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김성주 연구실
국립한밭대학교 창의융합학과 김성주 교수
잉크젯프린팅
구동 파형 최적화
머신러닝
연구 영역
기본 정보
논문·특허
구성원

김성주 연구실

국립한밭대학교 창의융합학과 김성주 교수

김성주 연구실은 잉크젯 프린팅 공정에서 점적 안정성을 좌우하는 구동 파형을 연구 대상으로 하며, 점탄성 잉크의 레올로지 특성과 파형 파라미터를 결합해 공정 예측과 최적화를 수행합니다. 고속 영상 또는 drop-watching 시스템으로 점적 형상과 속도 데이터를 수집하고, Maxwell 모델 기반의 Deborah number 산출 등 유체 물성 정보를 입력으로 활용해 머신러닝 예측 모델을 구축합니다. 또한 강화학습 기반 동적 최적화와 폐루프 제어를 통해 잉크 특성 변화에도 목표 점적 조건을 유지하는 파형 조정 절차를 개발합니다.

잉크젯프린팅구동 파형 최적화머신러닝강화학습레올로지
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폐루프 머신러닝 기반 위성방지 잉크젯 구동 파형 최적화 thumbnail
폐루프 머신러닝 기반 위성방지 잉크젯 구동 파형 최적화
Closed-loop Machine Learning for Satellite-free Inkjet Drive Waveform Optimization
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
3
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1
Article
|
·
인용수 3
·
2025
Reinforcement Learning-Based Dynamic Optimization of Driving Waveforms for Inkjet Printing of Viscoelastic Fluids
Seongju Kim, Minsu Cho, Sungjune Jung
IF 3.9 (2025)
Langmuir
양자점 잉크에 대해 20단계 이내로 수행하였다. 또한 학습된 DRL 에이전트를 드롭 관찰(drop-watching) 시스템에 적용하여, 온도 변화로 인해 잉크의 물성이 달라지더라도 최적의 제팅(jetting)을 유지할 수 있도록 실시간 파형 조정을 가능하게 하였다. 그 결과, 산업용 잉크젯 인쇄 공정의 정밀성과 적응성을 향상시키기 위한 기계학습의 유의미한 잠재력이 입증되었다.
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c05141
Viscoelasticity
Reinforcement
Inkjet printing
Waveform
Reinforcement learning
Materials science
Computer science
Inkwell
Nanotechnology
Composite material
2
Article
|
인용수 13
·
2023
Predicting inkjet jetting behavior for viscoelastic inks using machine learning
Seongju Kim, Raphaël Wenger, Olivier Bürgy, Gioele Balestra, Unyong Jeong, Sungjune Jung
IF 2.8 (2023)
Flexible and Printed Electronics
잉크젯 프린팅은 적층 제조(additive manufacturing) 기술에서 상당한 잠재력을 제공한다. 그러나 산업에서 흔히 사용되는 기능성 잉크의 레올로지적(rheological) 특성이 인쇄적합성(printability) 맵에서 간과되는 경우가 많아, Ohnesorge 수와 Weber 수에 의존하는 기존 맵으로는 분사(jetting) 거동을 예측하기 어렵다. 본 연구에서는 Deborah 수, Ohnesorge 수, 그리고 파형(waveform) 매개변수를 통합하는 기계학습 기반 분사 거동 예측 모델을 제시한다. 점탄성(viscoelastic) 잉크 10종을 제조하고 저장탄성률(storage modulus) 및 손실탄성률(loss modulus)을 측정하였으며, 이는 이론적 Maxwell 모델로부터 얻은 값과 잘 일치함을 보였다. Maxwell 모델 방정식을 분석하여 점탄성 잉크의 이완 시간(relaxation time)을 구함으로써 Deborah 수를 계산할 수 있었다. 낙하 관찰(drop watching) 시스템을 사용하여 각 잉크에 대해 다양한 파형을 적용한 분사 거동의 대규모 데이터를 수집하였다. 분사 거동의 예측 모델을 구축하기 위해 3종의 서로 다른 기계학습 모델을 사용하였다. 기계학습 모델들의 예측 정확도를 비교한 결과, 다층 퍼셉트론(multilayer perceptron)이 우수한 예측 정확도를 보였다. 최종 예측 모델은 파형 매개변수에 기반하여 미지의 잉크에 대해 놀라운 정확도를 나타냈으며, 분사 거동과 잉크 특성 간의 상관관계도 합리적이었다. 마지막으로, 제안된 점탄성 유체용 예측 모델과 선택한 산업용 프린트헤드에 의해 Ohnesorge 수와 Deborah 수를 특징으로 하는 인쇄적합성 맵을 개발하였다.
https://doi.org/10.1088/2058-8585/acee94
Viscoelasticity
Deborah number
Inkwell
Rheology
Artificial intelligence
Materials science
Waveform
Machine learning
Computer science
Mechanics
3
Article
|
인용수 43
·
2022
The design of an inkjet drive waveform using machine learning
Seongju Kim, Minsu Cho, Sungjune Jung
IF 4.6 (2022)
Scientific Reports
잉크의 유동 특성에 맞게 최적화되어야 하는 구동 파형은 신뢰성 있는 잉크젯 프린팅에 매우 중요하다. 그 설계를 위한 일반적으로 채택되는 경험칙은 시간 소모적이며 반복적인 파라미터 수동 조작에 주로 의존한다. 본 연구는 목표 속도에서 위성(satellite) 없이 수행하는 잉크젯 프린팅을 위한 최적 구동 파형을 설계하기 위한 폐루프(closed-loop) 머신러닝 접근법을 제시한다. 서로 다른 유동 특성을 갖는 대표 11종 모델 잉크 각각에 대하여 1100개의 서로 다른 파형 설계를 적용하여 잉크를 분사하였다. 분사 거동에 대한 고속 영상을 획득하였고, 그 결과 생성된 드롭 형성과 속도에 관한 방대한 데이터셋을 분사 이미지로부터 추출하였다. 분사 거동의 특성을 예측하기 위해 다섯 가지 머신러닝 모델을 검토하고 비교하였다. 다양한 머신러닝 모델 중에서 Multi-layer Perceptron이 가장 높은 예측 정확도를 제공하였다. 목표 속도에서 위성 없는 드롭 생성을 위한 최적의 파형 파라미터 집합을 결정하고, 가장 우수한 학습 모델을 활용하는 폐루프 예측 알고리즘을 구축하였다. 제안한 방법은 권장 파형이 적용된 미지의 모델 잉크를 프린팅함으로써 확인되었다.
https://doi.org/10.1038/s41598-022-08784-y
Waveform
Computer science
Perceptron
Artificial intelligence
Set (abstract data type)
Machine learning
Inkwell
Multilayer perceptron
Simulation
Artificial neural network
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2020기계학습을 이용한 잉크젯 프린팅 구동 파형 조정 장치 및 방법1020200078722
전체 특허

기계학습을 이용한 잉크젯 프린팅 구동 파형 조정 장치 및 방법

상태
등록
출원연도
2020
출원번호
1020200078722