생기원, 세계 최고속 타이타늄 SLM 공정기술 개발

SLM 고속 공정기술로 제작한 맞춤형 인공 흉부 뼈./한국생산기술연구원

한국생산기술연구원이 세계 최고 수준의 타이타늄 적층 속도를 구현한 ‘선택적 레이저 용융(SLM)’ 기술을 개발했다. SLM 공정은 금속 분말을 고출력 레이저로 녹이면서 적층하는 3D 프린팅 기술이다. 복잡한 형상도 정밀하게 만들 수 있어 첨단 부품 제조에 활용된다.

생기원 기능성소재부품그룹 김건희 수석연구원, 신산업부품화연구부문 이호년 수석연구원 공동 연구팀은 타이타늄 소재의 적층 속도를 2배 이상 높이면서, 동시에 품질까지 향상시킨 SLM 공정기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

타이타늄은 강도와 내식성이 우수해 의료나 항공우주 산업의 핵심 소재로 활용되지만, SLM 공정에서는 적층 시간이 오래 걸리는 단점이 있었다. 또 적층 소재가 두꺼워질수록 에너지가 충분히 전달되지 않아 기공 등의 결함 발생으로 충분한 물성을 확보하기 어려웠다.

연구팀은 단일 레이저 열원만으로 타이타늄을 빠르게 적층하면서 물성 조건까지 충족하는 공정 조건을 개발했다. 타이타늄 분말이 완전히 녹아 굳는 데 필요한 에너지를 계산하고, 레이저 파장을 반영해 에너지 흡수율을 정밀 측정했다. 이를 기반으로 레이저 출력, 주사 속도 및 간격, 적층 두께 등의 공정 변수들을 조합해 적층에 최적화된 에너지 밀도를 도출해 냈다.

연구팀이 개발한 기술을 이용하면 성인 평균 크기의 흉곽 임플란트 적층 시간이 5일에서 3일로 단축된다.

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.

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