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한국생산기술연구원 강원지역본부 적층성형가공그룹 김건희 수석연구원 DfAM으로 달라진 제조 산업의 현재, 그리고 미래 전통적인 제조 방법과는 달리 3D 프린팅만의 장점을 극대화시킬 수 있는 DfAM. 기존 공정과 비교해 높은 자유도를 가진 3D 프린팅 기술에 특화된 DfAM의 중요성이 인식되면서, 이를 적용한 다양한 방법론이 연구되고 있다. 적용 분야가 무궁한 DfAM을 통해 제조 산업의 새로운 발전 가능성을 모색해봤다. DfAM은 기존 제조 공정과 차별화된 부품을 설계 할 수 있다는 점에서 그 중요성이 부각되고 있다. 90년대 후반부터 관련 연구를 진행했던 선진국과 비교하면 다소 늦은 감이 있다. 그렇지만 산업계 수 요로 DfAM의 필요성은 증가하는 추세다. 위상 최 적화나 구조 해석 기술을 응용한 사례도 늘면서 다 양한 연구가 진행 중이다. 그중 공정에 기인한 DfAM 연구는 서포트 구조의 최적 설계를 통해 기존의 문제를 해결하는 방식이 다. 금속 3D 프린팅의 서포트 구조는 서포트 파트 를 빌드 플랫폼에 고정시키고, 형상을 정상적으로 빌드하기 위한 필수 요소다. 열전도 특성 확보 등을 통해 빌드품의 변형을 제어할 수 있기 때문이다. 하 지만 서포트 구조를 더할수록 더 많은 재료가 필요 하고 표면 퀄리티가 낮아진다. 후처리 비용도 증가 한다. 확실한 장단을 가진 서포트의 문제점을 DfAM을 통해 설계 단계에서부터 수축 변형 예측 및 보상제어가 가능하다. 한국생산기술연구원 강원지역본부 적층성형가 공그룹 김건희 수석연구원은 “잔류 응력을 줄 일 수 있는 서포트 디자인과 수축 변형에 대 한 보상 설계를 내부적으로 연구 중”이라고 말했다. 이어 “공정 기술은 조직 제어를 통 해 최종 제품의 내구성이 원래 소재보다 강 도와 정밀도를 높이는 것”이라며 “공정 기술 에 기반한 DfAM을 통해 향후 기본적인 알고 리즘이나 프로토콜로 개발해 설계 소프트웨어의 상용화로 나아갈 가능성이 있다고 생각한다”고 덧붙였다. 경량구조체 장점 많지만…. 금속 3D 프린팅의 장점인 공정 속성을 이용한 경량 구조체 연구도 있다. 금속 3D 프린팅은 외형뿐 아니 라 내부도 원하는 형상대로 프린팅할 수 있다. 이는 허니컴 구조와 같이 높은 강성의 경량화 구조물을 프린팅 할 수 있게 한다. 내부 구조물을 허니컴 구조 로 제작하면 기존 강성을 유지하면서도 구조에 따 라 50% 이상 무게를 줄일 수 있다는 연구결과도 있 다. 이러한 특성을 바탕으로 금속 허니컴은 금속 판 재를 이용한 접착·신장 성형, 굽힘 성형·접합을 통 한 다양한 경량 구조 및 충격 흡수 재료로 활용되고 있다. 허니컴 외에도 트러스트, 직조 등의 격자구조 체는 항공기, 선박 등 수송기 기류의 초경량 구조 재 료로 적용되고 있다. 외부 충격 하중을 내부구조가 흡수하는 충격 에너지 흡수 능력도 우수해 방탄·방 폭 재료의 활용될 잠재적인 가능성도 있다. 국내에서는 재료연구소가 지난 2011년부터 다기능 격자구조체에 대한 연구를 진행해 오고 있다. 재료 연구소는 3차원 격자구조체 설계 및 제조공정 기 서포트 구조의 최적 설계를 통해 기존의 문제를 해결하는 공정 기인 DfAM 연구 (출처:한국생산기술연구원)