프로젝트 소개
본 과제는 금속을 층층이 쌓아 제품을 만드는 3D 프린팅(금속 적층제조) 기술을 이용하여 항공기 엔진 부품을 국내에서 직접 만들 수 있도록 새로운 금속 분말 소재를 개발하고, 이를 실제 부품 제작에 적용하는 연구임.
연구 목표는 금속 적층제조에 사용되는 금속 분말 소재의 PSD(Particle Size Distribution) 영역을 넓혀 새로운 PSD 소재를 개발하고 성능을 검증함. 이를 통해 고정익 항공기 엔진 구조물 부품에 적용하여 기존 소재와 동급 성능을 증명하고, 적층제조 소재 단가를 낮추는 데 있음. 또한, 전량 수입에 의존하던 항공기 엔진 부품에 적층제조 공법을 적용하여 공정 단축 및 생산 단가 절감을 목표로 함.
핵심 연구 내용은 캐나다 AP&C의 APA(Advanced Plasma Atomization) 공법으로 새로운 PSD 영역의 소재를 개발하고, 항공우주산학융합원에서 L-PBF(Laser Powder Bed Fusion) 적층제조 공정 개발을 진행함. ETS는 소재의 PSD별 특성 분석 및 출력물의 표면 조도, 미세구조 불균일성, 결함 분포, 기계적 물성 분석을 수행함. 한국항공우주산업은 기존 Ti-64 합금 시편을 인하대학교에서 분석하여 기계적 물성을 확보하고 신규 PSD 소재 목표치를 산정함. 레이어와이즈는 '엔진 노즐 페어링' 부품의 CAD 데이터를 기반으로 적층제조 특화설계(DfAM) 연구를 통해 중량 절감 및 제조 전략을 수립함. 캐나다 컨소시엄은 소재 생산성 연구와 적층제조 통계 모델을 개발하여 결함 및 피로 위험을 예측하는 데 활용함. 최종적으로 최적의 생산성을 띠는 공정을 선택하여 4가지 부품을 제작함.
기대 효과는 국내 항공기 구조물 적층제조 사례를 확보하여 소재, 적층제조, 항공우주산업 분야의 기술력 향상에 기여함. 이를 통해 글로벌 적층제조 시장 및 항공우주산업 분야에서 경쟁력을 향상시키고, 향후 다양한 소재(니켈합금, 공구강, 알루미늄합금 등)에서도 추가적인 연구를 진행할 수 있는 기반을 마련할 것으로 전망됨.