Metal additive manufacturing, also known as 3D printing, is gaining significant attention in academia and advanced industries as a next-generation production process for complex metal products. However, the limited availability of suitable materials restricts the freedom to achieve desired properties. To address this issue, there is a need for the development of new materials specifically designed for metal additive manufacturing. Unfortunately, the conventional powder manufacturing method, which relies on atomization, is not effective for the exploration of new materials. To overcome this challenge, an alternative approach is required for manufacturing raw material powders. However, the existing attempts failed to meet the performance requirements for additive manufacturing, resulting in compromised additive manufacturing capabilities. Therefore, the development of a new concept of powders and production technology becomes imperative. In this study, a novel technique called ‘Surface Modification And Reinforcement Transplant (SMART)’ was developed for precise control of powders used in additive manufacturing. The SMART technology enables precise control of powder surfaces through momentum adjustment, allowing for processes such as spheroidization, coating, alloying, and reinforcing material implantation. This innovative approach facilitates the rapid production of new material powders for metal additive manufacturing, particularly composite powders. By utilizing the SMART process, alloy and composite material powders were successfully produced and employed in additive manufacturing processes. The additive manufacturing behavior of the composites was analyzed and compared with traditional casting and powder metallurgy methods, revealing the complementary nature of composite concepts and additive manufacturing. Through this research, a solution was provided for the challenges associated with the production of high-performance complex-shaped products and the additive manufacturing of alloys.
금속 적층제조는 복잡하고 다양한 형상의 제품을 만들 수 있어 차세대 금속 제품 생산에 활발히 연구되고 있다. 그러나 사용 가능한 소재가 제한적이기에 물성적인 면에서는 자유도가 낮다. 이를 극복하기 위해 금속 적층제조용 신소재를 개발해야 하지만 적층제조용 분말 제조는 신소재 발굴에 불리한 분무법에 대한 의존도가 높다. 이를 해결하기 위해 현재는 우회적인 방법으로 원료 분말을 제조하고 있지만 요구되는 성능을 충족시키지 못해 적층제조가 원활하지 못하다. 따라서 새로운 개념의 분말과 생산 기술이 필요하다. 본 연구에서는 적층제조용 분말을 제어하는 기법인 ‘표면 제어 및 강화 이식(Surface Modification And Reinforcement Transplant, SMART)법’을 개발하였다. SMART 기술은 운동량을 조절하여 분말의 표면을 정밀하게 제어하여 구형화, 코팅, 합금화, 강화재 이식 등을 수행할 수 있다. SMART를 사용하면 금속 적층제조용 신소재 분말을 신속하게 생산할 수 있으며 특히 복합재 분말을 만들 수 있다. 이를 이용하여 합금과 복합재 분말을 제조하고 적층제조를 수행하였다. 복합재의 적층제조 거동을 분석하여 주조 및 분말야금과 비교하였고, 복합재와 적층제조 개념이 상호보완적임을 확인하였다. 이를 통해 고성능 복잡 형상 제조와 합금의 적층제조에 대한 해결법을 제시하였다.
