3D 금속 압출: 적층 제조의 미래인가?

3D 적층 금속 압출 제조가 시장에서 자리를 잡기 시작했습니다. 다른 3D 기술보다 매력적인 가격대로 판도를 흔들 잠재력이 있습니다. 이 분야의 주요 업체들과 그들의 강점을 소개합니다.

요즘 3D 금속 프린팅 소식을 접하면, 적어도 관심이 있거나 적극적으로 옵션을 조사 중일 가능성이 높습니다. 제조업체들은 직접 금속 레이저 소결(DMLS)과 전자빔 용해(EBM) 같은 기술로 제트 엔진 연료 노즐부터 의료용 보철물까지 모든 것을 프린트합니다. 그렇다면 귀사도 시제품, 툴링, 소량 생산 부품에 이 기술을 활용하지 않을 이유가 없습니다.

하지만 이런 부품을 생산하는 프린터들은 고가입니다. 레이저 기반 파우더 베드 기계는 소프트웨어, 교육, 보조 장비 제외하고도 50만 달러 이상입니다. 실제로 무언가를 만드는 데 필요한 금속 파우더는 종종 독점적이며, 파우더를 소결해 유용한 제품으로 만드는 레이저도 독점적입니다.

새로운 3D 금속 압출 주자들

절망하지 마세요. 새로운 종류의 3D 금속 프린터가 최근 시장에 진입했습니다. 이 기계들은 훨씬 저렴하고, 사용하기 상대적으로 쉽고, 최종 용도에 적합한 완전 치밀한 금속 부품을 생산합니다. 기존 파우더 베드 시스템의 독자적 대안으로 약 12개 장비 제조사가 각자의 기술을 제공합니다. 몇 가지 예를 들어보겠습니다.

과대광고에도 불구하고 3D 적층 제조가 생존 가능한가? "제조업에서 3D 프린팅의 사례"를 읽고 자세히 알아보세요.

3D 금속 압출 프로필: Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

Markforged의 Metal X 프린터는 독자적인 원자 확산 적층 제조(ADAM) 기술을 사용해 17-4 PH 또는 303 스테인리스강에 알루미늄, 인코넬, 티타늄 등을 프린트하며 추가 소재도 계획 중입니다.

이 기술은 플라스틱 바인더와 혼합된 분말 금속의 막대 모양 실린더를 노즐로 압출해 50μm(0.002인치) 두께의 부품 레이어를 생성합니다. 완료되면 '그린' 부품을 세척 스테이션에서 바인더 일부를 제거한 후 용광로에서 남은 바인더를 태우고 금속 입자를 융합시킵니다. 완전한 시스템 가격이 약 10만 달러 수준으로, 제조 비용이 대체 금속 적층 기술보다 최대 10배, 가공보다 최대 100배 저렴하다고 보고됩니다.

3D 금속 압출 프로필: Desktop Metal, Digital Metal

Desktop Metal은 Studio System과 Production System 두 가지 3D 금속 프린터를 제공합니다. Studio System은 Markforged와 유사한 압출 공정을 사용하는 '사무실 친화적' 프린터입니다. 특허받은 바인더 메탈 증착 공정으로 17-4 PH, 316L, 인코넬 등 수십 년 된 금속 사출 성형(MIM)에 사용되는 파우더를 폴리머 혼합물에 바인더하여 프린트합니다. 50μm(0.002인치) 레이어 두께와 16cm³/시간(1인치³/시간) 빌드 속도가 가능합니다. 여기서도 부품은 디바인드 스테이션에서 세척된 후 최대 1400°C(2552°F)의 용광로에서 소결됩니다. Desktop Metal 역시 레이저 기반 3D 금속 프린터보다 10배 저렴하다고 주장합니다.

최대 8200cm³/시간(500인치³/시간) 빌드 속도를 가진 Desktop Metal의 Production System은 레이저 기반 금속 프린터보다 100배 빠르다고 하며, 대량 생산을 위해 명확히 설계되었습니다. 32,000개 제트와 양방향 파우더 스프레더를 사용한 단일 패스 젯팅 기술로 초당 수백만 방울의 바인더 유체를 각 파우더 레이어에 증착합니다. 또한 나중에 서포트 구조를 쉽게 제거할 수 있는 안티 소결 에이전트를 포함합니다. '브라운' 부품을 금속 융점 바로 아래 온도에서 용광로에서 융합해 완전 치밀한 제품을 만듭니다.

2019년까지 상용화되지 않았지만, Production System의 약 40만 달러 비용은 레이저 기반 파우더 베드 프린터에 근접하면서, 최소 10만 개까지는 금속 주조와 비교 가능한 부품당 비용을 제공한다고 합니다.

3D 적층에 대해 더 깊이 알고 싶다면 "금속 3D 프린팅의 독특한 과제와 해결책"을 확인하세요.

3D 금속 압출 프로필: Digital Metal

Digital Metal의 DM P2500은 바인더 젯팅 기술을 사용하는 또 다른 3D 금속 프린터입니다. 스웨덴 Höganäs Group의 일원으로 금속 파우더 선도 공급업체인 Digital Metal은 자사 기계가 항공우주, 자동차, 의료 및 기타 산업에 20만 개 이상의 고품질 3D 프린트 부품을 생산했다고 밝힙니다. 42μm(0.0016인치) 레이어 두께와 35μm(0.0014인치) 피처 해상도가 가능합니다. 빌드 속도는 Desktop Metal의 Studio System과 유사한 100cm³/시간(6인치³/시간)에 가깝지만, DM P2500은 극도로 미세한 디테일과 '의료 등급' 표면 마감을 달성한다고 합니다.

다른 시스템과 기술도 많이 있습니다. AM 기계 제조사 ExOne은 청동부터 텅스텐까지 다양한 바인더 젯팅 기계와 소재를 제공합니다. Vader Systems는 전자기장으로 액체 금속에서 부품을 만듭니다. Pollen AM의 펠릿 적층 제조는 기존 파우더 기반 시스템보다 최대 5배 저렴한 MIM 피드스톡을 사용합니다.

레이저 기반 3D 금속 프린터도 자리가 있지만, 이 대안들은 여러 이점을 제공합니다: 레이저 기반 시스템 같은 열 응력이 없어 빌드 중 부품을 고정하는 서포트 구조를 단순화하거나 아예 없앨 수 있습니다. 이로 인해 빌드 챔버 전체를 채울 수 있어 수백에서 수천 개의 소형 부품을 단일 무인 작업으로 처리할 수 있습니다.

사용되는 서포트 구조는 일반적으로 제거가 더 쉬워 2차 가공이나 수작업 마감 공정을 없앨 수 있습니다. 금속이 MIM에 사용되는 것과 동일하므로 항공우주 및 의료 승인 획득이 훨씬 쉽습니다. 레이저 기반 시스템처럼 아르곤이나 질소 가스가 필요 없으며, 알루미늄이나 티타늄 먼지 가득한 분위기에서 레이저 빔이 폭발을 일으킬 우려도 없습니다.

적층 제조와 3D 프린팅에 도전해 보셨나요? 경험은 어떠셨나요?