고강도 변형 가능한 알루미늄 합금을 위한 첨단 3D 프린팅 기술 개발 연구

Seoul퍼듀 대학교 연구진이 3D 프린팅에 적합한 새로운 초강력 알루미늄 합금을 만드는 방법을 개발했습니다. 해이얀 왕과 싱항 장이 이끄는 연구팀은 대학원생 안위 샹의 도움을 받아 알루미늄에 코발트, 철, 니켈, 티타늄과 같은 금속을 추가하여 미세한 구조에서 강력한 새로운 합금을 형성했습니다.

왕과 장의 연구팀은 특허를 신청했으며, 그들의 연구 결과를 Nature Communications에 게재했습니다. 이 연구는 미국 국립과학재단과 미 해군연구실의 지원을 받았습니다.

이 새로운 방법의 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 900 MPa 이상의 강도를 가진 강력한 알루미늄 합금.
• 기존 합금보다 우수한 높은 소성 변형 능력.
• 3D 프린팅 중 발생하는 열 균열의 제거.

고강도 알루미늄 합금은 적층 제조 과정에서 균열이 생기는 문제가 자주 발생합니다. 상 교수는 이러한 균열이 시간이 지남에 따라 재료를 약화시킬 수 있다고 언급합니다. 균열을 방지하기 위해 전통적인 방법에서는 합금에 입자를 첨가하지만, 이로 인해 강도가 300에서 500 MPa 정도에 그치는 경우가 많습니다. 반면 강철의 경우 강도가 보통 600에서 1,000 MPa입니다. 이는 더 강한 알루미늄 합금에 대한 필요성을 보여줍니다.

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퍼듀의 방법은 알루미늄 합금에 일반적으로 포함되지 않는 금속을 사용하는 점에서 독특합니다. 연구원들은 금속의 작은 구조를 만들어 재료가 취성화되는 것을 방지합니다. 이러한 작은 구조들은 재료를 더 강하고 유연하게 만듭니다. 중요한 혁신 중 하나는 3D 프린팅에서 레이저를 사용하여 재료를 빠르게 가열 및 냉각시켜 이 견고한 작은 구조를 형성하는 것입니다.

왕 박사는 새로운 합금이 미세한 단단한 입자와 더 큰 알루미늄 입자를 혼합한 구조로 이루어져 있다고 설명했습니다. 이러한 구조는 금속을 가공할 때 강화에 도움이 되는 응력을 추가합니다. 연구팀은 이를 테스트하여 새로운 알루미늄 합금이 매우 강하고 쉽게 부서지지 않고 구부러지는 것을 발견했습니다.

샹에 따르면, 이러한 시험에서 합금은 900 MPa 이상의 강도를 보였으며, 일부 지역에서는 1 GPa 이상의 응력 수준을 나타냈다. 변형 후 분석 결과, 금속 간 화합물 내에 복잡한 전위 구조와 적층 결함이 발견되었다.

이 새로운 개발은 재료 과학 분야에서 특히 항공우주 및 자동차 산업에 큰 발전을 가져왔습니다. 개선된 알루미늄 합금은 더 가볍고 강한 부품을 가능하게 하여 차량과 항공기의 성능을 높이고 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 이 새로운 방법이 적용되면, 3D 프린팅에서 강하고 유연한 알루미늄 합금에 대한 높은 기준을 정립할 수 있을 것입니다. 많은 분야에서 사용 가능성이 높아, 이러한 재료들이 중요한 여러 분야에서 밝은 미래를 약속합니다.