적층 제조 7대 핵심 기술 완벽 분석

적층 제조(Additive Manufacturing)란?

적층 제조는 소재를 점진적으로 쌓아 올려 부품을 만드는 공정을 말합니다. 사용 소재는 금속, 세라믹, 플라스틱, 광중합체, 심지어 식품까지 다양합니다. ISO/ASTM은 모든 적층 제조 기술을 7가지 범주로 분류했습니다.

이 글에서는 7가지 적층 제조 공정의 작동 원리, 용도, 장점, 차이점을 설명합니다.

1. 바인더 제팅 (Binder Jetting)

Xometry의 바인더 제팅으로 제작한 스테인리스강 부품.

바인더 제팅은 분말 베드 기반 적층 제조 기술로, 얇은 분말 층 위에 결합제를 선택적으로 분사해 부품을 만듭니다. 공정은 프린터가 빌드 플랫폼에 균일한 분말 층(일반적으로 플라스틱, 금속, 모래, 세라믹)을 깔면서 시작합니다. 리코터 블레이드가 정확한 층 두께로 분말을 분배합니다. 보통 리코터 블레이드가 프린트 영역 옆 분말 저장통에서 분말을 쓸어옵니다. 저장통의 분말이 들려지고, 리코터 블레이드가 필요한 층 높이로 빌드 플랫폼에 분말을 펴줍니다. 다음으로 잉크젯 헤드가 분말 위를 지나며 현재 층의 부품 단면 형상에 맞춰 결합제를 분사합니다. 풀컬러 플라스틱 부품의 경우 결합제에 착색제가 들어 있어 다색 부품 제작이 가능합니다.

프린트 베드가 한 층 높이만큼 내려갑니다. 리코터 블레이드가 이전 층 위에 또 다른 분말 층을 깔고, 이 과정이 반복됩니다. 금속 바인더 제팅 시 출력 후 소결해 기공을 제거하고 기계적 강도를 높여야 합니다. 대안으로 저융점 금속 분말(예: 청동)을 주 소재와 섞을 수 있습니다. 출력 부품을 가열하면 청동이 녹아 주 금속 합금 분말 입자 사이 공간을 채웁니다.

소재	응용 분야	장점
모래 플라스틱 (PMMA, ABS, PA, PC) 세라믹 금속 (스테인리스강, 티타늄 합금)	사형 주조 금형 다색 시제품 다른 금속 프린팅 공정 대비 저렴한 금속 부품	대형 빌드 볼륨 다색 부품 가능 서포트 불필요 미사용 분말 재활용 가능 다양한 플라스틱 사용 가능

2. 분말 베드 융합 (Powder Bed Fusion, PBF)

분말 베드 융합(PBF)은 고출력 집속 에너지원으로 분말을 융합하는 적층 제조 기술군을 말합니다. 에너지원은 레이저(SLM 또는 DMLS) 또는 전자빔(EBM)일 수 있습니다. 금속과 플라스틱 분말 모두 사용 가능합니다. 공정은 얇은 분말 층(종종 예열됨)을 빌드 플랫폼에 올리는 것으로 시작합니다. 리코터 블레이드로 층 두께 일관성을 확보합니다. 집속 에너지빔이 분말 입자를 녹여 현재 단면 층을 형성합니다. 빌드 플랫폼이 한 층만큼 내려가고, 또 다른 분말 층이 추가되며 과정이 반복됩니다.

금속에는 더 높은 출력의 에너지빔이 필요하며, DMLS와 SLM 프린팅에는 불활성 분위기가 필요합니다. EBM의 경우 빌드 볼륨을 진공 상태로 유지해야 합니다. PBF 장비는 다중 빔 프린터 사용 시 특히 빠르게 프린트할 수 있습니다. EBM은 단일 빔만 쓰지만 빔 리디렉션이 극도로 빨라 다중 빔 기능을 시뮬레이션합니다.

소재	응용 분야	장점
금속 (알루미늄, 티타늄, 구리, 코발트-크롬 등) 나일론 세라믹	터빈 블레이드, 로켓 엔진 연소실, 열교환기 같은 기능성 금속 부품	미사용 분말 재활용 가능 다양한 금속 옵션

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

지향성 에너지 증착(DED)은 금속에만 쓰이는 적층 공정으로, 기존 금속 부품 수리에 자주 활용됩니다. 이 수리 능력은 DED가 다른 프린팅 공정(3축 제한)과 달리 5축 운동으로 프린트할 수 있기 때문입니다. DED 프린터는 복잡한 형상의 기존 부품 주위를 움직일 수 있습니다.

이 적층 제조 방식은 수리에 국한되지 않고 새로운 부품 프린팅도 가능합니다. DED는 분말 또는 금속 와이어를 프린트 노즐로 보내고, 레이저나 전자빔이 소재를 녹여 베이스 소재와 융합합니다. 용접 가능한 모든 금속을 DED로 제작 또는 수리할 수 있습니다. 용접 공정과 마찬가지로 실딩 가스(레이저 빔) 또는 진공(전자빔)이 필요합니다. 가스는 빔이 활발히 녹이는 영역만 덮거나, 빌드 볼륨 전체를 불활성 가스로 채울 수도 있습니다(밀폐된 빌드 볼륨 필요).

소재	응용 분야	장점
금속 (코발트-크롬, 티타늄, 인코넬, 탄탈룸, 니오븀, 스테인리스강)	부품 수리 첨단 항공우주 부품	대형 부품 프린팅 가능 (1000 mm³) 기존 부품 수리 가능 다양한 금속 및 합금 프린팅 가능

4. 소재 제팅 (Material Jetting)

Xometry의 PolyJet 서비스로 제작한 풀컬러 부품(폴리싱 및 클리어 코팅 마감).

소재 제팅은 일련의 잉크젯 노즐로 빌드 플랫폼에 소재를 증착해 부품을 만듭니다. 이 공정은 광중합체(photopolymer)를 원료로 필요로 합니다. 먼저 빌드 플랫폼에 광중합체 층을 증착합니다. 다음으로 UV 광원이 광중합체 위를 지나며 경화시킵니다. 빌드 플랫폼이 내려가고 과정이 반복됩니다.

출력 소재의 UV 경화가 이 공정의 필수 부분이므로, 많은 플라스틱(주로 광중합체)만 소재 제팅으로 프린트 가능합니다. 소재 제팅으로 부품을 성공적으로 프린트하려면 서포트 구조가 필요합니다.

소재	응용 분야	장점
광중합체 수지 디지털 소재(복합 광중합체) 왁스	기능성 제품 시제품 풀컬러 해부학 모델	매우 적은 폐기물 다중 소재 및 다색 부품 가능 고속 공정 고해상도

5. 시트 라미네이션 (Sheet Lamination)

시트 라미네이션은 분말이나 액체를 증착/융합하는 대신 소재 시트를 쌓아 접합해 부품을 만드는 적층 공정입니다. 종이, 폴리머 시트, 복합재, 일부 금속 등 다양한 소재 사용이 가능합니다. 일반적으로 해상도는 낮지만 생산 속도가 빠르고 비용이 저렴해 특정 시제품 제작과 산업 응용에 유리합니다.

공정은 각 층에서 부품 단면 형상에 맞춰 얇은 시트를 순차적으로 놓고, 이전 층에 접합하는 방식으로 진행됩니다. 소재에 따라 다양한 접합 기술을 사용합니다. 일부 시스템에서는 레이저나 나이프로 접합 전후에 시트에서 부품 형상을 커팅합니다. 부품 주변 여분 소재는 빌드 중이나 후에 제거할 수 있습니다.

금속 시트는 주로 초음파 적층 제조(UAM)로 접합하는데, 초음파 진동을 압력 하에 가해 금속 층을 녹이지 않고 융합합니다. 플라스틱 시트는 보통 열과 압력으로 접합하며, 열적으로 또는 접착제로 합니다. 복합재(아라미드 섬유, 유리섬유, 탄소섬유 강화 층 등)와 종이는 일반적으로 접착제와 압축으로 라미네이팅합니다. 시트 라미네이션은 넷쉐이프에 가까운 부품 제작에도 쓰이며, 이후 CNC나 기타 절삭 가공으로 후처리해 더 엄격한 공차와 표면 조도를 얻습니다.

소재	응용 분야	장점
종이 세라믹 탄소섬유 복합재 금속 (알루미늄, 구리, 스테인리스강, 티타늄)	풀컬러 시제품 넷쉐이프에 가까운 부품	저비용 고속 풀컬러 부품 가능

6. 소재 압출 (Material Extrusion)

Xometry가 제작한 FDM 출력 부품 근접 사진.

소재 압출은 소비자 시장에서 널리 채택되어 가장 잘 알려진 적층 제조 유형 중 하나입니다. 흔히 FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication)라고 부릅니다. 공정은 공급 스풀에서 플라스틱 필라멘트를 끌어와 가열 챔버를 통과시킨 뒤 프린트 노즐로 내보냅니다. 소재가 노즐에서 나오면 현재 부품 단면 형상에 맞춰 빌드 플랫폼에 증착됩니다. 한 층이 완료되면 프린트 헤드가 한 층 두께만큼 올라갑니다. 부품이 완성될 때까지 반복합니다.

열가소성 수지와 충전 열가소성 수지가 이 기술의 대표적 원료입니다. 그러나 금속 분말/폴리머 매트릭스 소재로 금속 부품을 만들 수도 있습니다. 최종 기계적 물성을 얻으려면 로에서 후처리해야 합니다.

소재	응용 분야	장점
PLA ABS PC PETG 나일론 ULTEM	조립 지그 기능성 시제품 소량 생산 부품	저비용 사용 편의성 실제 열가소성 수지 사용

7. VAT 광중합 (VAT Photopolymerization)

VAT 광중합은 액체 광중합체 수지를 광원으로 선택적으로 경화해 부품을 만드는 적층 제조 공정입니다. 이 범주에 속하는 두 가지 주요 기술은:

• SLA(Stereolithography) – UV 레이저로 부품 단면을 층별로 추적해 고체화합니다.
• DLP(Digital Light Processing) – 디지털 프로젝터로 한 층 전체 이미지를 한 번에 플래시해 수지를 동시 경화합니다.

두 공정 모두 액체 광중합체 수지가 담긴 VAT(수조)를 사용합니다. 빌드 플랫폼은 수지 표면 바로 아래에서 시작합니다. SLA에서는 레이저 빔이 수지 표면을 스캔해 현재 층의 원하는 형상을 고체화합니다. DLP에서는 광 프로젝터가 층 전체 이미지를 단일 노광으로 플래시합니다. 한 층이 경화되면 빌드 플랫폼이 수직 이동(보통 위로)해 미경화 수지가 부품 아래로 흐르게 하고, 다음 층을 이전 층 위에 경화합니다. 이 과정이 부품이 완전히 형성될 때까지 계속됩니다. 부품이 수조에서 점차 떠오르는 형태라 빌드 플랫폼이 액체 수지에서 물체를 끌어올리는 것처럼 보입니다.

소재	응용 분야	장점
PLA ABS PC PETG PA 탄소섬유 충전 ABS PEEK	시각적 시제품/모형 금형 제작용 주얼리 모델	고속 매우 미세한 디테일 가능

적층 제조란 무엇인가?

적층 제조는 부품을 한 층씩 쌓아 올리는 적층 공정을 말합니다. 이는 고체 블록에서 시작해 여분을 깎아 부품을 만드는 절삭 제조와 대조됩니다. CNC 가공이 절삭 제조의 예입니다.

자세한 내용은 적층 제조 완벽 가이드를 참조하십시오.

적층 제조는 바인더 제팅, 분말 베드 융합, 지향성 에너지 증착, 소재 제팅, 시트 라미네이션, 소재 압출, VAT 광중합이라는 7대 핵심 공정으로 생산의 전환점을 맞이했습니다. 각 공정은 정밀도, 규모, 속도, 소재 다양성 등 저마다의 강점을 가집니다. 주목할 점은 소재의 낭비적 제거에서 제어된 층별 생성으로의 전환으로, 중요한 항공우주 부품 수리부터 상세 시제품 및 기능성 부품 프린팅까지 가능성을 열었습니다. 이 기술은 단일 솔루션이 아니라 툴킷으로, 적절한 공정을 적절한 과제에 매칭해 제조를 더 효율적이고 적응력 있게, 혁신적으로 만듭니다.

적층 제조 유형 자주 묻는 질문

가장 자주 쓰이는 적층 제조 유형은?

가장 자주 쓰이는 적층 제조 유형은 소재 압출(FDM/FFF), 시트 라미네이션, VAT 광중합, 분말 베드 융합(PBF)입니다. 각 기술의 채택 정도는 사용 산업에 따라 다릅니다. 예: 항공우주 산업은 DED와 분말 베드 융합을 많이 활용합니다.

적층 제조 공정을 분류한 기관은?

ASTM International과 ISO가 공동으로 적층 제조 공정을 분류했습니다. ASTM과 ISO가 이 글에 설명된 7가지 범주를 만들었습니다.

적층 제조 공정은 어떻게 분류되나?

적층 제조 공정은 ISO/ASTM 52900, 즉 AM의 핵심 용어와 범주를 정의하는 국제 표준에 따라 분류됩니다. 층 형성 방식과 소재 결합 방식에 따라 7가지 공정 유형으로 정리됩니다. 이 범주에는 소재 압출, VAT 광중합, 분말 베드 융합 등이 포함됩니다. 이 분류는 산업과 응용 분야 전반의 일관성을 보장합니다.

3D 프린팅이 적층 제조의 예인가?

네, 3D 프린팅은 적층 제조의 한 형태입니다. 사실 가장 널리 알려지고 흔히 쓰이는 예입니다. '3D 프린팅'이라는 용어는 디지털 모델로부터 물체를 층별로 쌓아 만드는 모든 적층 제조 공정을 비공식적으로 지칭하는 데 자주 쓰입니다.

자세한 내용은 3D 프린팅 vs 적층 제조 완벽 가이드를 참조하십시오.

요약

이 글에서는 7가지 적층 제조 공정을 검토하고 작동 원리, 장점, 단점을 설명했습니다. 다양한 적층 제조 유형과 각 유형이 귀하의 특정 응용 분야에 어떻게 가장 적합한지 자세히 알고 싶으시면 지금 Xometry 전문가에게 문의하십시오.

Xometry는 3D 프린팅을 포함한 광범위한 제조 역량과 부가 가치 서비스를 제공하며, 시제품 제작부터 양산까지 모든 니즈를 충족합니다. 웹사이트를 방문해 자세히 알아보거나 무료 무약정 견적을 요청하십시오.

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딘 맥클레멘츠(Dean McClements)

딘 맥클레멘츠는 기계공학 학사(우등) 졸업자로 제조 산업에서 20년 이상 경력을 쌓았습니다. 캐터필러(Caterpillar), 오토데스크(Autodesk), 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace), 하이스터-예일(Hyster-Yale) 같은 선도 기업에서 주요 역할을 맡으며 엔지니어링 공정과 혁신에 대한 깊은 이해를 쌓았습니다.

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