의료·국방·항공우주 타이타늄…빠르게 만든다 작성일 05-29 114 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">생기원, 5일 이상 걸리던 흉곽 임플란트→3일 이내로 단축</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="10OWjqnbjc"> <p contents-hash="5f628ee82f6723a1b142b3c1a1bc2d4364bae42de027de4617b626bda30a3af4" dmcf-pid="tpIYABLKkA" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 한국생산기술연구원(원장 이상목)이 세계 최고 수준의 타이타늄 적층 속도를 구현한 ‘선택적 레이저 용융(SLM, Selective Laser Melting)’ 공정기술을 개발했다.</p> <p contents-hash="27cb977be26b07a4453d3c869e3f33f316279acba112774c3832e0f3db9606f5" dmcf-pid="FUCGcbo9Nj" dmcf-ptype="general">SLM 공정은 금속 분말을 고출력 레이저로 녹이면서 적층하는 3D 프린팅 기술이다. 복잡한 형상도 정밀하게 만들 수 있어 첨단 부품 제조에 활용되고 있다.</p> <p contents-hash="141249497ad10965e15f1c434186242e8214eac019327d7397e0b473fc215e01" dmcf-pid="3uhHkKg2aN" dmcf-ptype="general">생기원 기능성소재부품그룹 김건희 수석연구원, 신산업부품화연구부문 이호년 수석연구원 공동 연구팀은 타이타늄 소재의 적층 속도를 2배 이상 높이면서 동시에 품질까지 향상시킨 SLM 공정기술을 개발했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2b3df789680643e80ec55eced0e780e02b327c21b03cb65c11e1e57392599952" dmcf-pid="0WNmR58tja" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="SLM 고속 공정기술로 제작한 경량 항공기 부품. [사진=생기원]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/inews24/20250529182851160wwyo.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="5PSmR58tok" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/29/inews24/20250529182851160wwyo.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> SLM 고속 공정기술로 제작한 경량 항공기 부품. [사진=생기원] </figcaption> </figure> <p contents-hash="1a8fc691b0a6b5f230db15af69a8b2e4f5fa7c9ca776f89130f0da7ea95084f3" dmcf-pid="pYjse16FNg" dmcf-ptype="general">타이타늄은 강도와 내식성이 우수해 의료와 항공우주 산업의 핵심 소재로 활용되고 있다. SLM 공정에서는 적층 시간이 오래 걸리는 단점이 있었다.</p> <p contents-hash="31bedc6b5fcac68b7ab7cd0657eb6ae7e625b6a354e69c8c7ae3ffd75d0cb51b" dmcf-pid="UGAOdtP3go" dmcf-ptype="general">적층 소재가 두꺼워질수록 에너지가 충분히 전달되지 않아 기공 등의 결함 발생으로 충분한 물성을 확보하기 어려웠다.</p> <p contents-hash="633680369ace7ee766b73f6e9a32983393afd42078d3e2899755a7b9e7264c12" dmcf-pid="uHcIJFQ0aL" dmcf-ptype="general">연구팀은 단일 레이저 열원만으로 타이타늄을 빠르게 적층하면서 물성 조건까지 충족하는 공정 조건을 개발함으로써 문제를 해결했다. 타이타늄 분말이 완전히 녹아 굳는데 필요한 에너지를 계산하고 레이저 파장을 반영해 에너지 흡수율을 정밀 측정했다.</p> <p contents-hash="6632f7cd6a3dec4891d29f18a27590d8df5c20e6dde1e1eac3a722f35506e035" dmcf-pid="7XkCi3xpon" dmcf-ptype="general">이를 기반으로 레이저 출력, 주사 속도와 간격, 적층 두께 등의 공정 변수들을 조합해 적층에 최적화된 에너지 밀도를 도출해 냈다.</p> <p contents-hash="f70f679069ca2413f1fbf367356c0e8e1ec8136920d03e19ab4f8c0f936da2b2" dmcf-pid="zZEhn0MUNi" 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="d8a1b6749d285ba39de64d06997eabded293b445a399c79cde8a22e5f778f74c" dmcf-pid="q5DlLpRuoJ" dmcf-ptype="general">레이저 에너지가 부족할 경우 금속이 완전히 녹지 않아 내부에 빈틈(Lack of Fusion)이 생긴다. 과하면 표면이 패이거나 기체가 갇혀 강도를 떨어뜨리는 키홀(Keyhole), 표면 팽창(Swell), 수축(Shrinkage) 등의 결함이 발생할 수 있다.</p> <p contents-hash="5154e11570d6943b40867b743e9da1704c0dc9ab6f845448705447715eac08be" dmcf-pid="B1wSoUe7kd" dmcf-ptype="general">연구팀은 각 결함의 발생 조건을 정밀 분석하고 에너지 밀도와 공정 변수를 실시간으로 자동 조절해 사전에 결함을 차단하는 적층 조건을 수립했다.</p> <p contents-hash="66f7071b41ba3edd1c47ccf79fd898ebada800d89224d0b530f65581e085a26b" dmcf-pid="btrvgudzoe" dmcf-ptype="general">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="177ae0bdc5a22e10ea387bc6cb7dc26ff04b3a80f48ac5350a344882c92205cc" dmcf-pid="KFmTa7JqgR" 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="53bd2a3dfcb2d9cff7a522ac491d3ebe455f3bb1f7be626ba1b85e3265b19db6" dmcf-pid="93syNziBgM" dmcf-ptype="general">타이타늄 소재 내부의 산소, 철과 같은 미량 원소를 정밀하게 제어하는 고용 강화 기법을 적용해 합금 없이도 타이타늄 본연의 강도를 높였다.</p> <p contents-hash="bf01354e9827f920d7007efb85216b21ffd1ef7a10dfa295428a244d95b14382" dmcf-pid="20OWjqnbcx" dmcf-ptype="general">연구팀은 개발한 기술을 통해 5일 이상 걸리던 성인 평균 크기의 흉곽 임플란트 적층 시간을 3일 이내로 줄이는 데 성공했다. 실험 결과 적층 속도는 시간당 약 37.966㎤/h로 이전까지 최고 수준이었던 18㎤/h 대비 2배 이상 빨라졌다.</p> <p contents-hash="916f72f2f8f099deaa6825ffd02165a6bbb73fbee1cbcede7cfc7420018f1bd5" dmcf-pid="VpIYABLKAQ" dmcf-ptype="general">99.98% 이상의 밀도와 670MPa 이상의 인장강도를 유지하는 것으로 나타나 경량·고강도를 요구하는 다양한 타이타늄 부품을 제조할 수 있게 됐다.</p> <p contents-hash="d968c52b367c167b222c2867ee085f359ba34ddb0f1cc828acbc6720af4cf794" dmcf-pid="fUCGcbo9oP" dmcf-ptype="general">김건희 수석연구원은 “이번 기술로 환자 맞춤형 의료기기 제작 기간을 단축시켜 위급한 환자의 수술 대기시간을 줄일 수 있게 됐다”며 “앞으로 알루미늄, 니켈, 철계 합금 등 다양한 금속 소재로 기술을 확장해 의료뿐 아니라 항공우주, 자동차, 국방 등 첨단 부품분야에 확대하는 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.</p> <address contents-hash="6e1d661e777fa9880b599b8bdce17b3b0646c8fe27ae4bfe6edde4d56a26a7ba" dmcf-pid="4uhHkKg2k6" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<span>(ikokid@inews24.com)</span> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 과학기술계, 대선 공약 긍정 평가… "이제는 실천이 관건" 05-29 다음 "AI 응용 단계선 차별화 중요···韓, 제조업 데이터 융합해야 승산" [서울포럼 2025] 05-29 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
