개발한 금속 분말 (출처 : 히타치 금속)

일본 기업이 고엔트로피 합금을 금속 3D프린터로 조형할 수 있는 기술을 개발했다.

히타치 금속은 히타치 제작소 연구개발그룹과 공동으로 금속 3D프린터에 적합한 금속 분말을 개발하고 이를 이용한 금속적층조형 공정 조건을 찾아 고엔트로피 합금(HEA)의 조형에 성공했다고 지난 17일 밝혔다.

3D프린터는 제조업 기술을 혁신하는 기술로서 주목을 받으며 최근에는 금속 재료를 이용한 적층 조형의 연구 개발도 활발해지고 있다. 조형 품질의 향상에 따라 항공기 엔진 부품 및 가스 터빈 부품, 자동차 부품 등에 적용이 진행되고 있다.

또한 스테인레스 및 니켈 합금, 알루미늄 합금 등의 기존 재료뿐만 아니라 적층 조형의 특징을 살린 새로운 재료의 개발도 진행되고 있다.

이에 히타치 금속은 2017년 4월 중장기 첨단 재료 연구 개발 기업 연구소를 설립하고 금속적층 조형용 금속 분말의 개발에 나서왔으며 이번에 레이저 분말 적층 조형을 적용한 고엔트로피 합금의 조형에 성공하게 된 것이다.

기존 합금들은 구성하는 원소가 한쪽으로 치우져 있지만 고엔트로피 합금은 5종 이상의 원소가 동일한 양으로 합쳐진 것으로 주요 원소가 존재하지 않는다. 온도가 낮아질수록 강도와 연성이 뛰어나며 내식성을 가지지만 주조성 및 가공이 어렵다.

이에 히타치는 금속적층조형에 적합한 금속 분말을 개발하고 이를 이용한 금속적층조형 공정 조건을 발견했다. 금속 분말은 지금까지 축적해 온 해석 기술로 재료의 특성과 변형을 검증하고, 금속적층조형의 특성에 맞춰 최적화를 도모했다.

공동연구팀은 적층조형과정에서 금속분말층에 국소적으로 용융‧응고시켜 높은 엔트로피 합금(HiPEACE®)의 조형에 성공했다.

금속분말은 진공 가스아토마이즈법을 이용해 히타치 금속 야스공장(시마네현)에서 생산한다.

히타치 금속은 “얻어진 조형물은 높은 강도와 연성 및 내식성을 가지고 있으며 기존의 니켈 합금보다 열악한 환경에서 사용할 수 있는 가능성이 있음을 확인했다”며 “향후 실증 실험을 추진해 실용화를 목표로 할 것”이라 밝혔다.

한편, 이번 새로운 연구는 4월19일 일본기계학회 특별 기획 ‘3D프린터의 과제와 최신 동향’에서 발표됐다.