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[IT뉴스]타이타늄 3D 프린팅 속도 2배 'SLM 공정기술' 개발

온카뱅크관리자

2025-05-29 11:47:28

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="zAVp4l7vSK">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="327900f19e8507cadd53fcb0f84d6ba82fa10d9926ee4de412180588001762f8" dmcf-pid="qJuHzD5rvb" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="새롭게 개발된 고속 선택적 레이저 용융(SLM) 기술로 제작한 맞춤형 인공 흉부 뼈. 한국생산기술연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/dongascience/20250529113819063otmm.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="70GOXihLW9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/dongascience/20250529113819063otmm.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            새롭게 개발된 고속 선택적 레이저 용융(SLM) 기술로 제작한 맞춤형 인공 흉부 뼈. 한국생산기술연구원 제공
           </figcaption>
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          <p contents-hash="2e43498ed908780128a68431ef46505cc0b4e6f215308817433bf43d004b6157" dmcf-pid="Bi7Xqw1mTB" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 타이타늄을 기존보다 2배 이상 빠르게 적층하면서도 품질까지 높일 수 있는 3차원(3D) 프린팅 공정기술을 개발했다. 고성능 의료용 임플란트부터 항공우주용 부품까지 다양한 산업에 활용될 수 있는 핵심 기술로 기대된다.</p>
          <p contents-hash="606befe86034c768831a0c6fd07ef1b510ec726ed57226709b12b56d9fd0dba4" dmcf-pid="bnzZBrtsSq" dmcf-ptype="general">한국생산기술연구원은 김건희 기능성소재부품그룹 수석연구원과 이호년 신산업부품화연구부문 수석연구원 공동 연구팀이 타이타늄 소재를 고속으로 적층하면서도 강도와 안정성을 동시에 확보하는 선택적 레이저 용융(SLM) 공정기술을 새롭게 구현했다고 29일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="fc231fd5e741f37a837f6e45fddde8a6fdc84437e53413836e6c17515e510993" dmcf-pid="KLq5bmFOSz" dmcf-ptype="general">SLM은 금속 분말에 고출력 레이저를 조사해 층층이 녹이고 쌓는 방식의 3D 프린팅 기술이다. 복잡한 형상을 정밀하게 구현할 수 있어 항공우주나 의료용 정밀 부품 제조에 널리 쓰인다.</p>
          <p contents-hash="e19f3f0fb483651335a22c937d0c44373fa468b0c261409da636c6bfa3fbb782" dmcf-pid="9oB1Ks3Iv7" dmcf-ptype="general">타이타늄은 SLM 공정에서 적층 시간이 오래 걸리고 고온 환경에서의 결함 발생이 잦아 생산성과 품질을 동시에 확보하기 어려운 소재로 여겨졌다.</p>
          <p contents-hash="b89a0083cb2ef5b59985c2d237676b8914fc07414c93311a8199af247db1813a" dmcf-pid="2gbt9O0CSu" dmcf-ptype="general">연구팀은 단일 레이저 열원 기반의 공정 최적화로 문제를 해결했다. 타이타늄 분말이 완전히 녹는 데 필요한 에너지와 레이저 파장에 따른 흡수율을 정밀 계산하고 레이저 출력, 주사 속도, 간격, 적층 두께 등 다양한 공정 변수를 조합해 최적의 에너지 밀도를 도출했다.</p>
          <p contents-hash="c10b8e1cf9cb60bf7c277f8c1da46bba25554466d1bb037a570f0709800e1468" dmcf-pid="VaKF2IphCU" dmcf-ptype="general">이를 통해 고속 적층 중 발생하는 결함을 제어하고 안정적인 품질을 확보할 수 있는 공정 데이터베이스(DB)를 구축했다. 에너지가 부족할 경우 생기는 ‘융착 부족(Lack of Fusion)’이나 과도할 때 나타나는 ‘키홀(Keyhole)’,  ‘표면 팽창(Swell)’, ‘수축(Shrinkage)’ 등의 결함 조건을 분석하고 에너지 밀도와 변수 조합을 실시간으로 조절하는 방식들이다.</p>
          <p contents-hash="e2fd2697d6bb0d4b221f1db82e581e18d94ea841afbe56d3facbf87ff4023334" dmcf-pid="fN93VCUlCp" dmcf-ptype="general">또 타이타늄 적층 과정에서 발생하는 산화 반응 및 고온 환경에서 특정 원소가 증발하거나 뭉치는 조성 변화를 함께 고려해 보다 안정적인 응고 조건도 확보했다.</p>
          <p contents-hash="3e409acdff48970dd39dd1f1110190dfc589e1a8a81c9af4b9ca7ec92e829005" dmcf-pid="4j20fhuST0" dmcf-ptype="general">아울러 고속 적층 중 냉각 조건을 조절해 '마르텐사이트 미세조직'을 유도함으로써 강도 향상 효과를 더했다. 합금 없이 타이타늄 내부의 산소와 철 등 미량 원소를 정밀하게 조절하는 고용 강화 기법도 함께 적용해 타이타늄 고유의 강도를 최대한 끌어올렸다.</p>
          <p contents-hash="ec8dd6099a2970514d04cdc7c1575ce1c4d573533bba008afbe5ec14b8038a62" dmcf-pid="8AVp4l7vv3" dmcf-ptype="general">이 기술을 실제 성인 평균 크기의 흉곽 임플란트 제작에 적용한 결과 기존 5일 이상 걸리던 적층 시간을 3일 이내로 단축하는 데 성공했다. 시간당 적층 속도는 시간당 약 37.966세제곱센티미터(㎤)로 기존 최고 수준이었던 시간당 18㎤의 두 배 이상을 기록했다. 실험에서는 99.98% 이상의 밀도와 670메가파스칼(MPa) 이상의 인장강도를 유지해 고강도 경량 부품으로서의 가능성도 입증했다.</p>
          <p contents-hash="7ea018e581c7ca1385a6ab43df857d87224da3e56b18bbca92fca9db230a452b" dmcf-pid="6cfU8SzTyF" dmcf-ptype="general">김건희 수석연구원은 “이번 기술을 통해 환자 맞춤형 의료기기 제작 기간을 크게 줄일 수 있게 됐고 위급 환자의 수술 대기 시간도 단축할 수 있을 것”이라며 “앞으로 알루미늄, 니켈, 철계 합금 등 다양한 금속 소재로 기술을 확장해 항공우주, 자동차, 국방 등 첨단 산업 전반으로 응용할 계획”이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="ccf745fdc3fbe75a232e90184f23622451478753422bde279b9b101899ee0328" dmcf-pid="P65ltgTNCt" dmcf-ptype="general">[박정연 기자 hesse@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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