금속 소재부품의 제조 형태가 복잡해지고 소비자의 요구가 다양함에 따라 금속 3D 프린팅 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 우주 발사체의 엔진 연소 노즐 부품에 적용 가능한 스테인레스 316L계 금속을 3D 프린팅 방식으로 제조하고 이에 대한 기계적, 화학적 특성 상관 연구를 진행하였다. 금속 3D 프린팅 기술은 레이저원을 이용하여 분말을 급속 용융과 응고를 반복됨에 따라 기존의 주조 응고와는 다른 미세 조직 형태를 나타내고, 이에 따라 기계적 물성이 변화함을 관찰하였다. 특히 개재물의 존재에 따라 기계적 특성이 변화하고 공정 조건의 변화에 따라 기공의 형태 및 위치등이 변화하는 것을 확인하였다.
In this study, hydrogen embrittlement in Inconel 718 fabricated by selective laser melting (SLM) was investigated. To focus on the effect of the SLM-induced solidification substructure, hydrogen embrittlement behavior of SLM as-built (SLM-AB) sample and that of conventionally produced (Con-S) sample were systematically compared. The detailed microstructural characterization showed that the SLM-AB sample exhibited a solidification substructure including a high density of dislocations and Laves phase, while the Con-S sample showed completely recrystallized grains without any substructure. Although the intrinsic strength in the SLM-AB sample was higher than the Con-S sample, the resistance to hydrogen embrittlement was higher in the SLM-AB sample. Nevertheless, a statistical analysis of the hydrogen-assisted cracks (HACs) revealed that the predominant HAC type of SLM-AB and Con-S samples was similar, i.e., intergranular HAC. The difference in the resistance to hydrogen embrittlement between the SLM-AB and Con-S samples were discussed in terms of the relation between the microstructural feature and its effect on hydrogen accumulation.
Selective laser melting (SLM) is emerged as a new manufacturing technique to directly fabricate precise parts using metallic materials. The final characteristics of a component fabricated through the SLM process are strongly dependent upon various parameters such as laser power, scan rate and pulse duration, etc. This paper, therefore, focuses on the dimensional characteristics of melted $20{\mu}m$ Fe-Cr-Ni powder by fiber laser for the selective laser melting process. With energy density decrease, the height and depth were decreased. Although the conditions are of the same energy density, the shape is different by laser power and scan rate. The shapes at various laser parameters were divided into 3 groups based on depth over height. The smooth regular shape is obtained under the conditions of $50{\mu}m$ of powder height and $15-20{\mu}s$ of pulse duration. And the laser power influenced the variation of shape more significantly than the scan rate.
Selective laser melting(SLM)은 적층 제조 방법 중 하나로서, 분말을 선택적으로 용융하여 기능적이고, 복잡한 형상을 즉각적으로 제작 가능하다는 장점이 있다. Ti-6Al-4V 합금의 경우 높은 융점과 산화문제로 인하여 SLM 공정도입에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 SLM 장비를 사용하여 Ti-6Al-4V 파트를 성공적으로 적층하였으며 스캔속도, 레이저 파워의 변수를 조절하여 적층 가능 조건을 도출하였다. 또한 적층 된 Ti-6Al-4V 파트의 형상 정밀도, 면밀도 및 기계적특성 평가를 통하여 일반적으로 사용되는 공정조건(스캔 속도 200~700 mm/s)으로 제작된 제작품 물성치와 비교를 통해 Ti-6Al-4V 합금의 고속 적층 영역에서의 최적 공정을 확립하였다.
The purpose of this paper is to review the state of laser processing technology using metal powders. In recent years, a series of research and development efforts have been undertaken worldwide to develop laser processing technologies to fabricate metal-based parts. Layered manufacturing by the laser melting process is gaining ground for use in manufacturing rapid prototypes (RP), tools (RT) and functional end products. Selective laser sintering / melting (SLS/SLM) is one of the most rapidly growing rapid prototyping techniques. This is mainly due to the processes's suitability for almost any materials, including polymers, metals, ceramics and many types of composites. The interaction between the laser beam and the powder material used in the laser melting process is one of the dominant phenomena defining feasibility and quality. In the case of SLS, the powder is not fully melted during laser scanning, therefore the SLS-processed parts are not fully dense and have relatively low strength. To overcome this disadvantage, SLM and laser cladding (LC) processes have been used to enable full melting of the powder. Further studies on the laser processing technology will be continued due to the many potential applications that the technology offers.
최근, 치과 산업에서 레이저를 열원으로 합금을 제조하는 선택적 레이저 용융법(Selective laser melting, SLM)이 소개되고 있다. 하지만 SLM으로 제작된 금속-세라믹 수복물에 대한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 SLM 그리고 CAST(casting)에 의해 제조된 Co-Cr 합금의 금속-세라믹(metal-ceramic) 결합 강도(bond strength)를 평가하는 것이다. SLM 그리고 CAST 방법을 사용하여 Co-Cr 시편을 제조하고 세라믹을 소결하여 시료를 제작하였다. 연구의 실험은 표본 준비 및 분석을 통해 2020년 1월부터 6월까지 수행되었다. 금속-세라믹 결합 강도는 만능 시험기에 의해 측정되었다. 부착 세라믹의 면적분(The area fraction of adherence ceramic, AFAC)은 SEM/EDS로 시편의 Si 함량을 측정하였다. 금속-세라믹 결합 강도 및 AFAC 결과는 t-test를 사용하여 분석하였다(α = .05). SLM 그리고 CAST Co-Cr 합금 사이의 결합 강도에 대해서는 유의한 차이가 발견되지 않았다(P>.05). SLM은 CAST 그룹보다 많은 세라믹 부착성(ceramic adherence)을 나타냈다(P<.001). 세라믹과 합금의 결합 강도는 제조 방법엥 영향을 받지 않았다. 그러나 SLM은 더 우수한 세라믹 부착성을 보였다. 이는 향후 임플란트 상부 보철물 제작에도 SLM으로 제작한 합금이 사용 가능한 것을 시사한다. CAST 방식의 단점을 극복하고 시간과 비용을 절약할 수 있을 것으로 기대된다.
Selective laser melting (SLM), one of the most widely used powder bed fusion (PBF) additive manufacturing (AM) technology, enables the fabrication of customized metallic parts with complex geometry by layer-by-layer fashion. However, SLM inherently poses several problems such as the discontinuities in the molten track and the steep temperature gradient resulting in a high degree of residual stress. To avoid such defects, thisstudy proposes a temperature thread multiscale model of SLM for the evaluation of the process at different scales. In microscale melt pool analysis, the laser beam parameters were evaluated based on the predicted melt pool morphology to check for lack-of-fusion or keyhole defects. The analysis results at microscale were then used to build an equivalent body heat flux model to obtain the residual stress distribution and the part distortions at the macroscale (part level). To identify the source of uneven heat dissipation, a liquid lifetime contour at macroscale was investigated. The predicted distortion was also experimentally validated showing a good agreement with the experimental measurement.
Recently, metal additive manufacturing (AM) is being investigated as a new manufacturing technology. In metal AM, powder bed fusion (PBF) is a promising technology that can be used to manufacture small and complex metallic components by selectively fusing each powder layer using an energy source such as laser or an electron beam. PBF includes selective laser melting (SLM) and electron beam melting (EBM). SLM uses high power-density laser to melt and fuse metal powders. EBM is similar to SLM but melts metals using an electron beam. When these processes are applied, the mechanical properties and microstructures change due to the many parameters involved. Therefore, this study is conducted to investigate the effects of the parameters on the mechanical properties and microstructures such that the processes can be performed more economically and efficiently.
In this study, an AISI 316 L alloy was manufactured using a selective laser melting (SLM) process. The tensile and impact toughness properties of the SLM AISI 316 L alloy were examined. In addition, stress relieving heat treatment (650℃ / 2 h) was performed on the as-built SLM alloy to investigate the effects of heat treatment on the mechanical properties. In the as-built SLM AISI 316 L alloy, cellular dendrite and molten pool structures were observed. Although the molten pool did not disappear following heat treatment, EBSD KAM analytical results confirmed that the fractions of the low- and high-angle boundaries decreased and increased, respectively. As the heat treatment was performed, the yield strength decreased, but the tensile strength and elongation increased only slightly. Impact toughness results revealed that the impact energy increased by 33.5% when heat treatment was applied. The deformation behavior of the SLM AISI 316 L alloy was also examined in relation to the microstructure through analyses of the tensile and impact fracture surfaces.
Purpose: The selective laser melting (SLM) process for dentistry, which is one of the additive manufacturing technologies (AM) allows for rapid production of a three-dimensional model with complex shape by directly melting metal powder. This process generates detailed items of a three-dimensional model shape through consolidation of a thin powder layer by utilizing both selective melting and laser beam simultaneously. In regard to SLM process, Fe-base powder, Ti-6AI-4V powder, AI-base powder, etc. have been researched. It is believed that the aforementioned technologies will be widely utilized in manufacturing metal parts using metal powder of raw material. This study chose Ni-Cr-Mo metal powder in order to manufacture metal powder materials that would be used in the selective laser melting for dentistry. Methods: This study manufactured metal powder using mechanical alloying technique (MA) among those metal powder manufacturing techniques. Moreover, this study aimed to utilize the metal powder manufactured after observing the characteristics of powder as preliminary data of Ni-Cr-Mo metal powder. This study could obtain the following conclusions within the experimental limitations. Results: As a result of mechanically alloying Ni-Cr-Mo powder over time, its mean particle size was $66.93{\mu}m$$54.4{\mu}m$ and $45.39{\mu}m$ at 10h, 20h and 30h, respectively. The gtain form of metal powder by mechanical alloying technique was a sponge-like shape of irregular plate; however, the gtain form manufactured by high-pressure water aromization process had the following three types: globular type, chain type and oval type. Conclusion: This study found $37.65{\mu}m$ as the mean particle size of Ni-Cr-Mo metal powder, which was manufactured using water atomization technique under the following conditions: water atomization flux of 300 liter/min, hydraulic pressure of $400kgf/cm^2$ and injection angle of $45^{\circ}$. This study confirmed that the grain form of powder (solid particle form) would vary depending on the manufacturing process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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