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선택적 레이저 용융공정으로 제조된 Al-Si-Mg 합금의 열처리에 따른 미세조직 및 특성평가

Microstructures and Characterization of Al-Si-Mg Alloy Processed by Selective Laser Melting with Post-Heat-treatment

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.26 no.2, 2019년, pp.138 - 145  

이기승 (한국기계연구원 부설 재료연구소 3D프린팅소재연구센터) ,  엄영성 (한국기계연구원 부설 재료연구소 3D프린팅소재연구센터) ,  김경태 (한국기계연구원 부설 재료연구소 3D프린팅소재연구센터) ,  김병기 (울산대학교 첨단소재공학부) ,  유지훈 (한국기계연구원 부설 재료연구소 3D프린팅소재연구센터)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, Al-Si-Mg alloys are additively manufactured using a selective laser melting (SLM) process from AlSi10Mg powders prepared from a gas-atomization process. The processing parameters such as laser scan speed and laser power are investigated for 3D printing of Al-Si-Mg alloys. The laser sc...

주제어

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문제 정의

  • (a)는 열처리 공정조건을 나타낸 것으로 530°C에서 균질화처리후 수냉 또는 서냉을 통해 조형체 내부 미세조직변화를 확인하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 자동차 등 경량 부품에 적용되고 있는 대표적인 AlSi10Mg 합금분말을 가스 아토마이저(Gas atomization)로 직접 제조한 뒤 SLM공정을 이용하여 3차원 조형체를 제작하고자 하였다. 또한, SLM공정에서 주요한 변수인 레이저 파워(laser power)와 스캔속도(scan speed)를 제어하여 최적의 고밀도 AlSi10Mg조형체를 제조하고 이에 대한 미세조직과 기계적 물성을 확보하고자 하였다. 또한, 균질화 열처리에 따라 내부에 형성되는 Si상의 분포를 면밀히 과찰하여 인장특성 평가결과와 상관관계를 분석하였다.
  • 본 연구에서는 자동차 등 경량 부품에 적용되고 있는 대표적인 AlSi10Mg 합금분말을 가스 아토마이저(Gas atomization)로 직접 제조한 뒤 SLM공정을 이용하여 3차원 조형체를 제작하고자 하였다. 또한, SLM공정에서 주요한 변수인 레이저 파워(laser power)와 스캔속도(scan speed)를 제어하여 최적의 고밀도 AlSi10Mg조형체를 제조하고 이에 대한 미세조직과 기계적 물성을 확보하고자 하였다.
  • 합성된 분말을 3D프린팅하기 위하여 Concept Laser사의 M2장비 (ytterbium fiber laser, 400 W)를 사용하였으며 알루미늄 합금분말 표면 산화막을 극복하고 분말을 완전히 용융시켜 고밀도의 조형체를 확보하기 위하여 레이저 파워는 각각 180 W와 270 W의 2가지 조건에서 레이저 빔사이의 중첩도는 30%로 고정하였다. 본 연구에서는 합성한 분말을 3D프린팅공정에 활용하기 전에 산처리를 통해 분말이 베드위에 균질하게 분산될 수 있는 전처리를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
적층제조(additive manufacturing) 기술이란? 적층제조(additive manufacturing) 기술은 분말, 액체, 와이어, 펠렛 등 다양한 형태로 제조된 물질을 3차원 입체구조의 제품으로 제조하는 기술로서, 3D프린팅이라는 용어로 알려져 있다. 전통적인 주조, 단조, 용접, 압출 등의 기술에 비해 제품 생산시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 원료소재의 손실을 최소화할 수 있으며, 소비자가 원하는 제품의 형상 및 기능을 다양하게 충족할 수 있어 기존 제조업의 패러다임을 혁신적으로 변화시키는 기술로 인식되고 있다[1, 2].
전통적인 기술과 비교하여 3D프린팅기술이 가지는 장점은? 적층제조(additive manufacturing) 기술은 분말, 액체, 와이어, 펠렛 등 다양한 형태로 제조된 물질을 3차원 입체구조의 제품으로 제조하는 기술로서, 3D프린팅이라는 용어로 알려져 있다. 전통적인 주조, 단조, 용접, 압출 등의 기술에 비해 제품 생산시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 원료소재의 손실을 최소화할 수 있으며, 소비자가 원하는 제품의 형상 및 기능을 다양하게 충족할 수 있어 기존 제조업의 패러다임을 혁신적으로 변화시키는 기술로 인식되고 있다[1, 2].
3D프린팅 기술이 활발히 적용되고 있는 분야는? 3D프린팅 기술은 초기에는 고분자 중심의 3차원 조형기술에서 최근에는 자동차, 국방, 항공, 의료 등의 복잡한 구조를 가지는 금속 부품을 제조하는 분야에서 활발히 검토되고 있다. 금속분말의 적층제조 방법에는 대표적으로 directed energy deposition(DED)방식과 powder bed fusion(PBF)방식이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. G. H. Shin, J. P. Choi, K. T. Kim, B. K. Kim and J. H. Yu: J. Korean Powder Metall. Inst., 24 (2017) 210. 

  2. A. Ambrosi and M. Pumera: Chem. Soc. Rev., 45 (2016) 2740. 

  3. L. Thijs, F. Verhaeghe, T. Craeghs, J. V. Humbeeck and J. P Kruth: Acta Mater., 58 (2010) 3303 . 

  4. H. Attar, K. G. Prashanth, A. K. Chaubey, M. Calin, L. C. Zhang, S. Scudino and J. Eckert : Mater. Lett., 142 (2015) 38. 

  5. J. Suryawanshi, K. G. Prashanth, S. Scudino, J. Eckert, O. Prakash and U. Ramamurty : Acta Mater., 115 (2016) 285. 

  6. P. Nandwana, A. M. Elliott, D. Siddel, A. Meriman, W. H. Peter and S. S. Babu: Curr, Opin, Soild State Mater. Sci., 21 (2017) 207. 

  7. H. T. Kim and S. C. Kil : JWJ., 34 (2016) 62. 

  8. N. Read, W. Wang, K. Essa and M. M. Attallah: Mater. Des., 65 (2015) 417. 

  9. E. Louvis, P. Fox and C. J. Sutcliffe: J. Mater. Process. Technol., 211 (2011) 275. 

  10. N. T. Aboulkhair, N. M. Everitt, I. Ashcroft and C. Tuck: Addit. Manuf., 1-4 (2014) 77. 

  11. K. H. Lee, Y. N. Kwon and S. H. Lee : J. Kor. Inst. Met & Mater., 45 (2007) 18. 

  12. K. Kempen, L.Thijs, J. V. Humbeeck and J.-P. Kruth: Physics Procedia, 39 (2012) 439. 

  13. N. O. Larrosa, W. Wang, N. Read, M. H. Loretto, C. Evans, J. Carr, U. Tradowsky, M. M. Attallah, and P. J. Withers : Theor. Appl. Fract. Mech., 98 (2018) 123. 

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