초록 ▼

연구개요
현대 과학 기술이 급속히 발달함에 따라 다양한 산업 분야에서 기존의 전통적인 재료로는 달성하기 어려운 고기능/고성능 특성이 요구되고 있으며, 산업이 점차고도화, 세분화됨에 따라 극한환경에서 요구되는 엄격한 규제조건을 충족시킬 수 있는 차세대 소재에 대한 필요성이 증대되고 있습니다. 특히, 금속 복합재료는 산업전반에 있어서 높은 잠재성으로 인하여 새로운 산업 창출의 원동력이 될 것으로 기대되는 소재입니다. 하지만, 현재까지는 정교한 미세구조 디자인을 위한 제조기술이 부족하여 요구하는 목표 성능 달성이 어렵고, 긴 공정시

연구개요
현대 과학 기술이 급속히 발달함에 따라 다양한 산업 분야에서 기존의 전통적인 재료로는 달성하기 어려운 고기능/고성능 특성이 요구되고 있으며, 산업이 점차고도화, 세분화됨에 따라 극한환경에서 요구되는 엄격한 규제조건을 충족시킬 수 있는 차세대 소재에 대한 필요성이 증대되고 있습니다. 특히, 금속 복합재료는 산업전반에 있어서 높은 잠재성으로 인하여 새로운 산업 창출의 원동력이 될 것으로 기대되는 소재입니다. 하지만, 현재까지는 정교한 미세구조 디자인을 위한 제조기술이 부족하여 요구하는 목표 성능 달성이 어렵고, 긴 공정시간, 높은 제조비용, 강화재 균일 분산의 어려움 등의 문제가 있어 복합재료의 설계 기술, 단순 저비용 공정기술 개발 등 향후 해결되어야 할 부분들이 남아있습니다. 따라서, 본 연구에서는 3D-ink printing 기술과 infiltration 기술의 새로운 공정 융합을 바탕으로 기존의 금속복합재료 제조기술의 한계를 극복하고 극한환경용 차세대 금속복합재료를 개발하기 위해 4차산업혁명 개념의 새로운 연구 아이디어를 실현하려고 합니다: 3D 프린팅 기술을 활용함에 따라, (1) 다양한 디자인, (2) 맞춤생산 가능, (3) 제조 공정 단축 및 빠른 시제품 생산 가능, (4) 절단에 의한 가공과정 생략으로 인해 재료 낭비 최소화. 특히, (5) 강화상을 체계적인 패턴으로 프린팅함으로써 “기존 제조 기술의 강화재 분산의 어려움”의 한계를 뛰어넘어 강화상의 3차원 구조적 일체화/연속성/규칙성에 의해 기존 소재의 임계 성능 이상의 우수한 물성을 지닌 첨단 금속 복합재료 개발이 가능할 것으로 예상됩니다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구(2022.03.01.~2022.12.31., 조기종료-10개월)에서는 3D 잉크 프린팅 기술로 금속복합재료의 강화상 패턴 제작 및 기술 최적화하는 연구를 수행하였다:
(1) Camphene 기반 WO₃-NiO 잉크 최초 개발 및 잉크 조성 최적화; 출력 조건(공압/노즐/속도) 최적화; 5~70 layers 적층; ~10cmx10cm 대면적 출력
(2) 환원/소결 전/후 미세구조 분석; Infiltration에 유리한 다공체의 미세구조 최적화; 수십~수백 μm 복합 기공구조; ~90% 기공률
(3) 프린팅 출력 특성 및 환원/소결 전/후에 따른 변수에 관련된 데이터베이스 수집

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
■ 연구개발성과의 활용 계획
순금속 또는 합금소재를 3D-패턴 혹은 다공성 구조체로 제작하는 연구들과 첨단 금속복합소재의 개발에 도움이 될 수 있는 3D ink-printing (Extrusion 3D printing) 공정 기술 및 프린팅용 잉크 개발 관련 데이터 및 관련 연구성과들이 관련 학계에 확보 및 제시될 예정이다. 잉크 개발 및 출력 최적화에 필요한 공정 변수들의 기초 데이터를 제시할 것이고, 기초 주요 물성(미세구조/상온 기계적 특성) 및 열처리 관련 데이터 또한 확보되었다. 이를 통하여 극한환경용 차세대 금속복합재료의 최적화 설계 기술을 제시할 것이다.
■ 기대효과
간단하면서도 저비용의 공정 기술과 혁신적인 소재 기술의 국산화를 통해 기술경쟁력을 높일 수 있을 것이며, 금속복합재료의 낮은 경제성을 개선하고 상용화/보급화 시키는데 기여할 것이라고 생각됩니다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구과제의 필요성 ... 4
• 1-2. 연구과제의 최종목표 ... 4
• 1-3. 연구과제의 단계별 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• (1) 1단계 (1~3년차) ... 6
• (2) 2단계 (4~5년차) ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 끝페이지 ... 13