세라믹 적층 제조(AM)는 최근 높은 소재 활용률, 짧은 생산 사이클, 우수한 성형 정확도 및 소량의 복잡한 세라믹 부품을 제작할 수 있는 능력으로 인해 상당한 주목을 받고 있습니다. 이는 특히 맞춤형 생산에 있어 매력적인 선택이 됩니다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 세라믹 AM은 산업화로 가는 길에서 균열 및 기공과 같은 결함 발생이라는 주요 병목 현상을 겪고 있습니다.
문의하기
세라믹 적층 제조 (AM)은 최근 높은 소재 활용률, 짧은 생산 사이클, 우수한 성형 정확도 및 소량의 복잡한 세라믹 부품을 제작할 수 있는 능력으로 인해 상당한 주목을 받고 있습니다. 이는 특히 맞춤형 생산에 있어 매력적인 선택이 됩니다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 세라믹 AM은 산업화로 가는 길에서 균열 및 기공과 같은 결함 발생이라는 주요 병목 현상을 겪고 있습니다. 균열 및 기공 , 이는 세라믹 부품의 구조적 무결성과 기계적 성능을 크게 저하시킵니다.
다양한 결함 중에서 균열 은 세라믹 적층 제조의 실용 응용을 제한하는 가장 중요한 문제로 꼽힙니다. 균열은 세라믹 부품의 강도를 크게 약화시킬 수 있으며, 일반적으로 AM 공정에 내재된 잔류 응력과 복잡한 열 거동에서 기인합니다.
세라믹 AM 기술은 대체로 간접법 및 직접 으로 분류할 수 있으며, 이는 후속 처리가 필요한지 여부에 따라 다릅니다.
간접 세라믹 AM 은 일반적으로 세라믹이 함유된 폴리머를 형성한 뒤 탈지 및 소결 과정을 거치는 방식입니다. , 대부분의 균열이 형성되는 동안
직접 세라믹 적층 제조(AM) , 한편, 고에너지 레이저 또는 전자 빔을 사용하여 세라믹 분말을 선택적으로 용융 및 응고시킵니다. 이로 인해 극심한 열 기울기 및 냉각 속도 , 수축과 잔류 응력을 포함한 열 응력으로 인해 다양한 유형의 균열이 발생합니다.
간접 세라믹 AM에서 균열은 일반적으로 형성 단계에 따라 분류됩니다:
성형 균열 종종 결합제의 강도를 초과하는 수축 응력으로 인해 녹색 바디(green body) 성형 중에 발생합니다. 이러한 균열은 주로 나노에서 마이크로 규모까지의 수평 또는 십자 형태의 미세 균열로 나타납니다.
소결 균열 고온 처리 중에 발생할 수 있습니다. 이러한 균열은 더 넓게 형성되며, 무작위 방향으로 나타날 수 있고, 횡방향, 종방향 또는 대각선 방향일 수 있으며 기계적 특성에 크게 영향을 미칩니다.
추가 분류에는 다음이 포함됩니다.
미세균열 일반적으로 결정립계를 따라 또는 기공 주위에 위치합니다. 이들은 입계간 균열 또는 결정내 균열 형태로 나타날 수 있으며, 균열 전파 중 에너지 흡수에 따라 가지 모양이나 굴절된 형태를 보일 수도 있습니다.
거시균열 더 육안으로 확인이 가능하며 일반적으로 물질 내 약한 구역을 따라 진행되며, 응력 집중으로 인해 기공 부위에서 생성되는 경우가 많습니다.
간접 세라믹 적층 제조에서의 균열: (a) 균열 형성; (b) 소결 균열.
소결 전후 간접 세라믹 적층 제조 비교
IN 직접 세라믹 적층 제조(AM) , 매크로 균열은 일반적으로 두 가지 방향으로 발생합니다:
횡방향 균열 , 레이저 스캐닝 방향에 수직인.
종방향 균열 , 스캐닝 방향과 평행한.
이러한 균열은 보통 층별로 증착된 부위와 미용융 분말 사이의 계면에서 시작되며 내부로 확장되며 때때로 대각선 형태의 패턴을 형성하기도 합니다. 파우더 공급형 시스템에서는 균열이 종종 클래딩 층의 중심이나 측면에 나타납니다. 중심부는 짧고 밀집된 종방향 균열이 나타나며, 가장자리 부위에는 더 깊고 고립된 균열이 생길 수 있습니다.
직접 세라믹 적층 제조에서의 균열: (a-c) 미세 균열; (d-e) 거시적 균열.
최근의 발전으로 세라믹 적층 제조(AM) 기술이 확장되었으나, 대형 비균열 부품을 제작하는 것은 여전히 도전 과제로 남아있습니다. 주요 장애물은 다음과 같습니다.
현재 모델들은 대부분 경험적이고 잔류 응력 한계값에 기반하여, 다양한 재료 및 기술 간에는 제한된 인사이트를 제공합니다. 보편적인 균열 기준은 다성분 시스템에서는 복잡한 작업이 되는 경계 에너지, 원자 결합, 기공 표면 에너지를 고려해야 합니다.
균열의 시공간적 진화는 실험적으로 파악하기 어렵습니다. 다중 물리 조건에서 균열 발생과 성장을 정확하게 예측하기 위해서는 다중 규모 시뮬레이션 (예: 유한 요소 결정질 소성 해석, 위상장 방법 등)과 같은 첨단 기술이 필요합니다.
직접 적층 제조에는 극심한 열 기울기가 내재되어 있어 균열 형성을 피하는 것이 어렵습니다. 비록 사전 가열 및 초음파 보조 스트레스 완화에 사용되어 왔지만 그 효과는 제한적이다. 새롭게 등장한 멀티에너지필드 보조 증착 온도, 압력 및 진동 제어를 결합하는 방식은 대형 세라믹 부품의 균열 형성을 억제하는 데 가능성이 있다.
실시간 모니터링 기술(예: X선 CT, 적외선 열화상)을 결합하여 인공지능 및 머신러닝 결함 탐지 및 예방에 혁신을 일으킬 수 있다. 인-시투 데이터를 분석하고 이를 예측 모델 및 피드백 시스템에 통합함으로써 균열 형성이 확대되기 전에 공정 파라미터를 동적으로 최적화할 수 있다.
세라믹 적층 제조는 고급 세라믹 제작을 위한 획기적인 방법을 제시하지만, 아직까지 균열 형성이 산업적 적용의 주요 장애물로 남아있다 간접법과 직접법 간에는 균열의 형태학적 특성은 잘 보고되어 있으나, 그 형성 메커니즘은 상당히 다르다.
세라믹 적층 제조(AM)의 전반적인 가능성을 실현하기 위해서는 균열의 발생, 전파 및 억제에 대한 이해가 핵심입니다. 현재 진행 중인 재료 과학, 공정 공학 및 지능형 모니터링을 융합한 연구 가 이 장애물을 극복하고 세라믹 AM을 주류 산업 응용으로 전환하는 데 필수적입니다.
EN
AR
CS
NL
FR
DE
IT
JA
KO
PL
PT
RU
ES
UK
TH
TR