초록 ▼

3. 개발결과 요약

최종목표
표면정밀도 7㎛급 대형 완제품을 적층과 절삭을 통하여 직접 제조하고 탭핑 및 드릴링의 후처리 지원이 가능한 금속 3D프린터 개발

개발내용
· 높은 적층각 자유도 보장을 위한 병렬형 5축머신과 작업공간 확장을 위한 갠트리 로봇을 통하여 2m3의 대형 부품제작이 가능한 플랜트형 금속 3D프린터 개발
· 3D 적층공정 및 표면가공/드릴링/태핑 등 후처리 가공공정의 일체화를 위한 자동공구교환장치 기반의 공정간 자동전환 기술개발
· DED방식의 이종 금속소재 적층 제

3. 개발결과 요약

최종목표
표면정밀도 7㎛급 대형 완제품을 적층과 절삭을 통하여 직접 제조하고 탭핑 및 드릴링의 후처리 지원이 가능한 금속 3D프린터 개발

개발내용
· 높은 적층각 자유도 보장을 위한 병렬형 5축머신과 작업공간 확장을 위한 갠트리 로봇을 통하여 2m3의 대형 부품제작이 가능한 플랜트형 금속 3D프린터 개발
· 3D 적층공정 및 표면가공/드릴링/태핑 등 후처리 가공공정의 일체화를 위한 자동공구교환장치 기반의 공정간 자동전환 기술개발
· DED방식의 이종 금속소재 적층 제작을 지원하는 노즐과 소재 공급장치 개발
· 3D 적층용 경로생성 기능과 5축 가공용 경로생성 기능의 통합 CAM SW 개발 및 광학계, 적층, 가공 등의 복합기능을 지원하는 제어 기술 개발
· 금속 3D프린팅 공정 변수의 최적 제어를 통한 3D 적층 기술 개발 및 적층품질 평가 기술 개발
· 3D프린팅 출력부품의 성능향상 및 내구성 시험기술 개발
· 3D프린팅의 클래딩 층 높이 및 온도 모니터링이 가능한 실시간 제어 시스템 개발

기술개발 배경
가. DED 방식의 이종 금속 3D프린팅
· 제작 부품의 기계적 특성은 이종 금속의 3D프린팅을 통해 확보하며, 이를 위해 전용 노즐, 분말공급장치 설계와 적층 피드백시스템으로 구성한 3D프린팅 모듈 제작이 필요.
· 대형 부품의 안정적 적층을 위해 레이저 열원에 따른 철계/비철계 합금분말의 물리적 특성, 화학적 특성을 분석하고 DED 공정에 최적의 합금분말 도출이 요구됨.
나. 고강성, 고정밀도의 병렬형 5축 머신
· 금속 3D프린팅을 통해 제작한 산업용 부품은 표면 정밀도가 낮으며, 추가 장비에서 절삭의 후가공을 통해 생산 공정/비용/시간이 증가하고 최종 생산성이 저하됨.
· 적층과 절삭을 단일 장비에서 통합 수행하여 높은 표면 정밀도와 형상 정확도의 완제품을 직접제조하기 위해 고 강성, 고정밀도의 병렬형 5축 머신 개발이 중요.
· 산업 현장에 사용되어 시장성을 확보한 가공 장비에 적층 기능을 추가함으로써 미국, EU 등의 업체가 주도하는 금속 3D프린팅 시장에서 제품경쟁력을 확보할 예정임.
다. 작업공간 확장형 갠트리 로봇
· 상용화된 5축 금속 3D프린터는 공작물을 회전하는 구조에 따라 제작이 가능한 공작물의 크기가 제한되며, 산업체에서 요구하는 2m3급의 대형 금속 부품을 제작하기 위해서는 공간 활용도가 높은 새로운 구조의 장비 개발이 절실.
· 소형, 고강성의 병렬형 5축 머신을 사용하여 대형 금속 부품을 제작하기 위해 갠트리 로봇을 개발함으로써 작업공간을 확장하고 공간 활용도를 크게 개선할 필요가 있음.
라. 적층 및 절삭 공정의 통합 제어 소프트웨어
병렬형 5축머신과 갠트리 로봇을 사용하여 대형 부품의 적층 및 절삭에는 5축 적층용 경로생성 기능과 가공용 경로생성 기능의 통합 CAM SW 개발이 필수이며, 적층과 가공의 복합기능을 지원하는 제어 기술이 필요.

핵심개발 기술의 의의
가. 높은 적층자유도를 가진 대형 부품용 금속 프린터 국산화 개발
· 5축 구동제어를 통해 높은 적층자유도를 보장하는 금속 3D프린터 개발
· 병렬형 5축머신 활용한 복잡-자유형상 제작 가능
· 레이저 클래딩 전문연구원(RIST) 보유기술 활용해 고품질 DED 적층기술 실현
나. 소형 갠트리 금속 3D 프린터 국산화 개발
· 갠트리로봇과 틸팅 로터리 테이블로 구성된 소형화 구조의 조합을 통해 빠르고 정확한 6축 이상의 구동 실현
· 소비자 요구에 맞는 갠트리 구조의 유연한 설계로 현장 맞춤형 장비 개발 가능
다. 고속/고정밀/고품질 적층을 위한 3D 프린팅 모듈 국산화 개발
· 4kW급 레이저 헤드 국산화 개발
· 분말공급시스템 국산화 개발
· 고품질 적층물 제작을 위한 장비 연계형 공정모니터링 및 적층 S/W 개발
라. 현업에 적용되는 수요품 제작을 위한 적층기술 보유
· 원 부품 기능 및 환경을 고려한 소재 선정
· 3DP 기술 적용 제작 공정 개발
· 부품 성능 검증을 위한 실증 진행 중
:발전 부품 Wear plate, Impeller 반도체 공정 부품, Heater block

적용 분야
가. 발전 부품 Wear plate
· 3D프린팅 시제품 및 기존 구매품 성능비교
- 적용설비 : 당진화력 #9 탈황 슬러리펌프 2대
- 설치/운전 일정 : 20.05.29 / 20.07.04~21.01.04
· 실증기간 : 6개월, 운영조건 : 1회 3개월 분해점검
- 분해점검 내용 : 부품 침식⦁마모량 검사
나. 반도체 유로 시뮬레이션을 이용한 일체형 Heater Block 제작
다. 기타 적용 분야
수요대상 제품 외에도 본 개발 장비는 항공, 자동차, 조선, 에너지 등 다양한 산업에 확대 적용이 가능함.

(출처 : 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 22
• 제 1 장. 기술개발의 필요성과 관련 현황 ... 23
• 제 1 절. 개발 대상 기술 ․ 제품의 개요 (과제의 개요) ... 23
• 제 2 절. 개발 대상 기술 ․ 제품의 중요성과 파급효과 ... 29
• 제 2 장. 과제 수행의 내용 및 결과 ... 32
• 제 1 절. 최종 목표 및 평가 방법 ... 32
• 제 2 절. 단계 목표 및 평가 방법 ... 32
• 제 3 절. 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 50
• 제 4 절. 수행 결과의 보안등급 ... 98
• 제 5 절. 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 98
• 제 3 장. 결과 ... 100
• 제 1 절. 연구개발 최종 결과 ... 100
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 100
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 100
• 3. 정량적 목표 및 실적 ... 179
• 4. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 180
• 제 2 절. 연구개발 추진 체계 ... 182
• 1. 연차별 연구개발 추진체계 ... 182
• 2. 연구개발팀 편성도 ... 185
• 제 3 절. 고용 창출 효과 ... 185
• 제 4 절. 자체보안관리진단표 ... 188
• 제 5 절. 안전관리 이행 현황 ... 196
• 1. 연구실 안전조치 ... 196
• 제 4 장. 사업화 계획 ... 199
• 제 1 절. 시장 현황 및 전망 ... 199
• 제 2 절. 사업화 계획 ... 202
• 제 3 절. 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 209
• 별첨 ... 211
• [별첨]1. 추진 일정 ... 211
• [별첨]2 ㈜맥스로텍 소형 3D프린터(MDG-300) 제품 사양서 ... 216
• [별첨]3 ㈜맥스로텍 Wear plate 제품 사양서[보안자료] ... 218
• [별첨]4 ㈜맥스로텍 최대 작업영여 DMI 정량적 항목 시험 성적서 ... 220
• [별첨]5 포항산업과학연구원 시험성적서 ... 223
• [별첨]6 (주)디이엔티 출력부품 검사성적서 ... 232
• [별첨]7 (주)디이엔티 Powder feeder 시험 성적서 ... 233
• [별첨]8 (주)한국동서발전 실증보고서 ... 235
• [별첨]9 학회 발표 및 논문 성과 증빙자료 ... 236
• [별첨]10 특허 성과 증빙자료 ... 252
• 끝페이지 ... 260