목적 본 연구는 FFF 기계의 공정 파라미터 변화에 의해 영향을 받는 재료 첨가율(MAR)에 기반하여 탄소섬유 강화 폴리에터에터케톤(CFR-PEEK)에 대한 용융 적층 조형(fused filament fabrication, FFF)의 전력 수요 및 에너지 소비를 모델링하는 것을 목표로 한다. 또한 다수의 FFF 기계와 부품 설계를 처리하는 가상 적층 제조(AM) 공장을 시뮬레이션하여, 고유한 MAR에 따라 부품 주문을 다르게 처리하는 운영 전략들의 에너지 및 생산 동역학을 비교한다. 설계/방법론/접근 방식 층 두께와 인쇄 속도(i.e., 주요 FFF 파라미터)를 고려한 완전 요인 설계(full-factorial design of experiments)를 계획하여 각 공정 파라미터 조합에 대해 CFR-PEEK 시편을 제작한다. 이후 각 공정 파라미터 조합의 MAR을 계산하여 평균 전력 수요와 총 에너지 소비에 대한 회귀 모델을 도출한다. 더 나아가 항공기 부품의 가상 AM 시스템을 위한 이산 사건 시뮬레이션(discrete-event simulation) 모델을 구축하여, 세 가지 운영 전략(즉, 높은 MAR 우선 선출(higher MAR first-out), 선입선출(first-in-first-out), 낮은 MAR 우선 선출(lower MAR first-out))에서 주문 리드타임과 생산 물량에 따라 전력 수요와 에너지 소비가 어떻게 변하는지를 분석한다. 결과 FFF를 통한 CFR-PEEK의 MAR은 에너지 동역학에서 핵심적인 역할을 하며, MAR이 증가할수록 전력 수요의 증가는 증가하더라도 에너지 소비의 감소가 이를 지배하는 양상이 나타난다. 또한 AM 시스템에서 MAR이 더 높은 부품을 우선적으로 처리하는 전략이 에너지 소비와 생산성 면에서 모두 가장 유익하다. 독창성/가치 본 연구의 결과는 FFF에서 CFR-PEEK 응용의 에너지 성능을 AM 시스템의 MAR 관점에서 이해해야 함을 보여준다. 이는 AM 복잡성으로 인한 에너지 성능에 대한 영향을 AM 전체 시스템의 부품 주문 MAR을 관리함으로써 운영적으로 제어할 수 있기 때문이다.

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