목차
금속을 사용한 3D 프린팅 프로세스
직접 레이저 금속 소결
금속을 이용한 3D 프린팅 방법 중에서는 분말 베드 융합 기술을 기반으로 하는 레이저 파워 베드 융합(LPBF)이라고도 하는 직접 레이저 금속 소결(DMLS)이 특히 두드러집니다. 이 프로세스에서는 금속 분말이 제공되고 일반적으로 레이저와 같은 에너지원으로 선택적으로 녹아 3D 구조가 만들어집니다.
유사한 방식인 CLAD(레이저 클래딩 또는 클래딩, DED – 직접 에너지 증착 공정)에서는 일반 프린터의 잉크와 유사하게 노즐에서 금속 분말이 증착됩니다. 하지만 노즐 배출구에서 레이저로 분말을 직접 녹여 액체 금속을 직접 인쇄할 수 있습니다.
적층 제조와 적층 가공의 조합은 소위 냉간 절삭 방식 또는 냉가스 분사 방식입니다. 이 방식에서는 미세한 금속 입자가 운반 가스(보통 헬륨)가 포함된 미세 노즐을 통해 고압으로 압축되어 기판에 충격이 가해지면 소성 변형이 일어나 실제 용융 없이 직접 가공할 수 있는 층을 형성합니다. 하지만 이 방법은 비용이 많이 들기 때문에 거의 사용되지 않습니다.
금속 바인더 제팅
또한 금속 바인더 분사. 플라스틱 파우더 베드 공정과 유사하게 금속을 바인더와 혼합하고 결합하여 균일한 덩어리를 형성합니다. 그런 다음 열 공정, 즉 연소 또는 레이저 가열을 통해 녹색 부분을 바인더에서 분리하고 최종 모양을 만듭니다.
융합 증착 모델링
플라스틱 공정과 유사하게 금속 필라멘트(일반적으로 저융점 금속 또는 합금으로 제작)가 부드러워질 때까지 가열한 다음 노즐을 통해 층층이 도포하는 FDM(용융 증착 모델링) 방식도 있습니다.
언급된 모든 방법은 모든 금속에서 작동하는 것은 아니라는 공통점이 있습니다. 금속 3D 프린팅에 사용되는 일반적인 금속은 알루미늄과 그 합금, 강철 및 철 합금뿐만 아니라 갈륨, 인듐, 티타늄, 코발트 또는 크롬과 같은 재료입니다. 상대적으로 높은 비용에도 불구하고 금과 은과 같은 귀금속도 사용되고 있습니다. 그러나 이러한 금속을 성형하는 것은 다소 까다로울 수 있습니다. 중금속과 매우 단단하거나 녹는 정도가 높은 금속은 거의 사용되지 않거나 전혀 사용되지 않습니다.
금속 3D 프린팅의 응용 분야
금속 3D 프린팅의 가장 일반적인 응용 분야는 주로 시제품 제작과 연구 개발이며, 특히 시리즈가 아닌 개별 부품만 제조해야 하는 경우 더욱 그렇습니다. 이 경우 주조 공작물의 툴링은 종종 매우 비싸기 때문에 3D 프린팅을 통해 현명하게 피할 수 있습니다.
주조 공작물에 비해 절감되는 에너지 비용도 상당합니다. 마찬가지로 값비싼 금속 원재료에 대한 재료비 절감도 마찬가지입니다. 또한 의료 기술에서 개별적으로 제조되는 임플란트나 특수하게 개조된 기계 예비 부품의 경우 금속을 사용한 3D 프린팅의 장점은 부인할 수 없습니다.
세라믹이나 폴리머 3D 프린팅과 달리 금속 소결이나 저온 가스 프린팅은 금속마다 용융 영역이 크게 다르고 혼합물이나 특정 층의 적용이 항상 가능하지 않을 수 있으므로 모든 형상이나 구조를 쉽게 구현할 수 있는 것은 아닙니다. 그럼에도 불구하고 향후 더욱 유연하고 다양한 응용 분야를 개척하기 위해 이러한 방법에 대한 연구가 현재 진행 중입니다.
금속을 사용한 3D 프린팅의 장점:
- 툴링 필요 없음
- 에너지 비용 절감
- 금속 원자재 비용 절감
- 부품의 개별 제조 가능
3D 프린팅 금속의 열 분석
열 분석을 통해 생성된 금속의 특성을 파악하고 기존 방식으로 제조된 부품과 3D 프린팅 부품 간의 차이점과 편차를 식별할 수 있습니다.
- DSC로, 융점 및 상 전이를 측정하여 3D 프린팅에 사용할 합금을 최적화할 수 있습니다. (합금강의 응용)
- 통해 팽창 측정를 통해 팽창 거동은 물론 경도 및 상 전이를 입증할 수 있습니다. (철을 사용한 응용)
- 열 전도성 열 전도성 및 경화 제품과 분말 및 합금의 열전달 특성은 다음을 사용하여 잘 특성화할 수 있습니다. THB 및 레이저 플래시 방법을 사용하여 잘 특성화할 수 있습니다. (구리 및 알루미늄 적용)
- 또한 열전기적 특성 전기 저항, 전도도, 시벡 계수와 같은 열-전기적 특성도 최신 열 분석 방법을 통해 정확하게 측정할 수 있습니다. (구리 적용)
