금속3D프린터 제작 방식 비교해보기

금속3d프린터란 무엇일까?

오늘은 금속프린팅 제작 방식의 종류와 특징을 비교해볼까 합니다.

먼저 3D프린터란 2D프린터가 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력한 도면을 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어내는 기계를 말하는데요, 잉크젯 프린터에서 디지털화된 파일이 전송되면 잉크를 종이 표면에 분사해 이미지를 그리는 원리와 같으며 2D는 앞뒤, 좌우 X,Y축 운동만 하지만 입체프린터는 상하 운동을 더 하면서 제품을 만들어냅니다.

 

이 방식은 가공의 용이성 등 여러 문제로 초창기에는 대부분 플라스틱을 사용해 형상을 만들었지만 기술이 점점 발달되면서 종이, 고무, 콘크리트, 식품에 이어 금속까지 재료의 범위가 점점 넓어지고 있으며 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

소재들이 다양해졌지만 아직까지는 플라스틱을 많이 활용하는 편이며 3D프린터 종류가 다양하기 때문에 사용 목적과 용도에 따라 출력 방식을 달리해 시제품을 제작합니다.

그럼 지금부터 소재들이 다양한 3D프린터 방식! 그중에서도 기존 가공 방식과 같이 제품을 만들 수 있는 메탈3D프린터가 무엇인지, 그 특징과 종류들을 비교해보도록 하겠습니다.

1. 금속3D프린터란?

메탈 3D프린터는 소재를 금속을 사용하여 제품을 만드는 것을 말하며 의외로 꽤 오래전부터 개발되어 왔습니다.

전에는 금속 분말을 뿌리는 동시에 레이저로 녹여서 균일한 두께로 적층하는 방식으로 진행하되 제품 전체를 만든다기보다는 금속 가공품의 수리 목적으로 많이 활용되었는데요, 예를 들어 금속 금형이나 다른 구성품에 손상이 간 경우 손상 부위만 메꾸는 식으로 활용했지만 현재는 다른 방식들처럼 일정한 형상이 되도록 적층해 나가면서 금속만으로도 3D제품을 만들 수 있습니다.

 

그러나 이 방식의 장비가 많이 활용되지 않는 점은 사용처도 애매하고, 절삭 가공 방식으로 충분히 품질 좋은 제품을 제작할 수 있기 때문입니다.

메탈 3D프린터의 장비와 소재가 비싸다 보니 단가가 비싸고, 현재까지는 품질이 CNC가공으로 만든 제품을 따라가지 못하기 때문인데요, 하지만 기존 가공 방식으로 모양내기가 어려운 형상은 3D장비로 만들기도 하고 현재까지도 활발하게 개발되고 있습니다.

2. PBF vs DED

금속3D프린터의 대표적인 방식은 PBF방식과 DED방식이라고 할 수 있습니다.

이 두 방식의 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

① PBF

PBF방식은 Powder Bed Fusion의 약자로 분말을 평평히 깔고 고에너지의 레이저나 전자빔을 선택적으로 쏘아 소결시키거나 용융시켜 적층하면서 형상을 만드는 것을 말하며 우리 흔히 알고 있는 CJP, SLS방식과 유사합니다.

PBF방식의 가장 큰 방점은 복잡한 형상이나 가공이 어려운 제품의 형상 제작이 가능하다는 것인데요, 정밀도는 양호한 편이지만 생산성이 떨어지고 프린팅 소결 및 용융 균일도가 양호하지 못한 편이라 출력물의 강도가 취약하다는 단점이 있습니다.

 

② DED

DED방식은 Directed Energy Deposition의 약자로 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 조사하면 순간적으로 용융지가 생성되는 동시에 금속분말도 공급되어 실시간으로 적층하며 형상을 만드는 방식입니다.

용접과 유사한 방법으로 기존 제품에 덧붙여 쌓아 올릴 수 있어 보수 작업에 용이하며 여러 가지 분말을 동시에 활용해 실시간으로 합금을 제작하거나 다른 재질을 사용할 수 있습니다.

DED방식은 생산성이 높고, 반복 재현성이 우수해 강도와 충격치가 높다는 장점과 비교적으로 정밀도가 떨어져 후가공이 필요하다는 단점이 있습니다.

 

SLA와 DLP방식과 마찬가지로 이 방식들 또한 모두 장단점이 뚜렷하기 때문에 어떤 기술이 더 좋다라고 판단해서 말할 수는 없어 위의 특징들을 토대로 사용 용도와 목적에 적합한 방법을 선택해서 사용하면 됩니다.

3. 종류

금속3D프린터는 생각보다 종류가 많은데요, PBF방식의 종류인 SLM방식이나 EBM방식 등 특징들을 한 번 알아볼게요.

 

① SLM

selective Laser Melting 의 약자로 금속 소재를 출력하는 3D프린터의 80%이상이 사용하고 있는 방식입니다.

고르게 펴져 있는 분말 상태의 금속 재료에 레이저가 닿으면 열에 의해 녹은 뒤 굳어지며 한층 용융과정이 완료되면 그 위로 금속 분말이 덮이고 다시 레이저를 쏘는 과정을 반복해 형상을 만드는 원리입니다.

SLM방식은 높은 강도와 정밀도를 자랑하며 다양한 금속 재료를 사용할 수 있기 때문에 다양한 분야에서 활발하게 기술을 적용해 활용하고 있습니다.

 

② EBM

Electronic Beam Melting의 약자로 금속 파우더를 용융시키는 방식이며 SLM방식과 매우 유사합니다.

레이저 대신 electronic Beam을 사용하며 금속 파우더를 용융시키는 방식이며 SLM방식에 비해 고출력 빔을 사용하기 때문에 제작속도가 매우 우수하다는 장점을 가지고 있습니다.

③ LMD

Laser Melting Deposition의 약자로 레이저 헤드에서 금속 파우더와 레이저가 동시에 분사, 조사되어 금속 파우더를 용융 후 응고됨으로써 제품을 제작하는 방식으로 CNC와 로봇과 같은 머시닝 장비에 레이저 헤드를 장착해 사용하게 되는데 움직일 수 있는 축이 많을수록 제작 자유도가 높게 된다는 특징이 있습니다.

 

④ Hybrid SLM

이 방식은 머시닝과 SLM공정을 합친 방식으로 절삭공정과 3D프린팅 공정이 복합적으로 이루어져 금속 제품을 제작합니다.

SLM 3D프린팅 공정에 의해 일정 두께 만큼 제품 형상을 제작한 후 선택적으로 외곽 면을고속으로 공구가 회전하며 절삭하게 되며 이러한 방법을 반복적으로 진행하며 3차원 형상을 만드는데요, 정밀도와 표면 조도가 우수하다는 특징이 있습니다.

이번 포스팅에서는 금속3D프린터란 무엇인지, 그 종류와 특징에 대해 알아보고 비교해보았는데요, 기술이 점차 발전되면 제품의 질이 더 높아지고, 더 많은 분야에서 활용할 수 있지 않을까 기대해봅니다.