초록 ▼

□ 연구내용
○ 3D프린팅 제조 타당성 분석 및 수요 부품 맞춤형 기능성 향상(일체화, 경량화, 복잡화) 설계 기술개발
○ 3D프린팅 전용 소재 적층공정 (Steel, Titanium, Aluminum) 최적화 기술개발
○ 3D프린팅 공정 지능화 (공정 모니터링 데이터 기반 실시간 제어기술) 기술개발
○ 기존 뿌리기술 (열처리, 기계가공 등) 연계 부품제조 기술개발
○ 3D프린팅 출력물 시편단위 → 부품단위 → 현장운영 평가 → 검증/실증데이터 → 규격화 기술개발

□ 연구개발 성과
○ 정

□ 연구내용
○ 3D프린팅 제조 타당성 분석 및 수요 부품 맞춤형 기능성 향상(일체화, 경량화, 복잡화) 설계 기술개발
○ 3D프린팅 전용 소재 적층공정 (Steel, Titanium, Aluminum) 최적화 기술개발
○ 3D프린팅 공정 지능화 (공정 모니터링 데이터 기반 실시간 제어기술) 기술개발
○ 기존 뿌리기술 (열처리, 기계가공 등) 연계 부품제조 기술개발
○ 3D프린팅 출력물 시편단위 → 부품단위 → 현장운영 평가 → 검증/실증데이터 → 규격화 기술개발

□ 연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 3D프린팅 PBF 공정 최적화(밀도 및 기계적 물성 확보)
·타이타늄 합금(Ti64) 공정 최적화 : 파워 145W, 스캔 스피드 1100mm/s 최적 공정조건 도출을 통한 99.9% 밀도 달성
· 타이타늄 합금(Ti64) 기계적 물성 확보 : 최적화된 공정조건을 통한 물성 확보 - 인장강도 1056MPa, 연신율 18% 달성
·알루미늄(AI2139) 공정 최적화 : 파워 : 320W, 스캔스피드 : 1200mm/s 최적 공정조건 도출을 통한 99.9% 밀도 달성
· 알루미늄(AI2139) 기계적 물성 확보 : 최적화된 공정조건을 통한 물성 확보 - 인장강도 406MPa, 연신율 11.3% 달성
· 최적 적층공정을 통한 시편 및 부품의 치수정밀도, 표면조도 확보
- 최적화 공정 활용 3D프린팅 구현 가능치수 정립
·타이타늄 : 0.3mm 두께 구현, 오버행 한계 20°
·알루미늄 : 수평 홀 7mm, 0.3mm 두께 구현, 오버행 한계 30°
- 열변형 해석 Calibration Strain Scale Factor(SSF) 도출
·타이타늄 : Linear Elastic SSF 0.4479, J2 Plasticity SSF 0.4799
·알루미늄 : Linear Elastic SSF EOS 0.1208, KAMIC 0.14
- 공정 모니터링 모듈 개발 PBF 2건, DED 1건
·PBF : 공정결함 데이터 수집 모니터링 모듈 및 실시간 온도 수집 모니터링 모듈 구축
·DED : 적층에 영향을 미치는 용융풀 형상, 용융풀 온도 추이, 적층 xyz 좌표 위치, 아르곤 가스 유량 실시간 모니터링 모듈 개발
- 금속 재료물성 SW를 활용한 열처리 공정 설계
·타이타늄 : 2단 열처리(Subcritical annealing), Aging(600℃, 4h) 을 통해 미세조직구조 유도 및 잔류응력 해소, 강도 및 연신율 확보
·알루미늄 : T4 heat treatment(490℃, 45min, water quenching)를 통해 균일한 Al2CuMg 석출, 강도 및 연신율 확보
- 3D프린팅 출력물 적층 특성 및 미세조직 분석을 통한 데이터 확보
·타이타늄 : 최적화된 공정 조건, 열처리 조건에서 열처리 온도에 따른 미세조직 분석, α, β 상분율, 기계적 물성 평가
·알루미늄 : 최적화된 공정 조건, 열처리 조건에서 As built, Heat Treatment 조건별 Melt pool 특성, 석출물, 기계적 특성, 파단면 평가
- 3D프린팅 출력물 소재 적합 후가공 공정 기술 개발
·주조 소재 및 3D프린팅 출력 소재의 밀링 가공 공정 후 EBSD 기법을 통한 표면 무결성 분석 및 후가공 특성 평가
·타이타늄 : Low Angle Boundary 0.9%, 표면 조도(Ra)의 기존 소재 대비 21~47% 증가 ⇒ 기존 대비 결정구조의 불안정화로 가공이 상대적으로 어려운 특성 확인
·알루미늄 : Low Angle Boundary 7.3%, 표면 조도(Ra)의 기존 소재 대비 18~21% 증가 ⇒ 기존 대비 결정구조의 불안정화로 가공이 상대적으로 어려운 특성 확인
- 국방부품 제조기술 개발지원 품목 4개 선정
- 국방부품 실증지원 1건: 해병대 장갑차 프로펠러 축
- 연구확산 및 네트워크 활동
· (‘23.02.01) Military AM 2023 참가
· (‘23.02.20) 육군 군수사령관 방문
· (‘23.03.30) 美 국방분야 3D프린팅 정책 및 현황 기술 세미나
· (‘23.04~06) 국방부품 3D프린팅 기술 개발 협의회 등 협의 3건
· (‘23.06.08) MADEX 및 함정기술 무기체계 세미나 발표
· (‘23.06.28) 2023 방위산업 부품 장비대전
- (‘23.09.07) 제 2회 국방 3D프린팅 경진대회
- (‘23.10) 한국전자전 국방 3D프린팅 경진대회 전시
- (‘23.10) 해군정비창 3D프린터실 개소식
- (‘23년도) 국방분야 3D프린팅 전문인력 양성 교육
○ 정량적 성과
○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
○ (설계) 금속 3D프린팅 적합 형상치수 도출 및 열변형 예측 최적화
- 다양한 형상에 대한 프린팅 구현가능 치수 도출과 Calibration을 통한 열변형 예측 정확도 향상 및 고정밀도 제작(시행착오 감소) 기술 확보
○ (공정 및 모니터링) 공정모니터링 데이터 기반 금속 3D프린팅 공정 최적화
- 금속 3D프린팅 적층공정 최적화를 통한 물성확보 및 공정 모니터링 데이터를 기반으로 현장에서 활용 가능한 고품질 부품 제조기술 확보
○ (열처리) 금속 3D프린팅 출력물 열처리 최적화
- 금속 재료물성 SW를 활용하여 상분율, 물성 예측 등을 통해 Ti64, Al2139 출력물에 대한 열처리 공정 설계 및 공정 조건 확보
○ (분석) 금속 3D프린팅 출력물 미세조직 분석
- 금속 3D프린팅 출력물의 미세조직 형성 거동을 파악하고 그에 대한 메커니즘을 고찰함으로써, 결함 방지 및 건전한 미세조직 확보를 위한 적층공정 개선안 도출
○ (후가공) 3D프린팅 출력물 적합 후가공 기술 개발
- 3D프린팅 출력물의 후가공을 위한 맞춤형 지그 및 Ti64, Al2139 가공을 위한 공구 선정, 조도 측정 실험으로 최적조건 도출, 후가공 공정 모니터링 시스템 구축

□ 성과활용 계획
○ 국방 무기체계는 국가 전시전력 유지를 위하여 중요한 자산이며, 이러한 자산의 유지 및 가동을 위한 부품에 대한 긴급 확보 및 수리를 가능하게 하면, 무기체계 공백 방지를 통한 군 전력 유지 및 향상
○ 해외로부터 긴 시간 및 비싼 비용을 지불하여 도입되고 있는 부품에 대한, PBF 및 DED 금속3D프린팅 기술을 활용한 부품 제작 및 수리 재생 기술 확보를 통하여, 국내 자체적인 수리능력 향상 및 기존 육군/공군/해군 정비창 정비 능력 향상
○ 국내 정비창의 정비 능력을 향상시킬 수 있으며, 기존 용접 / 주조 / 기계가공 / 열처리 방법과 같이 PBF 및 DED 적층기술을 활용하여 보다 다양한 부품에 대한 맞춤형 부품 국내 조달이 가능
○ 설계 – 공정 – 열처리 – 분석 - 후처리의 기술 체인을 통해 국방 부품 국산화를 위한 체계 구축 및 소형/중형/대형 크기의 국방 부품 제작 기술 개발을 통한 전 국방 군수 조달애로 해소
○ 2022년 해군정비창 – 생기원 업무협약 체결식(MOU)을 통한 군, 연구소 협력관계 구축 및 2023년 해군 정비창 개소식을 통한 3D프린팅 공정 기술 이전 및 설계, 분석, 열처리 기술 지원을 통한 안정적인 조달애로품목 조달 및 수리 능력 극대화를 기대할 수 있으며 나아가 육군, 공군, 해병대 정비창으로의 확대를 기대할 수 있음
○ 부품 성능이 개선되고, 기능성이 향상된 이종소재를 적층함으로써 육군/공군/해군 정비창 업무 효율화에 기여
○ 국방 공공수요를 기반으로 3D프린팅 제조기술을 확보하고 기업으로 기술 이전함으로써 국내 3D프린팅 제조기반 확보

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기본사업 연구보고서 ... 3
• 기본사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발 개요 ... 12
• 1-1. 연구개발 배경 및 목적 ... 12
• 1-2. 연구개발 기술의 정의 ... 17
• 2. 연구개발 내용 ... 18
• 2-1. 연구개발 WBS(Work Breakdown Structure) ... 18
• 2-2. 당해 연도 연구개발 목표 및 내용 ... 20
• 2-3. 성능목표 및 정량목표 ... 54
• 3. 연구개발 추진전략 및 체계 ... 57
• 3-1. 연구개발 추진전략 ... 57
• 3-2. 연구개발 추진체계(편성도) ... 58
• 4. 연구성과 활용 시나리오 ... 59
• 1) 연구성과 활용·확산계획 ... 59
• 2) 기대효과 ... 60
• 5. 차년도 연구개발 추진계획 ... 61
• 5-1. 차년도 연구개발 내용 ... 61
• 5-2. 연구개발 추진전략 및 체계 ... 65
• 끝페이지 ... 67