MIT팀, 새로운 3D 프린팅 금속 소재 디자인 공모전에서 3위 차지

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미국은 2030년에 판매되는 모든 신차의 절반을 배출가스 없는 전기자동차로 만들겠다는 목표에 한 걸음 더 가까워질 수 있습니다. 이는 자동차 제작을 위한 것이 아니라 단 몇 개의 개별 부품만으로 자동차를 찍어내는 다이캐스팅 금형을 위한 새로운 유형의 강철을 개발한 두 명의 MIT 학부생과 독일의 대학원생 코치 덕분입니다.

MIT 3학년 Ian Chen과 Kyle Markland '22가 ASM Materials Education Foundation의 2022 학부 디자인 공모전에서 3위를 차지했습니다. 이들에게 영예를 안겨준 3D 프린팅 가능한 강철 합금은 자동차 제조업체 Tesla가 대중화하고 순수 전기 Model Y를 조립하는 데 사용된 Giga-casting이라는 혁신적인 제조 접근 방식에서 영감을 받았습니다.

Chen은 9월 12일 뉴올리언스에서 열린 시상식에서 상을 받았으며 Chen과 Markland는 상금 1,000달러를 공유하게 됩니다. ASM 재료 교육 재단(ASM Materials Education Foundation)은 재료 공학 조직인 ASM International의 자선 사업부입니다. 그 목적은 학생과 교사에게 응용과학 경력을 장려하는 것입니다.

디자인 도전

Chen과 Markland의 프로젝트는 MIT 열석회 실습 교수인 Gregory Olson이 가르친 지난 봄 수업 3.041(전산 재료 설계)에 뿌리를 두고 있습니다. Olson은 컴퓨터 모델링과 시뮬레이션을 사용하여 새로운 재료를 이해하고 설계하는 컴퓨터 재료 과학 분야의 세계 최고의 학자 중 한 명입니다. 그의 방법론은 Apple이 Apple Watch를 만드는 데 사용되었으며 Tesla CEO Elon Musk의 관심을 끌었습니다.

올슨은 머스크에 대해 "좋은 주행 거리를 갖춘 저렴한 전기 자동차를 얻기 위해 알루미늄 구조를 저렴하게 만들어야 했습니다"라고 말했습니다. "그래서 그는 소형 자동차 모델의 다이캐스팅 종류를 보고 '왜 규모를 키우지 않느냐? 차 전체를 주조하겠다'고 말했습니다."

Tesla는 다이캐스트가 가능한 알루미늄에 대해 Olson의 컴퓨터 접근 방식을 사용했습니다. 이는 용융된 금속을 주형에 부어 물체를 만드는 금속 주조 공정입니다. 자동차는 일반적으로 수백 개의 다이캐스트 부품(엔진 실린더, 브래킷 및 기타 구성 요소)을 사용하여 제작되며 나중에 자동화된 조립 라인에서 조립되어 차량을 만듭니다. Giga Press로 알려진 대형 주조 기계의 이름을 딴 Giga-casting 공정은 대신 2~3개의 대형 자동차 부품만 주조하므로 공정의 복잡성과 관련 비용이 크게 줄어듭니다.

문제는 "공정 규모를 확대하면 열 전달 속도가 느려지고 사이클 시간이 너무 길어진다"는 것입니다. 즉, 액체 금속을 냉각하는 데 더 오랜 시간이 걸리므로 전체 공정의 효율성이 떨어지고 비용이 더 많이 듭니다. .

"등각적 냉각"이라는 기술이 도움이 될 수 있습니다. 그 안에는 좁은 채널이 주조되는 물건의 모양을 따르거나 따르며 냉각을 가속화하기 위해 냉각수나 물이 통과합니다.

그래서 도전이 구체화되었습니다. SpaceX와 Tesla의 재료 엔지니어링 부사장이자 Olson의 전 학생이었던 Charles Kuehmann은 "인쇄 가능한" 공구강이라고도 불리는 더 나은 금형강이 필요하다는 점을 확인했습니다. 이는 3D로 로드할 수 있는 재료입니다. 더 나은 강도와 ​​열 특성을 갖춘 새로운 다이를 인쇄하는 프린터입니다. Olson은 "기존 강철을 인쇄하려고 하면 매우 부서지기 쉽고 균열이 발생하기 쉽다"고 말했습니다.

해외 생산

학생 팀의 고문으로 Olson은 2020년 전염병 폐쇄 기간 동안 독일로 돌아온 Paderborn University의 MIT 방문 학생인 Florian Hengsbach를 선택했습니다.

Hengsbach의 박사 학위 논문은 MIT 프로젝트에 이보다 더 적합할 수 없었습니다. 적층 가공을 위한 공구강 설계는 3D 프린팅과 동의어로 자주 사용되는 용어입니다. 그의 지도교수는 Paderborn의 기계공학 대학 학장이자 재료 과학 부서의 책임자이자 적층 가공 전문가인 Mirko Schaper입니다.