7가지 주요 적층 제조 기술 살펴보기

적층 제조는 재료를 추가하여 점진적으로 부품을 만들어 부품을 만드는 프로세스를 말합니다. 이 물질은 금속, 세라믹, 플라스틱, 포토폴리머, 심지어 식품일 수도 있습니다! ISO/ASTM은 다양한 유형의 적층 제조 기술을 모두 7가지 범주로 분류했습니다.

이 문서에서는 이러한 유형의 적층 제조 공정이 어떻게 작동하는지와 용도, 장점, 차이점을 설명합니다.

1. 바인더 분사

바인더 젯팅을 통해 Xometry로 제작한 스테인레스 스틸 부품.

바인더 제팅(Binder Jetting)은 분말 재료의 얇은 층에 결합제를 선택적으로 증착하여 부품을 만드는 분말 베드 기반 적층 제조 기술입니다. 이 프로세스는 프린터가 일반적으로 플라스틱, 금속, 모래 또는 세라믹과 같은 균일한 분말 층을 빌드 플랫폼에 놓으면서 시작됩니다. 재코팅 블레이드는 정확한 파우더 층이 빌드 플랫폼에 분산되도록 하는 데 사용됩니다. 이는 일반적으로 리코터 블레이드에 의해 수행되며, 인쇄 영역 옆에 있는 분말 저장통에서 재료를 전달합니다. 저장 상자의 재료가 들어 올려지고 리코터 블레이드는 필요한 레이어 높이에서 빌드 플랫폼을 가로질러 저장 상자의 분말을 쓸어냅니다. 다음으로, 잉크젯 헤드가 분말 위로 이동하여 현재 레이어의 부품 단면 모양으로 분말 위에 결합제를 분배합니다. 풀 컬러 플라스틱 부품의 경우 결합제에는 다양한 색상의 부품을 만들기 위한 착색제가 포함되어 있습니다.

그러면 인쇄 베드가 한 레이어 높이만큼 아래로 이동합니다. 재코팅 블레이드는 이전 분말 위에 또 다른 분말 층을 분배하고 공정이 계속됩니다. 금속을 바인더로 분사할 때 다공성을 제거하고 기계적 강도를 향상시키기 위해 인쇄 후 부품을 소결해야 합니다. 또는 청동과 같은 녹는점이 낮은 금속 분말을 주재료와 혼합할 수도 있습니다. 인쇄된 부분을 가열하면 청동이 녹아 1차 금속 합금 분말 입자 사이의 공간을 채웁니다.

아래 표 1은 바인더 젯팅의 일반적인 재료, 응용 분야 및 장점을 보여줍니다.

표 1. 바인더 분사 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• 모래
• 플라스틱(PMMA, ABS, PA, PC)
• 도자기
• 금속(스테인리스강, 티타늄 합금)

응용프로그램

• 모래 주조 금형
• 다양한 색상의 프로토타입
• 다른 금속 프린팅 공정에 비해 저렴한 금속 부품

장점

• 대규모 빌드 볼륨
• 다양한 색상의 부품
• 지원이 필요하지 않습니다
• 사용하지 않은 분말은 재활용 가능
• 더 많은 플라스틱 사용 가능

2. 파우더 베드 융합(PBF)

PBF(분말층 융합)는 고출력 집중 에너지원을 사용하여 분말을 융합하는 다양한 적층 제조 기술을 의미합니다. 에너지원은 레이저(SLM 또는 DMLS) 또는 전자빔(EBM)일 수 있습니다. PBF에는 금속 분말과 플라스틱 분말 모두 사용할 수 있습니다. 이 프로세스는 먼저 빌드 플랫폼에 얇은 분말 층(종종 예열됨)을 배치하여 작동합니다. 이는 레이어 높이 일관성을 보장하기 위해 리코터 블레이드를 사용하여 달성됩니다. 그런 다음 집중된 에너지 빔이 분말 입자를 녹여 부품의 현재 단면 층을 형성합니다. 그러면 빌드 플랫폼이 한 레이어 아래로 이동합니다. 또 다른 분말 층이 추가되고 프로세스가 반복됩니다.

금속에는 고출력 에너지 빔이 필요하며 DMLS 및 SLM 인쇄에는 불활성 분위기가 필요합니다. EBM의 경우 빌드 볼륨을 진공 상태로 유지해야 합니다. PBF 기계는 특히 다중 빔 프린터를 사용하는 경우 빠르게 인쇄할 수 있습니다. EMB는 하나의 빔만 사용하지만 빔의 방향을 매우 빠르게 바꿀 수 있어 다중 빔 기능을 시뮬레이션할 수 있습니다.

아래 표 2는 파우더 베드 융합의 일반적인 재료, 응용 분야 및 장점을 보여줍니다.

표 2. 파우더 베드 융합 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• 금속(알루미늄, 티타늄, 구리, 코발트크롬 등)
• 나일론
• 도자기

응용프로그램

터빈 블레이드, 로켓 엔진 연소실, 열 교환기와 같은 기능성 금속 부품

장점

• 사용하지 않은 파우더는 재활용 가능
• 다양한 금속 옵션

3. 지향성 에너지 증착

DED(지향성 에너지 증착)는 금속에만 사용되는 적층 재료 공정입니다. 기존 금속 부품을 수리하는 데 자주 사용됩니다. 이 수리 기능은 3개로 제한되는 다른 인쇄 프로세스와 달리 DED가 5개의 동작 축으로 인쇄할 수 있기 때문에 가능합니다. DED 프린터는 복잡한 형상을 가진 기존 부품을 조작할 수 있습니다.

이러한 유형의 적층 가공은 수리에만 국한되지 않고 새 부품을 프린팅할 수도 있습니다. DED는 분말이나 금속 와이어를 인쇄 노즐로 향하게 하여 작동합니다. 그런 다음 레이저 또는 전자 빔이 재료를 녹여 기본 재료와 융합시킵니다. 용접 가능한 모든 금속은 DED를 사용하여 제작하거나 수리할 수 있습니다. DED 프린팅에는 용접 공정과 마찬가지로 차폐 가스(레이저 빔) 또는 진공(전자빔)이 필요합니다. 가스는 빔에 의해 활발하게 녹고 있는 영역만 덮습니다. 또는 전체 빌드 볼륨이 불활성 가스로 포화될 수 있으며, 이를 위해서는 밀폐된 빌드 볼륨이 필요합니다.

아래 표 3은 DED의 일반적인 재료, 응용 분야 및 장점을 보여줍니다.

표 3. 지향성 에너지 축적 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

금속(코발트크롬, 티타늄, 인코넬, 탄탈룸, 니오븀, 스테인리스강)

응용프로그램

• 부품 수리
• 고급 항공우주 부품

장점

• 대형 부품(1000mm3) 프린트 가능
• 기존 부품 수리 가능
• 다양한 금속 및 합금 인쇄 가능

4. 재료 분사

Xometry의 PolyJet 서비스를 사용하여 제작된 광택 있고 투명 코팅 마감 처리된 풀 컬러 부품입니다.

재료 분사는 일련의 잉크젯 노즐을 활용하여 재료를 빌드 플랫폼에 증착하여 부품을 생성합니다. 이 공정에는 포토폴리머를 원료로 사용해야 합니다. 먼저 포토폴리머 레이어를 빌드 플랫폼에 증착하여 작동합니다. 다음으로, UV 광원이 포토폴리머 위로 이동하여 경화됩니다. 그런 다음 빌드 플랫폼이 아래로 이동하고 프로세스가 반복됩니다.

인쇄물의 UV 광 경화는 적층 가공 공정의 필수적인 부분이므로 대부분이 광중합체인 플라스틱만 재료 분사를 통해 인쇄할 수 있습니다. 재료 분사를 통해 부품을 성공적으로 프린트하려면 지지 구조가 필요합니다.

아래 표 4는 재료 분사의 일반적인 재료, 응용 분야 및 장점을 보여줍니다.

표 4. 재료 분사 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• 광중합체 수지
• 디지털 재료(복합 포토폴리머)
• 왁스

응용프로그램

• 기능성 제품 프로토타입
• 풀 컬러 해부학 모델

장점

• 매우 적은 폐기물
• 다양한 재료와 다양한 색상의 부품이 가능합니다
• 고속 처리
• 고해상도

5. 시트 적층

시트 라미네이션은 분말이나 액체를 증착하거나 융합하는 대신 재료 시트를 쌓고 접착하여 부품을 만드는 적층형 적층 제조 공정입니다. 종이, 폴리머 시트, 복합재 및 일부 금속을 포함한 다양한 재료와 함께 사용할 수 있습니다. 이 공정은 일반적으로 저해상도 부품을 생산하지만 생산 속도가 빠르고 비용이 저렴하므로 특정 프로토타입 제작 및 산업 응용 분야에 유리합니다. 

이 공정은 얇은 시트를 순차적으로 놓는 방식으로 이루어지며 각 시트는 해당 레이어의 부품 단면과 일치하도록 절단됩니다. 그런 다음 이러한 시트는 재료에 따라 다양한 기술을 사용하여 이전 레이어에 접착됩니다. 일부 시스템에서는 접합 전이나 후에 레이저나 칼을 사용하여 시트에서 부품 형상을 자릅니다. 부품 주변의 여분의 재료는 제작 중이나 제작 후에 제거할 수 있습니다. 

금속 시트는 일반적으로 초음파 적층 가공(UAM)을 사용하여 접착됩니다. UAM은 압력 하에서 초음파 진동을 적용하여 녹지 않고 금속층을 융합합니다. 플라스틱 시트는 일반적으로 열이나 접착제를 사용하여 열과 압력을 사용하여 접착됩니다. 복합재(예:아라미드 섬유, 유리 섬유 또는 탄소 섬유 강화 층)와 종이는 일반적으로 접착제와 압축을 사용하여 적층됩니다. 시트 적층은 또한 거의 그물 형태의 부품을 만드는 데 사용되며, 이 부품은 더 엄격한 공차와 표면 마감을 달성하기 위해 CNC 또는 기타 절삭 기술을 사용하여 후속 가공 또는 후처리될 수 있습니다.

아래 표 5는 시트 라미네이션의 일반적인 재료, 용도 및 장점을 보여줍니다.

표 5. 시트 적층 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• 종이
• 도자기
• 탄소섬유 복합재
• 금속(알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸, 티타늄)

응용프로그램

• 풀 컬러 프로토타입
• 가까운 그물 모양 부분

장점

• 저비용
• 고속
• 풀 컬러 부품

6. 재료 압출

Xometry에서 제작한 FDM 프린팅 부품의 클로즈업.

재료 압출은 주로 소비자 시장에서 채택되기 때문에 가장 잘 알려진 적층 가공 유형 중 하나입니다. 재료 압출은 FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication)라고도 합니다. 이 프로세스는 공급 스풀에서 플라스틱 필라멘트를 유도하여 가열된 챔버를 통과한 다음 인쇄 노즐 밖으로 내보내는 방식으로 진행됩니다. 재료가 노즐에서 나오면 현재 부품 단면의 형태로 빌드 플랫폼에 쌓입니다. 레이어가 완성되면 프린트 헤드가 한 레이어 두께만큼 위로 이동합니다. 부품이 완성될 때까지 이 과정이 반복됩니다.

열가소성 수지와 충전 열가소성 수지가 이 기술에 사용되는 가장 일반적인 원자재입니다. 그러나 금속 분말/폴리머 매트릭스 재료를 사용하여 금속 부품을 만들 수 있습니다. 최종 기계적 특성을 개발하려면 용광로에서 후처리를 거쳐야 합니다.

아래 표 6은 재료 압출의 일반적인 재료, 용도 및 장점을 보여줍니다.

표 6. 재료 압출 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• 나일론
• 울템

응용프로그램

• 조립 지그
• 기능적 프로토타입
• 낮은 생산량 부품

장점

• 저비용
• 사용하기 쉬움
• 진짜 열가소성 수지

7. VAT 광중합

VAT 광중합은 광원을 사용하여 액상 광중합 수지를 선택적으로 경화시켜 부품을 만드는 적층 제조 공정입니다. 이 범주에 속하는 두 가지 주요 기술은 다음과 같습니다:

• SLA(Stereolithography) – UV 레이저를 사용하여 부품의 단면을 층별로 추적하고 굳힙니다.
• DLP(디지털 광처리) – 디지털 프로젝터를 사용하여 전체 레이어를 한 번에 플래시하고 레이어 전체에 걸쳐 수지를 동시에 경화시킵니다.

두 공정 모두 액체 광중합체 수지 통을 사용합니다. 빌드 플랫폼은 레진 표면 바로 아래에서 시작됩니다. SLA에서는 레이저 빔이 수지 표면을 스캔하여 현재 레이어의 원하는 모양을 굳힙니다. DLP에서는 조명 프로젝터가 단일 노출로 전체 레이어 이미지를 깜박입니다. 레이어가 경화되면 빌드 플랫폼이 수직으로(일반적으로 위쪽) 이동하여 경화되지 않은 레진이 부품 아래로 흐르고 다음 레이어가 이전 레이어 위에 경화됩니다. 이 과정은 부품이 완전히 형성될 때까지 계속됩니다. 부품이 통에서 점차적으로 나오기 때문에 마치 빌드 플랫폼이 액체 수지에서 물체를 잡아당기는 것처럼 보입니다.

아래 표 7은 VAT 광중합의 일반적인 재료, 용도 및 장점을 보여줍니다.

표 7. VAT 광중합 요약

재료 애플리케이션 장점

자료

• PLA
• ABS
• PC
• PETG
• PA
• 탄소섬유 충전 ABS
• 엿보기

응용프로그램

• 시각적 프로토타입/모형
• 주형 제작을 위한 장신구 모델

장점

• 고속
• 아주 미세한 디테일도 가능

적층 가공이란 무엇입니까?

적층 가공은 한 번에 한 층씩 쌓아 부품을 만드는 적층 공정을 말합니다. 이는 견고한 재료 블록으로 시작하여 초과분을 제거하여 부품을 만드는 절삭 가공과 대조됩니다. CNC 가공은 절삭 가공의 한 예입니다.

자세한 내용은 적층 제조에 대한 전체 가이드를 참조하세요.

적층 제조는 바인더 분사, 분말층 융합, 지향성 에너지 증착, 재료 분사, 시트 적층, 재료 압출 및 배트 광중합의 7가지 핵심 프로세스를 통해 생산의 전환점을 나타냅니다. 각 프로세스는 정밀도, 규모, 속도, 재료 다양성 등 고유한 장점을 제공합니다. 눈에 띄는 점은 재료를 낭비적으로 제거하는 것에서 제어된 레이어별 생성으로 전환하여 중요한 항공우주 부품 수리부터 상세한 프로토타입 및 기능 구성 요소 인쇄에 이르기까지 다양한 가능성이 열린다는 점입니다. 이 기술은 단일 솔루션이 아니라 적절한 프로세스를 올바른 과제에 맞출 수 있는 툴킷으로 제시되어 제조를 더욱 효율적이고 적응 가능하며 혁신적으로 만듭니다.

적층 가공 유형에 대해 자주 묻는 질문

가장 자주 사용되는 적층 제조 유형은 무엇입니까?

가장 자주 사용되는 적층 제조 유형은 재료 압출(FDM/FFF), 시트 적층, VAT 중합 및 분말층 융합(PBF)입니다. 각 적층 제조 기술의 채택 정도는 사용되는 산업에 따라 다르다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어 항공우주 산업에서는 DED 및 분말층 융합을 많이 사용합니다.

적층 제조 공정을 분류하는 조직은 무엇입니까?

ASTM International과 ISO는 적층 제조 공정의 분류를 공동으로 담당합니다. ASTM과 ISO는 이 기사에 설명된 7가지 범주를 만들었습니다.

적층 가공 공정은 어떻게 분류되나요?

적층 제조 공정은 AM의 핵심 용어와 범주를 정의하는 국제 표준인 ISO/ASTM 52900에 따라 분류됩니다. 층이 형성되는 방식과 재료가 결합되는 방식에 따라 기술을 7가지 공정 유형으로 정리합니다. 이러한 범주에는 재료 압출, 통 광중합, 분말층 융합 등의 방법이 포함됩니다. 이 분류는 산업과 응용 분야 전반에 걸쳐 일관성을 보장하는 데 도움이 됩니다.

3D 프린팅은 적층 가공의 한 예인가요?

그렇습니다. 3D 프린팅은 적층 제조의 한 형태입니다. 실제로 가장 널리 알려져 있고 일반적으로 사용되는 예입니다. '3D 프린팅'이라는 용어는 비공식적으로 모든 적층 제조 공정을 지칭하는 데 자주 사용됩니다. 여기에는 디지털 모델을 바탕으로 한 층씩 물체를 제작하는 과정이 포함됩니다.

자세한 내용은 3D 프린팅과 적층 제조에 대한 전체 가이드를 참조하세요.

요약

이 기사에서는 7가지 유형의 적층 제조 공정을 검토하고 작동 방식, 장점 및 단점을 설명했습니다. 다양한 적층 제조 유형과 각 유형이 특정 응용 분야에 가장 적합한 방법에 대해 자세히 알아보려면 지금 Xometry 전문가에게 문의하세요.

Xometry는 모든 프로토타입 제작 및 생산 요구 사항에 맞는 3D 프린팅 및 부가 가치 서비스를 포함하여 광범위한 제조 기능을 제공합니다. 자세한 내용을 알아보거나 무료 견적을 요청하려면 당사 웹사이트를 방문하세요.

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딘 맥클레먼츠

Dean McClements는 기계공학 학사 우등 졸업생으로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 그의 전문적인 경력에는 Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace 및 Hyster-Yale과 같은 선두 기업에서 중요한 역할이 포함되며, 그곳에서 그는 엔지니어링 프로세스 및 혁신에 대한 깊은 이해를 발전시켰습니다.

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