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적층 가공된 3차원 조형체의 치밀화에 미치는 단일 melt pool 형상의 영향
The Influence of a Single Melt Pool Morphology on Densification Behavior of Three-Dimensional Structure Fabricated by Additive Manufacturing 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.24 no.3, 2017년, pp.187 - 194  

최중호 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말) ,  윤재철 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말) ,  양동열 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말) ,  양상선 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말) ,  유지훈 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말) ,  이창우 (한국기계연구원, M3P 융합연구단) ,  김용진 (한국기계연구원 부설 재료연구소, 분말)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Selective laser melting (SLM) can produce a layer of a metal powder and then fabricate a three-dimensional structure by a layer-by-layer method. Each layer consists of several lines of molten metal. Laser parameters and thermal properties of the materials affect the geometric characteristics of the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그 결과 IN738LC는 key hole mode melting이 나타나지 않고 hatch space와 유사한 melt pool 너비를 나타낸 600 mm/s에서 최고의 상대 밀도를 보였으나 H13은 key hole mode melting에 의하여 생기는 기공보다 400~600 mm/s의 레이저 조사 속도에서 급냉에 의하여 생기는 표면 기공이 더 많아 200 mm/s에서 최고의 상대 밀도를 나타냈다. 본 연구에서는 Fe계 합금과 Ni계 합금의 재료의 물성과 공정변수에 의한 1차원 melt pool 형상과 3차원 조형체의 밀도의 관계를 연구하여 내부 기공을 포함하지 않는 1차원 melt pool을 너비와 유사한 hatch space로 조형함으로써 높은 밀도의 3차원 조형체를 제작할 수 있다는 결과를 얻었다.
  • 본 연구에서는, Fe계 합금과 Ni 계 합금 분말을 이용하여 각 재료의 고유한 물성과 laser scan speed가 1차원적인 melt pool 형상에 미치는 영향과 1차원 melt pool과 3차원 구조체의 밀도의 관계를 분석하여 실험적인 방법으로 SLM 조형체의 물성을 효율적으로 예측하는 방법에 관하여 연구하였다.

가설 설정

  • 800 mm/s 에서는 melt pool 표면의 기공은 감소하나, melt pool의 너비가 hatch space 보다 작기 때문에 melt pool 사이에 공간에 기공이 생성되었다. 이 연구에서 실행한 조건에서는 hatch space 이상의 너비를 가지며 내부에 기공이 존재하지 않는 melt pool 형성 조건이 존재 하지 않았다. 내부 및 표면에 기공이 생성되지 않는 800 mm/s 이상에서 hatch space를 줄여서 조형한다면 더 높은 상대 밀도의 3차원 H13 조형체의 제작이 가능하리라 생각된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
적층가공이란? 적층가공(Additive Manufacturing)은 분말 또는 와이어 형태로 공급되는 금속 재료를 고출력의 레이저 또는 ebeam을 열원으로 이용하여 녹여서 각 층을 제작하고 이것을 반복하는 공정으로 구성된다[1]. 적층가공은 기존에 사용하던 주조, 단조, 기계가공등과 같은 전통적인 제조 방식으로는 제작이 불가능한 복잡한 형상을 제작할 수 있으며, 금형 등의 공구를 이용하지 않고 CAD(Computer Aided Design)를 이용하여 제작한 설계도면을 직접 프린팅하여 최종 제품을 만들 수 있다는 장점을 가진다[2].
실험적, 해석적인 공정 예측을 위해 금속 적층가공의 해석에 FEM,CFD 등의 계산 툴을 이용하려는 연구가 발표되었지만 실제 적용이 어려운 이유는? 이러한 요구를 반영하여, 최근 금속 적층가공의 해석에 FEM(Finite Element Method),CFD(Computational fluid dynamics) 등의 계산 툴을 이용하려는 연구가 발표되었다[3-6]. 그러나, 다양한 공정 변수의 존재와 더불어 공정 중에 재료가 고온에 의하여 액상, 기상으로 상 변화 함에 따라 물성이 크게 변화하기 때문에 정확한 공정 해석 모델의 생성 및 계산에 어려움이 있다[7]. 실험적으로는 다양한 공정 변수와 조형체의 물성 사이에 관계를 에너지 밀도를 이용하여 해석하려는 연구가 발표 되었다[8-10].
적층가공의 장점은? 적층가공(Additive Manufacturing)은 분말 또는 와이어 형태로 공급되는 금속 재료를 고출력의 레이저 또는 ebeam을 열원으로 이용하여 녹여서 각 층을 제작하고 이것을 반복하는 공정으로 구성된다[1]. 적층가공은 기존에 사용하던 주조, 단조, 기계가공등과 같은 전통적인 제조 방식으로는 제작이 불가능한 복잡한 형상을 제작할 수 있으며, 금형 등의 공구를 이용하지 않고 CAD(Computer Aided Design)를 이용하여 제작한 설계도면을 직접 프린팅하여 최종 제품을 만들 수 있다는 장점을 가진다[2].
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참고문헌 (20)

  1. W. J. Sames, F. A. List, S. Pannala, R. R. Dehoff and S. S. Babu: Int. Mater. Rev., 61 (2016) 315. 

  2. D. Herzog, V. Seyda, E. Wycisk and C. Emmelmann: Acta Mater., 117 (2016) 371. 

  3. W. King, A. T. Anderson, R. M. Ferencz, N. E. Hodge, C. Kamath and S. A. Khairallah: Mater. Sci. Technol., 31 (2015) 957. 

  4. C. Qiu, C. Panwisawas, M. ward, H. C. Basoalto, J. W. Brooks and M. M. Attallah: Acta Mater., 96 (2015) 72. 

  5. R. Dayal and T. G. Roisman: Int. J. Therm. Sci., 113 (2017) 38. 

  6. M. Markl and C. Korner: Annu. Rev. Mater. Res., 46 (2016) 93. 

  7. G. Tapia, A. H. Elwany and H. Sang: Additive Manuf., 12 (2016) 282. 

  8. L. N. Carter, X. Wang, N. Read, R. Khan, M. Aristizabal, K. Essa and M. M. Attallah: Matter. Sci. technol., 32 (2016) 657. 

  9. G. Kasperovich, J. Haubrich, J. Gussone and G. Requena: Mater. Des., 105 (2016) 160. 

  10. C. Korner: Int. Mater. Rev., 61 (2016) 361. 

  11. U. S. bertoli, A. J. Wolfer, M. J. Matthews, J. P. R. Delplanque and J. M. Schoenung: Mater. Des., 113 (2017) 331. 

  12. K. G. Prashanth, S. Scudino, T. Maity, J. Das and J. Eckert: Mater. Res. Lett., (2017) 1. 

  13. N. Kurgan: Mater. Des., 55 (2014) 235 

  14. W. E. King, H. D. Barth, V. M. Castillo, G. F. Gallegos, J. W. Gibbs, D. E. Hahn, C. Kamath and A. M. Rubenchik: J. Mater. Process. Technol., 214 (2014) 2915. 

  15. R. Rai, J. W. Elmer, T. A. Palmer and T. Debroy: J. Phys. D: Appl. Phys., 40 (2007) 5753. 

  16. T. Ding, S. Zhang, Y. Wang and X. Zhu: Int. J. Adv. Manuf. Technol., 51 (2010) 45. 

  17. H. Yan, J. Hua and R. Shivpuri: Sci. Technol. Adv. Mater., 6 (2005) 540. 

  18. A. Kermanpur, N. Varahram, P. Davami and M. Rappaz: Metall. Mater. Trans. B, 31 (2000) 1293. 

  19. X. M. Li, J. Y. Zhang, B. Wang, Z. M. Ren and G. Z. Zhou: J. Cent. South Univ. Technol., 18 (2011) 23. 

  20. M. Cloots, P. J. Uggowitzer and K. Wegener: Mater. Des., 89 (2016) 770. 

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