초록 ▼

3. 개발결과 요약
※ 최종목표
□ 자동차 및 항공기의 연료분사노즐, 연료필터 등 메탈소재의 5이상의 고세장비, 100㎛급 이하 미세홀의 고속 가공을 위한 10⁸W/cm²급 고출력 전자빔 미세홀 가공장비 및 공정기술 개발
○ 고세장비 미세홀 가공용 10⁸W/cm²급 고출력 전자빔 소스시스템 개발
- 120kV급 고출력 전자빔 방출 및 가속장치개발(고출력 전자빔 건 개발)
- 20kHz전자빔 집속 및 고속 제어장치 개발(집속/편향

3. 개발결과 요약
※ 최종목표
□ 자동차 및 항공기의 연료분사노즐, 연료필터 등 메탈소재의 5이상의 고세장비, 100㎛급 이하 미세홀의 고속 가공을 위한 10⁸W/cm²급 고출력 전자빔 미세홀 가공장비 및 공정기술 개발
○ 고세장비 미세홀 가공용 10⁸W/cm²급 고출력 전자빔 소스시스템 개발
- 120kV급 고출력 전자빔 방출 및 가속장치개발(고출력 전자빔 건 개발)
- 20kHz전자빔 집속 및 고속 제어장치 개발(집속/편향 유닛개발)
- 고출력 전자빔 건 및 집속/편향 유닛 통합 시스템 제작
○ 고출력 전자빔 미세홀 가공시스템개발
- 전자빔 미세가공 시스템 설계 및 제작
- 진동저감 시스템 설계 및 제작
- 진공챔버 및 이송기구부의 정적/동적/열적 구조해석
- 미세홀 가공시스템 통합제어 H/W 플랫폼 및 운용 S/W 설계 제작
- ICT기반 가공시스템 상태감시 및 진단연구
○ 고세장비 미세홀 가공공정개발
- 메탈 소재 및 홀 Size 형상에 따른 가공 공정 DB 개발
- 다양한 응용부품에 따른 가공 공정 연구
- Backing material 개발 및 치구 방식 연구
- 고경도 메탈소재 부품의 고세장비 다채널 미세홀 가공공정 및 열 해석 기술 개발

※ 개발내용 및 결과
□ 고세장비 미세홀 가공용 고출력 전자빔 소스시스템 개발
○ 고출력 전자빔 건 모듈 시작품 수정보완
- 전자빔 방출 유닛의 수명 향상 및 안정화 연구
- 고출력 전자빔 가속 유닛구조의 수명 향상(오염 대응 등) 연구
- 전자빔 방출특성연구(휘도/I-V특성 등)
○ 고출력 전자빔 통합제어 모듈제작 및 안정화
- 스캔/셔터 코일 및 보빈 성능안정화(온도/EMI 대응력 향상 등)
- 전자빔 수차보정 및 얼라인 유닛 수정보완(Off-axis/Stigmator 등)
- 전자빔 고속제어모듈 시작품 안정화(열적 안정화 칼럼 구조 등)
- 집속 및 고속 동적제어 성능분석(전류/자기장/온도 특성 등
○ 고출력 전자빔 소스시스템 시작품 설계/제작
- 고출력 전자빔 소스시스템 시작품설계/제작(건 모듈 및 제어모듈)
- 전자빔 동축 감시화 모듈 설계/제작
- 고속 오염방지기구 수정보완
- 고출력 전자빔 소스시스템의 가공성능 분석연구
- 고출력 전자빔 소스시스템 성능평가연구(집속도, 휘도, 동기화 특성 등)

□ 고출력 전자빔 미세홀 가공시스템개발
○ 진공용 5축 미세가공시스템 통합제작 및 안정화
- 전자빔 미세홀 가공 시스템 제작 및 성능 안정화(스테이지, 진공챔버)
- 양산대응 가공물 Loading / Unloading 시스템 제작
- 개발 전자빔 대응 통합 제어 시스템 개발 및 보완
○ 다축 통합형 내부/외부진동 제어 성능 보완
- 다축 통합 제진 소프트웨어 개발 및 적용
- 시스템 성능평가 및 성능보완
○ 5축 시스템용 냉각시스템 해석
- 최적 냉각 시스템 구성을 위한 설계 방법론 도출
○ 상태감시 모니터링 및 진단 시스템 검증 및 보완
- 상태감시 모니터링 및 진단 시스템 검증
- 시스템 운영 상황을 반영한 보완

□ 고세장비 미세 홀 가공공정 개발
○ 개발 5축 전자빔 미세홀 가공장비를 활용한 미세 홀 가공공정 DB 구축 및 최적화 연구
- 시스템 가공 특성 안정화를 위한 공정 개선
- 전자빔 가공 공정제어 안정화
○ 최적화 조건을 적용한 Backing material의 성능 평가 및 안정화
- 최적의 코팅 방식을 현장 적용하여 실험을 통한 성능 평가
- 도출된 최적화 조건 적용 및 수정 보완
○ 전자빔 미세홀 가공 예측 모델 기반 최적 공정조건 선정 모듈 통합화 및 안정화
- 실험 DB와의 비교분석 및 해석 모듈 tuning을 통한 공정 예측 모듈의 안정화
- 열 해석 모델 및 5축 가공시스템 기반 가공경로 예측 정밀도 향상 및 최적화

※ 기술개발 배경
○ 고출력 전자빔 미세홀 가공장비의 경우 독일에서 기술을 선도하고 있으며, 현재 기존 레이저의 수십배 이상에 달하는 생산성을 보이고 있으며, 가공직경 100um ~ 1mm 정도, 가공깊이 5mm 이상, 세장비 2:1 ~ 10:1 까지 가능한 수준임. 또한 가공홀 경사각 20도 ~ 90도 및 가공정밀도 ±5% 정도가 가능한 수준임
○ 독일 및 일본의 경우 고출력 전자빔 장비 당 10~30억 규모의 고가화 장비를 개발하고 있으며, 장비 당 이익률이 50 %이상의 고부가가치 장비를 생산하고 있음
○ 고출력 전자빔 가공 장비 시장의 경우 연평균 성장율은 16%이상이며, 2014년 135억불 규모를 형성하고 있음. 특히 전자빔 미세홀 가공장비를 비롯하여 전자빔리소그리피, 전자빔 용접기 및 3D 메탈 적층 장비 등 최근 다양한 고출력 전자빔 장비가 시장에 출시되고 있으나 국내의 이와 관련된 원천기술이 매우 미흡한 수준으로 기술 종속을 탈피하기 위한 기반기술 확보가 시급함

※ 핵심개발 기술의 의의
○ 고출력의 전자빔기술은 자동차/조선산업의 연료분사노즐, 연료 필터, 항공/방산용 연료 혼합기, 금형의 미세 홀(사출 및 프레스 금형) 등 미래 주력산업의 핵심부품 생산에 적용 가능하나, 현재 국내에서는 고출력 전자빔 소스 등 관련 기반기술이 매우 부족하며, 독일/일본 등 선진국의 주도적인 기술개발이 활발히 진행되고 있음
○ 전자빔 미세홀 가공장비 및 공정기술의 개발을 통해 광섬유, 항공기 연료분사노즐, 연료필터 등의 국내 고부가가치 전자빔 미세홀 가공장비 및 공정기술의 자립화에 대한 파급효과가 큼
○ 본 개발을 통하여 고출력 전자빔 미세홀 장비, 공정기술 및 운용기술(공정예측 등)의 특허 등 관련 원천기술을 확보 함
○ 국내 관련 응용분야 수요 활성화를 통한 국내 기업의 부가가치 향상과 기술경쟁력 향상이 가능해지며, 관련 부품의 국산화 지원가능

※ 적용 분야
○ 플라스틱 재활용 메탈필터, 제지용 메탈필터, 식품용 메탈필터 등의 메탈 필터 부품에 적용 가능
○ 항공용 연소기부품, 광섬유용 노즐 부품 및 반도체 부품 등 적용가능
○ 기타 0.5~8mm 두께의 대부분 금속(Ti, Inconel, Ni등) 소재에 100~500㎛ 직경의 미세홀의 고속가공 필요분야 적용가능

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 16
• 제 1 절 과제의 개요 ... 16
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 18
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 18
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 26
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 37
• 제4절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 38
• 제 3 장 결과 ... 39
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 39
• 1. 연구개발 추진일정 ... 39
• 2. 연구개발 추진실적 ... 41
• 3. 기술개발결과 ... 49
• 제 2 절 연구개발 추진체계 ... 161
• 1. 연구개발 추진체계 ... 161
• 2. 기관별 담당 업무 및 추진체계 ... 161
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 162
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 163
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 164
• 1. 연구시설 및 장비 보유 현황 ... 164
• 2. 연구실 안전조치 현황 ... 165
• 제 4 장 사업화 계획 ... 168
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 168
• 제 2 절 사업화 계획 ... 169
• 1. 과제 종료 후의 사업화 계획 ... 169
• 2. 생산 계획 ... 170
• 3. 투자계획 ... 171
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 172
• 부록 1 정량적 평가 항목 시험성적서 ... 174
• 부록 2 진도실적 세부내용(1차년도) ... 179
• 끝페이지 ... 568