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금속 3D 프린터 제작조건 변화에 의한 금속소재 물성변화연구
노용오(Yong-oh Noh),이병호(Byung-ho Rhee),박순홍(Sun-hong Park),한영민(Yeoung-min Han),배병현(Byunghyun Bae),김영준(Young-june Kim),조황래(Hwang-rae Cho),현성윤(Seong-yoon Hyun),방정석(Jeong-suk Bang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
우주 발사체의 운반능력을 향상시키기 위하여 고성능 다단연소사이클 엔진의 개발은 필수적이다. 그 중 연소기 헤드는 기체산화제의 유입을 위해 콘 형상으로 되어 있으며, 매니폴드는 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 이러한 헤드는 주조 방식이나 기계가공으로 제작되어 왔다. 기계가공의 한계나 주조재질의 특성과 재료의 한계성을 탈피하여 복잡하고 가공이 어려운 연소기 헤드의 제작 공정을 3D 금속 프린팅 공정을 이용하여 개선하는 기술을 확보하고자 한다. 현재 3D 금속 프린팅을 이용하여 주연소기에 사용할 수 있는 소재의 물성을 파악하고 프린팅 제작조건의 변화를 주는 공정개발을 통하여 더욱 낳은 물성을 확보하고, 이를 바탕으로 연소기 헤드를 제작하고, 접합공정을 개발하여 연소시험을 통해 그 성능을 입증하고 제작공정을 확립하고자 한다. The development of a staged combustion cycle engine with higher perfomance is essential to provide higher transport capability of space launch vehicles. The combustor head of engine has a cone-shaped head and its manifold of combustor has a very complicated structure. The head and manifold have been manufactured by casting or machining methode. Metal 3D printing technologies are recently known as one of promising methods to improve manufacturing process for them because they are possible to over come limitations of the two methods. In this paper, a selective laser sintering method is used to make test materials and their physical properties are studying by changing its operation parameters to establish the better processing conditions. It is found that the 3D printing method is acceptable to manufacturing the head or manifold of combustor for staged combustion cycle engine.
김영준(Young Jun Kim),홍성민(Seong Min Hong),노용오(Yong Oh Noh) 한국고분자학회 2013 폴리머 Vol.37 No.4
폴리카보네이트(PC) 필름에 이온 조사량과 에너지를 변화시켜 가면서 여려 종류의 이온을 조사하였다. 광 투과 특성과 화학적 조성은 각각 UV-VIS와 FTIR(ATR) spectroscopy를 이용해서 얻었다. 40nm에서 이러한 UV-A 차단율은 에너지와 이온 조사량에 따라서 10에서 100%까지 자유롭게 조절할 수 있었다. 이온 조사된 PC 필름의 표면 전기 저항은 10(6)-10(13) Ω/㎠까지 전도도의 변화를 보인다. 이온 조사된 필름의 접촉각은 모재 필름의 접촉각보다 감소하였다. 폴리머 표면 형태는 atomic force microscopy(AFM)에 의해서 관찰되었다. 예상대로 더 무거운 Xe이온 조사 후에 폴리머 필름의 파괴가 더 많았다. 그러나 Ar 이온 조사 후에 폴리머 필름의 표면 거칠기가 더 나타났다. 이것은 Xe이온 조사의 경우 사용가능한 자유체적의 감소와 관련되어 폴리머 필름 표면층의 강력한 채움으로써 설명될 수 있다. Polycarbonate (PC) films have been irradiated with various kinds of ions according to energy and dose. Change of the optical transmittance and chemical characteristics were confirmed by UV-VIS and FTIR (ATR) spectroscopy respectively. These UV-A block in 400 nm was variable from 10 to 100% according to energy and doses. Surface elec-trical resistance of PC film irradiated by ion beam was 10(6)-10(13) Ω/㎠, which reveal variation of conduction. Contact angle of film irradiated by ion beam was decreased than the pristine film. Polymer surface morphology was examined by means of atomic force microscopy (AFM). As expected, degradation of polymer film was higher after irradiation with heavier Xe ions but the roughness in the polymer surface morphology were more pronounced for Ar ions. This observed effect can be explained by stronger compaction of polymer surface layer in the case of Xe irradiation, connected with a reduction of free volume available.
Selective Laser Melting (SLM) 방식 3D Printing으로 제조한 스테인레스 316L 기계적 물성 분석
박순홍(Sun Hong Park),장진영(Jin Young Jang),노용오(Yong Oh Noh),배병현(Byung Hyun Bae),이병호(Byong Ho Rhee),어두림(Du Rim Eo),조중욱(Jung Wook Cho) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
금속 소재부품의 제조 형태가 복잡해지고 소비자의 요구가 다양함에 따라 금속 3D 프린팅 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 우주 발사체의 엔진 연소 노즐 부품에 적용 가능한 스테인레스 316L계 금속을 3D 프린팅 방식으로 제조하고 이에 대한 기계적, 화학적 특성 상관 연구를 진행하였다. 금속 3D 프린팅 기술은 레이저원을 이용하여 분말을 급속 용융과 응고를 반복됨에 따라 기존의 주조 응고와는 다른 미세 조직 형태를 나타내고, 이에 따라 기계적 물성이 변화함을 관찰하였다. 특히 개재물의 존재에 따라 기계적 특성이 변화하고 공정 조건의 변화에 따라 기공의 형태 및 위치등이 변화하는 것을 확인하였다. Laser Based 3D Printing is an recently advance manufacturing technology for making complex shape comopnent such as automobile and aerospace. So in this article, stainless steel 316L was manufactured by Selective Laser Melting (SLM) and Laser Melting Deposition (LMD) method. SLM is an additive manufacturing process that allow for the manufacture of small and complex component by laser melting and solidification of powder in bed using a high intensity laser beam. The results showed that the laser scanning speed and laser power affects the defect, microstructure and the hardness of the components.
다단연소 사이클 엔진 적용을 위한 내산화 코팅에 관한 연구
김영준(Young-June Kim),변응선(Eung-Sun Byon),이병호(Byong-ho Rhee),한영민(Yeoung-Min Han),노용오(Yong-Oh Noh),배병현(Byung-Hyun Bae),현성윤(Seong-Yoon Hyun),조황래(Hwang-Rae Cho),방정석(Jeong-Suk Bang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
다단연소사이클 엔진의 추진제는 예연소기에서 일부 연소되고, 연소된 고온의 가스는 터빈을 구동하고 터빈은 터보펌프를 작동시킨다. 터보펌프의 터빈을 통과한 연소가스는 고온 고압의 상태로 연소기로 공급되는데, 이때 연료 또는 산화제의 양에 따라 연소가스는 연료 과잉 또는 산화제 과잉 상태로 공급된다. 산화제 과잉상태의 환경에서 금속 배관은 작은 입자의 충격에 의해서도 발화 또는 폭발될 수 있다. 이를 방지하기 위해 로켓 선진 국가에서는 산화제가 이동하는 공간에 내산화 코팅을 한다. 본 연구에서는 해외 내산화 코팅 물질 분석을 통해 국산 조합분말을 개발하였고, 코팅공정을 수립하였다. 개발된 조합분말을 이용하여 코팅 후 내산화 시험을 수행하였으며, 그 결과 질량변화량이 -0.16%~+0.01% 임을 확인하였다. 본 연구결과로부터 개발된 유약은 실물형 연소기의 내산화 코팅에 적용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 연소시험을 통한 개발기술의 검증을 진행할 계획이다. The propellants are burned in the pre-burner of the staged combustion cycle engine, and the resulting hot gas drives the turbine, and the turbine operates the turbo pump. The burned gas passing through the turbo pump is supplied to the combustor at high temperature and high pressure, where the gas is supplied in an excess of fuel or an excess of oxidant depending on the amount of fuel or oxidant. When the cycle works at oxidizer-rich staged combustion, its metal pipe can ignite or explode by the impact of even small particles. In this study, we develop the powder combinations for anti-oxidation coating through the analysis of other coating materials and establish the coating process.