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금속 3D 프린팅: 재료, 공정, 응용 분야 및 실현 가능성 설명

기술의 발전으로 3차원 물체를 인쇄할 수 있게 된 지는 오래되었습니다. 3D 프린터의 가격이 지속적으로 하락하면서 이 기술은 괄목할 만한 성장세를 보이고 있으며, 디지털 디자인을 실제 물체로 변환하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다.

이 문서에서, KingsMG 에서는 주요 3D 금속 프린팅 공정과 재료에 대해 자세히 설명하여 비용, 이점 및 응용 분야에 대한 잠재력을 더 잘 평가할 수 있도록 도와줍니다.

목차

  • 3D 금속 프린팅 기술의 종류

  • 금속 3D 프린팅을 위한 재료 선택

  • 소재 선택에 영향을 미치는 요인

  • 3D 프린팅에 사용되는 일반적인 금속

  • 금속 3D 프린팅 부품의 후처리 기술

  • 금속 3D 프린팅의 장점과 한계

  • 3D 금속 프린팅의 장점

  • 3D 금속 프린팅의 단점

  • 엔드노트

3D 금속 프린팅 기술의 종류

금속 물체를 3D 프린팅하는 데 사용되는 특정 기술은 프로젝트의 규모, 형상 및 필요한 물리적 특성에 따라 다릅니다. 다음은 가장 일반적인 방법 중 일부입니다:

1. 파우더 베드 융합

이 과정에서 금속 분말의 얇은 층이 빌드 플레이트에 펼쳐지고, 고출력 레이저가 분말을 선택적으로 녹여 물체의 각 층을 형성합니다. 그런 다음 빌드 플랫폼이 낮아지고 또 다른 파우더 층이 추가됩니다. 이 과정은 전체 3D 구조가 완성될 때까지 계속됩니다.

이 방법에는 두 가지 주요 하위 유형이 있습니다: 선택적 레이저 용융(SLM) 그리고 직접 금속 레이저 소결(DMLS).

  • SLM 일반적으로 녹는점이 균일한 순수 금속을 사용하여 금속 분말을 완전히 녹입니다.

  • DMLS, 와는 달리 용융 온도가 여러 가지인 금속 합금을 분자 수준에서 융합하는 방식으로 작동합니다.

파우더 베드 퓨전은 정밀도와 제어력으로 인해 다음과 같은 생산에 널리 사용됩니다. 터빈 블레이드, 로켓 엔진 부품, 의료용 임플란트, 보석 및 미술 조각품.

2. 바인더 분사

바인더 제팅은 분말과 액체 결합제를 번갈아 가며 층을 형성하여 금속 물체를 제작합니다. 원하는 형상이 완성되면 여분의 파우더를 제거하고 용광로에서 물체를 소결하여 금속 입자를 융합합니다.

이 프로세스는 비용 효율적이며 다음과 같은 경우에 이상적입니다. 크고 복잡한 구성 요소. 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다. 건축 모형, 항공기 동체 섹션, 엔진 부품, 심지어 생체 의학용 비계까지.

3. 지향성 에너지 증착(DED)

DED는 용융 금속을 한 층씩 증착하여 물체를 형성합니다. 고출력 레이저 또는 전자 빔이 금속 분말이나 와이어를 기판 위에 직접 녹여 형상을 쌓아가면서 진행합니다.

이 방법은 다음과 같습니다. 높은 활용성 대형 고강도 금속 부품을 제작하거나 수리할 수 있습니다. 일반적으로 다음에서 사용됩니다. 항공우주, 방위, 자동차 및 발전 산업.

4. 적층 물체 제조(LOM)

시트 라미네이션 공정의 일종인 LOM은 금속에도 적용할 수 있습니다. 물체를 여러 층으로 슬라이스한 다음 접착제로 코팅된 얇은 금속 호일 시트에 인쇄합니다. 그런 다음 각 시트를 레이저로 절단하고 압력을 가하여 쌓아 최종 부품을 만듭니다.

LOM 부품은 후처리(샌딩 또는 연마 등)가 필요하지만 이 방법은 비용 효율적이며 다음과 같은 경우에 적합합니다. 프로토타이핑, 목업, 예술적 또는 교육적 애플리케이션.

5. 초음파 적층 제조(UAM)

UAM은 또한 얇은 금속 호일을 쌓아 올리지만 열이나 압력을 사용하는 대신에 초음파 진동 을 사용하여 금속 층을 원자 수준에서 결합합니다. 그 결과 뛰어난 결합 강도를 지닌 강력한 저밀도 부품이 탄생했습니다.

UAM은 다음에서 사용됩니다. 항공기 부품, 생체 의료 임플란트, 전자 장치 및 자동차 시스템 - 가볍고 내구성이 뛰어난 소재가 필수인 곳이라면 어디든 가능합니다.

금속 3D 프린팅을 위한 재료 선택

3D 프린팅에서 재료 선택은 매우 중요하며 선택한 프로세스, 원하는 속성 및 응용 환경에 따라 달라집니다.

소재 선택에 영향을 미치는 요인

1. 신청 요건

각 애플리케이션에는 고유한 요구 사항이 있습니다. 예를 들어

  • 티타늄 는 다음과 같은 경우에 이상적입니다. 생체 의학 임플란트 생체 적합성과 부식에 강하기 때문입니다.

  • 알루미늄 슈트 항공우주 부품, 가볍고 비용 효율적입니다.

  • 구리 은 다음에서 사용됩니다. 전기 부품 전도성이 뛰어나기 때문입니다.

2. 인쇄 기술과의 호환성

모든 금속이 모든 기술에 적용되는 것은 아닙니다:

  • 다음과 같은 깨지기 쉬운 금속 주철 DED 중에 균열이 발생할 수 있습니다.

  • 융점이 매우 높은 금속(예, 텅스텐)를 효율적으로 인쇄하려면 너무 많은 에너지가 필요합니다.

  • 반응성 또는 자성 금속은 다음과 같은 공정에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 바인더 분사 또는 파우더 베드 융합.

3. 비용, 가용성 및 사후 처리

다음과 같은 고가의 금속 골드 또는 플래티넘 은 보석과 고가의 전자제품에 주로 사용됩니다. 티타늄이나 코발트 크롬과 같은 다른 금속은 거친 마감이나 뒤틀림 문제를 해결하기 위해 상당한 후처리가 필요한 경우가 많습니다.

3D 프린팅에 사용되는 일반적인 금속

오늘날 3D 프린팅에 가장 많이 사용되는 금속은 다음과 같습니다:

  • 스테인리스 스틸 - 내구성과 다용도성, 다음 용도에 이상적 의료, 항공우주 및 자동차 부품.

  • 알루미늄 - 가볍고 부식에 강하며 다음 분야에 사용됩니다. 항공우주 및 자동차 컴포넌트입니다.

  • 구리 - 우수한 전기 및 열 전도성, 다음 용도에 이상적 전자 제품 그리고 열 교환기.

  • 골드, 실버, 플래티넘 - 사용 용도 럭셔리 주얼리 및 소장품.

  • 코발트-크롬 합금 - 생체 적합성; 널리 사용되는 용도 치과 및 의료용 임플란트.

금속 3D 프린팅 부품의 후처리 기술

금속 3D 프린팅 부품은 표면 품질, 기계적 강도 또는 외관을 개선하기 위해 마감 처리가 필요한 경우가 많습니다. 일반적인 후처리 방법에는 다음이 포함됩니다:

  1. 가공 - 여분의 재료를 제거하고 모양과 표면 마감을 다듬습니다.

  2. 연마 - 미적 및 기능적 개선을 위해 표면을 버프하고 매끄럽게 만듭니다.

  3. 열처리 - 산화를 방지하면서 강도와 유연성을 향상시킵니다.

  4. 스트레스 완화 아네일링 - 내부 응력을 줄여 뒤틀림이나 갈라짐을 방지합니다.

  5. 표면 코팅 - 보호 또는 장식 레이어를 추가합니다.

  6. 전기 도금 - 내구성 또는 전도성을 높이기 위해 금속 코팅을 증착합니다.

  7. 열간 등방성 프레싱(HIP) - 고압과 온도를 사용하여 다공성을 제거하고 밀도를 높입니다.

금속 3D 프린팅의 장점과 한계

금속 3D 프린팅의 양면을 이해하면 제조업체가 실현 가능성과 투자에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

3D 금속 프린팅의 장점

1. 디자인 유연성

금속 3D 프린팅은 기존 방식으로는 구현할 수 없는 매우 복잡한 형상을 구현할 수 있습니다. 맞춤형 생체 의학 임플란트, 경량 항공 우주 구조물, 복잡한 장신구 모두 이러한 자유로운 설계의 이점을 누릴 수 있습니다.

2. 신속하고 정확한 프로토타입 제작

3D 프린팅으로, 신속한 프로토타이핑 디자이너와 엔지니어가 대량 생산 전에 빠르게 개념을 시각화하고 테스트할 수 있도록 하여 혁신을 가속화합니다.

3. 효율적인 리소스 활용

로서 적층 제조 3D 프린팅은 필요한 재료만 사용하므로 낭비를 최소화합니다. 또한 현지에서 인쇄할 수 있기 때문에 물류 및 보관 비용도 절감할 수 있습니다.

4. 정확성 및 반복성

계층별 접근 방식은 다음을 보장합니다. 미크론 수준의 정확도, 의료 기기 및 전자 부품에 이상적입니다. 또한 일관된 캘리브레이션으로 다음을 보장합니다. 높은 반복성 - 균일한 제품 품질을 위해 중요합니다.

3D 금속 프린팅의 단점

이러한 장점에도 불구하고 금속 3D 프린팅은 여전히 많은 도전 과제에 직면해 있습니다:

  • 제한적 재료 옵션 - 아연이나 납과 같은 일부 금속은 인쇄하기에 실용적이지 않습니다.

  • 제한됨 볼륨 빌드, 를 사용하여 대규모 생산을 제한합니다.

  • 거친 표면 마감, 후처리가 필요한 경우가 많습니다.

  • 느린 생산 속도, 특히 크거나 세밀한 부품의 경우 더욱 그렇습니다.

  • 높은 에너지 소비 그리고 비용 장비와 원자재로 인해.

  • 광범위 후처리 사용 재료와 방법에 따라 다릅니다.

엔드노트

금속 3D 프린팅은 한때 불가능하다고 여겨졌던 디자인과 애플리케이션의 가능성을 열어주며 현대 제조업의 혁신을 이끌고 있습니다. 기술이 발전함에 따라 비용은 계속 낮아지고 접근성이 향상되어 전 세계 산업에서 점점 더 실용적인 옵션이 되고 있습니다.

에서 KingsMG, 는 금속 제조의 미래가 혁신, 정밀성, 지속 가능성에 있다고 믿습니다. 항공우주 부품, 의료용 임플란트, 예술적 창작물을 개발하든 금속 3D 프린팅은 아이디어를 현실로 구현할 수 있는 유연성과 성능을 제공합니다.

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