CM247LC를 이용한 가스터빈용 부품 PBF 적층 시 서포트 파라미터 연구
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2021
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105-105(1쪽)
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3D 프린팅 제조 기술은 높은 디자인 자유도와 경량화 등의 이점으로 다양한 제조 분야에서 활용되고 있다. 특히 에너지 및 항공우주 분야에서, Powder Bed Fusion (PBF) 방식을 통해 기존 제작 방식보다 복잡한 형상으로 가스터빈을 제작하여 경량화 및 냉각 효율성을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 다만 PBF 방식으로 적층 시 본 파트와 서포트간 에너지 밀도 차이가 클 때 출력물의 박리 및 균열을 초래하는 경우가 많다. 특히 가스터빈의 소재로 널리 사용되는 니켈기 초내열합금인 CM247LC 소재는 본 파트의 에너지 밀도가 매우 높은데, 에너지 밀도 차이를 줄이기 위해 적합한 서포트 구조 설계와 적층 파라미터 선정은 필수적이다. 본 연구에서는 CM247LC 소재를 이용한 가스터빈 부품 출력을 위해 적층에 적합한 서포트 구조 및 파라미터 설계 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 정육면체 시편과 오버행 시편에 블록 서포트를 적용, 주요 파라미터인 Laser Power (LP), Scanning Speed (SS) 그리고 Hatching Distance (HD)를 변화시키며 PBF 방식으로 출력하여 적층에 적합한 파라미터 값을 선정하였다. 또한 블록과 콘 서포트를 동시 적용하거나, 서포트 파라미터의 에너지 밀도 본 파트만큼 높이는 방법을 적용하여 적층 후 파단여부를 관찰하였다. 이 후 선정된 파라미터 값을 토대로 가스터빈 고온 부품 일부를 적층하여 최적화된 서포터 구조와 파라미터 적용 가능성을 검증했다. 이를 통해 3D 프린팅 공정 제어 및 초내열합금 적층 기술을 통해 존 제조 방법보다 우수한 성능을 가진 가스터빈 설계 및 생산 가능성을 제공한다.
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