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[IT뉴스]3D프린팅 금속 강도 최대 2배 높이는 열쇠 찾았다

온카뱅크관리자

2026-11-09 14:27:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 포스텍, '델타 페라이트' 생성 조절 
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 3D 프린팅으로 제작한 금속의 강도를 높이는 요소가 규명됐다. 챗GPT 생성 이미지
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 스테인리스를 3차원(3D) 프린터로 한 층씩 쌓아올릴 때 금속 내부에 생기는 '델타 페라이트'라는 미세 조직이 금속의 강도를 좌우하는 요인이라는 사실이 확인됐다. 델타 페라이트 생성을 조절해 금속의 강도를 최대 2배까지 높였다. 
 포스텍은 김형섭 신소재공학과 교수와 김동식·이안나 기계공학과 교수 공동연구팀이 금속 3D 프린팅 기업 VF스페이스 연구팀과 함께 레이저로 금속 와이어를 녹여 쌓은 스테인리스강이 일반 제품보다 최대 약 2배 높은 '항복강도'를 보인다는 사실을 확인했다고 9일 밝혔다. 항복강도는 금속이 힘을 받다가 원래대로 돌아오지 못하고 휘어지기 시작하는 지점의 응력 값이다. 연구결과는 국제학술지 '머티리얼즈 사이언스 앤 엔지니어링: A' 9월 8일자에 게재됐다. 
 금속 와이어를 레이저로 녹여 쌓아 올리는 3D 프린팅은 큰 금속 부품도 효율적으로 제작할 수 있어 최근 각광받고 있다. 이렇게 만든 금속의 내부 구조가 어떻게 형성됐는지는 충분히 밝혀지지 않은 상태다.
 연구팀이 사용한 '316L 스테인리스강'은 스테인리스강의 한 종류로 바닷물에도 잘 녹슬지 않아 주방용품부터 의료기기, 선박, 화학 설비까지 두루 활용된다. VF스페이스는 금속 3D 프린터로 지름 1mm인 316L 스테인리스강 와이어를 레이저로 녹여 한 층씩 쌓아 가로, 세로, 높이 4cm의 금속 블록을 만들었다. 
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 <img alt="연구팀이 3D 프린팅으로 제작한 알루미늄강. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/09/dongascience/20261109142400977axut.png" data-org-width="680" dmcf-mid="xFlmMS5TLc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/09/dongascience/20261109142400977axut.png" width="658">
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 연구팀이 3D 프린팅으로 제작한 알루미늄강. 포스텍 제공
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 포스텍 연구팀은 이 블록을 가로, 세로, 그리고 높이 방향으로 잘라 양쪽에서 잡아당기는 실험을 하고 전자현미경과 포스텍의 방사광가속기, 컴퓨터 시뮬레이션으로 내부 구조의 변화를 확인했다. 실험 결과 항복강도는 방향에 따라 약 444~514메가파스칼(MPa·1MPa는 100만 파스칼)로 나타났다. 
 금속을 길게 눌러 판재로 만드는 '압연' 방식으로 제작한 스테인리스강의 항복강도는 약 256MPa다. 3D 프린터로 만든 스테인리스강은 일반 압연 제품보다 1.7~2배 강했다. 일반적으로 금속은 단단해질수록 쉽게 부러지는 경향이 있지만 3D 프린터로 만든 스테인리스강은 원래보다 37~46% 더 늘어날 때까지 끊어지지 않고 안정적으로 버텼다. 
 연구팀은 금속 속에 형성된 델타 페라이트라는 미세 조직에서 원인을 찾았다. 금속은 원자가 균일하게 배열된 형태인데 일부 영역에는 원자의 배열 상태가 미세하게 어긋난 '전위' 결함이 있다. 금속에 힘을 가하면 이 전위가 이동하며 원자 배열이 조금씩 바뀌고 금속이 영구적으로 변형된다. 
 델타 페라이트는 금속 내부에 형성되는 결정 조직으로 주변 금속 조직과 결정구조가 달라 전위가 쉽게 통과하지 못한다. 시냇물을 따라 흐르던 낙엽이 바위를 만나 이동이 막히는 것과 유사한 원리다.
 이번 연구성과는 금속 3D 프린팅 결과물의 형상 뿐 아니라 내부 미세조직과 물성도 맞춤형으로 정밀 제어할 수 있음을 보여준 결과로 향후 우주항공, 해양플랜트 등 극한환경에 쓰이는 대형 고강도 부품의 양산에 실질적인 도움이 될 것으로 기대된다. 
 김 교수는 "이번 연구는 별도의 공정 없이도 레이저로 스테인리스강을 녹인 뒤 급랭하는 과정에서 자연스럽게 형성되는 미세 델타 페라이트 조직을 활용해 스테인리스강의 강도를 2배까지 끌어올릴 수 있음을 과학적으로 입증하는 데 큰 의의가 있다"고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1016/j.msea.2026.151074  
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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