사업화 유망기술

3D 프린팅용 시멘트 주물사 합성 및 주형 제조

3D 프린팅용 시멘트 주물사 합성 및 주형 제조

주물사와 3D 프린팅 기술 접목을 통하여 품목별/규격별 기자재 사양에 대한 맞춤형 다품종 소량 생산체제에 즉각적인 대응이 가능한 3D 프린팅용 시멘트 주물사 합성 및 주형 제조 기술

보유기관 : 한국생산기술연구원       거래조건 : 협의 후 결정

기술개요

주물사와 3D 프린팅 기술 접목을 통하여 품목별/규격별 기자재 사양에 대한 맞춤형 다품종 소량 생산체제에 즉각적인 대응이 가능한 3D 프린팅용 시멘트 주물사 합성 및 주형 제조 기술

특허정보

특허명 특허번호 특허명세서
3D 프린팅에 사용할 수 있는 주물사 및 그의 제조방법 10-2020-0077861
성형 복합체의 제조방법 및 그에 따라 제조된 성형 복합체 10-2020-0077863
3D 프린팅을 위한 선택적 환원 촉매 및 그의 제조방법 10-2020-0158090

기술완성도

TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계

기술개요

- 주물사와 3D 프린팅 기술 접목을 통하여 품목별/규격별 기자재 사양에 대한 맞춤형 다품종 소량 생산체제에 즉각적인 대응이 가능한 3D 프린팅용 시멘트 주물사 합성 및 주형 제조 기술

- 고전 주조 프로세스의 변혁 (시간단축, 경제성, 설계변경 용이성, 혁신성)

- 시멘트 바인더 활용으로 주형 구조의 단순화 및 주조재료 다양화 가능

- 친환경 재료 사용, 공정 간소화, 높은 치수정확도 확보 및 활용분야 확장 가능

기존 기술의 문제점

* 기존 고전 주조 프로세스의 한계

- 목형 보관 및 프로토타입 제작 한계

- 조형과정에서 작업성과 구조 다양성의 한계


* 기존 3D 프린팅 주형 제작의 한계

- (유기바인더) 페놀, 퓨란 성분의 반응성 가스 유발, 해상도 한계

- (무기바인더) 고강도를 위한 후처리 과정에 따른 공정 복잡성 및 열변형 유발

-(시멘트 슬러리) 통기성 취약 및 내부 수화물에 의한 열변형 유발

특징

* 3D 프린팅 주형 제작

- 목형 불필요 및 프로토타입 제작 용이성 (약 1달 - >1주 이내)

- 실시간 설계 수정 보완 가능 및 복잡형상 제작 가능


* 기존 3D 프린팅 주형의 한계 극복

- 높은 해상도를 통한 주조품 치수 정확도 가능

- 얇은 두께의 제품 형상 가능 및 단순 주형 구조 구현 가능

- 친환경 재료 사용, 유독가스 미발생

- 주물사의 초기 성능 회복이 가능하여 재활용 가능

- 고온, 고강도 주형 가능

특징

* 기술적용 분야 (주조 전 분야, 초고온 및 특수 금속)

- 주철, 주강 주조
- 우주 항공용 SiC 복합소재 주조
- Ti-Zr 합금 초고온 주조
- CPC 주조용 코어 주형
- 저온 주조용 반복 사용 주형
- 복잡 코어 형상 구조체

* 활용 분야 확장

- 복잡형상 촉매 구조체
- 정밀 패터닝의 전자 소재
- 굿즈 및 피규어외 일반 생활용품

시장동향

국내

- 기존 주물사 시장은 저 해상도의 대형물 사형 주조에 국한되어 교착 상태

- 환경오염 문제 해결을 위한 폐놀, 퓨란계의 유기바인더 사용량 감소 경향


국제

- 3D 프린팅용 주물사 시장 확대, 유기바인더 적용이 대부분

- 3D프린트용 무기 바인더는 특수 주조용 코어에 한정 적용

- 시멘트 활용 3D 프린팅 주조 분야는 전무
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