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2 차원 유한요소해석을 이용한 DED 공정의 기저부 형상에 따른 잔류응력 특성 분석
이광규(K. K. Lee),임성훈(S. H. Yim),양지완(J. W. Yang),안동규(D.-G. Ahn) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
에너지 제어형 용착(Directed Energy Deposition, DED) 공정은 고 밀도 에너지원을 이용하여 용융지를 형성하고 기저부 및 재료를 완전 용융시켜 한 층씩 적층하며 제품을 제작하는 방식이다. DED 공정에서 국부적이고 급격한 열 이력에 의해 발생하는 잔류응력은 제품의 기계적 강도 저하, 균열 및 변형을 발생시킬 수 있으며, 기저부 및 적층부 형상에 따라 다르게 나타난다. 이 연구에서는 2 차원 유한요소 해석을 이용하여 DED 공정의 기저부 형상에 따른 잔류응력 특성 분석을 진행하고자 한다. 기저부 및 적층부 소재는 S45C 및 Inconel 718 을 이용하였으며, 온도 의존 열 및 기계 물성데이터는 상용 프로그램인 JmatPro 에서 도출된 데이터를 이용하였다. SYSWELD 15.5를 이용하여 2 차원 유한요소 해석 모델을 생성 하였으며 계산을 통해 도출된 자연대류 및 등가 열 손실 계수와 고정 경계조건을 적용하였다. 적층 경로는 단방향 Zig-zag 로 설정한 후 적층 형상에 따른 CAM 경로를 고려하여 적층부를 모델링 하였다. 기저부 형상은 절삭 공정 및 3 축 적층을 고려하여 경사각에 따라 3 가지 유형으로 모델링 하였다. 적층해석 결과 기저부 형상에 각도가 증가할수록 기저부에 발생하는 잔류응력이 증가하는 경향을 보였다. 잔류응력 측면에서는 기저부의 각도를 감소 시켜야 하지만 CAM 경로를 함께 고려했을 때 기공이 발생 할 수 있는 각도는 지양해야 할 것으로 사료되었다.