초록 ▼

3D 프린팅 기술을 원전 부품제작에 아용하기 위해서는 제조한 소재의 건전성 및 원전환경 적용성 평가가 선행되어야 한다. 본 연구는 원자력 부품소재 가운데 널리 사용되는 스테인리스강 및 코발트 합금을 3D 프린팅 장치로 제작하고, 그 소재의 미세조직 및 기계적 물성을 평가하였다. 원자로 제어봉의 동작을 안내하는 가이드 카드의 주요 소재인 스테인리스강 304L 및 제어봉구동장치 부품소재인 코발트합금을 대상으로 생산한 물성자료 가운데 중요한 결과를 다음과 같이 요약한다.
• 두 가지 3D 금속 프린팅 (PBF, DED) 방식으로 제

3D 프린팅 기술을 원전 부품제작에 아용하기 위해서는 제조한 소재의 건전성 및 원전환경 적용성 평가가 선행되어야 한다. 본 연구는 원자력 부품소재 가운데 널리 사용되는 스테인리스강 및 코발트 합금을 3D 프린팅 장치로 제작하고, 그 소재의 미세조직 및 기계적 물성을 평가하였다. 원자로 제어봉의 동작을 안내하는 가이드 카드의 주요 소재인 스테인리스강 304L 및 제어봉구동장치 부품소재인 코발트합금을 대상으로 생산한 물성자료 가운데 중요한 결과를 다음과 같이 요약한다.
• 두 가지 3D 금속 프린팅 (PBF, DED) 방식으로 제작한 스테인리스강 304L 특성을 비교·평가하여, DED 방식으로 제작한 소재의 우수한 기계적 물성(인장 및 내마모)과 조사 저항성(내방사선)을 확인하였다.
• 3D 프린팅 소재에서 발생하는 균열 및 공극의 최소화를 위하여 프린팅 공정 조건의 최적화를 수행하였으며 결함을 제거하는 방법으로 후처리 가공기술도 평가하였다. PBF 방식의 프린팅 장치를 이용하여 축소된 노심부품 (가이드카드) 시제품을 제작하였다.
• 대상소재(스테인리스강 304L 및 Haynes 25)는 제어봉구동장치와 관련된 소재로 마모 특성이 중요하다. 부품 적합성 평가에 활용할 목적으로 ASTM 기술기준에 따른 Pin-on-disk 마모시험을 수행하여 3D 프린팅 제작 소재의 우수한 내마모 특성을 확인하였다.
• 3D 프린팅 소재의 원전 적용을 위해서는 방사선 조사시험으로 소재의 손상거동 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 호주 ANSTO 기관과 공동으로 헬륨 이온조사 시험을 수행하여 조사특성 평가자료를 생산하였다. 특히 이온조사 시편의 얇은 손상층에서 미소시험편을 정밀 가공하여 기계적특성을 평가하였다.

(출처 : 서지정보양식 89p)

Abstract ▼

In order to apply 3D-printing technology for the production of nuclear parts, it is required to investigate the integrity and effectiveness of 3D-printing materials prior to their deployment. Two kinds of material of stainless steel (SS) and Co-alloy were manufactured by 3D metal printing. Then, we

In order to apply 3D-printing technology for the production of nuclear parts, it is required to investigate the integrity and effectiveness of 3D-printing materials prior to their deployment. Two kinds of material of stainless steel (SS) and Co-alloy were manufactured by 3D metal printing. Then, we performed microstructure analysis and mechanical testing.
Both materials are generally used in the reactor internals; SS for the guide cards in the rod cluster control assemblies and Co-alloy for the CRDM parts. The key results in this study are summarized as follows. 􎻟SS 304L was made by two different 3D metal printing methods such as PBF and DED.

• We verified that DED-made SSs exhibit better mechanical behavior, including wearresistance, and higher radiation-resistance than PBF-made ones.
• We performed the optimization of 3D-printing process parameters and the post-processing of 3D printing materials to minimize and reduce the intrinsic defects resulting from the 3D-printing process, including pores and cracks. Through the process control of 3D printing, we manufactured small-sized prototype (guide card).
• Wear resistance is important for 3D printing materials because the parts of our interest are associated with the CRDM operation. As wear tests on 3D printing SS and Haynes were conducted according to the ASTM standards, we confirmed their superior wear resistance.
• We evaluated the properties of 3D-printing SS which were He-irradiated at ANSTO in Australia. Micro-mechanical tests were carried out since the resulting damaged layer was approximately tens of microns deep.

(출처 : BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 90p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 15
• 표목차 ... 17
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 21
• 제1절 연구개발의 목표 ... 23
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 24
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 29
• 제1절 3D 프린팅 부품소재 제작 ... 31
• 1. 3D 금속 프린팅 공정 ... 31
• 2. 스테인리스강의 3D 프린팅 제작 ... 34
• 3. 코발트 합금(Haynes 25)의 3D 프린팅 제작 ... 36
• 제2절 3D 프린팅 소재 특성평가 DB 구축 ... 40
• 1. 3D 프린팅 스테인리스강의 미세조직 분석 ... 40
• 2. 3D 프린팅 스테인리스강의 기계적 특성평가 ... 45
• 3. 3D 프린팅 Haynes 25의 미세조직 분석 및 기계적 특성 평가 ... 52
• 제3절 3D 프린팅 부품소재 이온조사 특성평가 ... 63
• 1. 이온조사 시험 ... 63
• 2. 조사재 분석시편 준비 ... 65
• 3. 양성자 조사 3D 프린팅 SS 조사 특성 ... 69
• 4. 헬륨이온 주입 3D 프린팅 SS 기계적 특성 평가 ... 71
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야의 기여도 ... 77
• 제1절 목표달성도 ... 79
• 제2절 관련분야의 기여도 ... 80
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 81
• 제6장 참고문헌 ... 85
• 서지정보양식 ... 89
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 90
• 끝페이지 ... 91