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  • 기사등록 2021-09-14 15:22:29
  • 수정 2021-09-14 17:00:47
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▲ 순수구리 분말을 400W IR 레이저로 적층한 시편 일부


항공우주산학융합원
(인천산학융합원, 원장 유창경)이 순수구리 부품을 PBF 방식 3D프린팅으로 생산할 수 있는 공정을 확보해 UAM(도심항공교통), 전기차 등에 적용 확대가 기대 되고 있다.

인천시가 산업통상자원부, 인하대학교와 공동으로 설립한 사단법인 항공우주산학융합원은 최근 400W IR(적외선)레이저가 장착된 GE AdditivePBF 방식 금속 3D프린터 ‘M2’로 순수구리분말을 활용한 금속 적층제조 최적 공정기술 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.


구리는 우수한 전기전도도 및 열전도율을 가지고 있어 전자
, 항공우주, 배터리, 자동차 등 다양한 산업에서 각광받고 있는 소재이다. 하지만 소재 특성 상 에너지 흡수율이 낮아 금속적층제조에서 활용 시 분말의 용융이 어렵고, 반사율이 높아 일반 IR 레이저로 조사하게 되면 레이저 광학 미러에 손상을 줄 수 있어 업계에서는 생산하기 힘든 소재로 알려져있다.


이를 해결하기 위해서 순수구리가 아닌 합금을 활용하거나 파장이 상대적으로 짧은 그린
(Green) 레이저 또는 1kW 급의 IR 레이저를 사용하기도 했다. 그러나 kW급 레이저는 고가이고 생산이 가능한 장비들도 규격이 상대적으로 작은 한계가 있었다.


항공우주산학융합원은 범용으로 사용 중인
400W IR 레이저가 장착된 M2 3D프린터(250X250x350mm, 가로x세로x높이)를 활용해 순수구리 시편을 적층했다. 분석결과 밀도 99.7%, 전기전도도 87% IACS(국제연동표준)을 달성했다고 밝혔다.

항공우주산학융합원은 이번 연구를 기반으로 밀도와 전기전도도를 한층 더 개선하는 연구를 진행해 인천 지역의 뿌리산업을 신성장동력 산업으로 업그레이드하고 신규 고용 창출과 해외 시장 진출에도 기여할 계획이다.


공정연구개발에 참여한 항공우주산학융합원 한 연구원은
해외 논문 등을 검토해 봐도 300-400WIR 레이저로 99% 이상의 밀도를 확보하는 것이 불가능하다는 논문도 있었고, 전기전도도도 20% IACS 이하에 그치는 경우도 보았는데 범용성이 높은 장비와 출력이 작은 IR 레이저로 이정도의 밀도와 전기전도도를 확보했다는 것은 대단히 좋은 성과라며 향후에는 열처리 조건 개선을 통해 전기전도도 역시 99% IACS 이상을 달성할 수 있을 것이라고 밝혔다.


인천시 항공과 안광호 과장은
다양한 곳에서 활용될 수 있는 순수구리를 금속적층제조에 활용하여 생산할 수 있게 된 점은 향후 항공우주산업 등 다양한 산업군의 발전을 한층 더 이뤄낼 수 있는 단초가 될 것이라며 특히 UAM, 전기차 등 발전하는 친환경 미래 모빌리티 산업에 이바지할 수 있는 좋은 기회가 될 것이라고 밝혔다.


한편 사단법인 항공우주산학융합원은
2016년 산업통상자원부의 산학융합지구 사업을 기반으로 시가 인천의 항공산업 육성을 위하여 관내 대학인 인하대학교와 공동으로 설립한 비영리 사단법인이며 최근 인천산학융합원에서 항공우주산학융합원으로 조직 명칭을 변경한 바 있다.


인천시는 금속
3D프린팅 산업의 신규 비즈니스를 창출하고 항공부품산업체 및 항공정비업체의 기업 역량 향상을 통한 해외 항공부품물량 확보를 위한 기반 구축을 위해 항공우주산학융합원에 금속 3D프린터 ‘M2’ 구매를 지원했다.


▲ 항공우주산학융합원은 항공산업장비센터 적층제조랩에 설치된 GE Additive 3D프린터로 순수구리 적층공정을 확보했다.


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