‘흉곽 임플란트’ 3일만에 뚝딱…초고속 타이타늄 공정기술 개발 작성일 05-29 108 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 생산기술연구원, 타이타늄 소재 적층속도 2배 높여</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="2BldTeOJ0P"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c232d292230234744e288360dbcf2379e45ac4bfdc7a7742d7f8e718eb2fa2a6" dmcf-pid="V1kVw2Nfu6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="SLM 고속 공정기술로 제작한 맞춤형 인공 흉부 뼈.[한국생산기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/ned/20250529100118194cghv.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="K79Tfvqy3x" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/ned/20250529100118194cghv.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> SLM 고속 공정기술로 제작한 맞춤형 인공 흉부 뼈.[한국생산기술연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="e8618ba9b906e115110ac9c96ee3af75a6e639e7086a39fc05375f13d6b29fa8" dmcf-pid="ftEfrVj4F8" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국생산기술연구원이 세계 최고 수준의 타이타늄 적층 속도를 구현한 ‘선택적 레이저 용융(SLM, Selective Laser Melting)’ 공정기술을 개발했다.</p> <p contents-hash="2e0cdc3782b31a28efc263f1c6648a3602ce98e3b31348a50c3d8db19a342262" dmcf-pid="4FD4mfA8p4" dmcf-ptype="general">SLM 공정은 금속 분말을 고출력 레이저로 녹이면서 적층하는 3D 프린팅 기술로, 복잡한 형상도 정밀하게 만들 수 있어 첨단 부품 제조에 활용되고 있다.</p> <p contents-hash="9ff96644591e6cdfbf1622c0c5dbebaf36419a2df85d5ce8233b30674739721f" dmcf-pid="83w8s4c6Uf" dmcf-ptype="general">생기원 기능성소재부품그룹 김건희 수석연구원, 신산업부품화연구부문 이호년 수석연구원 공동 연구팀은 타이타늄 소재의 적층 속도를 2배 이상 높이면서, 동시에 품질까지 향상시킨 SLM 공정기술을 개발했다고 밝혔다.</p> <p contents-hash="f7bdfe5991ef5de19299e7614a886cc6f2fb4b863a47f42fce54cd9dece4aa9c" dmcf-pid="60r6O8kPFV" dmcf-ptype="general">타이타늄은 강도와 내식성이 우수해 의료 및 항공우주 산업의 핵심 소재로 활용되지만, SLM 공정에서는 적층 시간이 오래 걸리는 단점이 있었다.</p> <p contents-hash="7f1364a6d12108faa731fc8d8e5510fc2c7d28001352a89ebad571aaacc545fc" dmcf-pid="PpmPI6EQu2" dmcf-ptype="general">또한 적층 소재가 두꺼워질수록 에너지가 충분히 전달되지 않아 기공 등의 결함 발생으로 충분한 물성을 확보하기 어려웠다.</p> <p contents-hash="2b1812227d2a0cf205a6f305323a9eb76cbdfecf76befdc0a2741885e080dea0" dmcf-pid="QUsQCPDx39" dmcf-ptype="general">연구팀은 단일 레이저 열원만으로 타이타늄을 빠르게 적층하면서 물성 조건까지 충족하는 공정 조건을 개발함으로써 문제를 해결했다.</p> <p contents-hash="bea0a8f80f3eea8557fc49cdd0db523d05f1b96095b7caa8dbed336915f540ba" dmcf-pid="xuOxhQwM0K" dmcf-ptype="general">먼저 타이타늄 분말이 완전히 녹아 굳는데 필요한 에너지를 계산하고, 레이저 파장을 반영해 에너지 흡수율을 정밀 측정했다.</p> <p contents-hash="22a8be91dcdd6d5f87ce971425b6378dd521c6dcc0cdc9a781e4bf82d2e0c344" dmcf-pid="yhe3iFQ0pb" dmcf-ptype="general">이를 기반으로 레이저 출력, 주사 속도 및 간격, 적층 두께 등의 공정 변수들을 조합해 적층에 최적화된 에너지 밀도를 도출해 냈다.</p> <p contents-hash="eb2250309835a0e44341afeb2ee843695e88d68dffda88e512a9cd51e705e6bb" dmcf-pid="Wld0n3xpFB" dmcf-ptype="general">연구팀은 이러한 공정 최적화를 통해 고속 적층 중 발생하는 주요 결함을 제어하고, 일관된 품질을 위한 공정 데이터베이스(DB)를 구축했다.</p> <p contents-hash="50c715eaeaa0e587714ea14c0a3f80c90a0cc398668a9e064efd8e8090df6b48" dmcf-pid="YSJpL0MUuq" dmcf-ptype="general">레이저 에너지가 부족할 경우 금속이 완전히 녹지 않아 내부에 빈틈(Lack of Fusion)이 생기고, 과하면 표면이 패이거나 기체가 갇혀 강도를 떨어뜨리는 키홀(Keyhole), 표면 팽창(Swell), 수축(Shrinkage) 등의 결함이 발생할 수 있다.</p> <p contents-hash="6b1a0d5432aba1affffa28f3ba74edbf62377cc4092b0b7ccd4c62f4f657e8cd" dmcf-pid="GviUopRuUz" dmcf-ptype="general">연구팀은 각 결함의 발생 조건을 정밀 분석하고, 에너지 밀도와 공정 변수를 실시간으로 자동 조절해 사전에 결함을 차단하는 적층 조건을 수립했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8cb71da7959bfd222379f4da6934b4df657571f826ee45fd3ba491024dcd22f8" dmcf-pid="HTnugUe777" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="SLM 고속 공정기술로 제작한 경량 항공기 부품.[한국생산기술연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/ned/20250529100118563gaoj.jpg" data-org-width="831" dmcf-mid="96kVw2Nf0Q" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/ned/20250529100118563gaoj.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> SLM 고속 공정기술로 제작한 경량 항공기 부품.[한국생산기술연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="733c902d52b670c2893530b2c1cdb1171636346beb7c569912fbed2b86eb9477" dmcf-pid="XyL7audz0u" dmcf-ptype="general">또한 공정 중 발생하는 산화 반응과 고온으로 인해 일부 원소가 증발하거나 뭉치는 조성 변화까지 고려해 타이타늄이 안정적으로 응고되는 공정 데이터베이스(DB)를 구축했다.</p> <p contents-hash="b92592cafc60c472886ccbd76650fdec21af185fcc0edb3060e14802b310216e" dmcf-pid="ZWozN7JqpU" dmcf-ptype="general">이와 함께 적층 중 냉각을 유도함으로써 강도 향상에 유리한 마르텐사이트(Martensite)를 형성하는 데 성공, 타이타늄의 강도와 안정성을 높일 수 있는 미세조직 제어기술도 확보했다.</p> <p contents-hash="7bce4276cff61ce847c0de9cbe7d6929a43717d6aace0061f9f4ff0b160b184e" dmcf-pid="5YgqjziBup" dmcf-ptype="general">타이타늄 소재 내부의 산소, 철 과 같은 미량 원소를 정밀하게 제어하는 고용 강화 기법을 적용해 합금 없이도 타이타늄 본연의 강도를 높였다.</p> <p contents-hash="41e85e6ce072dd9a31b946d8267a3eccbb015f38c28b855592aeede163e047bb" dmcf-pid="1GaBAqnbu0" dmcf-ptype="general">이 기술을 통해 5일 이상 걸리던 성인 평균 크기의 흉곽 임플란트 적층 시간을 3일 이내로 줄이는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="09345bd714c8a63079beaaa55c3b63e6845c11439c17bdd630f6d5de09064034" dmcf-pid="tHNbcBLK03" dmcf-ptype="general">실험 결과 적층 속도는 시간당 약 37.966㎤/h로, 이전까지 최고 수준이었던 18㎤/h 대비 2배 이상 빨라졌다.</p> <p contents-hash="813b57a70f9b0ac0770ca625aeee0addcafe69188b0750e21b37574de5f0237f" dmcf-pid="FyL7audz7F" dmcf-ptype="general">특히 99.98% 이상의 밀도와 670MPa 이상의 인장강도를 유지하는 것으로 나타나 경량·고강도를 요구하는 다양한 타이타늄 부품을 제조할 수 있게 됐다.</p> <p contents-hash="f1f060ae3ed889bc3a1c1f85b4ca5eb316d53ae255c779f15c836fdf8861cffc" dmcf-pid="3WozN7JqUt" dmcf-ptype="general">김건희 수석연구원은 “이번 기술로 환자 맞춤형 의료기기 제작 기간을 단축시켜 위급한 환자의 수술 대기시간을 줄일 수 있게 됐다”며 “향후 알루미늄, 니켈, 철계 합금 등 다양한 금속 소재로 기술을 확장해 의료뿐만 아니라 항공우주, 자동차, 국방 등 첨단 부품분야에 확대하는 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 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