| 초록 |
연구의 목적 및 내용 산업의 발전과 첨단화 추세에 따라 초소형, 초고강도, 경량화, 친환경, 고기능화 된 소재와 부품에 대한 필요성이 급격히 증가하고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위하여 복합재료, 신소재, 초미세 분말, 난성형 소재를 가공할 수 있는 새로운 개념의 제조기술 개발에 대한 요구가 크다. 따라서 본 연구에서는 레이저의 유도 가속 원리를 이용한 고속의 동적성형 가공 시스템을 구축하고, 다양한 난성형 소재를 초정밀 생산하는 기술을 개발하고자 하였다. 본 기술은 다양한 산업분야에서 환경 친화적, 고부가가치, 일체형 부품 제조에 적용이 확대될 것으로 기대되며, 우리나라 소재 산업을 선진화하는데 기여할 것이다. 연구결과 본 연구에서는 고에너지 Nd:Yag 펄스 레이저를 금속표면에 집속시켜 고온, 고압의 플라즈마를 발생시키고 이를 이용하여 마이크로 형상을 가공하는 레이저 유도가속 성형시스템을 개발하였다. 또한 피에조 센서, 포토다이오드, 고속카메라로 구성된 속도측정 장비를 구축하여 레이저의 광에너지가 플라이어의 운동에너지로 변환되는 가속 특성을 이론적, 실험적으로 분석하였다. 빔특성, 가공물의 형상, 에너지, 플라이어 구조 등 다양한 공정변수가 본 공정의 가공성능에 미치는 영향을 분석하였고 초탄성 소재를 삽입하여 레이저의 열에너지가 가공물에 전달되는 것을 최소화 하였다. 마이크로 크기의 구멍 및 엠보싱 형상을 성공적으로 가공하여 본 공정의 향상된 성능을 증명하였으며, 가공단면 분석을 통하여 파단 특성의 변화를 고찰하였다. 마이크로 채널 및 홀 어레이 등 실형상 부품의 제조를 통하여 본 공법의 실용화 가능성을 검토하였으며, ANOVA 분석과정을 거쳐 소재의 변형 특성을 성공적으로 제어할 수 있었다. 연구결과의 활용계획 본 연구에서 제안한 레이저 유도 가속을 이용한 동적 성형기술은 다양한 복합재료, 초미세 분말, 난성형 재료의 가공에 효율적인 기술로 자동차, 전자, 항공우주, 에너지 산업 등 소형화, 경량화, 정밀화 부품의 요구가 크게 대두되는 산업에 활용될 수 있을 것이다. 시스템이 간단하고 친환경적이며, 유지보수가 쉽고 성형품질이 높기 때문에 고기능 부품개발의 실용화에 크게 기여할 것으로 예상된다. 본 기술의 성공적인 개발을 통해 소재 부품 산업의 자립화를 이룰 수 있으며, 새로운 산업분야의 수요창출 및 수출효과도 기대된다. 또한 현재 그 가치가 저평가 되어 있는 성형가공 및 뿌리산업 분야의 연구 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 기대된다. 연구 참여 학생 및 연구원은 다양한 학제가 융합된 연구를 수행함으로써 사회활동을 준비하기 위한 많은 교육적 혜택을 받을 것이며, 제조 및 가공기술 분야의 미래 핵심인재로 성장하는 기반을 쌓게 될 것이다. (출처 : 요약문 5p) |
