(3D printed Titanium alloys under an electron microscope: sample on the left with large, elongated crystals was printed conventionally, while sample on the right with finer, shorter crystals was printed sitting on a ultrasonic generator. Credit: RMIT University)
과학자들이 초음파를 이용해서 금속 3D 프린터 출력물의 기계적 성질을 좋게 만드는 방법을 개발했습니다. RMIT 공대의 카멜로 토다로 (RMIT University's School of Engineering, Carmelo Todaro)를 비롯한 연구팀은 금속 3D 프린터 출력물의 단점은 낮은 기계적 성능을 개선할 방법을 연구했습니다.
금속 3D 프린팅 기술은 복잡한 부품을 한번에 출력할 수 있고 다양한 형태의 부품을 하나씩 혹은 소량 생산하는데 유리하지만, 기본적으로 작은 금속 입자를 녹여 붙인 것이기 때문에 결정이 균일하지 못하고 기계적인 성질이 우수하지 못한 편입니다.
연구팀은 초음파가 이 문제에 대한 해결책이 될 수 있다고 보고 출력 과정에서 초음파를 이용해 입자들이 서로 잘 결합하도록 만들었습니다. 그 결과 인장 강도 (tensile strength, 재료의 세기를 나타내는 힘으로, 재료가 절단되도록 끌어당겼을 때 견뎌내는 최대 하중을 재료의 단면적으로 나눈 값)과 항복 강도 (yield stress, 재료를 잡아당겼을 때 본래 모양으로 복원될 수 있는 최대 힘)이 12% 정도 개선된 것이 확인됐습니다. 현미경을 통해 본 미세 구조는 금속 입자가 균일하게 결합해 모든 방향에서 압력을 잘 받아낼 수 있게 변형되었다는 것을 확인할 수 있었습니다.
금속 소재는 열처리를 포함해 다양한 방법으로 강도를 높이고 기계적 성질을 개선할 수 있습니다. 금속 3D 프린터의 경우에도 출력 시점과 출력 이후에 품질을 개선할 수 있는 여러 가지 방법이 있을 것이며 앞으로 연구를 통해 출력물의 성능을 개선할 수 있다면 금속 3D 프린터의 활용도가 더 커질 것으로 기대됩니다.
참고
Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-019-13874-z
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