[굿모닝 사이언스] 음파가 합금을 더 강하게 만든다

3D 프린팅한 티타늄 합금을 전자현미경으로 살펴보면 왼쪽 사진에는 크고 긴 결정체로 이뤄졌으며, 오른쪽 사진은 초음파 발생기를 사용해 더 미세하고 짧은 결정체로 이뤄져 있다. 로열 멜버른 공과대학교 제공

[파이낸셜뉴스] 3D 프린팅으로 금속 합금을 만들때 음파를 사용해 더 단단하게 만들 수 있다는 연구결과가 나왔다.

3D 프린팅으로 만든 합금은 미세한 균열이 발생할 수 있어 응용공학분야에 적합하지 않았다. 하지만 프린팅하는 동안 고주파 음파를 사용했을 경우 인장강도와 항복응력이 향상됐다.

국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 9일(미국시간) 발표된 자료에 따르면 고주파의 음파가 3D 프린팅 합금의 내부 구조를 변화시키고 기존의 프린팅보다 더 일관되고 강하게 만든다.

호주 로열 멜버른 공과(RMIT)대학교 공학부의 박사과정에 있는 카르멜로 토다로는 이 연구 결과로 새로운 형태의 적층 제조가 가능하다고 말했다. 실험결과 이 합금은 기존 적층 제조를 통해 만들어진 것에 비해 인장강도와 항복응력이 12% 향상됐다.

토다로는 "3D 프린팅하는 동안 초음파를 적용한 결과 합금 결정체가 아주 미세하고 균일하게 형성됐다"고 말했다.

연구팀은 항공기 부품에 주로 사용되는 티타늄 합금과 'Ti-6Al-4V'로 알려진 생체역학 임플란트 그리고 '인코넬 625'라고 불리는 해양 및 석유 산업에서 자주 사용되는 니켈 기반의 슈퍼합금을 사용해 초음파 접근법을 적용했다.

연구팀은 인쇄중 초음파 발생기를 켜고 끄는 것만으로도 3D 프린팅된 물체의 특정 부분이 기능성 있는 품질로 만들어질 수 있음을 보여줬다.

호주 로열 멜버른 공과대학교의 카르멜로 토다로(왼쪽)와 마 첸이 초음파 막대의 끝에 있는 3D 프린팅된 티타늄 합금 큐브를 검사하고 있다. 로열 멜버른 공과대학교 제공

공동 저자이자 프로젝트 감독자인 RMIT 마 첸 교수는 "티타늄 합금과 니켈 기반 슈퍼합금을 사용했지만 스테인리스강, 알루미늄 합금, 코발트 합금 등 다른 상업용 금속에도 적용할 수 있을 것"이라고 전망했다.

연구팀은 향후 이 기술을 이용해 고성능 부품이나 금속합금을 3D 프린팅할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자