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DED 공정에서의 비정상 분말 공급이 적층 품질에 미치는 영향
양정호(J. H. Yang),어두림(D. R. Eo),지성훈(S. H. Ji),한지수(J. S. Han),양승원(S. W. Yang),남기욱(K. W. Nam),윤종천(J. C. Yoon),이협(H. Lee),박상후(S. H. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
레이저 기반의 DED (Directed Energy Deposition) 적층 기술은 이동하는 레이저 빔의 초점 영역에 금속 분말을 공급하여 제품을 한층씩 적층하여 제작을 하는 공정으로 항공우주, 자동차, 조선, 의료와 같은 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 하지만 공정 중에 발생되는 열누적으로 인한 열변형, 분말 부족으로 인한 증착 높이 부족 등의 적층 불량이 발생되고 있으며 특히, 분말을 공급하는 노즐의 막힘 현상은 공정 중에 비정상적인 분말 공급으로 적층 품질 저하 및 적층 실패를 초래하는 대표적인 공정 불량 현상 중 하나이다. 본 연구에서는 레이저 기반 DED 공정 중 노즐 막힘에 따른 적층 불량 현상을 파악하기 위해 Computational Fluid Dynamics (CFD)와 적층 제조 공정을 활용하였다. 열유동해석 프로그램을 이용하여 노즐이 막혔을 때를 비대칭 분사 형태로 공정 모델링을 하였으며, 해석 결과를 통해 분말분포가 뷴일, 불균일할 때의 열 분포를 분석하였다. 실험에도 해석과 같은 공정으로 시편을 적층하여 분석하였다. 불균형한 분말 분사는 적층 비드 및 멜트풀의 불균일성을 초래하였으며 적층이 지속될수록 불균형성의 누적으로 제품 불량을 초래하게 되었다. 이 연구 결과를 통해 DED 공정 중에 노즐 불량으로 발생되는 현상을 예측할 수 있는 기반 데이터로 활용할 예정이며 공정 불량의 모니터링을 위한 기본 자료로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.