초록 ▼

본 연구는 금속 및 세라믹 소재의 3차원 조형기술을 개발하기 위한 원천공정기술을 개발하는 목표를 가지고 있으며 1차년도는 원천공정기술과 관련된 공정/소재 설계를 주로 연구하였으며 그 연구결과 다음과 같이 요약할 수 있음.
- 저출력 레이저 기반 3D 조형용 프린팅 장비 독자적 구축 완료하여 고융점 금속소재에 대한 신 공정기술로서 활용 기반을 확보함
- 저출력 레이저 기반 금속소재의 3D프린팅을 위하여 맞춤형 금속복합 페이스트 소재와 관련된 기반 기술을 산업재산권화 하였음.
- Powder Bed Fusion 기반의

본 연구는 금속 및 세라믹 소재의 3차원 조형기술을 개발하기 위한 원천공정기술을 개발하는 목표를 가지고 있으며 1차년도는 원천공정기술과 관련된 공정/소재 설계를 주로 연구하였으며 그 연구결과 다음과 같이 요약할 수 있음.
- 저출력 레이저 기반 3D 조형용 프린팅 장비 독자적 구축 완료하여 고융점 금속소재에 대한 신 공정기술로서 활용 기반을 확보함
- 저출력 레이저 기반 금속소재의 3D프린팅을 위하여 맞춤형 금속복합 페이스트 소재와 관련된 기반 기술을 산업재산권화 하였음.
- Powder Bed Fusion 기반의 금속 3D 프린팅 장비를 구축하고 일부 금속소재에 대한 공정조건을 확립하였으며, 고융점 금속 및 세라믹소재인 초경복합분말을 제조하고 이를 3차원으로 조형하기 위한 공정기술을 설계하였음.
- 세라믹의 3차원 조형을 위하여 광반응성 세라믹 슬러리 제조공정조건을 확보하였으며 이를 3D프린팅에 응용하기 위한 공정변수 및 기반기술을 연구하였음. 이에 관련된 소재 설계등의 기술을 산업재산권화하여 특허출원하였음.
- 형상자유도가 우수한 3차원 적층기술을 이용한 금속 Auxetic structure구현 및 다공성 구조 기반부품 설계기법에 대한 연구를 수행하였음.

Abstract ▼

This research is focused on development of metal or ceramic materials with tailored interfaces for an advanced additive manufacturing process. During 1_st year of this research project, we have studied on 4 fundamental technologies, as follows.
First, the concept of a low temperature pr

This research is focused on development of metal or ceramic materials with tailored interfaces for an advanced additive manufacturing process. During 1_st year of this research project, we have studied on 4 fundamental technologies, as follows.
First, the concept of a low temperature processing technology utilizing low-energy laser source has been designed and the developed apparatus and materials are registered as an international patent. In particular, new composition of composite paste composed of metals and binders was developed for copper and tungsten materials. Second, the equipment called 'Powder Bed Fusion (PBF)' type(Concept Laser Co. Ltd, Model no. Mlab cusing) has been successfully established and the processing parameters for commercial metal powders such as stainless steel powders was clearly investigated. Third, there has been a basic study on advanced additive manufacturing process for ceramic materials by using ceramicbased slurry which can be consolidated by light (Digital Light Processing, DLP). Various conditions of light curing has been investigated with bottom-up and top-down type. From the results of this, alumina-slurry including light-curing resin was synthesized and sintering conditions were achieved. Fourth, auxetic structure with negative Poisson's ratio for high-strength structural applications has been designed and fundamental study was carried out to in advance analyze its mechanical properties. Unit cell and shape factors for auxetic structure was defined and its deformation behaviors was estimated by using finite element modelling(ABAQUS-standard) method. Furthermore, auxetic structure with 5×5×3 cells was fabricated by using Mlab cusing equipment and fractured mode was clearly evaluated by the compression test.
The above mentioned research results shows that fundamental and necessary processing-parameters have been investigated on an advanced additive manufacturing process for metal or ceramic materials. From these researches, 2 patents including an international patent and 1 SCI paper have been achieved and 3 papers are submitted. In the next step, it is expected that these fundamental researches will be more deeply studied in the field of synthesis of materials as well as fabrication of 3-dimensional structures.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1.1 연구개발의 목적 ... 9
• 1.2 연구개발의 필요성 ... 9
• 1.3 연구개발의 범위 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 2.1 국내외 기술 및 연구동향 ... 12
• 2.2 국내외 산업동향 ... 13
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 14
• 3.1 저출력 레이저 기반 반응합성 3D 프린팅 기술 개발 ... 14
• 3.1.1. 저출력 레이저 기반 paste 3D 프린팅 장비 구축 ... 14
• 3.1.2. 저출력 레이저 기반 3D 조형용 금속복합 paste 개발 ... 14
• 3.2 Powder Bed Fusion (PBF) 기반 금속 3D 프린팅 기술 개발 ... 15
• 3.2.1. PBF 기반 금속 3D 프린팅 장비 구축 ... 15
• 3.2.2. 레이저 조사 속도 제어에 따른 조형물의 미세구조 및 기계적 특성 변화 ... 16
• 3.3 초경복합분말 제조 및 프린팅 공정 기술 개발 ... 22
• 3.3.1 고융점 초경 합금의 정밀 조형을 위한 입자 나노화 및 유동화 공정 기술 개발 ... 22
• 3.3.2 고융점 초경 합금을 이용한 3D 프린팅 조형 기술 개발 ... 23
• 3.4 3D 프린팅용 금속계 복합분말 소재 설계 및 제조 ... 23
• 3.4.1. 3D 프린팅용 복합분말소재 설계 ... 23
• 3.4.2. 3D 프린팅용 표면처리된 금속분말 합성 ... 24
• 3.5 광중합 방식의 3D 프린팅 기술을 이용한 세라믹 구조체 제작 ... 24
• 3.5.1. 광중합 방식의 3D 프린터 선정 ... 24
• 3.5.2. 광반응성 수지 조건 선정 ... 25
• 3.5.3. 광반응성 수지를 포함하는 세라믹 슬러리 제조 ... 26
• 3.5.4. Bottom-up 방식 (광개시제 A)을 이용한 알루미나 구조체 3D 프린팅 ... 28
• 3.5.5. Top-down 방식 (광개시제 B)을 이용한 알루미나 구조체 3D 프린팅 ... 31
• 3.6 격자구조체 제조를 위한 3차원 조형 공정 기초연구 ... 32
• 3.6.1. Auxetic strcuture 의 정의 ... 32
• 3.6.2. 3D Auxetic structure 단위셀 설계 및 형상변수 정의 ... 33
• 3.6.3. 3D Auxetic structure 유한요소해석 ... 34
• 3.6.4. 3D 프린팅을 이용한 Auxetic structure 제작 ... 36
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
• 4.1 기술적 성과 ... 39
• 4.2 사회·경제적 성과 ... 39
• 4.3 국가발전의 기여도 ... 40
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 41
• 5.1 추가연구의 필요성 ... 41
• 5.2 타 연구에의 응용 ... 41
• 5.3 기업화 추진방안 ... 42
• 제6장 참고문헌 ... 43
• 끝페이지 ... 45