Update2024.04.24 (수)
일본이 높은 전기전도성과 열전도성을 가지는 구리의 적층조형이 가능한 3D 프린터를 개발했다. 향후 항공·우주·전기 자동차 등의 산업에 필요한 가공 부품에 응용이 기대된다.
일본 국가연구개발신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)는 오사카대학이 세계 최초로 청색 반도체 레이저의 고 휘도화를 통해 구리를 적층 조형 할 수 있는 3D 프린터를 개발했다고 지난 24일 밝혔다.
구리 소재의 제조가공은 항공·우주·전기 자동차 등 여러 산업에서 기대가 되고 있지만 근적외선 레이저를 이용한 기존의 3D 프린터는 구리 소재의 용융등의 과정에서 문제가 있었다.
이에 오사카대학 접합 과학 연구소의 츠카모토 마사히로 교수등 연구 그룹은 시마즈 제작소와 공동으로, 니치아 화학 공업과 주식회사 무라타니 기계 제작소의 협력으로 세계 처음으로 청색 반도체 레이저의 고휘도화에 의해 구리를 적층 조형 할 수 있는 3D 프린터를 개발했다.
우선 연구진은 순수 구리 분말을 용융시키는데 필요한 전력 밀도를 얻을 수 있는 출력인 100W 고휘도 청색 반도체 레이저를 개발했다.
파장 450nm의 청색 반도체 레이저 광을, 코어 직경이 100μm의 광섬유에서 출력해 직경 100μm의 명소에 집광하는 고휘도화 작업을 거친 것이다.
이에 출력 100W시 직경 100μm의 명소에서 레이저의 파워 밀도는 1.3×10⁶W/cm²를 달성해 순수 구리 분말을 용해시키는 데 충분한 전력 밀도를 이루었다.
그리고 고휘도 청색 반도체 레이저의 집광 헤드를 배치한 시스템을 배치한 SLM(Selective Laser Melting) 방식 3D 프린터를 개발하고 순수한 구리 적층 조형을 만드는데 성공했다.
또한 해당 3D 프린터는 레어저 조사위치를 제어하는데 사용되는 갈바노미러를 사용하지 않고 집광 헤드를 직접 실행하는 구조로 만들어져 저비용화를 실현했다.
NEDO는 “본 성과로 인해 구리를 비롯한 재료의 적층 조형 등 항공·우주·전기 자동차 등의 산업에 필요한 가공 부품에의 응용이 기대된다”고 밝혔다.
이어 “SLM 방식 3D 프린터는 LMD (Laser Metal Deposition) 방식 3D 프린터 보다 조형 정밀도가 높기 때문에 복잡한 구조의 유로를 가진 순수 구리 히트 싱크 등의 응용도 기대된다”고 밝혔다.
한편, 이번성과는 NEDO의 '고휘도 · 고효율 차세대 레이저 기술 개발 / 차세대 레이저 및 가공의 공통 기반 기술 개발 / 레이저 플랫폼 구축 / 고휘도 청색 반도체 레이저 및 가공 기술 개발'의 일환으로 진행됐다.
또한 본 기술은 2017년 10월 22일부터 26일까지 미국 애틀랜타에서 개최되는 국제 회의 ‘The International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO)’의 발표와 2018년 1월 30일부터 2월 1일까지 미국 샌프란시스코에서 개최되는 국제 전시회 ‘Photonics West 2018’에서 공개될 예정이다.
