금속 3D 프린팅

최근 우리는 금속의 시연을 했습니다.3D 프린팅, 그리고 우리는 그것을 매우 성공적으로 완료했습니다. 그렇다면 금속은 무엇입니까?3D 프린팅? 장점과 단점은 무엇인가요?

금속 3D 프린팅은 금속 재료를 층층이 쌓아 3차원 물체를 제작하는 적층 제조 기술입니다. 금속 3D 프린팅에 대한 자세한 소개는 다음과 같습니다.

기술 원리
선택적 레이저 소결(SLS): 고에너지 레이저 빔을 사용하여 금속 분말을 선택적으로 용융 및 소결합니다. 분말 재료를 녹는점보다 약간 낮은 온도로 가열하여 분말 입자 사이에 금속 결합을 형성하여 물체를 층층이 쌓아 올립니다. 인쇄 공정에서는 먼저 인쇄 플랫폼 위에 균일한 금속 분말 층을 놓고, 레이저 빔이 물체의 단면 모양에 따라 분말을 스캔합니다. 스캔된 분말은 용융 및 응고됩니다. 한 층의 인쇄가 완료되면 플랫폼이 일정 거리만큼 떨어지고, 새로운 분말 층을 펼치는 이 과정을 물체 전체가 인쇄될 때까지 반복합니다.
선택적 레이저 용융(SLM): SLS와 유사하지만, 더 높은 레이저 에너지를 사용하여 금속 분말을 완전히 용융시켜 더 조밀한 구조를 형성할 수 있습니다. 더 높은 밀도와 더 나은 기계적 특성을 얻을 수 있으며, 인쇄된 금속 부품의 강도와 정확도는 기존 제조 공정으로 생산된 부품보다 높거나 비슷하거나 심지어 더 뛰어납니다. 항공우주, 의료 장비 등 높은 정밀도와 성능이 요구되는 분야의 부품 제조에 적합합니다.
전자빔 용융(EBM): 전자빔을 에너지원으로 사용하여 금속 분말을 용융하는 방식입니다. 전자빔은 높은 에너지 밀도와 빠른 스캔 속도를 특징으로 하며, 금속 분말을 빠르게 용융시켜 인쇄 효율을 향상시킵니다. 진공 환경에서 인쇄하면 인쇄 과정에서 금속 재료와 산소의 반응을 피할 수 있어 티타늄 합금, 니켈 기반 합금 등 산소 함량에 민감한 금속 재료의 인쇄에 적합하며, 항공우주, 의료 기기 및 기타 첨단 분야에서 자주 사용됩니다.
금속 소재 압출(ME): 소재 압출 기반 제조 방식으로, 압출 헤드를 통해 금속 소재를 실크 또는 페이스트 형태로 압출하고, 동시에 가열 및 경화시켜 층층이 적층 성형을 구현합니다. 레이저 용융 기술에 비해 투자 비용이 저렴하고, 유연성과 편의성이 뛰어나 특히 사무실 및 산업 환경의 초기 개발에 적합합니다.
일반적인 재료
티타늄 합금: 고강도, 저밀도, 우수한 내식성 및 생체적합성의 장점을 가지고 있으며, 항공우주, 의료기기, 자동차 및 항공기 엔진 블레이드, 인공 관절 및 기타 부품 제조와 같은 분야에서 널리 사용됩니다.
스테인리스 스틸: 내식성, 기계적 성질, 가공 성질이 좋고 비용이 비교적 저렴하며, 금속 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 소재 중 하나로, 다양한 기계 부품, 도구, 의료 기기 등을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.
알루미늄 합금: 밀도가 낮고, 강도가 높으며, 열전도도가 좋아 자동차 엔진 실린더 블록, 항공우주 구조 부품 등 중량이 많이 요구되는 부품을 제조하는 데 적합합니다.
니켈 기반 합금: 고온 강도, 내식성, 내산화성이 뛰어나 항공기 엔진, 가스터빈 등 고온 부품 제조에 자주 사용됩니다.
이점
높은 설계 자유도: 격자 구조, 위상 최적화된 구조 등 기존 제조 공정에서는 달성하기 어렵거나 불가능한 복잡한 모양과 구조를 제조할 수 있는 능력은 제품 설계를 위한 혁신 여지를 더 많이 제공하고, 더 가볍고 고성능의 부품을 생산할 수 있습니다.
부품 수 감소: 여러 부품을 하나의 전체로 통합하여 부품 간의 연결 및 조립 공정을 줄이고, 생산 효율성을 높이고 비용을 절감할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성과 안정성도 향상시킵니다.
신속한 프로토타입 제작: 짧은 시간 안에 제품 프로토타입을 제작하여 제품 개발 주기를 단축하고, 연구 개발 비용을 절감하며, 기업이 제품을 더 빨리 시장에 출시할 수 있도록 지원합니다.
맞춤형 생산: 고객의 개별적인 요구에 따라 의료용 임플란트, 보석 및 기타 맞춤형 분야에 적합한 고유한 제품을 제조하여 다양한 고객의 특별한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
한정
표면 품질 불량: 인쇄된 금속 부품의 표면 거칠기가 비교적 높고, 표면 마감을 개선하기 위해 연삭, 연마, 사포 분사 등의 후처리가 필요하여 생산 비용과 시간이 증가합니다.
내부 결함: 인쇄 공정 중에 기공, 융합되지 않은 입자, 융합 불완전 등의 내부 결함이 발생할 수 있으며, 이는 특히 고하중 및 반복 하중을 적용하는 경우 부품의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 인쇄 공정 매개변수를 최적화하고 적절한 후처리 방법을 채택하여 내부 결함 발생을 줄이는 것이 필요합니다.
재료의 한계: 사용 가능한 금속 3D 프린팅 재료의 종류가 늘어나고 있지만, 여전히 기존 제조 방식에 비해 특정 재료의 한계가 있으며, 일부 고성능 금속 재료는 인쇄가 어렵고 비용이 더 많이 듭니다.
비용 문제: 금속 3D 프린팅 장비 및 재료의 비용이 비교적 높고 인쇄 속도가 느려 대량 생산을 위한 기존 제조 공정만큼 비용 효율적이지 않습니다. 따라서 현재는 주로 소량 배치, 맞춤형 생산 및 제품 성능과 품질 요구 사항이 높은 분야에 적합합니다.
기술적 복잡성: 금속 3D 프린팅에는 복잡한 공정 매개변수와 공정 제어가 수반되므로 전문적인 작업자와 기술 지원이 필요하며, 작업자의 높은 기술 수준과 경험이 필요합니다.
응용 분야
항공우주: 항공기 엔진 블레이드, 터빈 디스크, 날개 구조물, 위성 부품 등을 제조하는 데 사용됩니다. 이를 통해 부품의 무게를 줄이고, 연료 효율성을 개선하고, 생산 비용을 절감하고, 부품의 고성능과 신뢰성을 보장할 수 있습니다.
자동차: 자동차 엔진 실린더 블록, 변속기 쉘, 경량 구조 부품 등을 제조하여 자동차의 경량 설계를 실현하고 연비와 성능을 향상시킵니다.
의료: 의료기기, 인공관절, 치과보조장치, 이식형 의료기기 등을 환자 개개인의 차이에 맞춰 맞춤 생산하여 의료기기의 적합성과 치료효과를 높입니다.
금형 제작: 사출금형, 다이캐스팅 금형 등을 제작하여 금형 제작 주기를 단축하고, 비용을 절감하며, 금형의 정확도와 복잡성을 향상시킵니다.
전자 : 전자 장비의 라디에이터, 쉘, 회로 기판 등을 제조하여 복잡한 구조의 일체형 제조를 실현하고, 전자 장비의 성능과 방열 효과를 향상시킵니다.
보석: 디자이너의 창의성과 고객 요구 사항에 따라 다양하고 독특한 보석을 제작하여 생산 효율성을 높이고 제품 개인화를 개선할 수 있습니다.