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연구

3D프린팅 가능한 금속복합재 분말 개발​
조회수 : 2373 등록일 : 2023-06-13 작성자 : 홍보실

사진 1. (왼쪽부터) 우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수, 신소재공학과 이태규 박사과정, 원자력및양자공학과 정원종 박사과정, 정승혁 박사과정

< 사진 1. (왼쪽부터) 우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수, 신소재공학과 이태규 박사과정, 원자력및양자공학과 정원종 박사과정, 정승혁 박사과정 >

3D프린팅으로 제작이 어려웠던 금속복합재 분말을 개발해 우주항공, 자동차, 국방 등의 첨단소재 기술로 적용할 수 있게 되어 화제다. 기존 기술로 금속복합재용 분말을 제조할 때는 투입된 분말들이 파쇄되어 가치가 떨어지는 불규칙한 형상의 분말이 생산됐다. 하지만 연구팀이 개발한 기술은 세라믹, 고분자, 금속과 관계없이 이식할 수 있어, 다양한 분말 기반 첨단 산업(금속 3D 프린팅, 우주항공, 모빌리티용 첨단합금)에 모두 적용이 가능한 혁신적 분말 제조 기술이다. 

우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 신소재 합금 및 금속복합재 개발에 필요한 고부가가치 분말을 생산하는 분말 표면 제어 및 강화 이식 기술*을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구에는 류호진 교수 연구팀과 한국원자력연구원(김재준 박사), 한국재료연구원(김정환 박사, 이동현 박사)이 참여했다.

※ 분말 표면 제어 및 강화 이식 기술: SMART – Surface Modification And Reinforcement Transplantation 

사진 2. 개발된 분말 기술의 개념도

< 사진 2. 개발된 분말 기술의 개념도 >

류호진 교수 연구팀은 개발된 기술을 비구형 고강도 알루미늄 분말에 적용하여 고강도 알루미늄/탄화붕소 금속 복합재 분말의 강화재 첨가량을 자유롭게 제어한 후 3D 프린팅을 수행했다. 이렇게 3D 프린팅된 복합재는 기존 소재 대비 90% 향상된 강도를 가지는 것으로 확인돼 연구팀은 자유로운 형상의 적층 제조가 가능한 고성능 복합재를 제조할 수 있음을 실증했다. 

개발된 기술을 이용한 3D 프린팅용 알루미늄 금속 복합재 개발 연구는 자동차, 무인기 등의 경량 모빌리티, 항공우주 및 국방 산업 등에 대한 활용성을 인정받아 생산제조 분야 상위 1% 저널인 ‘적층 제조(Additive Manufacturing)’에 게재됐다. 

류호진 교수는 “향후 사용후핵연료 저장 소재, SMR 원자로 부품, 핵융합 대면재 및 구조재 등의 연구에, 이번에 개발된 기술이 활용되면, 적층제조 기술을 통한 첨단 에너지 소재부품 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

사진 3. 본 기술을 통해 제조된 core-shell 복합 분말

< 사진 3. 본 기술을 통해 제조된 core-shell 복합 분말 >

류호진 교수 연구팀은 개발된 분말 기술에 대한 국내 특허 등록을 마치고 미국 특허를 출원했으며 이를 기반으로 산업체로의 기술 이전을 진행 중이다. 연구팀은 향후 기능성 분말의 정밀 제어 기술을 고도화하고, 기업과의 산학 협력을 통해 양산 기술을 개발해 적층 제조용 신합금 및 분말 복합화 장비의 상용화도 추진할 예정이다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구자연구사업과 포항공대 헤테로제닉 금속적층제조 소재부품 연구센터의 지원으로 수행됐으며, 적층 제조 실증은 하나에이엠티(주)의 지원으로 수행됐다.

사진 4. 본 기술을 이용하여 다양한 기능성 물질이 이식된 고부가가치 분말

< 사진 4. 본 기술을 이용하여 다양한 기능성 물질이 이식된 고부가가치 분말 >

사진 5. 연구팀이 개발한 3D 프린팅용 복합재 분말과 신소재의 성능

< 사진 5. 연구팀이 개발한 3D 프린팅용 복합재 분말과 신소재의 성능 >

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