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

이전 이미지 다음 이미지

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. "극한 환경에 사용할 수 있는 더 뛰어난 재료의 개발에 대한 필요성은 항상 존재합니다. 우리는 이 방법이 미래의 다른 재료에 큰 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다."라고 Battelle Energy Alliance의 원자력 공학 교수이자 교수인 Ju Li는 말합니다. 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.

이 논문의 공동 제1저자는 MIT 원자력 과학 및 공학부(NSE) 박사후 연구원인 Emre Tekoğlu입니다. NSE 대학원생 Alexander D. O'Brien; 그리고 UMass Amherst의 Jian Liu입니다. 추가 저자는 DMSE의 MIT 박사후 연구원인 Baoming Wang입니다. 이스탄불 공과대학교의 Sina Kavak; MRL의 연구 전문가 Yong Zhang; DMSE 대학원생 김소연; NSE 대학원생 Shitong Wang; 이스탄불 기술 대학교의 Duygu Agaogullari.

더 나은 성과를 향해

팀의 접근 방식은 섭씨 700도(화씨 약 1,300도)의 온도와 같은 극한 조건을 견딜 수 있는 인기 있는 "초합금" 또는 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 일종인 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.

이 작업에 참여하지 않은 홍콩 중문 대학교 조교수 Xu Song은 다음과 같이 말했습니다. "이 논문에서 저자는 [세라믹] 나노와이어로 강화된 인코넬 718의 금속 매트릭스 복합재를 인쇄하는 새로운 방법을 제안합니다. 레이저 용융 공정에 의해 유도된 세라믹의 현장 용해는 Inconel 718의 내열성과 강도를 향상시켰습니다. 또한 현장 보강재는 입자 크기를 줄이고 결함을 제거했습니다. 금속 합금의 미래 3D 프린팅, 고반사율 구리의 변형과 초합금의 파괴 억제를 포함하여 이 기술의 이점을 확실히 누릴 수 있습니다."