초록 ▼

□ 연구내용
◦ [소재] 계산과학을 이용한 Ti 복합소재 설계/제조
- 열역학 및 계면에너지 계산 등의 계산과학 접목을 통해 Ti에서 안정성이 확보되는 최적의 나노입자 조성 도출 (기존 경험적 조성 설계가 아닌 계산과학 기반의 조성설계를 통해 개발 시간 단축)
- 기구축 및 선행확보된 Ti 열역학 데이터 기반으로 ex-situ로 나노입자를 분말 표면에 접착시키는 기술이 아닌 in-situ로 나노입자를 분말 내부에 균일하게 분산시키는 기술 개발로 Ti64 합금 기반 복합소재 분말제조
◦ [공정] Ti64합금 상용

□ 연구내용
◦ [소재] 계산과학을 이용한 Ti 복합소재 설계/제조
- 열역학 및 계면에너지 계산 등의 계산과학 접목을 통해 Ti에서 안정성이 확보되는 최적의 나노입자 조성 도출 (기존 경험적 조성 설계가 아닌 계산과학 기반의 조성설계를 통해 개발 시간 단축)
- 기구축 및 선행확보된 Ti 열역학 데이터 기반으로 ex-situ로 나노입자를 분말 표면에 접착시키는 기술이 아닌 in-situ로 나노입자를 분말 내부에 균일하게 분산시키는 기술 개발로 Ti64 합금 기반 복합소재 분말제조
◦ [공정] Ti64합금 상용분말 적용 SLM 공정조건 최적화 프로세스 확립
- 상대밀도 99.5%이상 공정조건 확립
- 공정속도를 증가시키기 위해 Layer thickness 50um 조건에서 상대밀도 99.5%이상 유지 가능한 SLM 최적 공정조건 도출
· Hatching, Contour, Support 최적 공정조건 확립
- 최적공정조건으로 제작한 Ti64합금 3D프린팅 조형체 기계적 특성 평가
· As-built 시편 활용한 인장특성 평가
- Ti64 합금 SLM 최적 공정조건 활용한 척추 케이지 시작품 제작
◦ [설계] 머신러닝 기법을 활용한 최적구조 설계, 회귀분석 모델링 및 최적화
- 유한요소해석 인장·압축 시험을 통하여 유효 입력변수에 따른 다차원 격자구조의 기계적 특성 변화를 데이터베이스화 함
- 데이터베이스를 기반으로 목표 특성을 만족하는 최적 다차원 격자구조를 알고리즘을 통하여 찾아내어 실험에 쓰이는 비용을 최소화함
◦ 다차원 격자구조를 활용한 인체 친화성 극대화 임플란트 적층제조
- 기개발된 최적 다차원 격자구조를 포함한 인체 친화성 극대화 임플란트를 설계하고 적층제조

□ 연구개발 성과
◦ 정성적 성과
- [소재] 기존 적층제조공정 중에 발생되는 기공과 크랙 등의 문제를 소재 측면에서 극복할 수 있도록 나노입자가 내부에 균일하게 분산된 복합분말 신소재를 개발함으로써 고부가가치 적층제조용 소재기술 선도 가능
- [공정] Ti64 상용 분말의 고밀도·고속 적층성형 공정조건을 도출하여 개인맞춤형 의료용 부품 및 산업수요 부품 제조를 위한 기반기술 및 공정 최적화 노하우 확보
- [설계] 경험에 의존한 기존 단순 격자구조 설계 기술을 유한요소해석과 딥러닝 기술을 활용하여 체계적이고 자동화할 수 있는 기술개발
◦ 정량적 성과
◦ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
◦ [소재] 분산 물질이 분말 내부에 포함된 일체형 분말 성분계와 제조 기술 세계 최초로 확보
◦ [공정] Ti64 합금 상용분말 기반 고밀도·고속 공정조건 확보

□ 성과활용 계획
◦ [소재] 기존의 Ti 구형 분말을 Ti 복합소재 구형 분말로 대체하여 3D 프린팅 부품 강도 및 신뢰성이 확보되어 차세대 산업 육성 가능
◦ [공정] Ti64 합금분말 적용 SLM공정 최적화 노하우를 바탕으로 향후 산화물 분산강화형 복합분말의 적층성형공정 최적화를 통한 인체삽입형 의료기기분야 구조용 부품 개발 납기 단축 가능
◦ [설계] 적층성형이 가져다줄 수 있는 단순 경량화에서 벗어나 복합 기능성(ex. 초고강도·초경량)을 부품 설계를 통하여 드론이나 미래형 수송기등 산업 활용 가능

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기본사업 연구보고서 ... 3
• 기본사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 6
• 제 1 장 개 요 ... 7
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 7
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 7
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 10
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 11
• 제 2 절 당해연도 연구개발 내용 ... 14
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 27
• 제 3 장 연구성과 활용 방안 ... 29
• 제 1 절 연구성과 활용·확산계획 ... 29
• 제 2 절 기대효과 ... 29
• 제 4 장 차년도 사업추진계획 ... 30
• 제 1 절 차년도 사업추진 내용 ... 30
• 제 2 절 차년도 세부 연구분야(Spec) ... 33
• 제 5 장 참고문헌 ... 35
• 끝페이지 ... 36