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3D 격자 구조의 저-고주파 대역에서의 진동 특성 연구
안예린(Y. L. Ahn),김민겸(M. K. Kim),곽민준(M. J. Kwak),김태환(T. H. Kim),김주원(T. H. Kim),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
3D 격자 구조 물질은 경량/고강도의 특성으로 인해, 다양한 산업군의 부품(BMW 사의 로브스터 브래킷 부품, 우주발사체용 추진 탱크 등) 들에 활용하려 하고있다. 하지만 경량/고강도 특성을 지닌 3D 격자 구조는 형상에 따라 진동/소음 발생이 취약할 수 있다. 진동 특성을 고려하지 않은 3D 격자 구조는 고유진동수에서의 공명 진동이 부품의 기계적 손상을 야기할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 경량/고강도 특성을 지닌 격자구조의 진동/소음 특성을 분석하고, 이를 개선하기 위한 구조설계 연구를 진행하고자 한다. 3D 격자 구조는 Polyjet 방식으로 제조되었으며, 고유진동수와 1-3 차 모드 형상을 진동시험 및 구조해석에 기반하여 분석하였다. 모드 형상에서 격자구조의 취약부를 파악하였으며, 보강재 설계를 통해 개선 방안을 도출하였다. 3D 격자구조의 저-고주파수 대역에서의 응답함수 특성을 비교하기 위해 Frequency Response Function 을 통해 설계한 격자구조의 진동수에 따른 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 보강재 설계가 Simple Truss 보다 강도/강성뿐만 아니라 진동 특성도 향상시키는 것을 확인하였다. 본 연구로 개발된 3D 격자 구조는 정적 기계적 특성을 고려할 뿐만 아니라 주파수 대역의 응답특성을 고려하여, 향후 경량/고강도, 진동/소음 저감 특성이 중요한 다양한 산업군에 활용 가능하며 기술적 이점을 제공해 줄 것으로 기대된다.
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금속 3D 프린팅 시편의 에너지 밀도에 따른 미세조직 및 기계적 물성 연구
곽민준(M. J. Kwak),김민겸(M. K Kim),안예린(Y. L. Ahn),김태환(T. H. Kim),김주원(J. W. Kim),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 금속 3D 프린팅 기술이 고도화됨에 따라, 금속 3D 프린팅 기술을 활용한 경량(Lightweight), 고강도(High Strength) 및 고강성(High Stiffness) 및 연성 특성을 지닌 소재 개발에 대한 관심이 집중되고 있다. 이러한 소재는 적층 공정에 따라 기존의 주조, 단조 방식에 구현되지 않는 다차원적인(Heterogeneous) 미세조직이 형성되기에, 적층 공정을 제어하여 높은 물성을 지닌 소재를 개발하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 하지만 금속 3D 프린팅 공정은 용융풀이 중첩되어 적층되는 방식으로, 공정 예측이 어려워 미세조직뿐만 아니라 품질 및 물성을 제어하기가 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 Powder Bed Fusion (PBF) 방식의 에너지 밀도(Energy Density)에 따른 17-4PH Stainless Steel 의 품질, 미세조직 및 물성을 분석하고, 이의 상관관계를 실험적으로 규명하고자 한다. 이를 통해 결함이 없고(Defect-free), 높은 기계적 물성을 지닌 PBF 공정 조건을 개발하고자 한다. 본 연구에서 분석한 결과 높은 에너지 밀도에서는 상대적으로 Delta-ferrite 가 높은 온도에 의해 Austenite 로 상변화되어 낮은 분율의 Delta-ferrite가 형성이 되었다. 이는 강도/강성 향상에 주요한 영향을 미치는 것을 실험적으로 규명하였다. 본 연구에서 공정 조건 설계를 통해 개발한 17-4PH Stainless Steel 은 고품질 및 높은 물성을 지니어, 다양한 산업군(자동차, 로봇, 항공/우주, 방위산업 및 의료기기 등) 다양한 분야에도 활용이 가능할 것이다.
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