생기원, 차세대 금속 3D 프린팅 분말소재 개발
나노입자 균일 분포해 결함 줄이고, 100% 재사용
3D 프린팅 부품의 결함을 줄이면서 제조 과정에서 나오는 나노입자를 100% 재사용할 수 있는 차세대 3D 프린팅 분말 소재가 개발됐다. 가벼우면서 내구성이 강한 3D 프린팅 부품 제작에 유용해 자동차, 항공우주, 의료용 임플란트 등에 널리 쓰일 전망이다.
한국생산기술연구원은 박형기 수석연구원 연구팀이 나노 입자를 티타늄 분말 내에 균일하게 분포하는 방식으로 금속 3D 프린팅 부품의 결함을 해결할 수 있는 '차세대 티타늄 합금분말 제조기술'을 개발했다고 28일 밝혔다.
금속 3D프린팅 부품은 합금 분말을 적층하고, 레이저로 녹이면서 성형하는 과정을 거쳐 만든다. 복잡한 형상의 부품을 곧바로 제조할 수 있어 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 합금분말이 급속하게 응고되거나, 열이 빠져 나가면서 부품 내부에 기공, 크랙 등이 발생하는 단점이 있어 레이저 출력을 조절해 변수를 제어하는 방식으로 결함을 줄여야 한다.
기존 3D 프린팅용 복합소재 분말은 금속분말 표면에 나노입자를 접촉시켜 만들기 때문에 입자가 균일하게 분포되지 않고, 분말 유동 과정 중 나노입자가 분리돼 재사용이 어려운 단점이 있다.
연구팀은 티타늄과 나노입자를 열역학 기반 시뮬레이션을 통해 최적으로 조성하고, 비율을 선정해 나노입자를 티타늄 분말 내부에 한꺼번에 일체화하는 제조 공정을 설계했다. 이를 활용해 40∼50나노미터 크기의 나노입자를 티타늄 분말 내부에 균일하게 분포시켜 3D 프린팅 시 결함을 줄일고, 제조 과정에서 나노입자가 튕겨져 나오지 않아 별도 처리 과정 없이 100% 재사용할 수 있도록 구현했다.
박형기 생기원 수석연구원은 "나노입자 일체형 티타늄 분말을 금속 3D 프린팅 부품에 사용하면 부품의 기계적 특성과 신뢰성을 모두 높일 수 있어 향후 3D 프린팅 기술의 핵심 소재로 널리 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
한국생산기술연구원은 금속 3D 프린팅 부품의 결함을 해결할 수 있는 '차세대 티타늄 합금분말 제조기술'을 개발했다.
