팀은 3D 프린팅을 사용하여 항공우주, 에너지 분야의 핵심 소재를 강화합니다.

2023년 5월 22일

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매사추세츠 공과대학 엘리자베스 A. 톰슨(Elizabeth A. Thomson)

항공우주 및 에너지 생성 분야의 많은 중요한 응용 분야의 핵심 소재는 고온 및 인장 응력과 같은 극한 조건을 파손 없이 견딜 수 있어야 합니다. 이제 MIT가 이끄는 엔지니어 팀이 오늘날 이러한 응용 분야에 사용되는 핵심 재료 중 하나를 강화하는 간단하고 저렴한 방법을 보고합니다.

또한, 팀은 세라믹 나노와이어로 강화된 금속 분말의 3D 프린팅을 포함하는 일반적인 접근 방식이 다른 많은 재료를 개선하는 데 사용될 수 있다고 믿습니다. Battelle Energy Alliance의 원자력 공학 교수이자 화학과 교수인 Ju Li는 "극한 환경에 사용할 수 있는 보다 뛰어난 재료 개발에 대한 필요성은 항상 존재합니다. 우리는 이 방법이 미래의 다른 재료에 큰 잠재력을 갖고 있다고 믿습니다."라고 말했습니다. MIT 재료공학부(DMSE).

재료 연구소(MRL) 소속인 Li는 적층 제조(Additive Manufacturing) 4월 5일자에 게재된 연구 논문의 교신저자 3명 중 한 명입니다. 다른 교신저자는 매사추세츠 대학교 Amherst의 Wen Chen 교수와 MIT 기계공학과의 A. John Hart 교수입니다.

팀의 접근 방식은 인기 있는 "초합금" 또는 700°C(약 1,300°F)의 온도와 같은 극한 조건을 견딜 수 있는 금속인 인코넬 718에서 시작됩니다. 그들은 소량의 세라믹 나노와이어를 사용하여 상업용 인코넬 718 분말을 밀링하여 "인코넬 입자 표면에 나노 세라믹의 균질한 장식"을 생성했다고 팀은 썼습니다.

생성된 분말은 3D 프린팅의 한 형태인 레이저 분말층 융합을 통해 부품을 만드는 데 사용됩니다. 이 프로세스에는 분말을 가로질러 이동하는 레이저에 각각 노출되는 얇은 분말 층을 인쇄하여 특정 패턴으로 녹이는 과정이 포함됩니다. 그런 다음 또 다른 분말 층을 위에 펴고 레이저가 이동하면서 새 층의 패턴을 녹이고 아래 층과 결합시키는 과정을 반복합니다. 전체 프로세스에서는 복잡한 3D 부품을 생산할 수 있습니다.

연구원들은 새로운 분말을 사용하여 이런 방식으로 만든 부품이 인코넬 718로만 만든 부품보다 다공성이 훨씬 적고 균열도 적다는 사실을 발견했습니다. 그리고 이는 결과적으로 다른 여러 가지 장점을 지닌 훨씬 더 강한 부품으로 이어집니다. 예를 들어, 연성(또는 신축성)이 더 뛰어나고 방사선 및 고온 하중에 대한 저항력이 훨씬 더 뛰어납니다.

게다가 프로세스 자체는 "기존 3D 프린팅 기계와 함께 작동하기 때문에 비용이 많이 들지 않습니다. 우리의 파우더를 사용하면 훨씬 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다"라고 Li는 말합니다.