▲ 개발된 분말 기술의 개념도

국내 연구진이 3D프린팅으로 제작이 어려웠던 고강도 금속복합재 분말을 개발해 에너지, 우주항공, 자동차, 국방 등에 필요한 고부가 부품 제작에 활용될 전망이다.

카이스트(KAIST)는 원자력 및 양자공학과 류호진 교수 연구팀이 신소재 합금 및 금속복합재 개발에 필요한 고부가가치 분말을 생산하는 분말 표면 제어 및 강화 이식 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 

이번 연구에는 류호진 교수 연구팀과 한국원자력연구원(김재준 박사), 한국재료연구원(김정환 박사, 이동현 박사)이 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 중견연구자연구사업과 포항공대 헤테로제닉 금속적층제조 소재부품 연구센터의 지원으로 수행됐으며, 적층제조(3D프린팅) 실증은 하나에이엠티(주)가 지원했다.

기존 기술로 금속복합재용 분말을 제조할 때는 투입된 분말들이 파쇄돼 가치가 떨어지는 불규칙한 형상의 분말이 생산됐다. 이에 연구팀은 세라믹, 고분자, 금속과 관계없이 이식할 수 있으며 금속 3D프린팅, 우주항공, 모빌리티용 첨단합금 등 다양한 분말 기반 산업에 모두 적용이 가능한 분말 제조 기술을 개발하게 됐다. 

연구팀은 개발한 기술을 비구형 고강도 알루미늄 분말에 적용해 고강도 알루미늄·탄화붕소 금속 복합재 분말의 강화재 첨가량을 자유롭게 제어한 후 3D프린팅을 수행했다. 이렇게 3D프린팅된 복합재는 기존 소재 대비 90% 향상된 강도를 가지는 것으로 확인돼 자유로운 형상의 고성능 복합재를 제조할 수 있음을 실증했다. 

연구팀은 개발된 분말 기술에 대한 국내 특허 등록을 마치고 미국 특허를 출원했으며 이를 기반으로 산업체로의 기술 이전을 진행 중이다. 향후엔 기능성 분말의 정밀 제어 기술을 고도화하고, 기업과의 산학 협력을 통해 양산 기술을 개발해 적층 제조용 신합금 및 분말 복합화 장비의 상용화도 추진할 예정이다. 

류호진 교수는 “향후 사용후핵연료 저장 소재, SMR 원자로 부품, 핵융합 대면재 및 구조재 등의 연구에, 이번에 개발된 기술이 활용되면, 적층제조 기술을 통한 첨단 에너지 소재부품 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 자동차, 무인기 등의 경량 모빌리티, 항공우주 및 국방 산업 등에 대한 활용성을 인정받아 생산제조 분야 상위 1% 저널인 ‘적층 제조(Additive Manufacturing)’에 게재됐다.