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Frequency-dependent Energy Absorbing Performance of 3D Printable Metamaterials
M. K. Kim(김민겸),T. H. Kim(김태환),G. R. Kang(강규리),J. W. Lim(임진우),Y. G. Lee(이영은),Y. J. Choi(최유진),M. S. Kang(강민석),J. W. Park(박장우),E. Y. Oh(오은영),B. Y. Yoon(윤범용),J. H. Suhr(서종환) Korean Society for Precision Engineering 2020 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2020 No.9월
PBF 공정설계 및 열처리 기반 적층 제조한 17-4PH 스테인리스강의 품질 및 물성 개선 연구
김민겸(M. K. Kim),이동현(D. H. Lee),최현제(H. J. Choi),김도현(D. H. Kim),손중원(J. W. Son),박우석(W. S. Park),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
금속 3D 프린팅 기법 중 Powder Bed Fusion (PBF) 기법은 타 적층 제조 기법 대비 높은 해상도와 정밀도를 지닌 장점으로, 복잡한 형상을 지닌 다양한 산업군의 부품에 활용되고 있다. 하지만 마이크로 스케일(Microscale)의 분말을 도포하고 용융하는 과정에서 기공, 균열, 박리 등의 결함이 발생하기 쉬우며, 이로 인한 품질저하 문제가 부각되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PBF 기법의 공정설계를 통해 품질과 물성을 개선시키고, Hot Isostatic Pressing, Solution 및 Aging 등의 열처리 기법을 기반으로 17-4 PH 스테인리스강에서의 석출 경화를 유도한 물성 개선 방안을 모색하고자 한다. PBF 공정 변수(Laser Power 및 Scan Speed) 설계 시 용융풀이 중첩되지 않은 곳에서 기공 및 균열이 발생하여 품질을 저하시킨 것을 확인하였으며, 용융풀 형상/치수를 기반으로 고품질 부품 제조가 가능한 PBF 공정변수를 도출하였다. 최종적으로 출력된 부품에 다양한 종류의 열처리 기법을 적용하여 미세조직을 균질화하고, 17-4PH 스테인리스 강의 입자(Grain)를 미세화하여 물성을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하였다. 본 연구에서 제시한 PBF 공정설계 및 17-4PH 스테인리스강의 열처리 기법은 향후 PBF 제조기술을 요하는 다양한 부품에 활용될 경우 산업체가 요하는 품질 및 물성을 동시에 충족하는 부품 제조가 가능할 것으로 기대된다.
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.
금속 적층 방향과 시편 크기에 따른 17-4PH 강재의 적층 제조 시 기계적 물성 및 이방성 연구
김동원(D. W. Kim),김민겸(M. K. Kim),김주원(J. W. Kim),김태환(T. H. Kim),노종환(J. H. No),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
금속 적층제조, 통상 3D 프린팅으로도 불리는 기술은 전통적인 주조 혹은 단조 가공과 달리 형상에 대한 제약이 적어 기존 방식으로는 제작이 불가능한 형상 또한 제조할 수 있다는 장점이 있다. 또한 제작수 량에 따른 비용 변화가 적어 다품종 소량생산에 매우 적합한 생산 방식이며, 이러한 장점으로 인해 항공우주, 국방, 원자력 산업 등 다양한 분야에서 주목하고 있는 신기술이다. 하지만 복잡한 공정 조건과 이에 따른 출력물의 결함 발생 및 기계적 물성 변화가 완전히 규명되지 않아 실제 산업에 적용하기에는 제약이 많다. 이에 본 연구에서는 17-4PH 스테인레스강의 적층 방향별 기계적 물성의 이방성을 파악하고, 이를 미세조직 분석을 통하여 평가하고자 한다. 기계적 물성 파악을 위한 시편은 다양한 크기와 적층 방향을 설정하여 출력하였고, As-built 및 Solution Aging 조건에 대해 각각의 특성을 파악하였다. 측정 결과 As-built 조건에서 적층 방향별 이방성이 가장 크며 Solution Aging 시편의 경우 이방성이 감소하고 물성이 향상된 것을 확인할 수 있었다. OM/SEM 을 활용한 미세조직 분석 결과 Solution Aging 시편에서 보다 균일한 Martensite 조직을 확인하였다. 또한 시편의 크기 축소에 따라 결함에 의한 응력 집중 효과로 기계적 물성이 감소함을 확인하였다. 본 연구를 통해 파악된 17-4PH 스테인레스강의 적층 제조 시 시편 크기와 방향에 따른 기계적 물성과 미세조직 특성은, 추후 PBF 적층 제조 기술의 실제 산업 현장에 적용하기 위한 물성 평가 기준 마련에 활용할 수 있을 것으로 생각된다.