R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157265-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 3D 프린터를 이용한 밀도제어형 인공경량골재 제조기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 박광민 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 210,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 53,500,000 원 계 : 423,500,000 원 |
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| 연구기관명 | (재)한국건설생활환경시험연구원오창 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-B552989-000544-01 | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
SLM 3D Printer(SLM 3DP)를 활용하여 래티스(lattice) 구조체를 출력하고, 공극을 나노실리카겔 등으로 채움으로써 금속 소재 밀도제어형 경량구조체 제조를 실현하는 기술이다. 본 연구에서는 콘크리트용 골재에 적용함으로써 밀도제어형 고성능 인공경량골재를 제조하는 것을 목표로 한다. [정의] SLM 3DP를 이용한 밀도제어형 고성능 인공경량골재 제조기술 개발 [핵심기술] 래티스(lattice) 구조체를 출력하고, 공극을 채움으로써 밀도제어형 고성능 경량구조체 제조 - [1. Design] 밀도제어형 단위셀(variable-density unit cell) 설계 기술 - [2. Manufacturing] SLM 3DP 출력 최적화 제조 기술 - [3. Manufacturing] 공극 포화 및 표면 코팅 제조 기술 - [4. Application] 고강도 인공경량골재 적용 기술 [최종목표] SLM 3D Prining을 이용한 금속소재 밀도제어형 고성능 인공경량골재 제조기술 개발 ○ 격자구조(lattice cell) 설계를 통한 맞춤형 밀도제어(1.0 및 1.5 g/cm3) - 격자구조 두께 및 내부공극설계를 통해 밀도제어 설계프로세스 개발 ○ 격자구조 내부 포화 및 표면 코팅을 통한 물성 인공골재 상향 (흡수율 5 % 이하) - 채움재 공극 포화 및 표면 코팅 최적화 기술 개발 ○ 경량 고성능 콘크리트 실용화 기술 (1.6 t/m3, 45 MPa급) - 경량 고강도 콘크리트 적용 [연구내용 및 범위] [1차년도] 주관연구기관 ((재)한국건설생활환경시험연구원) [1. Design] 밀도제어형 단위셀(variable-density unit cell) 설계 도출 - SLM 3DP 조사 분석 - 단위셀 형상에 따른 물리적 성능 검토 및 최종 설계(안) 도출 ※ Strut(스트럿)-based cellular structures 검토 ※ TPMS(Triply Periodic Minimal Surface, 극소곡면)-based cellular structures 검토 ※ Auxetic(오그제틱)-based cellular structures 검토 - 단위셀 형상의 공극(porosity) 및 밀도를 고려한 설계 프로세스 정립(안) ※ 공극-밀도 상관도 분석 ※ 공극-밀도 제어 출력물의 물리적 특성 분석 ？？ 밀도, 강도 등 [2. Manufacturing] SLM 3DP 출력 최적화 제조 기술 최적화 - 적용 소재(안) 도출 ※ SUS316L, Inconel 718, Maraging Steel Power, 17-4PH stainless steel, 코발트크롬, 티타늄 등 [3. Manufacturing] 공극 포화 및 표면 코팅 제조 기술 개발 - 채움재 소재 최종(안) 도출 ※ 나노실리카겔, 실리카겔 및 고분자 소재 등 채움재 검토 - 채움 방법 검토 ※ 물리적 검토(진공함침 등) ※ 화학적 검토(겔화점 조절 등) [4. Application] 고강도 인공경량골재 적용 기술 - SLM 3DP 적용 사례 국내외 분석 - 경량 고강도 콘크리트용 인공경량골재 적용성 검토 공동연구기관 ((주)쓰리디프리욜) [2. Manufacturing] SLM 3DP 출력 최적화 제조 기술 최적화 - 적용 소재(안) 도출 ※ SUS316L, Inconel 718, Maraging Steel Power, 17-4PH stainless steel, 코발트크롬, 티타늄 등 ※ 소재별 물리적 특성 정립 ？？ 밀도, 강도, TG-DTA 등 (성능검토는 주관 공동 진행) ※ 출력조건에 따른 출력물 조직 검토 ？？ 국내외 자료 조사 및 물리적 특성 검토 (성능검토는 주관 공동 진행) [2차년도] 주관연구기관 ((재)한국건설생활환경시험연구원) [1. Design] 밀도제어형 단위셀(variable-density unit cell) 설계 도출 - 단위셀 형상을 고려한 최종 설계 도출 - 단위셀 형상의 공극(porosity) 및 밀도를 고려한 설계 프로세스 정립 ※ 공극-밀도 상관도 분석 ※ 공극-밀도 제어 출력물의 물리적 특성 분석 ？？ 밀도, 강도 등 - 적용 소재 다각화(플라스틱 등)를 통한 경제성 확보 검토 ※ 플라스틱(PA11 등) 소재를 적용한 Binder Jetting 방식 3D 프린팅 출력 검토 - 고부가가치 활용용도 제안 (골재 이외의 고부가 가치 활용방안 도출) [2. Manufacturing] SLM 3DP 출력 최적화 제조 기술 최적화 - 출력 조건 영향 인자 검토 및 최적화 ※ 조건 영향 인자 분석 및 최적화 ？？ Laser power, Scan speed, Hatch spacing, Layer thickness 등 : 국내외 기술자료 조사 및 물리적 특성 검토(강도, 밀도) [3. Manufacturing] 공극 포화 및 표면 코팅 제조 기술 개발 - 채움재에 따른 물성 검토 ※ 물성 향상 ？？ 흡수율, 계면부착 등 [4. Application] 고강도 인공경량골재 적용 기술 - 경량 고강도 콘크리트용 인공경량골재 적용성 검토 ※ 밀도, 흡수율 및 강도(KS F 2541 골재파쇄값) - 인공경량 골재 혼입 콘크리트의 최적배합설계 - 인공경량 골재 혼입 콘크리트의 역학적 특성 분석 ？？ 밀도, 압축강도 등 ※ 1.6 t/m3 및 45 MPa급 경량 고강도 콘크리트 - 기타 활용 기술 도출 ※ 보강재 확대 검토 - 설계 및 출력 조건에 따른 경제성 분석 및 대안책 제시 - 일반 경량골재를 사용한 콘크리트와의 비교성능 ※ 동일 배합 조건에서 ‘일반경량골재 vs본연구개발 성과물’을 적용할 경우의 최종 콘크리트 물성 비교 분석 |
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| 색인어 | 한글 | 적층제조 | 3D프린팅 | 선택적레이저용융 | 밀도제어 | 인공골재 |
| 영문 | Additive Manufacturing | 3D Printing | Selective Laser Melting | Variable-density | Artificial Aggregate | |
| 최종보고서 | NO_2_최종보고서(기반연구)_21CTAP-C157265-02_KCL_박광민_배포판.pdf | |||||