고성능 3D 프린팅을 위한 상위 4가지 금속 소재

1. 스테인리스 스틸

스테인리스 스틸은 내식성, 높은 강도, 뛰어난 심미성으로 널리 알려져 있습니다. 스테인리스 스틸로 출력된 부품은 전통 제조 방식으로 제작된 부품과 동등하거나 더 높은 강도를 가질 수 있습니다. 3D 프린팅된 스테인리스 스틸의 강도, 경도 및 기타 물성은 부품 출력에 사용된 특정 기술에 주로 좌우됩니다.

스테인리스 스틸 출력 부품은 항공우주, 자동차, 군수 장비, 의료 등 다양한 산업에서 활용되고 있습니다. 다른 금속 3D 프린팅 소재와 비교했을 때, 크롬 첨가로 인해 스테인리스 스틸 부품이 가장 매끄러운 표면을 구현할 수 있습니다.

3D 프린팅용 스테인리스 스틸 분말은 316L, 304L, 630, 410, 420, 254, 17-4 PH, 15-5PH, PH1, GP1 등 다양한 등급과 합금으로 제공됩니다. 이 중 316L이 금속 3D 프린팅에서 가장 흔히 사용되는 등급입니다. 조성은 66~70% 철에 16~18% 크롬, 11~14% 니켈, 2~3% 몰리브덴, 0.03% 미만 탄소가 포함됩니다. 이 3D 프린팅 소재는 연성과 우수한 내식성으로 알려져 있습니다.

2. 공구강

공구강은 비교적 높은 수준의 탄소를 함유한 철 기반 합금군으로, 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브덴 등 다른 합금 원소와 탄화물을 형성합니다. 공구강은 고온 강도, 경도, 내마모성이 우수하게 결합되어 있습니다. 이 강재는 금형, 스탬프, 절삭 공구 제작에 여러 산업에서 흔히 사용됩니다. 이러한 공구는 압출, 절단, 주조, 사출 성형, 스탬핑, 부품 조립 등 다른 제품 제조 공정에 사용되는 형상을 만드는 데 쓰입니다. 금속 3D 프린팅용 공구강 옵션으로는 D2, M2, H13, H11, MS1, 1.2709 등이 있습니다.

3. 티타늄

티타늄은 적층 제조 산업에서 가장 많이 사용되는 금속입니다. 의료, 항공우주, 자동차, 전자 산업 등에서 광범위하게 활용됩니다. 티타늄과 그 합금은 높은 기계적 강도를 가지며, 스테인리스 스틸보다 더 우수한 내식성을 제공합니다.

금속 3D 프린팅용 티타늄 소재 옵션으로는 Ti-6Al-4V, Beta 21S, Cp-Ti(상업용 순수 티타늄), TA15 등이 있습니다.

금속 3D 프린팅이란?

금속 3D 프린팅은 적층 제조의 일반 원리와 방법을 분말 금속에 적용하여 금속 부품이나 제품을 만드는 방식입니다. 3D 프린팅은 항상 컴퓨터 제어 하에 분말이나 필라멘트 와이어를 사용하여 층별로 부품을 구축합니다.

연속된 금속 분말 층을 결합하여 최종 형상을 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 레이저나 전자빔으로 녹이거나, 바인더 제팅으로 결합제를 분사하거나, 직접 에너지 증착(DED) 또는 용융 적층 모델링(FDM) 프린터를 사용하여 금속 필라멘트에서 가열된 용융 방울을 직접 출력할 수 있습니다.

3D 프린팅 가능한 금속은?

금속 3D 프린팅은 강철, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리, 코발트, 텅스텐, 티타늄, 니켈 기반 합금 등 다양한 금속 분말을 사용하여 수행할 수 있습니다. 백금, 금, 팔라듐, 은 같은 귀금속도 3D 프린팅에 사용할 수 있습니다.

금속 3D 프린팅 작동 원리

금속 3D 프린팅 방식의 작동 원리는 사용 재료(분말, 필라멘트, 와이어)에 따라 달라집니다. 이 세 가지 옵션 중 분말 출력이 가장 일반적인 방법입니다.

분말 금속 3D 프린팅에서는 첫 번째 층의 금속 분말이 파우더 코터(리코터)에 의해 빌드 플랫폼 바닥에 펼쳐집니다. 고출력 레이저나 전자빔이 분말을 스캔하며 재료를 선택적으로 결합하여 물체의 첫 번째 고체 층을 만듭니다. 그런 다음 플랫폼이 50~200미크론 아래로 이동하고, 또 다른 균일한 금속 분말 층이 이전 층 위에 분포되며 공정이 반복됩니다.

반면 금속 와이어는 금속 3D 프린팅에서 가장 저렴한 원자재 형태입니다. 와이어는 플라즈마 아크, 레이저, 전자빔으로 녹입니다. 직접 에너지 증착(DED)은 금속 와이어를 사용하여 부품을 생산하는 3D 프린팅 방식의 예로, 주로 기존 금속 부품의 수리나 기능 추가에 사용됩니다.

금속 필라멘트는 금속 입자가 함유된 얇은 플라스틱 와이어입니다. 이 원자재는 용융 적층 모델링(FDM) 프린터 사용 시 적합합니다. FDM은 가열된 필라멘트를 노즐을 통해 빌드 플랫폼으로 압출하여 부품을 만듭니다. 출력 후 부품을 디바인딩 스테이션에 올려 용매로 플라스틱을 녹여 제거한 다음, 소결로에 넣어 금속 입자를 융합시켜 단단한 금속 조각으로 만듭니다.

금속 3D 프린팅을 위한 최적 소재 선정 방법

프로젝트에 가장 적합한 금속 3D 프린팅 소재를 선정하려면 다음 단계를 따르세요:

1. 생산할 부품의 성능 요구사항을 정의하세요. 요구사항에는 부품이 노출될 환경 조건과 작동 상태에서 예상되는 기계적 응력이 포함될 수 있습니다.
2. 성능 요구사항을 소재 사양과 비교하세요. 즉, 소재의 물성을 확인하여 최종 사용 요구사항과 작동 조건을 충족하는지 검토합니다. 예를 들어, 우수한 기계적 강도가 필요한지, 내식성이 필요한지 등을 판단합니다.
3. 예상되는 성능과 부품 요구사항에 가장 잘 맞는 소재를 선택하여 신뢰성 있는 작동과 긴 수명을 보장하세요.

요약

본 문서는 금속 3D 프린팅 부품 및 제품 제작에 사용할 최적의 4가지 소재를 검토했습니다. 금속 3D 프린팅 소재와 귀하의 프로젝트 적용 가능성에 대해 더 알아보려면 Xometry 담당자에게 문의하세요.

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저작권 및 상표 공지

1. Inconel®은 스페셜 메탈 코퍼레이션(Special Metals Corp.) 헌팅턴 합금 사업부의 등록 상표입니다(헌팅턴, WV).

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딘 맥클레먼츠(Dean McClements)

딘 맥클레먼츠는 기계공학 학사(우등) 졸업자로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 캐터필라(Caterpillar), 오토데스크(Autodesk), 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace), 하이스터-예일(Hyster-Yale) 등 유수 기업에서 주요 역할을 맡으며 엔지니어링 공정과 혁신에 대한 깊은 이해를 쌓았습니다.

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