금속 3D 프린팅 기술

적층제조

This is an introduction section of AM. Organic growth deep dive but circle back or but what’s the real problem we’re trying to solve here?

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What is Advanced AM?

적층제조(AM)는 디지털 모델에 따라 재료의 레이어를 하나씩 쌓아 물리적객체를 만드는 데 사용하는 프로세스이다.

AAM이란?

현재까지 적층제조(Addictive Manufacturing, AM) 기술은 특수 설계된 제품이나 소량의 샘플을 제작하는데 활용이 되었다. 그러나 기술이 발전하게 됨에 따라, 대량양산에 적용할 수 있는 정도까지 역량이 발전되었고, 당사는 금속소재를 활용한 대량양산이 가능한 기술을 AAM 이라 총칭한다.

1. Easy Use

AAM은 엔지니어들이 접근하기 쉬운 방법으로 기술이 개발되었다. 설비는 보수가 손쉽도록 모듈화되었으며, UI는 직관적으로 표현한다.

2. Mass Production

AAM은 대량양산에 최적화된 기술이다. 설비에는 가동율을 높이기 위한 장치들이 추가됐고, 가공 중 품질을 감시할 수 있는 시스템을 포함한다.

3. Standard

AAM을 이용해 생산한 제품은 전통산업에 적용된 모든 표준을 만족할 수 있어야 한다. 즉 정밀도, 마감정도, 소재특성 등

4. AM Characteristic

AAM을 이용해 생산한 제품은 적층제조의 특성을 살릴 수 있어야 한다. 즉 경량화 적용, 공정단축, 복잡한 형상 표현, 움직이는 구조 등

금속 적층제조(AM)의 장점

Advantages of Metal Addictive Manufacturing

경량화

적층제조특화설계(DfAM)시 위상최적화 또는 형상최적화를 이용해서 경량화를 할 수 있는데, 예를 들어 제주도의 암석이 부피는 크지만, 무게가 가벼운 것처럼, 적층기술을 이용하여 Lattice 구조를 만들게 되면 경량한 제품이 만들어지게 된다.

원가절감

적층제조 기술에서 소프트웨어는 아주 중요하다. 많은 기능 중에서 원가절감에 도움이 되는 것은 부품의 사전품질을 검토할 수 있는 시뮬레이션 기능, 경량화를 구현하는 Lattice 기능이며, 이것들을 통해 원재료의 양을 절감하거나 공정 단일화를 이룰 수 있다.

공정효율화

적층제조 기술을 이용하면 인간이 상상하는 부품은 어떤 형상이든 제작이 가능하다. 이러한 설계의 자유로움 때문에 전통적인 공정으로 여러 개의 부품으로 나눠서 제작하던 것을 하나의 공정으로 처리할 수 있게 되었다.

적층제조 방식

Introduction of Addictive Manufacturing(AM)

광중합 방식(SLA, DLP)

레이저, UV 광원의 빛을 플라스틱 소재에 조사 중합반응을 유도하여 선택적으로 고형화 시키는 방식

재료압출방식(FDM, FFF)

고온 가열한 재료를 노즐을 통해 일정 압력으로 연속적으로 밀어 내며 형상을 만드는 방식

접착제분사방식(3DP)

분말 형태의 재료 위에 액체형태의 접착제와 잉크를 분사하여 형상을 적층해 가는 방법

재료분사방식(PolyJet, MJM)

액체 형태의 소재를 프린팅 헤드의 노즐을 통해 분사한 후 자외선 동시 경화시켜 형상을 조형하는 방식

분말적층용융방식(SLS, DMLS)

분말 형태의 재료 위에 레이저와 같은 고에너지를 선택적으로 조사하여 소결을 통해 형상을 만드는 방식

고에너지직접조사(EBM, LMD)

레이저, 전자빔과 같은 고에너지를 이용 분말 재료를 녹여 적층하여 형상을 만드는 방식

금속 적층제조 소재

Introduction of applicable metal powder types

MaragingSteel MS1

뛰어난 경도 및 강도를 보유하고 있으며, 우수한 내마모성을 자랑하는 소재이다.

StainlessSteel GP1

우수한 내부식성, 뛰어난 견고성을 자랑하는 높은 강도를 자랑하는 소재이다. 의료용 가능

StainlessSteel PH1

우수한 내부식성, 뛰어난 견고성을 자랑하는 높은 강도를 자랑하는 소재이다. 의료용 가능

NickelAlloy IN718

내산화성, 내부식성 및 극한 온도에서도 견디는 내온도성을 자랑하는 소재이다.

MickelAlloy IN625

탁월한 내부식성 및 높은 강도와 내열성을 자랑하는 소재이다.

CobaltChrome SP2

뛰어난 내식성 및 내마모성을 제공하여 생체부품에 적합하다.

Aluminum

경량, 우수한 기계적 특성 및 향상된 열전도성을 자랑하는 소재이다.

Titanium Ti64

고강도, 경량, 뛰어난 내온도성 및 내부식성이 뛰어나 생체부품에 적합하다.

18k 3N Yellow Gold

보석류 및 예술품에 적합하다.

CL 80CU(Bronze)

보석류 및 예술품에 적합하다.

Sterling Silver

보석류 및 예술품에 적합하다.

950 Platinum Ruthenium

보석류 및 예술품에 적합하다.

소프트웨어

Introduction of AM Softwares

위상최적화 및 시뮬레이션

적층제조특화설계(DfAM)을 실시하려면 CAD로 그려진 도면을 변환 후, 위상최적화(예, Lattice 적용 등) 및 시뮬레이션을 적용하게 된다. 솔리드웍스, Ansys 같은 소프트웨어가 판매되고 있다.

Support 생성

적층제조를 하기 위해서는 제품에 support를 생성시켜야 한다. 이것은 적층되는 중간에 제품이 중력에 의해서 쳐지는 것을 방지해 주거나, 레이져 가공 중에는 열을 발산시키서 변형을 방지하는 역활등을 한다.

Slicer 및 변환

설계와 최적화가 완료되고 나면, 3D 프린터가 이해할 수 있도록 파일 변환을 해야 하는데, 이것을 Slicing이라 한다.

금속 AM적용분야

Applications of Metal Addictive Manufacturing

SMART모빌리티분야

GE의 성공적인 CASE로 항공기 부품(Leap Nozzle)을 AM으로 생산했을때, 25%의 경량화가 달성되고, 20개의 부품을 1개로 융합하고, 디자인부터 생산까지 80% 의 개발시간이 절약되었다.

의료분야

환자의 부상부위에 대한 최적화된 설계로 수술시간이 단축되고, 회복속도가 향상되는 결과를 가져오고 있다.

국방분야

무기 부품들은 소량제작이며 고품질 제품들이다. 또한 많은 시험테스트 제품들을 제작하여야 하므로 적층제조기술은 가성비를 맞추는 좋은 방법이 되고 있다.

열관리분야

Lattice 구조로 단면적 당 공기와 접촉하는 면적을 넓을 수 있어 방열판 등 열관리 분야에 핵심적인 기술이 되고 있다.

A/S 분야

오래된 설비의 경우, 도면이 없거나, 제작사가 도산하여 부품을 구할 수 없을 경우, 리버스 엔지니어링을 통해 재설계 후, 유사한 부품을 만들어 사용할 수 있다.

금형분야

금형의 경우, 사용시 cooling channel을 통해 온도를 제어해야 하는데, 적층제조기술로 금형을 제작할 경우, 자유로운 cooling channel 설계가 가능하여 금형자체의 성능과 수명이 개선되는 효과가 있다.

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