적층 제조 vs 절삭 제조: 핵심 차이점 및 응용 분야

최근 몇 년간 적층 제조와 절삭 제조는 전 세계적으로 눈에 띄는 영향을 미쳤습니다. 기술 발전 덕분에 많은 산업이 부품의 혁신적인 생산으로부터 혜택을 누리고 있습니다.

적층 제조와 절삭 제조는 구현 방법에 차이가 있지만, 겹치는 응용 모드 때문에 서로 의존합니다. 그러나 시제품이나 부품을 제조하는 데 사용되는 공정은 생산량과 제품 개발 단계와 같은 다른 요인에 따라 달라집니다.

이 정보성 문서는 적층 제조와 절삭 제조를 비교합니다. 또한 두 제조 공정의 주요 차이점, 장단점, 주요 응용 분야를 강조합니다.

적층 제조란 무엇인가요?

적층 제조는 흔히 3D 프린팅으로 알려져 있으며, 기본 소재 위에 소재를 층층이 쌓아 3D 객체를 생성하는 산업용 컴퓨터 제어 공정입니다.

이 방법의 핵심은 소재를 함께 추가하여 새로운 객체를 만드는 것입니다. 또한 적층 제조는 프린팅 공정에 따라 다양한 소재를 사용합니다. 이 소재들은 금속 합금, 열경화성 폴리머, 복합재, 열가소성 수지 등으로 다양합니다.

또한 AM 기술의 적용은 항공우주 및 의료 산업에서 시작되었지만 이제 다른 산업으로 확장되었습니다. 자동차, 석유, 가스, 중장비 등의 최종 사용 산업이 그 확대된 적용 범위의 예입니다.

적층 제조 공정의 유형

일반적으로 적층 제조를 분류하는 표준은 공정을 7가지 범주로 나누며, 여기에는 다음이 포함됩니다:

바인더 제팅(Binder Jetting)

이것은 분말 베드에 바인더를 선택적으로 증착하여 고체 층을 형성하는 적층 제조 공정입니다. 또한 이 유형의 3D 프린팅 공정에 사용되는 소재는 입상 형태여야 하며 금속, 모래, 세라믹 등이 포함됩니다.

또한 바인더 제팅은 롤러를 사용하여 분말 소재를 빌드 플랫폼에 고르게 펼칩니다. 다음 단계는 분말 소재에 바인더 접착제를 선택적으로 증착하는 것입니다. 그런 다음 롤러가 접착제가 있는 이전 층 위에 또 다른 분말 층을 펼치고, 전체 객체가 형성될 때까지 과정이 반복됩니다.

직접 에너지 증착(Directed Energy Deposition, DED)

이 방법은 3D 객체를 구성하는 복잡한 공정입니다. 사용되는 소재는 보통 분말 또는 금속 와이어입니다. 소재는 빔이나 레이저 같은 집중된 에너지원을 통해 녹은 다음 빌드 플랫폼에 정밀하게 부어집니다. 액체가 굳어 층을 형성하고, 최종 단계까지 과정이 반복됩니다.

소재 압출(Material Extrusion)

이 공정은 글루 건의 도움을 받아 작동합니다. 이 기능은 코일을 통해 소재를 프린터로 쏘아 보냅니다. 노즐 팁이 열로 소재를 녹이고, 빌드 플랫폼에 층층이 놓아 굳혀 객체를 형성합니다. 이 유형은 몇 가지 한계가 있지만 적층 제조 중 가장 비용이 많이 드는 형태입니다.

분말 베드 융합(Powder Bed Fusion, PBF)

PBF에는 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 선택적 레이저 소결(SLS), 선택적 열 소결(SHS), 전자빔 용융(EBM), 직접 금속 레이저 용융(DMLM) 등 다양한 AM 공정이 포함됩니다. 또한 이 방법은 레이저, 빔, 또는 프린트 헤드를 사용하여 미세한 소재 층을 3D로 녹여 융합합니다. 이후 제품에서 여분의 분말을 털어냅니다.

시트 라미네이션(Sheet Lamination)

시트 라미네이션의 두 가지 주요 방법은 적층 물체 제조(LOM)와 초음파 적층 제조(UAM)입니다. UAM은 얇은 금속 시트를 초음파 용접으로 결합하는 반면, LOM은 접착제 코팅된 종이 시트를 원료로 사용하여 시각적 및 미적 모델링 객체에 가장 적합합니다.

광중합체 수조 광중합(VAT Photopolymerization)

VAT 광중합은 액체 레진 광중합체의 수조에서 객체를 생성합니다. 광중합 공정은 자외선의 도움으로 미세한 레진 층을 경화시킵니다. 이후 이 광선은 거울을 사용하여 객체를 향해 방향을 잡습니다.

소재 제팅(Material Jetting)

이 방법은 바인더 제팅과 유사하지만 왁스를 사용합니다. 분말 베드에 접착제를 사용하는 대신 객체를 생성하기 위해 소재를 유사하게 층층이 쌓습니다. MJ는 빌드 플랫폼에 왁스를 증착합니다. 대부분의 생산자는 MJ가 더 저렴하고 더 나은 정확도로 고품질 표면 마감을 제공하기 때문에 선호합니다.

적층 제조의 장단점

장점

적층 제조의 몇 가지 장점은 다음과 같습니다.

• 높은 효율성과 폐기물 제거
• 설계에서 생산까지 더 빠른 경로
• 복잡한 설계 쉽게 생성

단점

• 다른 공정에 비해 제한된 소재 범위
• 금속 사용 시 비용이 많이 들 수 있음
• 대량 생산에 적합하지 않음

절삭 제조란 무엇인가요?

이름에서 알 수 있듯이 절삭 제조는 객체의 일부를 제거하여 새로운 제품을 만드는 것을 의미합니다. 또한 금속, 플라스틱, 나무의 단단한 블록에서 일부를 잘라내는 것일 수 있습니다. 좋은 예로 밀링 머신이 금속이나 플라스틱을 깎아내는 것을 들 수 있습니다.

또한 이 제조 기술은 최종 사용 소재에서 설계, 시제품 제작, 제조를 가능하게 합니다. 특정 기계적 특성이나 마감을 얻기 위한 소량 및 대량 생산 모두에 완벽한 옵션입니다. 알루미늄, 황동, ABS, 델린(Delrin), 나일론, PEEK, PVC, 플렉시글라스, PCA, 폴리프로필렌, 목재 등의 금속이나 레진과 작동합니다.

또한 절삭 제조 기술에서는 강도, 유연성, 화학적 저항성 또는 기타 유전 특성을 위해 설계를 소재와 매칭하기가 더 쉽습니다.

절삭 제조 공정의 유형

일반적인 절삭 제조 유형에는 절단, 가공, 연마가 있습니다. 각각의 세부 사항은 아래와 같습니다.

레이저 절단

이 공정은 레이저를 사용하여 다양한 소재를 형상대로 절단합니다. 또한 이 공정에서 파생된 소재는 일반적으로 산업 및 예술 분야에서 사용됩니다.

레이저 절단 공정에서 컴퓨터 수치 제어(CNC)와 광학 장치가 강력한 레이저 빔을 소재에 향하게 합니다. 모션 제어 시스템은 CNC가 소재를 절단할 때 원하는 패턴을 따르도록 돕습니다. 이후 기화 또는 고압 제트 가스가 고품질 표면 마감을 보장합니다.

CNC 가공

CNC 가공은 사전 프로그래밍된 컴퓨터 소프트웨어가 산업용 도구와 기계를 안내하는 생산 유형입니다. 이 절삭 제조 유형은 단일 명령 세트로 3차원 절단 작업을 완료합니다.

그러나 CNC 시스템을 켜기 전에 필요한 절단을 소프트웨어에 프로그래밍하는 것이 필요하며, 이는 차례로 적절한 장비와 기계에 정의된 치수 작업을 수행하는 방법을 지시합니다.

오류 발생 가능성이 있지만, CNC 기계가 동시에 여러 방향으로 절단할 때 더 커지더라도, 수치 시스템 내의 코드 생성기는 CNC 프로그래밍에서 메커니즘이 완벽하다고 자주 가정합니다. 숫자 제어 시스템에서 도구의 배치를 결정하는 입력 세트를 파트 프로그램이라고 합니다.

연마(Abrading)

연마 공정은 연마재를 사용하여 소재의 일부를 갈거나 닦아내는 것을 포함합니다. 연마재는 소재를 갈고, 샌딩하거나 광택을 내는 거친 물질입니다. 또한 지속적인 문지름이나 표면 매끄러움을 통해 소재 부품을 제거할 수 있습니다. 연마재를 단단한 표면에 부착하거나 현탁액으로 액체에 첨가할 수도 있습니다. 더 효율적이려면 제거하려는 소재보다 더 단단해야 합니다.

방전 가공(EDM, Electrical Discharge Machining)

EDM은 원하는 형상을 얻기 위해 전기 방전을 사용하는 절삭 제조 기술입니다. 스파크 가공, 스파크 침식, 다이 싱킹, 와이어 버닝, 와이어 침식이라고도 합니다.

또한 유전체 액체로 분리되고 전압에 노출된 두 전극(공구 전극과 공작물 전극) 사이에서 빠르게 반복되는 전류 방전 시리즈를 사용하여 작동합니다. EDM 공정의 정점은 공작물에서 소재가 제거되는 것입니다. 또한 이 공정에서 공구와 공작물은 물리적 접촉을 하지 않습니다.

절삭 제조의 장단점

장점

• 금속, 플라스틱, 나무, 복합재 등 다양한 소재에 적용 가능
• 구멍, 실린더, 나사산, 평면 등 모든 형상에 사용 가능
• 매끄러운 표면 얻기에 이상적
• 0.0025mm의 엄격한 공차로 높은 정확도 생산

단점

• 소재 낭비와 칩 발생. 칩은 재활용 가능하지만 여전히 폐기물
• 적층 제조보다 시간이 더 걸림

적층 제조 vs 절삭 제조: 차이점은 무엇인가요?

적층 제조 공정은 소재를 층층이 추가하여 제품을 만드는 반면, 절삭 제조는 고체 소재의 일부를 제거하여 제품 부품을 만듭니다.

적층 및 절삭 제조 공정은 시제품과 제품을 개발하는 각자의 방식이 있지만, 생산에 다르게 접근합니다.

아래는 적층 제조와 절삭 제조 사이의 주목할 만한 차이점들입니다.

소재 옵션

적층 제조와 절삭 제조를 비교할 때, 소재 옵션은 두 제조 방식의 주요 차이점 중 하나입니다. 적층 제조 공정에는 좁은 범위의 소재만 사용할 수 있습니다. 또한 이 공정의 소재는 주로 플라스틱 파생물입니다. 세라믹, 생화학, 열가소성 수지, 금속, 레진도 적층 제조 공정에서 사용되는 기타 소재들입니다.

반면 절삭 제조는 단일 고체 소재로 시작합니다. 또한 이 소재는 유리, 금속, 플라스틱, 나무, 복합 소재, 플라스틱 파생물일 수 있습니다.

구현 가능한 복잡성

적층 제조와 절삭 제조 사이의 복잡한 설계에 관해서는, 적층 제조가 이상적이며 절삭 제조는 덜 복잡한 설계에 가장 적합합니다. 하지만 대량으로 복잡한 설계를 생산해야 할 때는 절삭 제조가 우위에 있습니다.

정확도

적층 제조에 사용되는 기계와 비교할 때, 절삭 기계가 더 정확합니다. 또한 적층 제조를 사용하여 높은 정확도를 달성하려면 프린팅 후 가공이 필요합니다.

완성 부품의 특성

적층 제조로 제작된 제품은 표면에 미세한 기공이 있는 경우가 많습니다. 또한 이러한 기공은 구조적 약점을 초래하고 의료 분야에 사용되는 제품의 경우 식품 오염이나 감염을 초래할 수 있습니다. 따라서 적층 공정으로 제조된 제품은 더 나은 제품 특성과 외관을 얻기 위해 세척과 마감이 필요합니다.

반면 컴퓨터 수치 제어(CNC) 가공을 통해 절삭 공정으로 제조된 제품은 더 강한 부품을 생산합니다. 또한 이 부품들은 더 공차에 강하고 적층 제조로 생산된 부품보다 더 나은 마감을 가집니다.

표면 마감 선택

표면 마감 옵션은 절삭 제조와 적층 제조를 비교할 때 고려해야 할 요소이기도 합니다.

적층 제조는 분말 베드 융합과 결합할 때 열악한 표면 마감을 초래합니다. 종종 부분적으로 융합된 분말과 증착 층이 제품에 보여 표면이 거칠어집니다.

또한 거친 표면을 가진 제품은 피로도 측면에서 성능이 저하되고 골절되기 쉽습니다. 표면 가공이나 쇼트 피닝으로 더 매끄러운 표면을 만들 수 있지만, 내부 표면과 작은 특징은 종종 고려하지 않습니다.

반대로 CNC 절삭 제조는 더 매끄러운 마감과 더 나은 공차를 생산합니다.

속도

배치 크기와 설계의 사용 사례가 적층 제조 공정의 속도를 결정합니다. 또한 적층 제조가 절삭 제조보다 가진 장점 중 하나는 3D 프린팅이 시제품 제작과 소량 생산에 필요한 총 시간을 더 빠르게 만든다는 것입니다. 하지만 절삭 제조와 비교하면 3D 프린팅으로 단일 부품을 프린트하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다. 게다가 3D 프린팅은 플라스틱 부품의 대량 생산에는 그만큼 빠르지 않습니다.

적층 제조 vs 절삭 제조 비교표

절삭 vs 적층 제조 비용: 어느 것이 더 비싼가?

기계 및 툴링 비용

정밀 적층 제조 장비를 구입하고 설치하는 것은 꽤 비쌉니다. 이는 기계 투자가 적층 제조 비용의 가장 높은 기여자임을 의미합니다.

적층 제조의 경우 툴링 비용이 총 생산 비용의 5%를 차지하며, 이는 절삭 제조에 대한 적층 제조의 장점 중 하나입니다.

또한 층층이 프린팅하는 방식은 적층 제조 공정을 다양한 제품에 매우 적응 가능하게 만들어 비용을 절약합니다. 반면 각 절삭 제조 공정마다 툴 설계가 중요합니다.

노동 비용

두 방법 모두 고도로 자동화된 특성으로 인해 노동 비용은 총 비용의 작은 비중을 차지합니다. 두 제조 방식 모두에서 부품을 단순화하면 노동력을 줄이는 데 도움이 됩니다.

또한 단순화는 제품 재설계를 통해 필요한 부품 수를 줄이는 것을 포함합니다. 이 재설계는 생산, 조립, 후처리 비용도 줄이는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 노동 비용은 적층 제조에서 생산 비용의 10% 미만을 차지합니다.

소재 비용

적층 제조에 사용되는 소재는 절삭 제조에 사용되는 소재보다 종종 더 비쌉니다. 국제 원가 추정 및 분석 협회에 따르면, 적층 제조용 소재는 중량 기준으로 절삭 제조용 소재보다 8배 더 비쌉니다.

또한 정확한 소재와 적층 공정이 적층 제조의 정확한 비용을 결정합니다.

후처리 비용

제조된 부품은 종종 최종 상태에 도달하기 위해 후처리가 필요합니다. 이는 금속 부품의 광택을 개선하기 위한 세척이나 연마를 포함합니다. 또한 정밀 기계 시스템을 사용하여 적층 제조된 제품은 여분의 소재를 제거하는 과정을 포함합니다.

무엇보다 두 제조 공정의 후처리 비용은 유사하며 불가피합니다.

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적층 vs 절삭 제조의 응용 분야

적층 제조 응용

더 많은 기업이 적층 제조 기술을 채택하고 이를 절삭 제조와 창의적으로 결합하는 방법을 찾으면서, 다음과 같은 광범위한 응용 분야를 갖게 되었습니다:

• 주얼리 생산
• 항공우주 산업
• 에너지 사용 개선
• 산업용 모델 제작
• 로봇 및 전자 기계 시스템
• 고체 자유형 형상
• 메타물질, 전자기학, 3D 전자공학
• 치과 및 의료 요소

절삭 제조 응용

이 제조 공정은 대량 생산에 이상적이며, 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 윤곽 프로파일 및 텍스처 표면 제작
• 가정용, 자동차, 전자, 항공우주, 치과 및 의료 산업을 위한 절단 기능

하이브리드 공정: 설계에서 시제품으로 구현

하이브리드 시스템은 절삭 제조에 대한 적층 제조의 장점과 그 반대를 극대화하는 경향이 있습니다. 또한 절삭 제조의 장점과 적층 제조의 다재다능함을 결합합니다. 특수 기계가 두 시스템을 모두 처리하며, 부품 수리에 매우 효과적입니다. 하이브리드 제조는 복잡한 부품을 쉽게 생산할 수 있게 합니다. 부품을 층층이 쌓은 다음 밀링 공구로 마감할 수 있기 때문입니다.

RapidDirect는 표준 등록 번호 ISO 9001:2015를 가진 인증 회사로, 이러한 제조 공정을 설계에서 시제품까지 구현합니다. 또한 요구되는 표준을 유지하면서 고객의 요구를 충족하는 최고 품질의 부품을 생산합니다.

또한 즉석 견적을 제공하고 최고의 자동화된 DfM 분석을 보장합니다. 더욱이 강력한 제조 역량과 성실한 인력을 결합하여 최고 품질 부품의 적시 납품을 보장합니다.

FAQ

세계는 폐기물 감소로 기울고 있어 적층 제조가 더 나은 옵션입니다. 또한 적층 제조는 층층이 쌓아 완제품을 만드는 자연 공정을 모방합니다. 절삭 제조보다 덜 낭비적입니다. 또한 더 빠르고 복잡한 설계를 더 잘 생산합니다.

사출 성형은 적층 제조인가요? 아니요, 사출 성형은 적층도 절삭도 아닌 제조 공정입니다. 대신 대량 생산을 돕는 제조 공정입니다. 또한 여기서 생산은 의도한 완제품 모양을 가진 금형에 용융 소재를 주입하여 이루어집니다.