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Aug 11, 2023

금속 부품의 적층 가공에 대한 인쇄 매개변수의 영향: 성능 및 지속 가능성 측면

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19292(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 인장 시험을 통해 적층 가공된 금속 부품의 기계적 특성에 대한 인쇄 매개변수의 영향을 조사했습니다. 충전 밀도 및 패턴 방향을 포함한 두 가지 인쇄 매개변수가 있는 17-4 PH 스테인리스강 시편은 BMD(Bound Metal Deposition) 기술을 사용하여 AM(적층 가공)으로 제작되었습니다. 본 연구에서 고려된 기계적 특성은 영률과 최대 인장 강도입니다. 결과는 패턴 방향이 삼각형 패턴을 갖는 충전재 시편의 영률에 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 대조적으로, 극한 강도는 패턴 방향에 따라 크게 달라지며, 패턴 방향이 0도인 샘플이 최고의 극한 강도를 생성합니다. 실제로 충전재 시편의 기계적 특성은 충전재 밀도에 따라 증가합니다. 그러나 운영 비용과 시간을 고려하면 결과적으로 성과와 지속 가능성을 추정하는 지표가 설정됩니다. 충전재 시편의 표준화된 극한강도와 상대밀도 사이의 관계는 중량효율로 정의됩니다. 지속 가능한 제품을 평가하기 위한 지수는 중량 효율성과 지속 가능한 매개변수를 특징으로 합니다. 이 지수는 최종 사용자가 운영 비용과 시간을 고려하여 AM 제품에 적합한 충전재 밀도를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다. 특정 비용 맥락에서 지속 가능한 제품을 평가하기 위해 자재 비용, 직접 비용 및 총 비용을 포함한 다양한 비용 모델을 지수 모델에 포함할 수 있습니다.

21세기 인류 발전의 확산은 4차 산업혁명 또는 인더스트리 4.0으로 알려진 기술 혁명과 인간 생활 전반에 걸친 근본적인 변화를 수반합니다. 문명은 현대 제조 기술과 정보 시스템을 통해 글로벌 산업 성과를 높이고 전 세계적으로 삶의 질을 향상시키는 새로운 산업 혁명을 앞두고 있습니다. 차세대 제조 시스템은 효율성과 생산성을 장기적으로 향상시키면서 유연한 생산을 위한 최적의 프로세스와 기술(예: 인공 지능, 로봇 공학, 사물 인터넷, 적층 제조(AM))을 제공할 수 있습니다1,2,3. 기술적 진보 중에서 AM은 Industry 4.0을 주도하는 중요한 제조 공정으로 간주됩니다. AM은 3D 프린팅이라고도 알려진 3차원(3D) 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일에서 부품을 제작하는 제조 기술입니다. 레이어별 공정을 통해 자유형 형태의 복잡한 부품을 손쉽게 제작할 수 있습니다4. 이 기술은 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계, 워터젯, 레이저 절단과 같은 전통적인 절삭 공정보다 제조 공정에서 폐기물이 적습니다. AM 부품은 형태의 자유도를 높이고 제조 폐기물을 줄이면서 설계할 수 있으므로 AM은 설계 및 맞춤형 제품을 위한 새로운 제조 프로세스로 적용되어 잠재적으로 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있습니다.

AM은 인더스트리 4.0을 주도하는 기술일 뿐만 아니라 폐기물 발생을 줄이고 제조 시 재활용 소재를 사용할 수 있다는 점에서 환경을 위한 지속 가능한 기술로 간주될 수 있습니다. 이는 전 세계 온실가스 배출을 상당히 줄일 수 있는 생산적인 과정입니다. AM 기술을 사용하면 산업 부문의 대량 원자재 생산과 잠재적인 환경 영향을 잠재적으로 줄일 수 있습니다. 그러한 경우 AM은 다양한 산업 분야에서 환경 지속 가능성을 높일 수 있는 기회를 제공할 수 있습니다. 이전에는 지속가능성을 환경적 측면을 강조하여 정의했습니다. 현재 이 정의에는 AM 기술이 다루는 사회적, 경제적 측면도 포함됩니다5. 6R 원칙(감소, 복구, 재활용, 재사용, 재설계, 재제조)6을 참조하여 AM은 지속 가능한 개발 가능성을 제공하여 전체 제품 수명 주기의 사회적, 경제적 영향을 개선합니다7,8. AM은 환경보전과 경제성장의 동시 발전을 가능하게 하여 소비를 최적화하고 인류의 삶을 위한 자원을 보존합니다. 경제 발전의 메커니즘을 고려할 때 순환 경제와 자원 사용은 실질적으로 연관되어 있습니다. 산업의 재료 및 에너지 소비를 줄이고 통제할 수 있다면 기존 비즈니스 모델은 곧 지속 가능한 순환 경제 모델로 전환될 수 있습니다1,9.