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직접 에너지 적층 공정에서 반사대칭 구조의 수리를 위한 스캔 방식 연구
이택(T. Lee),김동현(D. H. Kim),황슬기(S. G. Hwang),정미화(M. H. Jeong),오원정(W. J. Oh),김동현(D. H. Kim),김충수(C. S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
DED (Direct Energy Deposition)는 금속분말을 고출력 레이저로 스프레이 방식을 통해 기판에 직접적으로 증착(Deposition)시키는 공정으로 기계적 결합(Mechanical Bond)보다 높은 결합력으로 인해 금속 재료의 수리 적층 공정으로써 활용되고 있다. 본 연구에서는 DED 를 활용하여 반사 대칭(Reflection Symmetry)구조를 가지는 3 차원 형상의 기판에 SUS316 을 적층하여 열변형 및 기공율을 최소화하는 최적의 스캔 방식을 찾고자 하였다. 스캔 방식은 In & Out, Out & In, 이 두가지를 혼합한 교차방법 (Out & In + In & Out)을 통해 수리 품질을 평가하였다. DED 적층 중 열 구배(Thermal Gradient) 및 열 이력(Thermal History)를 파악하기 위해 열전대 온도센서를 이용하여 적층 중 온도 거동을 분석하였다. 적층 후 3D 스캐너 및 고정밀 3D 단층 촬영 분석 장치(High 3D Tomograph Machine)를 통해 열변형(휨정도) 및 기공율을 측정하였고, Optical Microscope (OM), Scanning Electron Microscope (SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD)를 통해 스캔 방식에 따른 온도거동이 미세조직(응고 조직, 결정립, 석출물)에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서는 교차방법(Out & In + In & Out)으로 적층했을 때 최적의 성질이 나타났으며 DED 적층 중 스캔방식에 따른 SUS316 의 열변형 및 기공율, 미세조직 관계를 통해 수리영역에 끼치는 주요 영향을 분석하였다.
기계요소부품을 이용한 3D 프린팅 부품의 고기능화 및 단가 절감 설계 방법
오원정(W. J. Oh),김동현(D. H. Kim),황슬기(S. G. Hwang),강동기(D. K. Kang),김동현(D. H. Kim),김충수(C. S. Kim) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
항공산업 및 자동차 산업 등 여러 산업분야에서, 핵심 부품에 대한 높은 기계적 성능을 요구할 뿐만 아니라 연비 및 단가와 같은 경제성에 대한 요구도 동시에 증가하고 있다. 전통적인 제조 방법은 특정 수준의 복잡성 이상으로 제조가 불가능 하여 많은 제약이 있었으나, 위상 최적화(Topology Optimization) 방법을 통해 형상을 최적화하고, 3D 프린팅 공정으로 제조를 할 경우 제품의 기계적 성능을 유지하며, 경량화를 통해 경제성 또한 만족시킬 수 있다. 하지만 일반적으로 3D 프린팅으로 제조된 재료는 이방성을 가지기 때문에 원하는 기계적 성능을 확보하는데 어려움이 있으며, 제조원가 또한 높다는 단점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 3D 프린팅을 통하여 제품의 부피를 감소시킴과 동시에 중요 위치에 축계 및 중공축계 등의 낮은 단가의 기계부품 요소를 적용하여 제품의 안정성 및 낮은 공정단가를 확보하는 기계요소 부품 조립을 고려한 설계방법론을 제시하였다. PA 12 Polyamide 로 구성된 브라켓(Bracket)에 대해 기계요소 부품 조립을 고려한 설계를 수행하였고, 이 설계에 대한 구조해석 및 단가를 산출하였다. 산출된 결과는 기존 브라켓의 데이터와 비교되었으며, 그 결과 제안된 브라켓의 휨 변위는 65%, 단가는 30% 이상 감소된 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 3D 프린팅의 도입을 고려하는 산업 외 다양한 산업에서 3D 프린팅의 도입을 재고할 수 있을 것이다.