본 연구는 고출력 레이저-아크 하이브리드 적층 제조(LAHAM-SPF) 공정을 활용하여 TiC/Al-Cu 복합재를 성공적으로 제작했습니다. 공정 최적화를 통해 TiC 입자의 효율적인 도입과 안정적인 증착을 달성했으며, 하이브리드 용융 풀 내 TiC 입자의 거동, 응고 특성, 그리고 미세구조-물성 관계를 체계적으로 분석했습니다.
고출력 레이저-아크 하이브리드 열장에서 초기 첨가된 조대한 TiC 입자는 부분적으로 용해된 후 재석출되어, 잔류 TiC 입자, 미세한 재석출 TiC p /TiC w 및 Al₃(Ti,Zr) 상으로 구성된 다단계 강화 구조를 형성했습니다. 이 구조는 용융 풀의 응고 거동을 효과적으로 조절하여 α-Al의 이종 핵생성 장벽을 낮추고, Cu 편석 및 연속적인 입계 θ-Al₂Cu 공정망 형성을 억제했습니다.
이러한 미세구조 변화는 복합재의 기계적 특성을 크게 향상시켰습니다. 전위 증식, 결정립 미세화, Orowan 강화 및 하중 전달의 시너지 효과로 인해, 인장 강도는 Al-Cu 기지의 267.1 MPa에서 복합재의 310.8 MPa로 증가했습니다. 또한, 상온 및 고온에서 복합재의 내마모성이 현저히 개선되어 평균 마모율이 약 88~97% 감소했습니다.
LAHAM-SPF는 세라믹 입자 강화 Al 복합재의 고품질 제조 및 다단계 강화 구조 구축을 위한 새로운 경로를 제시합니다. 이는 하이브리드 열원 조건에서의 미세구조 진화 및 종합적인 성능 조절에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
본 연구는 재료 압출(MEX) 방식으로 제조된 탄소섬유 강화 폴리아미드 6(PA6-CF)의 기계적 특성에 층별 온도가 미치는 영향을 실험적으로 규명했습니다. 특히, 극한 인장 강도(UTS)와 인장 탄성률을 67°C에서 165°C에 이르는 다양한 층 온도 범위에서 평가했습니다.
실험 결과, 층 온도가 증가함에 따라 PA6-CF의 기계적 특성이 크게 향상됨을 확인했습니다. UTS는 67°C에서 7.55 MPa였으나, 165°C에서는 36.04 MPa로 약 4.8배 증가했습니다. 인장 탄성률 또한 67°C에서 1.6 GPa이던 것이 140°C에서는 4.0 GPa로 증가했습니다.
실제 제조된 부품에서는 공정 중 층 온도가 88°C에서 123°C 사이로 측정되었습니다. 이러한 결과는 MEX 기반 PA6-CF 부품의 성능 한계를 정량적으로 제시하며, 기능성 부품 설계에 중요한 시사점을 제공합니다.
적층 제조(AM)는 복잡한 형상의 부품 생산에 혁신을 가져왔지만, 공정 결함, 미세조직 불균일성, 잔류 응력, 치수 한계 등으로 인해 여러 부품의 접합이 불가피한 경우가 많습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 마찰교반접합(FSW) 및 마찰교반처리(FSP) 기술이 효율적인 고상 솔루션으로 제시되고 있습니다.
FSW는 적층 제조 부품에서 고강도 및 고건전성 접합을 가능하게 하며, 용융 용접의 고질적인 문제인 고온 균열, 응고 결함, 열 변형 등을 피할 수 있습니다. 한편, FSP는 효과적인 후처리 방법으로서 다공성 제거, 미세조직 미세화, 기계적 특성 향상에 중요한 역할을 합니다.
본 총설은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 합금, 강철, 니켈 기반 초합금 등 주요 적층 제조 합금 시스템에 대한 마찰교반 기술의 미세조직 변화 및 기계적 특성 영향을 체계적으로 검토합니다. 연구 결과에 따르면, 마찰교반 기술은 동적 재결정, 기공 감소, 미세조직 균질화 및 2차상 변형을 유도하여 기계적 및 기능적 특성을 크게 향상시킵니다.
이러한 개선은 강도, 연성, 피로 저항 및 내식성 증진으로 이어질 수 있습니다. 따라서 마찰교반 기술은 적층 제조 부품의 제조 가능성, 신뢰성 및 구조적 성능을 향상시키는 중요한 수단이 됩니다.
적층 제조(3D 프린팅)는 금형 없이 CAD 모델을 물리적 객체로 변환하는 기술입니다. 특히 광경화성 수지 기반의 광경화 3D 프린팅(VPP)은 폴리머 및 복합 재료에 중점을 두며, 탁월한 인쇄 유연성, 속도, 정밀도를 제공합니다. 이 기술은 빠른 제작, 높은 치수 정확도, 우수한 표면 마감을 특징으로 하며 복잡한 형상 구현에 적합합니다.
VPP는 특정 파장의 빛으로 광경화성 수지를 경화시키는 방식으로 작동하며, 벡터 스캐닝 또는 마스크 투영 방식을 주로 사용합니다. 분말-폴리머 복합 슬러리 시스템 및 세라믹 전구체 폴리머 액체에도 적용 가능하여 경량 구조 부품, 건축 디자인, 광학 장치 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 나노물질(NM) 통합은 기계적, 열적, 광학적, 자기적, 촉매적, 감지 및 전기적 특성을 향상시켜 VPP의 역량을 더욱 확장했습니다.
본 연구는 VPP 기술의 기본 원리, 재료 개발, 특히 나노복합재의 최신 발전을 종합적으로 검토합니다. VPP 시스템 성능에 영향을 미치는 주요 요인들을 분석하고, 생체 의학, 촉매, 신재생 에너지, 센싱, 항공우주 분야에서의 잠재적 응용 가능성을 탐구합니다.
궁극적으로 VPP 기반 재료 시스템의 현재 과제를 다루고 미래 전망을 제시합니다. 본 검토는 재료 설계와 공정 확장성 및 응용 분야별 성능 간의 중요한 연관성을 밝혀, 다양한 산업 응용을 위한 VPP 최적화에 귀중한 통찰력을 제공합니다.
