#MotorStuffSPMB and it will do the math and show you the result. The firmware takes care of all the non-linear math so you don't have to include that in this number. If you do want to "move and measure", use Z movement, because X and Y are non-linear.

What's the resolution in X/Y direction?

The steps per mm for X and Y is not constant across the print area. In the middle it is around 30 steps per mm, and near the edge it's more than 300 steps per mm because the push rods will be nearly horizontal.

Is it possible to mount a cooling fan on the print head carriage?

It is possible but I was trying to reduce the weight of the moving parts. So I'm using a large oscillating desk fan sitting next to the printer. You can see the fan in this picture: http://thingiverse.com/image:150904

How many bearings are actually used?

3x 608ZZ and 3x F608ZZ (F = flanged) for the timing belt idlers at the top. If you can't find flanged bearings, you can try using normal 608ZZ with a printed plastic flange. If you want to use smaller timing belt pulleys on the motors (which might be a good idea) you could also replace 608 (8x22x7 mm) with 688 (8x16x6 mm) or similar.
Also 1x 608ZZ and 1x MR105ZZ for Airtripper's direct drive bowden extruder.

How do you pronounce "Rostock"? Roe-stock, Raw-stock, Roz-talk?

It's open source, you can pronounce it how you want. ;)
I say Ross-tock but your other pronunciations are fine too.

Would you recommend 0.9 degree per step or 1.8 degree per step motors?

Use whatever you have in your workshop. If you are buying new motors, I think 1.8 degree per step (200 full steps per rotation) is more common for RepRap printers these days. Modern electronics (e.g. the RAMPS 1.4 which I currently use) support 16x micro stepping, so there are 3200 micro steps per rotation which is plenty.

Can you publish a schematic diagram of the electronic connections?

The wiring is very similar to Prusa Mendel for example. I wired my endstops "normally connected" so the circuit is interrupted when the endstop is hit. But that's easy to change in the firmware configuration.

Can Rostock print a full 11.31" diameter circle?

The current prototype can't really print the full 8x8 heated bed. It's closer to a 9 inch circle. But yes you can print a vase with overhang that is wider than the print surface.

Where can I buy a kit with parts to build my own Rostock?

Sorry, not yet. This is really still a prototype. I'm pretty sure that the first beta testers are going to find several problems and make improvements. We are working on a new frame called Kossel to replace the plywood frame with OpenBeam, and so far it's looking pretty good. Stay tuned!
In Europe you can find a full kit from Reprap Austria

Do you have any backlash problems with the metal-on-plastic universal joints?

In an earlier version some of these screws unscrewed themselves after a while, but I think that is completely solved by the inside counter nuts. My prototype has only printed about 1 kg of PLA, but so far there is no sign of wear and very little backlash.

Why do you have longer than "standard" LM8UU bearings on some of the rods?

The longer LM8LUU was just an experiment to see if it would keep the carriage more horizontal. It doesn't seem to make a difference, except for added cost and weight, so it's not recommended.

How low do the carriages need to slide on the rods during the printing/operation?

The diagonal suspension rods are 250 mm long so the max required carriage travel for printing the first layer is somewhere around 200 mm (they go from vertical to almost horizontal). You need to add the build height to the first layer travel: 200 mm + 200 mm = 400 mm carriage travel required if you want to print objects up to 200 mm tall.

What length are the belt loops?

My prototype currently uses 762 mm smooth rods and GT2 timing belt loops with 2 mm pitch and 762 grooves. This gives me 8x8x16 inches (20x20x40 cm) build volume. You can make your Rostock taller or shorter simply by adjusting the length of the smooth rod and timing belts. If you already have shorter belts, you can use them with longer smooth rod too. The extra smooth rod may stick out the top of your printer, but that's okay. A shorter printer may be more rigid / stable and may not need the extra plywood frame on the back and side.

Why did you build three towers instead of four?

I decided to start with three towers, to build the simplest design that could possibly work. Four towers might improve precision, but it also needs 33% more parts and it would be over-constrained. This means the mechanics might jam if the four sides are not coordinated exactly right.

Future

The following improvements are planned for future versions:
  • Use smaller timing belt pulleys and idler bearings.
  • Find cheaper timing belts and pulleys, e.g. T2.5 / HTD-3M / GT3?
  • Replace timing belts with Spectra fishing line.
  • Write a new clean delta firmware based on Grbl.
  • Create a Mini Rostock variation with 120x120x120 mm build volume.
  • Replace metal binder clips with printed plastic clips to hold the glass platform.
  • Use OpenBeam aluminum extrusion instead of plywood frame: Kossel.
  • Use OpenRail (or hybrid roller slide directly on OpenBeam) instead of LM8UU and smooth rods.
  • Experiment with dual extruders.

Links



http://reprap.org/wiki/Rostock

May 11, 2013

FLATCUT-ACADIA Digital Fabrication Winners Announced


The Association for Computer Aided Design in Architecture (ACADIA), in collaboration with Brooklyn-based fabrication house FLATCUT_ have announced winners of this year’s ACADIA 2011 Design + Fabrication Competition.
Detail from the winner in the PARTITION category “HYPERLAXITY: parabolic ligaments”
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Detail from the winner in the PARTITION category “HYPERLAXITY: parabolic ligaments”
The competition challenged designers to create new forms in the categories of furniture, partition and lighting using innovative materials and digital fabrications applications. The winners brought not only ingenuity to their designs, but a sense of beauty and functionality that excited the jury.
The final jury, which chose 3 winners from 15 finalists, included award-winning architects: Tod Williams of TWBTA, Chris Sharples of SHoP Architects, Tom Wiscombe of Emergent, Dror Benshetrit of Studio Dror and Thomas Christoffersen from BIG. FLATCUT Founder Tomer Ben-Gal served as technical advisor.
“I think the struggle between the process and the product is interesting,” said Tod Williams. “Largely the entrants were caught up in the issue of the process, but each of the winners was also thinking about what it would look like and be and feel in space; there was a sensual desire that was pushing it.”
“What is really exciting about this work for students and young practitioners, and all practitioners, is that it is making the whole process of making more accessible,” said Chris Sharples. “There is a sense of immediacy and a process about, how do I make this real? How do you bring it back to architecture and make these things come alive and become real through constructible operations and working with fabricators? This exercise speaks to that and there should be more like them.”
And these are the winners in their respective categories:
PARTITION: “HYPERLAXITY: parabolic ligaments”
PARTITION Winner: “HYPERLAXITY: parabolic ligaments” by Elizabeth Boone with PROJECTiONE (Adam Buente and Kyle Perry)
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PARTITION Winner: “HYPERLAXITY: parabolic ligaments” by Elizabeth Boone with PROJECTiONE (Adam Buente and Kyle Perry)
“HYPERLAXITY: parabolic ligaments” is a non-modular partition system made from aluminum and silicone cut into a hexagonal and triangular pattern. The system is secured in compression by the tensioned silicone ligaments, which connect all of the rigid aluminum members. Each part is necessary in order to maintain a cohesive assembly. Hyperlaxity was the result of a collaboration between Elizabeth Boone (of SOM) and PROJECTiONE (pronounced Project One) a design/fabrication studio, started last year by Adam Buente and Kyle Perry.
“I like how technically the inner rings, together with the other shapes create different opposite hexagon forms,” said Dror Benshetrit. “It is has a quite beautiful self standing presence that is inherit in the structure. I also think in terms of pushing parametric design this is the most interesting entry.”

LIGHTING: LUMINESCENT LIMACON
LIGHTING Winner: LUMINESCENT LIMACON by Andrew Saunders
Click above image to view slideshow
LIGHTING Winner: LUMINESCENT LIMACON by Andrew Saunders
LUMINESCENT LIMACON is a folded lighting design by Andrew Saunders, an Assistant Professor of Architecture at Rensselaer Polytechnic Institute in New York. The Luminescent Limacon is inspired partly from the Dutch Ruff, or flamboyant linen collars considered fashionable in 17th century Europe, as a vehicle for the manipulation of light. The light is the product of an integral design process that combines computation, mathematics, material performance and fabrication. To achieve both the lighting affects and the geometric configuration, the light is composed of 3form Ecoresin. When folded and nested, the ecoresin ruffles are laced together with an associative woven lattice of aircraft suspension cable, which, when combined produce a combination of tensile and compressive forces for rigid structural stability.
“The fineness of the line work of this thread that ties it together is really critical,” said Tom Wiscombe. “That it is two systems, one of a surface system and one of a kind of vector, is what I think together makes it look so beautiful and elegant, the pairing of those.”

FURNITURE: RECIP
FURNITURE Winner: RECIP by Alison MacLachlan, Bryan Gartner and Richard Cotter
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FURNITURE Winner: RECIP by Alison MacLachlan, Bryan Gartner and Richard Cotter
RECIP is a modular furniture system designed by Alison MacLachlan, Bryan Gartner and Richard Cotter, all students of the University of Calgary’s Faculty of Environmental Design, where the ACADIA 2011 conference is taking place. RECIP is comprised of mutually reinforcing sets of interlocking rubber panels laminated to heavyweight felt batting. The project draws on the inherent material properties of both rubber and felt to produce a structural system that is capable of both moments of rigidity and moments of flexibility in the same assembly. Thanks to its inherent adaptability, RECIP can be reconfigured to function as a chair, a table, a bookcase, or spatial divider.
“I think what attracted us [to RECIP] innately in a contemporary way the fusion of two different materials and the way they performed together,” said Tom Wiscombe. “It involved certain types of techniques, like fusing, melting and different modes of manufacturing rather than using a single known tooling process.”
The theme of this year’s ACADIA 2011 Conference is to explore integrative trajectories and areas of overlap that have emerged through computation between design, its allied disciplines of engineering and construction, and other fields, such as computer science, material science, mathematics and biology. FLATCUT_ chose to sponsor this year’s competition because they felt when exploring these areas of overlap, fabrication becomes a key component.
“We brought this idea to ACADIA because we wanted the opportunity to engage with this community of theorist and digital designer and have them begin to integrate materiality and fabrication into the nascent stage of the design process,” said Tomer Ben-Gal. “We wanted to push designers to take these new applications they’ve been trained in and use them to create something with human scale and functionality.
"For 30 years ACADIA has been a forum for the discussion of emerging forms of digital practice in architecture and we are happy to continue this long tradition by co-sponsoring this competition and exhibiting the winning designs,” said Jason S Johnson, Co-chair of the ACADIA 2011 Conference. “We would like to thank all the competition participants for contributing to this discourse and providing us with some great winning projects."
Images courtesy of ACADIA.