레이저 초음파 검사 기반 3D 프린트 CFRP 복합재 제작결함 탐지 연구

Abstract

3D 프린트 CFRP 복합재는 제작비용이 저렴하고 유연한 설계가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 3D 프린트 CFRP 복합재는 프린팅 중 발생하는 내재적인 제작결함을 포함하고 있다. 이러한 제작결함들은 기계적 성능을 저하시킬 수 있기 때문에, 3D 프린트 CFRP 복합재의 제작결함 탐지를 위한 많은 연구들이 필요하다. 일반적으로 내부의 제작결함을 탐지하기 위하여 micro-CT가 이용될 수 있지만, micro-CT는 큰 구조물이나 큰 영역의 검사에는 적용될 수 없다는 한계를 가지고 있어 레이저 초음파 검사 기법이 제안되었다. 본 논문에서는 레이저 초음파 투과 검사 기법을 이용하여 3D 프린트 CFRP 복합재의 제작 결함들을 조사하였다. 적층 조건이 다른 세개의 3D 프린트 CFRP 복합재 시편들을 제작하였으며, 레이저 초음파 검사 결과를 통해 제작결함들을 가시화하였다. 가시화된 결함들과 유사한 결함들을 micro-CT를 이용한 검사 결과에서도 탐지하였고, 레이저 초음파 검사 결과와 비교함으로써 결함의 크기, 위치, 형태를 평가하였다. 또한, 레이저 초음파 검사 결과에서 검사자가 쉽게 정상과 결함영역을 구별할 수 있도록, 결함 초음파 신호를 진단해주는 딥러닝 모델을 만드는 연구를 수행하였다. 최종적으로, micro-CT로는 검사할 수 없는 크기의 평판 구조물에 대해서 레이저 초음파 검사를 수행하여 층간 접착분리와 같은 제작결함을 평가하고 딥러닝 모델을 적용하여 결함을 진단하였다.