3D 인쇄(1부)

1부:원자재

일반적으로 3D 프린팅으로 더 잘 알려진 적층 제조는 거의 40년 동안 사용되었지만 여전히 많은 사람들에게 이 기술이 초기 단계에 있는 것처럼 느낍니다. 3D 프린팅 기술은 이전 30년보다 지난 10년 동안 더욱 발전하여 그 어느 때보다 프로토타이핑 및 소규모 생산 실행에 더 적합하게 되었습니다. 이러한 발전은 제조업체가 최신 혁신과 생산 프로세스 속도를 높일 수 있는 방법을 모색함에 따라 적층 제조를 대중의 눈에 확고하게 두었습니다.

MarketsandMarkets의 조사에 따르면 3D 프린팅 재료 시장은 2016년 5억 3010만 달러에서 2021년 14억 달러 이상으로 성장할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 주로 개체를 인쇄하는 데 사용되는 재료 옵션의 확장에 기인할 수 있습니다. 3D 프린터는 원래 제한된 종류의 플라스틱을 사용했지만 최신 기계는 훨씬 더 광범위한 재료로 인쇄할 수 있습니다.

3D 프린팅 재료 시장이 직면한 과제

3D 프린팅에 사용되는 재료는 프린팅 프로세스의 효율성과 최종 제품의 품질을 결정합니다. 그러나 적층 제조의 급속한 성장에도 불구하고 이 기술은 전통적인 제조 및 기계 가공 방법에 대한 실행 가능한 대안이 되기 전에 수많은 과제를 극복해야 합니다. 이러한 문제 중 다수는 다음을 포함하여 원자재와 직접적으로 관련되어 있습니다.

• 원재료 비용

3D 프린팅은 다른 제조 기술이 제공하는 규모의 경제로부터 혜택을 받지 못합니다. 적층 제조는 여전히 상대적으로 느리고 주로 프로토타입 또는 매우 작은 생산 실행에 사용되므로 대량 재료 할인이 없습니다.

• 제한된 재료 범위

3D 프린팅 프로젝트에 사용할 수 있는 재료의 유형은 지난 10년 동안 극적으로 확장되었지만 선택은 여전히 ​​상당히 제한적입니다. 현재, 재료 선택은 3D 프린팅 기술의 제약과 디자인에 따른 제한의 영향을 받습니다.

• 원재료 가용성

적층 제조 원료는 여전히 조달하기 어려울 수 있습니다. 특히 설계에 금속이나 세라믹과 같은 더 희귀한 물질이 필요한 경우에는 더욱 그렇습니다.

이러한 문제는 앞서 언급한 시장 성장이 발생함에 따라 가까운 장래에 해결되어야 합니다. 3D 프린팅이 제조업체에 보다 일반적인 방법이 됨에 따라 재료 가격이 기하급수적으로 떨어지고 옵션이 확장되며 모든 재료 유형을 보다 쉽게 ​​사용할 수 있게 될 것입니다.

3D 프린팅 재료 시장 이해 관계자

적층 제조의 성공적인 성장은 주로 원자재 공급망에 대한 다양한 기여자 간의 협력에 달려 있습니다. 주요 이해 관계자는 다음과 같습니다.

• 자재 공급업체
• 프린터 제조업체
• 인쇄 서비스 사무소
• 최종 사용자

각 참가자가 시장에 새로운 혁신을 가져옴에 따라 기술은 계속해서 발전할 것입니다. 공급망의 각 링크 간의 협력을 통해 이해 관계자는 기술과 성장의 방향을 조정할 수 있습니다.

3D 프린팅 재료의 종류

3D 프린팅 재료는 일반적으로 필라멘트, 분말 또는 액체로 제공됩니다. 사용된 유형에는 4가지 주요 범주가 포함됩니다.

• 플라스틱
  • 포토폴리머 – 에폭시 및 하이브리드, 아크릴레이트, 폴리아미드, 니트릴 고무
  • 플라스틱 분말 – PA, TPU, PEEK, PP, PS
  • 플라스틱 필라멘트 – ABS, PLA, PC 및 혼합, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 열가소성 폴리우레탄

• 도자기
  • 세라믹 파우더

• 금속
  • 알루미늄 및 합금
  • 스테인리스 스틸
  • 인코넬, 코발트 크롬, 니켈 합금
  • 티타늄 및 합금
  • 기타

• 기타
  • 바인더가 있는 모래
  • 감광성 수지

포토폴리머

포토폴리머 수지는 세계 적층 제조 재료 시장의 주요 점유율을 차지하고 있으며 가까운 장래에 시장 점유율을 확대할 것으로 예상됩니다. 포토폴리머는 Polyjet 및 Stereolithography 3D 프린터에 사용되는 액체 수지이며 UV 광선의 도움으로 중합 공정을 통해 경화 및 경화되어 플라스틱 부품 및 프로토타입을 형성합니다. 광중합체는 일반적으로 결합제, 단량체 및 광개시제를 비롯한 여러 주요 성분을 포함합니다. 광개시제는 광중합체의 주성분으로 빛 에너지를 화학 에너지로 변환합니다. 포토폴리머는 의료, 군사 및 전자 응용 분야의 일부를 만들기 위해 인쇄됩니다.

플라스틱 분말

플라스틱 분말은 상당한 시장 점유율을 차지하는 또 다른 유형의 3D 프린팅 재료입니다. 폴리아미드, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 및 열가소성 폴리우레탄(TPU)과 같은 플라스틱 분말은 연비를 높이고 배기 가스를 줄이기 위해 차량의 중량 감소 목적으로 선택됩니다.

플라스틱 분말로 부품을 인쇄하는 주요 공정은 일반적으로 증착 모델링 및 레이저 소결을 포함하며 처리 시간이 빠르고 비교적 비용 효율적입니다. 이는 특히 프로토타입 애플리케이션을 위한 플라스틱 분말에 대한 수요를 증가시킵니다.

폴리아미드는 합리적인 가격, 쉬운 가공 및 우수한 마감으로 인해 프로토타입 응용 분야에서 가장 많이 사용되는 재료로 남을 것입니다. 폴리아미드는 전문 3D 프린팅 회사에서 가장 많이 사용하는 3D 프린팅 소재 중 하나입니다.

TPU는 고탄성, 내열성 및 내마모성, 높은 전단강도가 요구되는 부품 제조에 적합합니다. PEEK는 고온에서 유지되는 우수한 기계적 및 내화학성을 지닌 반결정성 열가소성 수지입니다.; 그러나 높은 가격으로 인해 PEEK는 가장 까다로운 응용 프로그램에만 사용이 제한됩니다.

플라스틱 필라멘트

플라스틱 필라멘트는 용융 증착 모델링 3D 프린터의 열가소성 공급 원료입니다. 플라스틱 필라멘트는 부품에 탁월한 강도를 제공하고 성형하기 쉽습니다. 광범위한 재료 옵션 중에서 ABS와 PLA는 단연코 가장 일반적인 필라멘트 재료입니다. 내수성과 인성은 ABS의 유리한 특성으로 기능 부품을 인쇄하는 데 이상적인 소재입니다. PLA는 인쇄가 쉽고 생분해성으로 소비자 부품 인쇄에 널리 사용되는 재료 옵션입니다. 가장 비싼 재료 중 하나인 왁스나 몰드레이는 매몰 주조 패턴을 인쇄하는 재료입니다. 껍질 굽는 과정에서 녹을 수 있습니다.

금속

금속은 일반적으로 툴링 및 프로토타입 부품을 인쇄하는 데 사용됩니다. 철강은 강도와 ​​내구성이 좋아 자동차, 산업, 식품가공, 의료용 등으로 널리 사용되고 있습니다. 철강은 또한 대체재 중 가장 경제적입니다. 316L 및 17-4PH와 같은 스테인리스강과 마레이징 강 합금이 이 범주에 속하는 일반적인 재료입니다.

3D 공정을 위한 기타 금속에는 알루미늄, 티타늄, 인코넬 및 기타 고강도 합금과 같은 고가의 비철 재료가 포함됩니다. 이 부문에서 가장 일반적인 자료는 다음과 같습니다.

• 알루미늄 합금
• 코발트-크롬 합금
• 니켈 기반 합금
• 티타늄 합금

적층 제조의 진화

시장 예측은 3D 프린팅의 미래에 대한 아이디어를 제공할 수 있지만 적층 제조 트렌드를 파악하는 가장 좋은 방법은 기술의 이해 관계자가 되는 것입니다. Impro는 샌드 캐스팅, 인베스트먼트 캐스팅 및 정밀 가공을 포함한 다양한 제조 서비스를 제공하며 적층 제조 분야에서 열정적인 기업으로 자리매김하는 데 주력하고 있습니다.

3D 인쇄의 미래에 대해 자세히 알아보려면 기술 자체에 초점을 맞춘 주제에 대한 3부작 시리즈 중 2부를 계속 지켜봐 주시기 바랍니다. 오늘 무료 eBook("3D 인쇄와 기존 제조 비교")을 다운로드할 수도 있습니다.