초록 ▼

본 보고서에는 고반응성 금속 분말과 고융점 세라믹소재의 3차원 조형기술을 개발하기 위한 원천기술을 확보하는 연구개발 내용을 다루고 있다. 1차년도의 연구개발 결과에 이어 2차년도에는 금속의 경우에는 알루미늄기반 복합재료를 3차원 조형하기 위한 알루미늄 합금분말의 공정 원천 기술을 성공적으로 개발하였다. 세라믹의 경우에는 고융점 난소결성 세라믹 소재가 레이저광원을 이용한 종래의 3차원 조형공정이 어렵기 때문에, 광조형하는 공정을 이용하여 질화물계 세라믹소재를 제조하는 연구를 수행하였다. 세부적인 연구결과는 다음과 같이 요약할 수 있다

본 보고서에는 고반응성 금속 분말과 고융점 세라믹소재의 3차원 조형기술을 개발하기 위한 원천기술을 확보하는 연구개발 내용을 다루고 있다. 1차년도의 연구개발 결과에 이어 2차년도에는 금속의 경우에는 알루미늄기반 복합재료를 3차원 조형하기 위한 알루미늄 합금분말의 공정 원천 기술을 성공적으로 개발하였다. 세라믹의 경우에는 고융점 난소결성 세라믹 소재가 레이저광원을 이용한 종래의 3차원 조형공정이 어렵기 때문에, 광조형하는 공정을 이용하여 질화물계 세라믹소재를 제조하는 연구를 수행하였다. 세부적인 연구결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 레이저 열원을 통해 알루미늄 합금기지의 복합재료를 3차원 조형하기 위하여, 기지재료가 되는 알루미늄 합금분말에 대한 고밀도 조형공정변수를 스캔속도, 레이저파워, 중첩도등의 변수 고찰을 통해 공정 최적조건을 탐색하는 연구를 수행하였다.
- 세라믹 소재의 3차원 조형을 위한 핵심 원료소재인 광반응성 세라믹 슬러리 제조공정조건을 확보하였으며, 세라믹소재의 첨가량을 증가시켜 고밀도의 3차원 조형이 가능한 새로운 수지 소재를 도입하는 등 소재설계 기술을 개발하여 향후 3차년도에는 이에 대하여 산업재산권 확보에 노력할 예정이다.
- 형상자유도가 우수한 3차원 적층기술을 이용한 금속 Auxetic structure구현 및 다공성 구조 기반 부품 설계기법과 그에 대한 기계적 특성평가 연구를 수행하였다. 향후 격자구조체 연구는 소재의 고강도 구조용 응용분야에 활용이 기대된다.

Abstract ▼

This research is aimed to develop aluminum-based metal or ceramic materials with tailored interfaces for an advanced additive manufacturing process. Three main technologies regarding metal and ceramic powder materials for 3D printing process have studied, as follows.

First, a study on proces

This research is aimed to develop aluminum-based metal or ceramic materials with tailored interfaces for an advanced additive manufacturing process. Three main technologies regarding metal and ceramic powder materials for 3D printing process have studied, as follows.

First, a study on process parameters has been designed for selective laser melting (SLM) process of aluminum-based alloying powders. The size, distribution, flow rate and densities of the aluminum-silicon (Al-Si) based alloying powders to be utilized as matrix materials through SLM process have been characterized in this study. The prepared Al-Si based alloy powders have been successfully layered on the steel substrate and simultaneously molten by the heat supplied from the laser source to make 3-dimensional structures. Process parameters such as scan speed, overlap and laser power were optimized by microstructure analysis. Second, advanced materials and additive manufacturing process on silicon nitride-based ceramic materials have been investigated in order to utilize the stereolithography technology. There has been a fundamental study on advanced additive manufacturing process for ceramic materials by using ceramic-based slurry which can be layered and cured by light (Digital Light Processing, DLP). From the results of this, silicon-nitride slurry introducing new light-curing resin was newly developed and sintering condition for high relative density above 88% were achieved. Third, design and fabrication of auxetic structure with negative poisson's ratio for high-strength structural applications has been studied and then mechanical properties of fabricated auxetic strucutures were investigated by shape and size of unit cell.

The above mentioned research results show that fundamental study on procssing parameters have been successfully investigated on the additive manufacturing process for metal or ceramic materials. From these researches, 1 domestic patent is applied, 1 SCI paper has been published, 2 SCI papers are accepted for publication. In the next year, it is expected that these fundamental researches will be utilized for making 3-dimensional aluminum matrix composties and Silicon nitride materials with superior properties.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 초록 ... 3요 약 문 ... 4SUMMARY ... 5CONTENTS ... 6목차 ... 8제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 9 제1절. 연구개발의 목적 ... 9 제2절. 연구개발의 필요성 ... 10 제3절. 연구개발의 범위 ... 13제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14 제1절. 국내외 기술 및 연구동향 ... 14 제2절. 국내외 산업동향 ... 20제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 22 제1절. 고전도 반응성 Al금속분말 3차원 적층 기반 기술 개발 ... 22 1. Al합금분말 특성평가 ... 22 2. Al합금분말 3차원 적층공정 설계 ... 22 3. Al합금분말 3차원 적층공정 결과 ... 26 4. Al합금분말 3차원 적층 조형체 기계적 특성평가 ... 32 5. Al분말 반사율 저감용 분말 표면 코팅기술 개발 ... 36 제2절. 세라믹 광경화 공정 및 시스템 기반기술 개발 ... 39 1. 질화규소(Silicon nitride, Si3N4)의 광경화 3D프린팅 공정 적용 ... 39 2. 적용 레진 단량체(monomer) 개선을 통한 고 무기물 충진 잉크 공정 개발 ... 42 3. 광경화 3D 프린팅 및 열처리 공정 적용 ... 45 4. 광경화 3D 프린팅 조형체 특성 분석 ... 45 제3절. 격자 단위셀 형상 설계 및 구조적 특성 데이터베이스 구축 ... 51 1. PBF공정에 의한 격자구조체 제조 기초 연구 ... 51 2. 격자구조체 특성 Data Base 구축 ... 58제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 68 제1절. 기술적 성과 ... 68 제2절. 사회·경제적 성과 ... 68 제3절. 국가발전의 기여도 ... 70제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 71 제1절. 추가 연구의 필요성 ... 71 제2절. 타 연구에의 응용 ... 71 제3절. 기업화 추진방안 ... 72제 6 장 참고문헌 ... 74끝페이지 ... 76