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능동재료를 사용한 기계가공공정의 최근 기술개발 현황 및 전망

전문가 제언: ○ 능동재료(active material 또는 smart material)는 주위에 전기자기장을 가해, 기계적인 힘과 운동량을 다른 형태의 에너지로 변환하거나 또는 역으로 에너지를 운동량으로 변환하는 성능을 가진 기능성재료이다. 기계가공분야의 감시 및 제어 공정에 능동재료를 응용한 감지장치와 액추에이터를 사용하여 가공 성능을 크게 발전시켰다.

○ 능동재료로 가장 많이 사용하는 재료의 형태는 압전재료(piezoelectric materials), 자기변형재료(magnetostrictive materials), 자기유변유체(magnetorheological fluid) 전기유변유체(electrorehological fluid) 등이 있으며, 최근 파이버광학 센서, 형상기억합금, 다기능복합재료, 바이오재료 등에 능동재료의 활용이 점차 증대하고 있다.

○ 압전재료는 센서의 기능과 작동기의 기능을 모두 갖고 있는 기계전기적인 특성 때문에 기계시스템에 대표적으로 사용한다. 실제적인 적용분야는 FTS(Fast Tool Servo)방식 다이아몬드 선삭작업, 초음파진동 기계가공, 압전변환기를 적용한 진동제어장치, 종횡비(aspect ratio)가 큰 보링가공, 초정밀 위치고정 테이블 등에 사용한다.

○ 자기변형재료는 변형률과 피로파괴 저항력이 크고 저전압장치의 구현이 가능하며, 변형률(strain)과 자기장(magnetic field)영역을 가역적으로 변할 수 있다. 이러한 특성 때문에, 보링 바 진동의 능동제어, 히스테리시스를 극복할 수 있는 슬라이딩모드 제어장치, 선삭공정의 정밀 포지셔너 등에 효율적으로 사용한다.

○ 미국과 유럽의 대학과 연구기관에서는 능동재료 응용연구실을 두고, 자동차, 항공, 바이오 등 산업현장의 위탁과제를 협력연구체제로 추진하고 있다. 기계가공은 물론 나노분야, MEMS(Micro Electro mechanical Systems) 및 군사목적에도 소요가 더욱 증대할 것으로 예측되므로, 국내에서도 능동재료 활용기술개발에 산․학․연․군이 협력하여 적극 참여할 것을 제안한다.

저자: Gyuhae Park, Matthew T. Bement, Daniel A. Hartman, Ronald E. Smith, Charles R. Farrar
자료유형: 학술정보