3D 프린팅이 지닌 잠재적 결함과 그 원인이 규명됐다. 3D 프린팅이 각광받고 있지만, 완벽한 것은 아니다. 특히 제조 과정에서 발생한 가스 포켓으로 인해 균열이 야기되는 키홀 현상이 문제가 지적되고 있다. 카네기멜론대학교와 아르곤국립연구소의 연구진이 3D 프린팅의 제조 과정에서 가스 포켓 형성 과정을 규명하고, 이를 해결할 수 있는 방안을 제시했다.
3D 프린팅은 완성된 제품을 단 번에 만들어 낼 수 있다. 하지만 융합 과정에서 가스가 내부에 갇히게 되면, 이는 잠재적 위험이 된다. 이 가스 포켓이 제품에 균열을 일으키거나 다른 결함을 일으킬 수 있는 잠재적 위험으로 자리하게 되는 것이다.
카네기멜론대학교와 미국 아르곤국립연구소의 연구진은 이러한 잠재적 위험을 제거하기 위해 우선 가스 포켓의 형성 과정을 찾아보기로 했다. 이를 위해 고출력 X선을 이용해 LPBF 방식의 금속 프린팅 제조 과정을 촬영했다.
여기에서 연구진은 내부에 가스 포켓이 형성되는 증기침하vapor depression 현상을 발견해 낼 수 있었는데, 원인은 바로 레이저 초점이었다. 지금까지 가스 포켓은 금속 분말의 결함이나 레이저 강도의 오류에 의해 발생하는 것으로 추정되고 있었는데, 이것이 오해임이 밝혀진 것이다.
이번 실험이 더욱 주목되는 점은 결함으로 연결되는 가스 포켓이 언제 어떻게 형성될 것인지를 예측할 수 있는 방법까지 찾아냈다는 점이다. 연구에 따르면, 실제 적층 제조 과정에서 저속으로 움직이는 레이저는 용융 풀에서 마치 열쇠구멍처럼 위가 둥글고 크며, 바닥은 좁은 현상을 발생시킨다. 이러한 열쇠구멍이 증기침하의 원인이 되는 것이다.
Anthony Rollett 카네키멜론대학교 교수는 “현재 3D 프린팅의 과제 중 하나는 완제품의 일관성을 개선해야 한다는 점”이라며 “이번 연구가 3D 프린팅 결과물이 품질을 높이는 데 기여하는 단초가 되기를 기대한다”고 말했다.
