2024년 3D 프린팅 기술 분야의 첫 번째 Nature 논문이 2월 27일에 발표되었습니다. 중국과학원 금속연구소 연구팀은 "보이드가 거의 없는 3D 프린팅을 통한 티타늄 합금의 높은 내피로성"이라는 제목의 논문을 발표했습니다.

이 논문은 기본 3D 프린팅 미세 구조가 자연적으로 높은 피로 저항성을 가지고 있으며 이러한 특성의 저하는 미세 기공의 존재로 인해 발생할 수 있다고 주장합니다. 미세 기공을 제거하려는 기존의 노력은 종종 조직을 거칠게 만드는 반면, 조직을 다시 정제하는 과정은 다공성의 재발을 초래하고 입자 경계에서 α-상 농축과 같은 새로운 단점을 유발하여 미세 구조 딜레마를 해결하기 어렵게 만듭니다.
열처리 연구 과정에서 CAS 팀은 고온에서 3D 프린팅된 티타늄 합금의 상변환과 결정립 성장이 비동기적으로 이루어지는 주요 후처리 공정 윈도우를 발견했습니다. α에서 β 상 전이는 충분한 과열로 즉시 발생하며, β상의 성장 온도에 도달했지만 결정립 경계가 재정렬되기 위해서는 임신 기간이 필요합니다. 연구진은 이 귀중한 열처리 기간을 활용하여 고온 등방성 프레스와 고온 단시간 처리를 결합한 열처리 방법을 확인했으며, 이를 통해 조직 정제를 달성하고 α 상 농축과 미세 기공의 재출현을 방지하여 궁극적으로 미세 기공이 거의 없는 거의 인쇄 상태에 가까운 3D 프린팅 티타늄 합금을 제조할 수 있었습니다.

이 미세 구조를 가진 TC4 티타늄 합금은 약 1GPa의 높은 피로 한계를 달성하여 현재 모든 적층 제조 및 단조 티타늄 합금과 기타 금속 재료의 피로 저항을 능가합니다.