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May 30, 2023

적층 제조를 위한 합금 개발을 가속화할 수 있는 기회의 창

모든 이미지 출처: Bigstock AM(적층 가공) 기술은 경량 구조(격자, 삼중 주기 최소 표면 및 기타 유기물)를 포함한 다양한 이점을 제공합니다.

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적층 제조(AM) 기술은 경량 구조(격자, 삼중 주기 최소 표면 및 기타 유기적 형상), 부품 통합, 툴링 필요성 제한, 리드 타임 단축 등 다양한 이점을 제공합니다. 이러한 이점은 제조 생산성, 수율 및 비용을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 이유로 AM은 다양한 항공, 자동차, 의료, 에너지, 우주 및 방위 응용 분야에서 고려되었습니다. AM은 또한 제조 기술을 선택적으로 활용하는 방식에도 도전했습니다. AM은 새로운 설계 개념의 신속한 테스트와 평가를 지원하는 데 상당한 이점을 보여왔으며 테스트 장비, 지그, 고정구 및 테스트 부품 제조를 위한 제품 개발이 실현되었습니다. AM은 또한 수리 기술로서 제품 수명주기 비용에 영향을 미치는 기능을 제공합니다.

지난 10년간 금속 AM 제품 개발의 대부분은 역사적으로 주조 또는 단조 응용 분야용으로 개발된 레거시 합금에 중점을 두었습니다. 최근 AM 커뮤니티에서는 이러한 재료를 1세대 AM 재료라고 비공식적으로 언급하기 시작했습니다. 지난 7년 동안 공급 원료의 물리적, 화학적 특성을 수정하여 재료 성능의 개선을 탐색하고 촉진하기 위한 선별적인 노력이 있어 왔습니다. 여기에는 특정 합금 첨가(지정된 합금 원소 농도 범위의 하한 또는 상한)에 대한 수정이나 분말 금속의 경우 재료 입자 크기 분포 조정이 포함될 수 있으며 이를 2세대 AM 재료라고 합니다. 3세대 합금은 AM을 기본 제조 방법으로 사용하여 개발된 합금으로, 화학적 조성이 상업적으로 이용 가능한 것과 실질적으로 다를 수 있습니다.

America Makes의 기술 이사인 Brandon Ribic은 오늘날의 적층 제조용 합금 개발, 제조업체가 향후 몇 년 동안 기대할 수 있는 사항, 데이터 공유의 중요성에 대해 이야기합니다.

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기존 합금을 수정하거나 완전히 새로운 AM 합금을 개발하면 제품 성능 향상, 수율 및 생산성 증가, 후처리 비용 절감 등 광범위한 잠재적 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 이점에도 불구하고 기존의 신뢰할 수 있는 접근 방식을 통한 합금 개발 및 인증은 생산 BOM 내 채택이나 투자 수익 기준 충족을 위태롭게 할 수 있는 비용 및 시장 출시 시간과 관련된 위험과 과제에 직면할 수 있습니다. 많은 경우, 연구 개발 노력은 실행 가능한 재료 솔루션을 확장하고 제공하기 위해 이러한 과제를 직접 해결해야 합니다. AM 커뮤니티는 이러한 위험을 인식하여 개발 일정에 따른 결과를 제한하고 향후 노력의 성공 가능성을 높여야 합니다.

AM 공정을 위한 합금 개발을 가속화하기 위한 새로운 도구, 기술 및 방법을 개발하고 검증할 수 있는 기회가 존재합니다. 합금의 자격을 부여하고 인증하기 위한 보다 신속하고 비용 효과적인 수단을 활성화하면 국내 제조 경쟁력이 강화될 뿐만 아니라 국방, 항공우주, 의료, 자동차, 에너지, 원자력을 포함한 산업을 위한 AM 재료 및 제품 설계의 광범위한 산업화를 촉진할 것으로 예상됩니다.

America Makes는 2021년 초부터 국내 AM 공급망과 합금 개발 기회를 논의해 왔으며 100개가 넘는 조직으로부터 통찰력을 수집했습니다. 모든 물질적 개발 노력에 있어 중요한 고려 사항은 여정의 끝을 염두에 두고 시작하는 것입니다. 그렇긴 하지만, 합금 개발은 다음을 포함하여 제품별 개선을 실현하려는 욕구에 의해 가장 흔히 동기 부여됩니다.

금속 공급원료의 화학적, 물리적 특성을 강화하면 특정 형상을 쉽고 반복적으로 생성하는 AM 공정의 능력에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 이러한 특성은 실제 재료 미세 구조 및 기계적 특성에 의도하지 않은 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 위험을 인식하면 공급원료 특성이 중간 및 최종 재료 형태 모두에서 재료 품질에 어떻게 영향을 미치는지 평가하기 위한 다양한 단계적 접근 방식을 포함하는 것이 중요합니다. 재료 밀도와 미세 구조는 검사 가능성, 손상 허용 범위 및 인증에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 화학적 조성과 물리적 특성도 결함으로 이어져 재료 품질이 허용되지 않을 수 있습니다. 개발 노력에서는 균열이나 기타 불연속성을 유발할 수 있는 이러한 요소를 고려해야 합니다.