3D 프린팅 귀금속 - 적층 제조의 새로운 지평

최근 SmarTech 분석에 따르면 귀금속 소재 적층 제조 시장이 2028년까지 2억 5천만 달러에 달할 전망입니다. 아직 신흥 단계지만 금, 은, 백금 3D 프린팅은 이미 비교할 수 없는 맞춤화와 설계 자유도를 요구하는 고급 소량 분야, 특히 주얼리, 시계, 치과, 전자 분야를 재편하고 있습니다.

이 글에서는 귀금속 3D 프린팅의 작동 원리, 현재 한계, 애플리케이션의 잠재적 진화를 탐구합니다.

직접 제조 vs 간접 제조

제조업체는 일반적으로 간접과 직접 3D 프린팅 두 가지 접근법 중 선택합니다.

간접 제조는 3D 프린팅된 왁스 패턴(주로 스테레오리소그래피 SLA로 제작)을 로스트 왁스 주조 공정의 몰드로 사용합니다. 패턴을 내열 재료로 코팅하고 왁스를 제거한 뒤 용융 귀금속을 주입합니다. 이 방식은 장인의 시간을 아끼면서 복잡한 맞춤 디자인을 가능케 합니다.

직접 제조는 CAD 파일에서 최종 부품을 직접 만듭니다. 주로 직접 금속 레이저 소결(DMLS)이나 재료 제팅을 사용합니다. 완성된 부품이 프린터에서 바로 나오며 주조 몰드 후처리가 필요 없습니다.

직접 제조 상세

귀금속 직접 3D 프린팅은 간접 방식에 비해 아직 초기 단계입니다. 주요 걸림돌은 높은 연구 비용, 금과 은의 높은 반사율과 열전도율, 기존 AM 레이저로 완전 용융을 달성하기 어렵다는 점입니다. 그럼에도 몇몇 첨단 시스템이 이 과제를 극복하고 있습니다.

시장 출시 장비

EOS는 영국 Cooksongold와 제휴해 2014년 EOS PRECIOUS M 080을 출시했습니다. 이 시스템은 금, 은, 백금, 팔라듐 등 광범위한 귀금속 분말과 기타 합금을 수용합니다. 주얼리 브랜드 Boltenstern이 이 장비로 금과 백금 'Embrace' 컬렉션을 제작해 전례 없는 맞춤화 수준을 달성했습니다.

이탈리아 제조사 Sisma는 2014년 bronze, 금, 기타 귀금속 합금 가공이 가능한 mysint100을 출시했습니다. 2016년 더 큰 mysint300이 나와 소량 양산과 중형 부품을 지원합니다.

백금 프린팅

백금은 높은 녹는점과 반응성으로 주조가 어렵습니다. DMLS는 더 깨끗한 대안으로, Cooksongold에 따르면 주조 부품의 일반적 99.2%보다 높은 99.9% 이상의 밀도를 달성합니다.

치과 적용

크라운, 인레이, 온레이 같은 치과 보철물은 완전 치밀한 맞춤 부품을 주문형으로 생산할 수 있어 이득을 봅니다. 치과 디지털 기술 선두주자 Argen은 Concept Laser 장비로 귀금속과 비귀금속 합금을 프린팅해 고정밀 맞춤 틀니를 제공합니다.

전자 및 인쇄 도체

재료 제팅은 DMLS와 달리 미세한 전도성 잉크 방울(주로 은이나 금)을 층층이 증착하고 UV로 경화합니다. 이 공정으로 안테나, PCB, 센서 등 전자 부품을 만들 수 있습니다.

이스라엘 Nano Dimensions가 DragonFly 2020 Pro로 전도성 잉크와 절연체 잉크 동시 증착을 개척했습니다. 미국 Optomec의 Aerosol Jet HD는 에어로졸화된 은, 금, 구리, 백금 잉크로 저항기, 안테나, 스트레인 게이지를 프린팅해 범위를 넓혔습니다. Carnegie Mellon 대학 연구진은 은 나노입자로 만든 고온 스트레인 게이지가 상용 제품보다 우수함을 입증해 항공우주와 원자력 적용 가능성을 열었습니다.

미래 전망

간접 프린팅이 여전히 귀금속의 주류 방식이지만, 장비가 더 저렴해지고 분말/잉크 화학이 성숙함에 따라 업계는 점차 직접 AM으로 이동하고 있습니다. 소비자의 맞춤화 수요와 빠른 턴어라운드로 직접 프린팅된 주얼리와 치과 제품이 급증할 것으로 예상됩니다. 전자 분야에서는 금속 잉크의 지속적 발전이 인쇄 센서와 안테나의 새 시대를 열며 사물인터넷을 가속화할 것입니다.