연구원들은 3D 프린팅을 위한 초탄성 형상 기억 합금을 설계합니다.

왼쪽에는 니켈-티타늄 분말의 전자현미경 사진이 나와 있습니다. 분말은 오른쪽 격자와 같은 3D 프린팅 부품을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 텍사스 A&M 엔지니어링

미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받는 텍사스 A&M 대학의 엔지니어들이 3D 프린팅용 초탄성 형상기억합금(SMA)을 개발했습니다. 이 소재는 LPBF(레이저 파우더 베드 융합) 방식의 장비에서 소재를 3D 프린팅할 때 흔히 발생하는 뒤틀림, 박리 등의 부품 결함을 방지합니다.

니켈-티타늄 SMA는 열이나 응력을 가하면 원래 상태로 되돌아가기 때문에 비행기 날개, 수술 장비 등 항공우주 및 생물의학 응용 분야에 사용됩니다. 그러나 제조 공정의 비용과 자원 집약적 특성으로 인해 니켈-티타늄 SMA의 사용은 제한되어 왔습니다.

연구 개발에 관한 논문의 첫 번째 저자인 Lei Xue는 "형상 기억 합금은 고온 형상을 기억할 수 있는 스마트 소재입니다."라고 말했습니다. "다양한 방법으로 사용될 수 있지만 형상 기억 합금을 복잡한 모양으로 제작하려면 재료가 원하는 특성을 갖도록 미세 조정이 필요합니다."

대부분의 니켈-티타늄 소재는 일반적인 LPBF 공정 중에 손상됩니다. 연구진은 프레임워크를 사용하여 결함을 방지하고 실온 인장 초탄성률이 6%인 니켈-티타늄 부품을 제작하기 위한 최적의 매개변수를 선택했습니다. 그 비율은 이전에 기록된 금액의 거의 두 배라고 대학은 말합니다.

이 개발은 3D 프린팅된 니켈-티타늄 SMA의 확장성을 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. "이 연구는 원하는 기계적 및 기능적 특성을 갖는 니켈-티타늄 형상 기억 합금을 인쇄하는 방법에 대한 지침 역할을 할 수 있습니다"라고 Xue는 말했습니다. "우리가 결정학적 질감과 미세 구조를 맞춤화할 수 있다면 이러한 형상 기억 합금을 사용할 수 있는 응용 분야가 훨씬 더 많아질 것입니다."