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Jun 18, 2023

금속 부품 만들기: 초보자용이 아님

일반적으로 3D 프린팅이라고 불리는 적층 제조(AM)에 대해 아무것도 모른다고 가정해 보겠습니다. 업계를 변화시키는 이 기술이 30년 이상 우리와 함께해 왔다는 점을 고려하면,

일반적으로 3D 프린팅이라고 불리는 적층 제조(AM)에 대해 아무것도 모른다고 가정해 보겠습니다. 업계를 변화시키는 이 기술이 30년 이상 우리와 함께해 왔다는 점을 고려하면, 그러한 가정은 가능성이 거의 없지만 그럼에도 불구하고 이 "인형" 스타일 기사의 전제입니다. 이미 해당 주제에 대한 전문가라면 멋진 부품을 3D 프린팅하거나 최신 Netflix 시리즈를 몰아보는 등 좀 더 흥미로운 일을 마음껏 해보세요.

다른 모든 분들을 위해 적층 제조에 대한 매우 간단한 개요부터 시작하겠습니다. 미국재료시험학회(ASTM)가 인정한 7가지 AM 기술은 각각 원하는 공작물의 3D CAD 모델에서 시작됩니다. 이 파일은 빵 한 덩어리처럼 수천 또는 수십만 개의 종이처럼 얇은 조각으로 디지털 방식으로 렌더링된 후 3D 프린터에 공급됩니다.

가장 일반적인 기술 중 일부는 레이저 또는 LED 광원을 사용하여 각 층의 프로파일과 내부 섹션을 수지 통의 표면이나 금속 또는 폴리머 분말 베드의 표면에 연속적으로 추적하여 해당 영역을 응고시킵니다. 각 레이어가 완성되면 추가 재료가 급증하는 가공물을 가로질러 당겨지며, 프로세스는 부품이 완성될 때까지 아래에서 위로 계속해서 계속됩니다.

부품을 만들기 위해 글루건과 같은 압출 헤드를 사용하는 시스템도 있습니다. 일부는 금속 분말을 분사하거나 얇은 와이어를 집중된 에너지원(레이저 또는 전자 빔)의 경로로 압출하여 용융 금속을 작업 표면에 증착하는 반면, 다른 것들은 폴리머 바인더를 분말 베드에 선택적으로 분사하여 "친환경" 부품을 생성합니다. 나중에 오븐에서 소결해야 합니다. 다른 방법도 존재하며 추가적인 세부 사항이 뒤따를 것이지만 간단히 말해서 AM입니다. 간단하죠?

앞서 언급했듯이 AM은 오랫동안 우리와 함께해왔습니다. 한때 폴리머 프린팅으로 제한되었던 기술은 이후 엔지니어링 등급 세라믹, 탄소 섬유 또는 아라미드(케블라)를 함유한 복합 재료, 그리고 가장 주목할만한 금속 및 다양한 합금으로 확장되었습니다. 향후 적층 제조 산업 보고서에서 폴리머 및 기타 비금속 재료의 3D 프린팅에 대해 논의할 것입니다. 그러나 이번 보고서의 나머지 부분은 훨씬 더 젊은(그리고 당분간은 더 작지만 가장 빠른) 금속 AM에 초점을 맞출 것입니다. -성장하는) 수십억 달러 규모의 시장이 된 부분입니다.

독일 Krailling에 있는 EOS(Electro Optical Systems)의 창립자인 Hans Langer는 "훨씬 더 젊은" 주장을 주장할 수도 있습니다. 광조형 발명가인 Charles Hull이 3D Systems를 설립한 지 불과 8년 후인 1994년에 Langer의 회사는 고분자 분말 인쇄(선택적 레이저 소결 또는 SLS라고도 함)에 대한 전문 지식을 활용하여 그와 다른 많은 사람들이 고려하는 기계인 EOSINT M 160을 출시했습니다. 최초의 금속 3D 프린터가 되었습니다.

이 기계는 금속 사출 성형(MIM) 기술을 통해 만든 것과 유사한 기계적 특성을 자랑하는 부품을 인쇄하기 위해 니켈, 청동 등의 금속 분말을 혼합했습니다. 분명히 큰 도약이었지만 EOS가 "완전히 밀도가 높은" 금속 부품을 만들 수 있는 3D 프린터를 판매하기 시작하여 항공우주, 의료, 운송 및 에너지 산업 전반에 걸쳐 점점 더 널리 채택될 수 있는 문을 여는 데는 10년이 더 걸렸습니다.

Langer와 그의 팀은 이 초기 기술을 "직접 금속 레이저 소결"(DMLS)이라고 불렀습니다. 이 약어는 더 이상 완전히 정확하지 않습니다. 언급한 바와 같이, 초기 분말 베드 기계에는 바인더 역할을 하기 위해 청동이나 이와 유사한 저온 용융 금속이 필요했습니다. 대조적으로, 최신 DMLS 프린터는 티타늄, 인코넬, 하스텔로이, 텅스텐 및 니오븀과 같은 내화성 금속을 포함하여 내열성이 가장 높은 재료도 녹이거나 "융합"시킬 수 있는 충분한 레이저 출력을 갖추고 있습니다. 이것이 바로 EOS가 DMLS 동사 "sintering"을 "schmelzen"(독일어로 "녹다"를 뜻함)으로 바꾼 이유입니다. 이 용어는 더 정확한 용어이자 오랫동안 지속되어온 상표 등록 약어를 유지할 수 있는 용어입니다.

간략한 역사 교훈을 제외하고 EOS는 다른 3D 프린터 제조업체와 많은 경쟁을 벌이고 있으며, 많은 제조업체는 자체 약어를 사용합니다. 예를 들어, SLM Solutions Group AG는 선택적 레이저 용융의 약어인 SLM이라는 이름의 금속 분말 베드 기술을 상표로 등록했습니다. 현재 GE Additive의 일부인 Concept Laser는 LaserCUSING 기술을 보유하고 있으며, 3D Systems는 DMP(직접 금속 인쇄)를 제공하고, TRUMPF는 LMF(레이저 금속 융합)를 개발했으며, Velo3D는 기본 Intelligent Fusion 프로세스를 갖춘 Sapphire 시스템을 제공합니다.