지능형 적층제조 연구실연구 내용 (Research Contents)
지능형 적층제조 연구실은 레이저 기반 금속 적층제조 공정을 공정 → 조직 → 물성 → 성능의 인과사슬로 연결하여 연구합니다. 아래 6개 주제는 이 사슬의 각 단계에 대응합니다.
1. LP-DED 공정 효율 향상
레이저 직접에너지증착(LP-DED)에서는 분사된 금속 분말 중 실제로 적층되는 비율이 공정 효율을 좌우합니다. 본 연구실은 분말 유량과 캐리어·차폐 가스 유량이 만드는 분말 흐름 구조를 정량 측정하고, 노즐 팁 형상이 분말 집속도에 미치는 영향을 규명합니다.
- 교체형 알루미나·황동 노즐 팁의 분말 스트림 특성 비교
- 고분말유량 조건에서의 증착 효율 변화 규명
- 분말의 비행 중 열적 거동이 공정에 미치는 영향 분석
- 분말 공급 이상이 최종 부품 기계적 물성에 미치는 영향
대표 성과: Additive Manufacturing (2025), Materials & Design (2025, 표지논문), JMR&T (2024)
2. 인시츄 모니터링 및 적응형 공정 제어
적층 중 발생하는 신호를 실시간으로 취득하여 결함을 즉시 검출하고 공정을 보정하는 것을 목표로 합니다. 적외선 열화상으로 층별 열이력을 측정하고, 균열 발생 시 방출되는 음향 신호를 이용해 별도 검사 없이 결함을 판별합니다.
- 가청 균열음 기반 인시츄 균열 검출 (하드페이싱 공정)
- 적외선 열화상 기반 박벽 구조물의 층간 열축적 계측
- 열 신호의 잡음-피크 상충 문제를 해결하는 물리 기반 구역별 필터링
- 층간 대기시간(dwell time) 적응 제어를 통한 공정 시간 단축
3. 하드페이싱 및 복합재 클래딩
금형·기계부품 표면에 세라믹-금속 복합층을 적층하여 내마모성과 내식성을 높이는 공정을 개발합니다. 세라믹 입자와 금속 기지의 계면 결합, 입자 분포 제어, 균열 억제가 핵심 과제입니다.
- SiC 단일 분말을 이용한 스테인리스강 하드페이싱
- Inconel 625-TiC 복합 코팅 (버퍼층 적용 다층 적층)
- WC-Ni60AA 서멧 코팅의 미세조직과 마모 거동
- 초음파 나노결정 표면개질(UNSM)과 적층제조의 하이브리드 공정
대표 성과: J. Materials Processing Technology (2024), Materials Characterization (2024), Surface & Coatings Technology (2024)
4. 기계학습 기반 공정 최적화 및 물성 예측
적층제조는 공정 변수가 많고 상호작용이 복잡하여 실험만으로 최적 조건을 찾기 어렵습니다. 본 연구실은 실험 데이터와 시뮬레이션 결과를 학습시켜 공정 조건과 최종 물성 사이의 관계를 예측합니다.
- 다목적 최적화 프레임워크 기반 공정 파라미터 도출 및 실험 검증
- 용융풀 이미지로부터 용입 깊이를 예측하는 딥러닝 모델
- 전위밀도·결정립·석출 강화 기전에 기반한 경도 예측 모델
- 디지털 트윈: 실시간 센서 ↔ 시뮬레이션·기계학습 ↔ 제어 폐루프
5. 적층제조 맞춤 설계 (DfAM)
적층제조는 기존 절삭가공으로 만들 수 없는 형상을 구현할 수 있습니다. 이 자유도를 살리기 위해 적층 공정의 제약과 열적 특성을 반영한 설계 기법을 연구합니다.
- TPMS 기반 격자구조 설계 — 비공기압 타이어 스포크, 경량 구조체
- 위상최적화 부품의 조형 방향·스캔 전략 최적화를 통한 잔류응력 저감
- 국부 과열과 이방성 미세조직을 억제하는 나선형 레이저 경로
- 환자 맞춤형 의료용 스텐트, 차세대 열교환기 등 기능성 부품 설계
6. 미세조직 및 기계적 물성 평가
적층제조 부품은 급속 응고와 반복 재가열을 겪어 주조·단조재와 다른 조직을 갖습니다. 이 조직이 실제 사용 환경에서 어떤 물성으로 이어지는지 평가합니다.
- 급속 응고 조직, 결정립 방향성, 층간 결합부 특성 분석 (SEM/EBSD)
- 극저온·고온 환경에서의 인장·충격 특성
- 초박판 구리 브레이징 접합부의 형상 민감 피로 거동
- 고망간강·Inconel·스테인리스강 등 소재별 적층 특성 비교
연구 성과 요약
2026년 7월 20일 기준 — 국제학술지 140편 · 국내학술지(KCI) 89편 · 국내특허 등록 32건(출원 48건) · 국제특허 등록 7건(출원 9건)
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