레이저 분말 베드 융합을 활용한 다중 재료 적층 제조

금속 3D 프린팅 기술인 레이저 분말 베드 융합(L-PBF)은 복잡한 형상의 금속 부품을 제작할 수 있는 혁신적인 적층 제조 기술로, 기존 절삭 가공 방식의 한계를 극복하며 널리 활용되고 있습니다. 그러나 레이저 분말 베드 융합 AISI 316L-18Ni 현재 대부분의 다중 재료 제조는 층 간 제작에 제한되어 있으며, 동일한 층 내에서 두 가지 이상의 재료를 사용하는 것은 어려운 과제로 남아 있습니다.

본 연구는 L-PBF 기술을 활용해 동일한 층 내에서 두 가지 금속 재료를 사용하는 층 내 다중 재료 적층 제조(intralayer multi-material fabrication)를 구현하여 기존 한계를 극복하고자 했습니다.

1. 레이저 분말 베드 융합 연구 배경

1.1. 다중 재료 적층 제조의 필요성

산업 현장에서 강도와 인성 등 서로 상충되는 물성을 동시에 갖춘 소재의 필요성이 증가하고 있습니다. 다중 재료 적층 제조는 이러한 요구를 충족할 수 있는 핵심 기술로 평가받고 있습니다.

1.2. 연구 목표

본 연구는 두 가지 널리 사용되는 강철(AISI 316L 오스테나이트 스테인리스강과 18Ni(300) Maraging 강)을 활용해 층 내 다중 재료 제조를 시도하고, 이를 통해 강력하고 안정적인 계면 품질을 확보하는 것을 목표로 합니다.

2. 레이저 분말 베드 융합 연구 방법 및 주요 결과

2.1. 연구 방법

  • 사용 장비: 기존 L-PBF 장비와 저비용 추가 장비.
  • 제조 방식: 기존 블레이드 기반 시스템을 사용하여 두 가지 금속 분말을 동일한 층 내에서 융합.
  • 분석 방법:
    • 금속 조직 분석(SEM, EBSD)
    • 기계적 특성 분석(인장 시험, 경도 시험)
    • 화학적 성분 분석(EDS)

2.2. 주요 결과

  1. 우수한 계면 품질 확보
    • AISI 316L과 18Ni(300) Maraging 강 간의 계면은 균열과 기공이 없는 뛰어난 접합 품질을 보여줌.
    • 계면 두께는 약 500μm로 매우 얇으며, 이로 인해 구조적 안정성이 향상됨.
  2. 메커니컬 테스트 결과
    • 경도 및 EDS 분석에서 계면의 점진적이고 규칙적인 변화가 관찰되어, 취성 상호금속 화합물이 없는 것으로 확인됨.
    • 인장 시험 결과, 계면 강도가 AISI 316L보다 높아 가장 약한 영역인 AISI 316L에서 파단 발생.
  3. 반복 가능한 공정
    • SEM 분석을 통해 제조된 시편들이 일관된 결과를 나타내어, 본 공정이 반복 가능하고 산업적 응용 가능성이 높음을 입증.
  4. 비용 효율성과 범용성
    • 기존 L-PBF 시스템을 약간의 수정만으로 다중 재료 적층 제조가 가능하도록 구현, 비용 효율적이고 쉬운 적용 가능성 확보.

3. 레이저 분말 베드 융합 AISI 316L-18Ni

레이저 분말 베드 융합

3.1. 다중 재료 적층 제조의 한계 극복

본 연구는 서로 다른 물리적 특성을 가진 재료 간 접합에서 흔히 발생하는 약한 계면 문제를 해결하며, 강도와 인성을 동시에 요구하는 구조적 응용에 적합한 새로운 가능성을 열었습니다.

3.2. 향후 응용 가능성

  • 항공우주, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 복잡한 형상을 가진 고성능 부품 제작 가능.
  • 강도와 인성을 동시에 요구하는 부품 설계 및 제작에 활용.

4. 결론: 다중 재료 적층 제조의 새로운 기준 제시

레이저 분말 베드 융합(L-PBF)을 활용한 본 연구는 기존의 한계를 뛰어넘어 동일한 층 내에서 강력하고 정밀한 다중 재료 접합을 구현했습니다.

이 기술은 적은 비용, 높은 효율성으로 구현 가능하며, 향후 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 변화를 이끌 잠재력을 가지고 있습니다. 특히 강도와 인성 같은 상충되는 특성을 동시에 제공해야 하는 분야에서 이 기술은 중요한 역할을 할 것입니다.

이번 글에서는 AISI 316L-18Ni 소재의 다중 재료 적층 제조에 대해 알아보았습니다.

알루미늄 합금 7075-T6 소재의 산업계 적용 동향에 대해 궁금하시면 이 글을 함께 공부해보세요.

Leave a Comment

error: 우클릭 할 수 없습니다.