[논문]금속 3D 프린팅으로 보수된 AISI H13 금형강 마모특성 평가

이성윤; 이인규; 정명식; 이재욱; 이선봉; 이상곤

doi:10.14775/ksmpe.2017.16.4.009

[국내논문] 금속 3D 프린팅으로 보수된 AISI H13 금형강 마모특성 평가
Evaluation of Wear Characteristics of AISI H13 Tool Steel Repaired by Metal 3D Printing 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.16 no.4, 2017년, pp.9 - 15

이성윤 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이인규 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 정명식 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이재욱 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹) , 이선봉 (계명대학교 기계자동차공학과) , 이상곤 (한국생산기술연구원 극한가공기술그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

In hot forming process, the dies in which excessive worn or crack occurs is reused after repair. Generally hot forming dies are recycled through a welding repair method. Welding repair methods are highly dependent on the skills of engineer. It causes process defects such as dimensional defects and structural defects. Recently, the metal 3D printing method has been applied to the repair of used dies. The aim of this study is to evaluate the wear characteristics of AISI H13 tool steel repaired by 3D printing method. Three kinds of wear specimens were fabricated by using 3D printing, welding, and initial material. A pin-on-disk wear test was carried out to evaluate the wear characteristics. From the result of wear test, the wear characteristics of 3D printing method was superior to that of the welded material, and was similar to that of the initial material.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 3D 프린팅 적용 금형 보수방법의 타당성을 평가하기 위하여 3D 프린팅으로 보수된 열간성형용 금형소재의 마모특성을 평가하였다. 적용 소재는 가장 대표적인 열간성형용 금형 소재인 AISI H13이다.

제안 방법

적용 소재는 가장 대표적인 열간성형용 금형 소재인 AISI H13이다. 마모특성 평가를 위하여 3D프린팅, 용접육성, 그리고 원소재로 마모시편을 제작하였으며, 핀 온 디스크(pin-on-disk) 마모시험을 비교평가 하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 3D 프린팅 적용 금형 보수방법의 타당성을 평가하기 위하여 3D 프린팅으로 보수된 열간성형용 금형소재의 마모특성을 평가하였다. 적용 소재는 가장 대표적인 열간성형용 금형 소재인 AISI H13이다. 마모특성 평가를 위하여 3D프린팅, 용접육성, 그리고 원소재로 마모시편을 제작하였으며, 핀 온 디스크(pin-on-disk) 마모시험을 비교평가 하였다.
마모시험 온도는 열간 단조공정 및 열간 압출공정에서 빈번하게 사용되는 초기금형온도 400 o C로 설정하였다. 디스크 재질은 고온 마모시험 시 연삭마모를 유도하기 위해 일반적인 성형용 철강소재보다 상대적으로 강도가 높은 고속도 공구강(HSS)을 적용하였다. 이를 통해 각 시편의 상대적인 마모특 성을 비교평가 하였다.

성능/효과

1. 원소재, 용접육성, 그리고 3D 프린팅으로 제작된 마모시편의 경도측정결과 원소재와 3D 프린팅으로 제작된 시편의 경도가 용접육성으로 제작된 시편도 높았으며, 열처리된 원소재와 유사한 경도를 나타내었다. 3D 프린팅의 경우 용접육성에 비해 공정안정성, 균일한 냉각 및 빠른 냉각으로 인해 경도가 상대적으로 높은 것으로 사료된다.
2. 3D 프린팅을 적용한 경우 마모 높이 및 마모체 적이 원소재와 유사한 특성을 나타내었으며, 용접육성보다 상대적으로 우수함을 알 수 있었다. 마모면 표면 거칠기 또한 3D 프린팅을 적용한 경우가 상대적으로 낮은 값을 나태내었다.
3. 용접육성을 적용한 마모시험편의 마모체적 및 표면거칠기가 가장 높게 나타났다. 이는 불균일한 결정립 크기 및 경도 편차로 상대적 취약지 역에서 미소균열에 의한 표면 이탈에 의한 것으로 사료된다.

후속연구

4. 3D 프린팅을 적용하여 열간성형용 금형보수를 수행할 경우 기존 용접육성을 통한 금형보수방법 보다 마모특성이 우수함을 알 수 있었으며, 향후 다양한 열간성형용 금형에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금형수명은 어떠한 것에 영향을 미치는가?	열간단조(hot forging), 압출(extrusion), 압연(rolling) 등의 열간성형공정의 경우 작업 온도가 높고 금형의 온도변화가 심하기 때문에 금형의 수명이 짧다. 금형수명은 제품 품질, 생산성, 생산비용 등에 매우큰 영향을 미치는 요소이다 [1] . 온도 영향을 받는 금형은 연삭마모(abrasive wear)에 의해 수명이 결정되며, 제품의 형상 및 구조가 복잡한 경우 높은 면압으로 인해 과도한 연삭마모가 발생된다.
	마모가 발생한 열간성형용 금형을 보수하는 대표적인 방법은 무엇인가?	일반적으로 마모가 발생한 열간성형용 금형의 경우 금형제조비용 저감을 위해 마모발생 부위에 대한 보수작업 후 재사용되고 있다. 마모부위를 용접 육성하여 재사용하는 것이 가장 대표적인 보수 방법이다. 그러나 Fig.
	열간단조, 압출, 압연 등의 열간성형공정의 단점은 무엇인가?	열간단조(hot forging), 압출(extrusion), 압연(rolling) 등의 열간성형공정의 경우 작업 온도가 높고 금형의 온도변화가 심하기 때문에 금형의 수명이 짧다. 금형수명은 제품 품질, 생산성, 생산비용 등에 매우큰 영향을 미치는 요소이다 [1] .

참고문헌 (22)

Akhtar, S. S. and Arif, A. F. M., "Fatigue Failure of Extrusion Dies: Effect of Process Parameters and Design Features on Die Life", International Journal of Failure Analysis and Prevention, Vol. 10, No. 1, pp. 38-49, 2010.

상세보기
Kashani, H., Amadeh, A. and Ghasemi, H., "Room and High Temperature Wear Behaviors of Nickel and Cobalt Base Weld Overlay Coatings on Hot Forging Dies", Wear, Vol. 262, No. 7-8, pp. 800-806, 2007.

상세보기
Ebara, R. and Kubota, K., "Failure Analysis of Hot Forging Dies for Automotive Components", Engineering Failure Analysis, Vol. 15, No. 7, pp. 881-893, 2008.

상세보기
Jang, J. H., Joo, B. D., Mun, S. M., Sung, M. Y. and Moon, Y. H., "Application of Direct Laser Melting to Restore Damaged Steel Dies", Metals and Materials International, Vol. 17, No. 1, pp. 167-174, 2011.

상세보기
Ahn, D. G., "Applications of Laser Assisted Metal Rapid Tooling Process to Manufacturing of Molding & Forming Tools - State of the Art", International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 12, No. 5, pp. 925-938, 2011.

원문보기 상세보기
Zhang, Y. Z., Liu, Y. T., Zhao, X. H. and Tang, Y. J., "The Interface Microstructure and Tensile Properties of Direct Energy Deposited TC11/ $Ti_2AlNb$ Dual Alloy", Materials & Design, Vol. 110, No. 15, pp. 571-580, 2016.

상세보기
Shim, D. S., Baek, G. Y., Seo, J. S., Shin, G. Y., Kim, K. P. and Lee, K. Y., "Effect of Layer Thickness Setting on Deposition Characteristics in Direct Energy Deposition (DED) Process", Optics & Laser Technology, Vol. 86, pp. 69-78, 2016.

상세보기
Selcuk, C., "Laser Metal Deposition for Powder Metallurgy Parts", Powder Matallurgy, Vol. 54, No. 2, pp. 94-99, 2011.
Mazumder, J., Choi, J., Nagarathnam, K., Koch, J. and Hetzner, D., "The Direct Metal Deposition of H13 Tool Steel for 3-D Components", JOM, Vol. 49, No. 5, pp. 55-60, 1997.

상세보기
Jang, J. H., Joo, B. D., Van Tyne, C. J. and Moon, Y. H., Characterization of Deposited Layer Fabricated by Direct Laser Melting Process, Metals and Materials International, Vol. 19, No. 3, pp. 497-506, 2013.

상세보기
Park, J. S., Park, J. H., Lee, M. G, Sung, J. H., Cha, K. J. and Kim D. H., "Effect of Energy Input on the Characteristic of AISI H13 and D2 Tool Steels Deposited by a Directed Energy Deposition Process", Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 47, No. 5, pp. 2529-2535, 2016.

상세보기
Ahn, D. G., Lee, H. J., Cho, J. R. and Guk, D. S., "Improvement of the Wear Resistance of Hot Forging Dies using a Locally Selective Deposition Technology with Transition Layers", CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 65, No. 1, pp. 257-260, 2016.

상세보기
Park, J. S., Lee, M. G., Cho, Y. J., Sung, J. H., Jeong, M. S., Lee, S. K., Choi, Y. J. and Kim, D. H., "Effect of Heat Treatment on the Characteristics of Tool Steel Deposited by The Directed Energy Deposition Process", Metals and Materials International, Vol. 22, No. 1, pp. 143-147, 2016.

상세보기
Choi, J. W. and Kim, H. C., "3D Printing Technology - A Review", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 3, pp. 1-8, 2015.
Kim, W. S., Hong, M. P, Park, J. S., Lee, Y. S., Cha, K. J., Sung, J. H., Jung, M. W. and Lee, Y. H., "Case Studies on Applications of Conformal Cooling Channel based on DMT Technology", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 3, pp. 9-14, 2015.
Olioul I. Md., Kim H. C., "An Algorithm for the Removing of Offset Loop Twists during the Tool Path Generation of FDM 3D Printer", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 16, No. 3, pp. 1-8, 2017.

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Pyo J. H., Yoo C. J., Shin J. K., Lee T. G., Shin B. S., "A Study on the Design of Hiking Boots Equipped with GPS and its Midsole Manufactured by 3D Porous Polymer Printing Method", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 6, pp. 83-88, 2016.
Kang B. S., Ahn D. G., Shin B. S., Shin J. K., "A Fundamental Study on Polymer/Metal Additive Method using a UV Laser for Consumer-oriented 3D Helmet Products", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 6, pp. 89-94, 2016.
Hwang J. D., Yang J. S., Yun S. H., Jung Y. G., "Hybrid Technology using 3D Printing and 5-axis Machining for Development of Prototype of the Eccentric Drive System", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 2, pp. 38-45, 2016.

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Shim J. H., Yun W. S., Ko T. J., "Successful Examples of 3D Printing Technology-based Start-up Enterprises", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 2, pp. 104-110, 2016.

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Jang J. A., Cho D. W., "A Review of the Fabrication of Soft Structures with Three-dimensional Printing Technology", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 14, No. 6, pp. 142-148, 2015.

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Carroll, B. E., Palmer, T. A. and Beese, A. M., "Anisotropic tensile behavior of Ti-6Al-4V Components Fabricated with Directed Energy Deposition Additive Manufacturing", Acta Materialia, Vol. 87, pp. 309-320, 2015.

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