적층제조 소재별 변형 경향 분석 및 변형 핵심인자 연구

Analysis of Deformation Trends Based on Additive-Manufacturing Materials and Key Deformation Factors

본 연구는 금속 적층제조에서 소재별 변형 경향과 원인 인자를 분석했다. Ansys Additive Solution으로 동일 형상· 조건에서 5개 금속(Copper, AlSi10Mg, 316SS, Inconel625, Ti-6Al-4V)의 변형을 정량 비교한 결과, 최대 변형은 Copper < AlSi10Mg < 316SS < Inconel625 < Ti-6Al-4V 순이었고, Ti-6Al-4V의 수축율이 AlSi10Mg 대비 145.92% 높은 결과를 나타내었다. 반경 방향 수축율은 Copper 0.88%, AlSi10Mg 0.98%, 316SS 1.12%, Inconel625 1.32%, Ti-6Al-4V 1.43%로 나타났다. 변형 차이의 원인을 파악하기 위해 녹는점·열팽창계수(CTE)·열전도도와 수축율의 상관관계를 분석한 결과, 단일 물성보다 세 물성이 유기적으로 결합해 변형이 결정되며, 특히, CTE와 수축율은 역비례 관계를, 녹는점과 열전도도는 비선형적 관계를 나타냈다. 본 결과는 공정 설계 시 소재 선정과 변형 예측에 활용 가능할 것으로 기대된다.

This study evaluates material-dependent deformation in metal additive manufacturing and isolates key causal factors. Using the Ansys Additive Solution, we quantitatively compare copper and four alloys—AlSi10Mg, 316SS, Inconel625, and Ti-6Al-4V—under identical geometry and build conditions. The deformation level is ranked as follows: Copper < AlSi10Mg < 316SS < Inconel625 < Ti-6Al-4V. Ti-6Al-4V exhibits 145.92% greater shrinkage than AlSi10Mg. The radial shrinkage rates are as follows: Copper, 0.88%; AlSi10Mg, 0.98%; 316SS, 1.12%; Inconel625, 1.32%; and Ti-6Al-4V, 1.43%. Correlation analyses show that deformation is governed by the synergy among melting point, coefficient of thermal expansion (CTE), and thermal conductivity. Shrinkage is inversely correlated with the CTE, whereas melting point and thermal conductivity exert nonlinear effects. The results provide quantitative guidance for material selection and deformation prediction in process design, thus supporting the optimization of additive manufacturing.