적층제조 잔류기공 (Residual Porosity in Additive Manufacturing)

한 줄 정의: 적층제조 공정 중 재료 용융·응고 과정에서 완전히 제거되지 못하고 부품 내부에 남는 미세한 빈 공간(기공)을 말합니다.

서로 다른 층(레이어)이 겹겹이 쌓인 적층 구조를 나타냅니다.

쉽게 풀면

빵을 구울 때 반죽 속에 작은 기포가 남아 단면을 잘라보면 구멍이 보이는 것을 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 적층제조 잔류기공은 이와 비슷하게, 분말이나 필라멘트를 녹이고 굳히는 과정에서 미처 빠져나가지 못한 가스나 불완전한 용융으로 인해 부품 내부에 남는 작은 구멍들을 말합니다. 이런 기공은 눈에 잘 보이지 않는 경우가 많아 X선 단층촬영 같은 정밀 검사로 확인해야 합니다. 기공이 많으면 부품이 예상보다 약해질 수 있어 품질 관리에서 중요하게 다뤄집니다.

왜 중요한가

잔류기공은 부품의 인장강도, 피로수명, 파괴인성 등 기계적 물성을 저하시킬 수 있어 항공우주나 의료용 부품처럼 신뢰성이 중요한 적층제조 부품에서 핵심 품질 이슈로 다뤄집니다. 기공의 크기, 형태, 위치에 따라 부품 성능에 미치는 영향이 달라지기 때문에 정량적 평가와 저감 기술 연구가 활발합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"X선 컴퓨터단층촬영(CT)을 이용해 분말베드용융 공정으로 제작된 시편의 잔류기공 분포를 정량적으로 분석하였다."

비파괴 검사 기법으로 기공을 정량화한 연구 사례입니다.

"레이저 출력 증가에 따라 적층제조 잔류기공의 부피 분율이 감소하는 경향을 확인하였다."

공정 파라미터 조정이 기공 저감에 미치는 영향을 다룬 문장입니다.

조금 더 깊게 보면

잔류기공은 발생 원인에 따라 크게 가스 기공(용융풀 내부에 갇힌 기체로 인한 구형 기공)과 불완전 용융 기공(에너지 부족으로 재료가 충분히 녹지 않아 생기는 불규칙한 기공)으로 구분됩니다. 열간등방압성형(HIP) 같은 후처리 공정을 통해 잔류기공을 줄이는 방법도 연구되고 있으며, 기공 검출에는 X선 단층촬영이나 초음파 검사 등이 활용됩니다.

주의할 점

표면에 드러나지 않는 내부 기공은 육안 검사로 확인하기 어려워 별도의 비파괴 검사가 필요하며, 기공을 완전히 없애는 것은 현실적으로 쉽지 않으므로 허용 가능한 수준으로 관리하는 접근이 일반적입니다.