원자력연, 대형 부품 제작용 ‘BDF 3D 프린터’ 개발
레이저 소스와 스캐너 두 세트로 연결해 크기 극복
레이저 소스와 스캐너 두 세트로 연결해 크기 극복
한국원자력연구원은 김현길 박사 연구팀이 금속 절삭기계 전문기업인 씨에스캠과 공동으로 세계 최초로 '1ｍ 크기 부품 제작용 PBF(분말 소결 방식) 3D 프린터'를 개발했다고 25일 밝혔다.
PBF는 얇게 펼친 분말에 레이저나 전자빔을 정밀하게 쪼여 녹이는 방식이다. 녹은 분말은 고체화해 겹겹이 쌓아 복잡한 형상의 정밀부품을 생산하는 데 용이하다.
다만, PBF 장비로 제조할 수 있는 부품 크기는 최대 0.5ｍ에 불과해 산업 현장에서 활용하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 프린터 핵심부품인 레이저 소스와 스캐너 두 세트를 나란히 연결하는 '병렬확장 기술'을 적용해 3D 프린팅 크기 제약을 없앴다. 3D 프린터 한 곳에 고정된 레이저 소스는 거울처럼 반사하는 특성의 스캐너를 거쳐 가로 0.5ｍ, 세로 0.5ｍ 면적에 빛을 고루 전달한다.
이번에 개발한 프린터에는 레이저 소스와 스캐너를 각각 2개씩 설치해 가용 범위를 가로를 기준으로 1m로 늘렸다. 특히 열과 응력에 따른 변형을 사전에 예측해 두 레이저가 중첩되는 연결 부위를 결함 없이 매끄럽게 만들어 PBF의 장점인 높은 정밀도를 유지하도록 구현했다.
아울러, 레이저 소스와 스캐너를 가로와 세로 방향 모두 0.5ｍ씩 추가 연결할 수 있어 향후 '수ｍ' 부품 제작용 프린터 개발도 가능할 것이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 3D 프린터를 활용해 원전 열교환기, 임펠라 등 니켈 합금 소재의 시작품 5종을 만드는 데 성공했다.
김현길 원자력연 박사는 "첨단 원자력 기술을 활용한 PBF 3D 프린터는 단종된 부품 실물을 스캔해 제조하는 역설계, 혁신형 소형모듈원자로(i-SMR), 우주용 초소형 원자로 핵심부품 개발·제조 등 에너지, 환경, 국방, 우주산업 등에 널리 접목될 것"이라고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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