핵심 적층 제조 방식 7가지 살펴보기

과거 제조 기업은 금형, 절삭, 드릴링 같은 절삭 공정을 사용하여 제품을 만들었습니다. 큰 덩어리에서 재료를 제거하는 방식이 지금까지 잘 작동했지만, 현대의 적층 제조 공정이 빠르게 이를 대체하고 있습니다. 전망에 따르면 적층 제조 산업은 2022년까지 무려 230억 달러 규모로 성장할 것으로 예상됩니다.

적층 제조는 일반적으로 세라믹 또는 금속 분말인 재료를 빌드 플랫폼 위에 층층이 쌓아 3D 객체를 만드는 컴퓨터 제어 공정입니다. 층은 열, 경화제 또는 레이저를 사용하여 경화됩니다.

이 방식은 재료를 추가하는 방식이므로 절삭 제조보다 폐기물이 적고, 따라서 비용이 낮습니다.

적층 제조의 7가지 주요 유형 각각에는 장단점이 있습니다. 비즈니스에 적합한 방식을 선택하기 위해서는 차이점을 아는 것이 필수적입니다.

비즈니스의 제조 역량을 높여줄 주요 적층 제조 유형은 다음과 같습니다.

적층 제조 공정 유형

1. 바인더 제팅(Binder Jetting)

바인더 제팅은 재료 제팅 또는 잉크젯 분말 프린팅으로도 알려져 있으며, 가장 일반적인 적층 제조 유형 중 하나입니다.

이 방식은 일반적인 사무용 프린터와 유사하게 작동하지만, 3차원 객체를 프린트합니다. 종이에 잉크를 분사하는 대신, 바인더 제팅은 분말 재료에 접착제를 분사합니다. 프린트 헤드가 수평 및 수직으로 이동하며 패스할 때마다 새로운 빌드 재료 층을 쌓습니다.

바인더 제팅으로 다음을 포함한 다양한 재료를 사용하여 객체를 제조할 수 있습니다:

• 석고 분말(초크)
• 플라스틱
• 세라믹
• 금속
• 유리
• 모래

바인더 제팅은 진입 비용이 상대적으로 낮고 재료가 저렴하기 때문에 가장 저렴한 적층 제조 공정 중 하나입니다. 대부분의 다른 적층 제조 공정보다 빠르게 객체를 만들 수 있으며 풀 컬러로도 가능합니다.

많은 이점이 있지만, 바인더 제팅 제품은 깨지기 쉽고 세척 및 경화 등 후처리가 필요하며, 이는 지루하고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다.

2. 지향성 에너지 증착(Directed Energy Deposition, DED)

지향성 에너지 증착(DED)은 용접 원리를 사용하여 3차원 객체를 만듭니다. 재료(일반적으로 금속 와이어 또는 분말)가 레이저나 전자빔 같은 집중된 에너지원에 의해 녹습니다. 액체 재료가 빌드 플랫폼에 정밀하게 부어지면 빠르게 경화되어 층을 형성합니다. 이 과정은 객체 프린팅이 완료될 때까지 반복됩니다.

DED의 중요한 이점 중 하나는 단순한 아이템 생성뿐만 아니라 기존 부품이나 프리폼을 수리하고 재료를 추가하는 데도 사용할 수 있다는 것입니다. 또한 단일 프린팅 공정에서 여러 재료를 활용할 수 있습니다.

3. 재료 압출(Material Extrusion)

재료 압출은 핫 글루 건과 유사하게 작동합니다. 재료가 코일에서 프린터로 공급됩니다. 노즐 팁이 가열되어 재료를 녹입니다. 액체 재료가 빌드 플랫폼에 층층이 놓이면 식고 굳어 객체를 형성합니다.

많은 기업과 심지어 취미 사용자들도 저렴한 장비와 재료 덕분에 재료 압출을 즐깁니다.

이 방식은 적층 제조 중 가장 저렴하지만 제한도 있습니다. 가열 요소가 금속 같은 고밀도 재료를 녹일 만큼 강력하지 않아 플라스틱 폴리머만 사용할 수 있는데, 이는 툴링 및 고정구 같은 일부 애플리케이션에는 충분히 내구성이 없을 수 있습니다.

4. 분말 베드 융합(Powder Bed Fusion, PBF)

분말 베드 융합은 전자빔 용융(Electron Beam Melting, EBM)이라고도 하며, 일반적으로 플라스틱, 금속, 모래, 또는 모래와 혼합된 세라믹 분말인 큰 베드의 분말 재료로 시작합니다.

분말은 레이저나 전자빔을 사용하여 선택적으로 융합됩니다. 한 층의 재료가 융합되면 작업 영역이 내려가고, 같은 과정을 사용하여 새 층이 위에 쌓입니다.

PBF를 사용하면 객체의 복잡성 수준이 높아 일부 다른 적층 제조 유형으로 만든 객체보다 더 강합니다. 분말 베드가 필요하므로 깨끗한 작업 환경을 유지하기 어렵습니다. 분말 재료를 처리할 수 없는 좁은 공간에는 최적의 옵션이 아닙니다.

• 적층 제조 공정
• 적층 제조를 위한 3D 프린팅 - 알아야 할 사항

5. 시트 라미네이션(Sheet Lamination)

시트 라미네이션은 초음파 적층 제조(Ultrasonic Additive Manufacturing, UAM) 또는 적층 객체 제조(Laminated Object Manufacturing, LOM)로도 알려져 있습니다. 얇은 재료 시트를 쌓고 초음파 용접, 접합, 또는 브레이징으로 결합하는 적층 제조 공정입니다. 층이 쌓이면서 객체 형태를 갖춥니다.

모든 층이 쌓이고 라미네이트되면 CNC 머신이나 레이저 커터가 여분의 재료를 제거하여 객체의 최종 형태를 만듭니다.

다중 층으로 작동하므로 시트 라미네이션은 다양한 재료를 레이어링하고 풀 컬러로 프린트할 수 있으며, 일부 다른 적층 제조 공정보다 훨씬 저렴합니다.

시트 라미네이션은 상대적으로 저렴하지만 어느 정도 후처리가 필요하며 지루하고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 종이, 플라스틱, 금속 등 시트 형태로 제공되는 재료로 제한됩니다. 라미네이션 완료 후 객체를 다듬어야 하므로 이 적층 제조 공정에도 약간의 폐기물이 발생합니다.

6. 광중합조형(Vat Polymerization)

광중합조형은 분말 베드 융합과 유사하지만 분말 베드 대신 광중합체 수조(resin)를 사용하며, 자외선 레이저로 층층이 경화시킵니다. 한 층이 완료되면 더 많은 수지가 추가되고 다음 층이 쌓입니다. 이 과정은 객체가 완료될 때까지 계속됩니다.

수지가 꽤 비쌀 수 있지만, 광중합조형은 높은 정확도와 좋은 마감으로 객체를 빠르게 제작할 수 있습니다.

이점에도 불구하고, 광중합조형 제조업체는 광경화성 수지 재료만 사용할 수 있으며 상당한 수준의 후처리를 수행해야 합니다. 프린팅된 객체는 사용 전에 수지에서 꺼내 세척해야 합니다.

7. 재료 제팅(Material Jetting)

바인더 제팅과 유사하게 재료 제팅은 재료를 층층이 쌓아 객체를 만듭니다. 그러나 분말 베드에 접착제를 층층이 쌓는 대신, 재료 제팅은 왁스 같은 재료를 녹여 빌드 플랫폼에 방울을 정밀하게 증착합니다. 층이 쌓이면서 객체 형태를 갖춥니다.

많은 제조업체가 상대적으로 저렴하고 뛰어난 정확도와 고품질 표면 마감을 제공하기 때문에 재료 제팅을 활용합니다. 불행히도 재료 제팅은 왁스 같은 재료만 사용할 수 있어 깨지기 쉽습니다. 또한 한 방울씩 쌓아 올리므로 객체 제작에 더 오랜 시간이 걸립니다.

어떤 적층 제조 유형이 귀사에 적합한가?

적층 제조 방식을 선택하기 전에 프로젝트에서 무엇이 필요한지 생각하는 것이 중요합니다. 예산 친화적인 옵션을 찾으시나요, 아니면 더 강한 빌드 재료를 사용해야 하나요? 어떤 필요가 있든 귀사의 생산에 도움이 될 적층 제조 공정이 있습니다.

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