Directed energy deposition 공정 적용 단일 적층 트랙의 단면 형상에 관한 연구

초록

본 연구에서는 임베디드 센서 금속 구조물을 제작하기 위한 방법으로 DED(Directed energy deposition) 공정기술을 적용할 때 공정의 높은 열에너지에 의한 센서 파손을 방지하기 위해 공정조건에 따른 멜트풀 형상 변화 특성에관하여 시험 분석을 진행하였다. AI 기술이 발전하면서 구조물 자가진단의 중요성이 커지고 있으며, 이에 따라 구조물과센서 융합 방안의 필요성이 커지면서 센서를 구조물에 삽입하는 방안에 관한 연구가 확대되고 있다. 일반 제조방식으로센서와 구조물을 일체화하는 경우, 공정 열에너지에 의한 센서 파손을 피하기 어렵다. 하지만 레이저 적층기술을 적용할경우 융착에너지를 최소화하여 센서 파손을 방지할 수 있다. 융착에너지를 판단할 수 있는 방안으로 DED 공정시 생성되는 멜트풀의 형상분석을 통해 가능하다. 본 연구에서 멜트풀 형상 분석을 위해 DED 공정을 다양한 레이저 출력과 레이저 스캔 스피드 조합의 공정조건에서 진행하여 생성되는 멜트풀의 폭과 깊이를 비교하였다. 대상 소재는 SUS316L을적용하였으며, 레이저 출력은 900~1,800W, 스캔 스피드는 800~1,200mm/min의 범위에서 정의하였다. 분석 결과로, 에너지 밀도가 증가할수록 멜트풀 폭은 증가하였으며, 같은 에너지 밀도에서는 출력이 커질수록 상대적으로 멜트풀 폭이더 증가함을 확인하였다. 모재내에 생성되는 멜트풀 깊이 또한 에너지 밀도에 비례하여 증가하였으며 1,800W와800mm/min의 공정조건에서 700μm의 최대 깊이 값을 보였다. 센서 커버의 최소 두께는 멜트풀의 최대 깊이 이상으로제작되어야 센서 파손을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.

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