| 초록 |
연구개요 Laser Assisted Metal and Plastic(LAMP) 기술과 레이저 3D프린팅 기술을 접목하여 단일 프린팅 공정 내에서 서로 다른 물성, 기능, 용도를 갖는 금속-플라스틱 laser 접합을 통해 이종소재를 결합해 표면 구조, 성분 등이 고도로 계층화된 3D프린팅 구조체를 제조하는 혁신적인 방법인 ‘단일공정’, ‘다중기법’, ‘다중소재’의 bottom-up 생산 공정 및 관련 기술을 개발하고자 함. 이를 바탕으로 ‘μCT 이미지 기반 분석기법’을 통해 laser 접합 된 금속-플라스틱 내부 미세구조를 정량화하여 laser에 의한 계면접착 강화기구를 학술적으로 규명하고, 중간상 성형을 통해 플라스틱-금속 적층이 가능한 출력 기법을 고안하고자 함. 본 연구에서 제안한 혁신적인 laser-assisted 3D프린팅 공정 기술은 LAMP 기술이 가진 한계 극복은 물론, 새로운 원천기술인 금속-플라스틱 하이브리드 3D프린팅 기술에 대한 이론 정립과 실용화 기술을 통하여 글로벌 선점기술 개발을 목표로 함. 연구 목표대비 연구결과 Laser 3D 프린팅용 금속/플라스틱 분말 기반 기능성 소재 설계를 위한 각 소재별 분말화 공정 설계를 위해 Al-Si 금속 분말과 PA6 플라스틱 분말을 통해 레이저 성형용 분말을 선택하였고, 각 소재별 Fiber 및 CO<sub>2</sub> 레이저를 통한 소결 조건 및 출력 변수를 상정해 최적의 출력 요건을 만족하는 값을 도출함. 이후 금속-플라스틱 사이 laser 접합 계면 평가와 더불어 인장, 전단 강도를 측정해 기존의 접합기술과는 다른 차별점을 두었고, 금속 표면의 요철 생성을 통한 물리적 접합 및 레이저 소결에 따른 화학적 접합을 통해 금속 소재 표면 상 계면 접합 모델을 분석하였음. 연속 출력이 가능한 하이브리드 3D 프린팅 기술을 이용해 금속 상 플라스틱 접합 시 공정변수의 최적화를 통하여 금속-플라스틱 접합력을 극대화하는 등의 물성강화가 이루어졌으며, 플라스틱 PET 상 금속 Ti 접합을 위해 금속과 플라스틱이 혼합된 혼합물인 중간상 물질(PVA가 포함된 Ti분말)을 제조해 플라스틱과 금속 사이 배치하여 플라스틱-금속 접합 공정이 가능하도록 공정 설계하였으며, 최종적으로 laser를 이용한 금속-플라스틱 또는 플라스틱-금속 접합 프린팅 기술을 개발하는 등 Laser assisted metal-plastic 하이브리드 접합프린팅 공정을 더해 복합적 소재 적층의 연속적 출력이 가능한 출력 기법을 고안하였음. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 금속 및 플라스틱 상 이종 소재 적층을 통해 미래의 차체 부품 개발과 같이 복합 소재용 경량화를 위한 금속-플라스틱 접합기술에 적용가능하며, 이에 따른 3D 프린팅 관련 주요 선진 기술국가와의 기술적 경쟁력을 향상시켜 국가 제조업의 공정 혁신에 이바지 할 수 있음. 특히, 기존의 접착제 및 볼팅, 마찰교반 결합방식에서 벗어나 복합체를 단일공정으로 제조할 수 있도록 하여 사용환경에 제한적이지 않게 하였고, 복잡한 성형을 위한 레이저 3D 프린팅 공정을 접목하기에 기존의 접합기술이 가지는 기술적 한계를 해결할 수 있음. 또한 단순 후처리공정에 쓰였던 LAMP 공정을 이용한 접합 기술에서 하이브리드 3D 프린팅 기술에 본 접합 공정을 활용하면서 생산과 접착을 one-step process로 수행하기에 본 연구에서 제시한 차체 부속품뿐만 아니라 다양한 산업에서도 기술 적용이 가능할 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
