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- 저자 : 유상훈(S. H. Yoo) (검색결과 3 건)
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고품질 부품 적층 제조를 위한 금속 3D 프린팅 공정설계 연구
김정현(J. H. Kim),김민겸(M. K. Kim),박찬욱(C. W. Park),김동원(D. W. Kim),노종환(J. H. No),유상훈(S. H. Yoo),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
금속 3D 프린팅(3DP)은 합금의 종류와 공정변수(Laser Power (W), Scan Speed (mm/s), Layer Thickness (mm), Line Spacing (mm) 등) 등의 여러 변수들에 복합적인 영향을 받으므로, 금속 3DP 공정을 체계적으로 설계하지 못할 경우, 공정실패 및 결함 등의 문제가 필수불가결하게 발생한다. 따라서 산업체에 금속 3DP 기술이 활용되기 위해서는 고품질 부품을 제조할 수 있는 공정설계 기술이 필수적이다. 본 연구에서는 금속 3DP 기술의 상용화를 위해 치밀화(Densification) 및 고해상도(High Resolution) 구현이 가능한 공정조건 설계 기법을 제시하고자 한다. Powder Bed Fusion (PBF) 기법은 금속 분말을 레이저로 용융 시키는 방식으로, 국부적인 열에너지 조사로 인해 기공이 쉽게 발생한다. 기공은 적층제조물의 밀도를 떨어뜨리고 기계적 물성을 저하시키기에, 본 연구에서는 공정조건 설계를 통해 상대밀도 99% 이상과 높은 해상도 특성 구현이 가능한 공정 조건을 개발하였다. 공정 조건 설계 시 Laser Power 및 Scan Speed 에 따른 Single Track 의 용융풀 형상/크기를 활용하여, Layer Thickness 및 Line Spacing 공정 조건을 설계하였고, 상대밀도 분석을 위해 Cubic 시편을 제조하였다. Cubic 시편의 상대밀도를 기반으로 Lack of Fusion 및 Keyholing 등의 결함이 발생하지 않는 공정 조건 범위를 설계하였으며, 최종적으로 고해상도 구현이 가능한 공정 조건을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 공정 조건 최적화 기법이 향후 금속 3D 프린팅, 자동차 및 항공산업에 활용된다면 불량률을 최소화하고 금속 부품 생산 비용과 시간을 획기적으로 절감하여 미래산업발전을 앞당기는 파급효과가 있을 것으로 예상된다. 또한 Design for Additive Manufacturing (DfAM) 기술과 결합된다면 고품질 및 고성능 부품 제작을 실현할 수 있을 것으로 사료된다.
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3D 프린팅 기반 경량 및 고강도/강성 특성을 지닌 격자 구조 연구
박찬욱(C. W. Park),김민겸(M. K. Kim),김정현(J. H. Kim),김동원(D. W. Kim),노종환(J. H. No),유상훈(S. H. Yoo),서종환(J. Suhr) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
최근 전기차와 항공기에 대한 수요가 증가하면서 경량(Lightweight), 고강도(High Strength) 및 고강성(High Stiffness) 특성을 갖는 구조의 중요성이 대두되고 있다. 주행거리를 더 확보하기 위해 위상 최적화(Topography Optimization)로 전체 구조의 무게를 낮추거나 3D 프린팅으로 차체의 뼈대나 브레이크 패드, 베어링, 모터 등을 경량화하는데에 관심이 집중되고 있다. 따라서 본 연구에서는 3D 프린팅을 위한 구조설계(Design for AM, DfAM) 기법을 고안하고, 3D 프린팅을 활용하여 경량 및 고강도/강성 특성을 지닌 격자구조를 개발하고자 한다. 위 메타 물질은 Polyjet 기법으로 제작하였으며, Polyjet 제조기법 특성을 고려하여 Open-cell 구조를 모델링하였다. 설계한 격자 구조의 압축 특성을 설계하기 위해 압축시험과 구조해석(ABAQUS)을 병행하여 설계하였고, 해석 및 압축시험을 기반으로 격자 구조의 기계적 거동(굽힘 및 좌굴 특성 등)을 분석하였다. 격자형 구조는 압축 시 기타 구조(메타 구조 및 자연 모방구조 등)에 비해 쉽게 굽힘 및 좌굴이 발생하였고 이는 격자 구조의 강도/강성 저하를 야기시켰다. 따라서 국부적인 변형을 방지할 수 있는 보강 구조(Reinforcement)를 지닌 격자 구조가 고강도/강성 특성을 보이는 것을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 격자 구조는 미래자동차와 항공 우주분야에서 요구하는 경량 및 고강도/강성 특성을 지니어 향후 금속 3D 프린팅 기법에 접목시킨다면, 성장하는 미래자동차 시장에 대응이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 불필요한 자원과 탄소 배출을 줄여 미래 환경에 대한 대비책이 될 것으로 사료된다.
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