재료 과학이 제조업의 미래를 어떻게 발전시키는가

제품 디자인 및 제조 발전을 위해 필수적인 산업 간 학문인 재료 과학은 혁신과 창의적 사고로 정의되는 분야입니다.

이는 미세 구조와 개별 원자 및 분자의 배열이 재료의 거동에 어떻게 큰 영향을 미칠 수 있는지, 원하는 성능에 영향을 미치기 위해 구조를 조작할 수 있는 방법을 포함하여 재료가 모든 수준에서 거동하는 방식에 중점을 둡니다.

공학, 물리학, 화학의 교차점에 있는 재료 과학은 신제품 개발에서 가장 중요한 고려 사항이며, 종종 정교하고 독특한 특성을 만들어냅니다.

재료 과학은 물리적 지식과 화학적 지식 사이의 관계와 금속과 폴리머부터 복합재료와 나노재료에 이르기까지 다양한 재료를 가공하여 더 나은 성능을 얻을 수 있는 방법을 심층적으로 탐구합니다.

여기에는 보다 효율적인 생산 프로세스, 부품 수명 연장, 유지 관리 감소와 같은 상업적으로 유익한 이점이 포함될 수 있으며, 의료 결과 개선, 에너지 및 환경 지속 가능성 향상과 같은 보다 근본적인 사회적 이점을 통해 스포츠 우수성과 항공우주 기술을 가능하게 합니다.

재료의 미세 구조에 영향을 미치면 재료의 유연성을 포함하여 재료가 얼마나 늘어나거나 구부러질 수 있는지에 따라 몇 가지 놀라운 동작이 나타날 수 있습니다.

또한 재료의 경도에 영향을 주어 내부식성을 높이거나 전기나 열을 전도하는 능력에 영향을 미칠 수 있습니다.

나중에 논의할 완벽한 예는 형상 기억 합금, 즉 열을 가하면 구부러지고 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 금속입니다.

한때 주로 프로토타입 제작을 위한 것으로 생각되었던 적층 제조는 항공우주, 전자, 자동차, 의료 기기 등 미래 지향적인 제조 산업에서 예비 부품 개발, 소규모 시리즈 생산 및 툴링에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

혁신적인 제조의 최전선에 있는 산업 중에서 의료 부문은 적층 가공의 성장을 주도하는 주요 부문으로 부상했습니다.

다양한 소결 또는 레이저 기반 기술을 사용하여 금속 분말을 층별로 융합함으로써 적층 가공을 통해 전통적인 절삭 가공 방법으로는 불가능하지는 않더라도 일반적으로 매우 까다로웠던 복잡한 부품을 제작할 수 있습니다.

적층 제조의 장점에는 더 큰 설계 자유도 및 맞춤화, 제품 강도 및 기능 개선, 복잡한 부품의 조립 시간 단축, 현지 생산, 신속한 출시 시간, 낭비 완화, 노후화 감소, 기존 공급업체에 대한 의존도 감소, 심지어는 독특한 기계적, 행동적 특성을 지닌 신소재.

대부분의 적층 제조 부품은 기존 합금과 신규 합금 모두에서 만들어집니다. 그러나 단조와 같은 기존 공정을 통해 제조할 때 유사한 합금이 제공하는 것과 동일한 품질을 갖거나 동일한 기계적 특성을 유지하는 합금 부품은 거의 없습니다.

이들의 거동은 유사하게 반응하지 않습니다. 그 이유는 주로 적층 가공 공정에서 겪는 급속한 용융 및 응고 때문입니다.

적층 제조 산업은 금속 합금의 특성을 유지하거나 개선하는 데 어려움을 겪으면서 우수한 기계적 특성을 지닌 합금 부품 개발을 가능하게 하기 위해 재료 과학 및 공학에 주목해 왔습니다.

50년 전에 발견된 니티놀(NiTi)은 수많은 산업에 혁명을 일으킨 특히 귀중한 금속 합금입니다.

50% 원자 니켈과 50% 원자 티타늄으로 만들어진 이 제품은 고유한 특성을 갖고 있어 초탄성 및 "형상 기억 효과"를 허용합니다. 즉, 온도에 따라 모양이 바뀔 수 있습니다. 이러한 특별한 현상으로 인해 이제 니티놀은 의료, 치과 및 항공우주 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

니티놀은 가이드와이어, 카테터, 스텐트 등 최소 침습 의료 기기용 부품을 만드는 데 탁월한 소재입니다. 의료 전문가가 특히 좁은 공간을 탐색해야 하는 경우 니티놀은 필요에 따라 모양을 변경할 수 있는 유연성과 높은 압력을 견딜 수 있는 내구성을 모두 갖추고 있습니다.