이 글에서는 금속 3D 프린팅을 위한 5가지 금속 분말을 소개합니다. 알루미늄 합금 , 마그네슘 합금 , 스테인리스 스틸 , 고온 합금 , 티타늄 합금 입니다 .
3D 프린팅 기술이란?
3D 프린팅은 일종의 신속한 프로토타입 제작 기술로, 원자재를 층층이 쌓아 3차원 솔리드 모델의 제조를 완료하는 기술입니다. 디지털 모델 파일을 기반으로 하며, 결합 가능한 소재(예: 플라스틱 또는 분말 금속 등)를 사용하여 층층 인쇄로 3차원 물체를 구성합니다.
3D 프린팅 기술의 응용
3D 프린팅은 일반적으로 디지털 기술 소재 프린터를 사용합니다. 금형 제작, 산업 디자인 등의 분야에서 모델을 만드는 데 사용됩니다. 기술의 발전과 성숙으로 일부 제품이나 구성 요소의 직접 제조에 점차 사용되었습니다. 3D 프린팅 기술은 이미 신발, 산업 디자인, 보석, 의료, 자동차, 항공 우주, 교육, 건축, 토목 공학 등 여러 분야에서 역할을 하고 있습니다.
금속 3D 프린팅에 대하여
최근 몇 년 동안 금속 3D 프린팅은 미래 제조 산업의 주요 개발 방향으로 여겨져 왔으며, 그 개발 속도는 비금속 3D 프린팅을 훨씬 능가했습니다. 금속 프린팅의 재료 기반인 금속 분말 재료는 3D 프린팅 기술 개발의 중요한 돌파구이기도 합니다. 금속 분말 재료의 유형에 대한 연구를 위해 현재 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 초합금 및 스테인리스 스틸의 다섯 가지 금속 분말 재료가 있습니다.
1. 티타늄 합금
티타늄 합금은 고강도, 고열 강도, 우수한 내식성, 우수한 저온 성능 및 높은 화학 활성의 장점을 가지고 있으며 스포츠 장비, 화학 산업, 핵 산업, 의료 장비, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 현재 많은 국가에서 티타늄 합금 재료의 중요성을 깨달았습니다.
티타늄 합금은 항공우주 산업에서 사용되는 새로운 중요한 구조 재료입니다. 티타늄 합금은 주로 항공기 엔진 압축기 구성 요소를 만드는 데 사용되며, 그 다음으로 로켓, 미사일 및 고속 항공기 구조 부품에 사용됩니다.
전통적인 단조 및 주조 기술로 제조된 티타늄 합금 부품은 첨단기술 분야에서 널리 사용되어 왔습니다.
절삭 공정에서 티타늄 합금의 변형 계수는 작고, 절삭 온도가 높고, 공구가 마모되기 쉽고, 단위 면적당 절삭력이 크다. 티타늄 합금의 내마모성과 공정 성능이 좋지 않아 티타늄 합금의 가공은 매우 어렵고 생산 공정이 복잡하다. 그리고 티타늄 합금은 열간 가공 중에 수소, 산소, 질소, 탄소와 같은 불순물을 매우 쉽게 흡수한다.
따라서 전통적인 단조 및 주조 방법을 사용하여 티타늄 합금 부품을 생산하면 비용이 높고 재료 활용률이 낮으며 가공이 어렵고 생산 공정이 복잡합니다. 이러한 어려움으로 인해 티타늄 합금의 광범위한 적용이 방해를 받았습니다.
사회의 발전에 따라 금속 3D 프린팅 기술을 사용하면 위의 문제를 해결할 수 있었으며, 최근 몇 년 동안 3D 기술은 티타늄 합금 부품을 직접 제조하는 새로운 기술이 되었습니다.
2. 알루미늄 합금
알루미늄 합금은 높은 비강도, 경량, 양호한 유동성, 강력한 금형 충진 능력, 양호한 내식성, 낮은 융점, 양호한 주조 특성 및 플라스틱 가공성과 같은 우수한 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 가지고 있습니다. 항공우주, 해양 산업, 화학 산업, 금속 포장, 건설, 전기 기계 및 일용품 산업에서 널리 사용됩니다.
그러나 선택적 레이저 용융에서는 알루미늄 합금 자체의 특성으로 인해 제조가 더 어렵습니다. 현재 선택적 레이저 용융에서는 알루미늄 합금의 산화, 잔류 응력, 기공 결함 및 밀도와 같은 문제가 여전히 있습니다.
3. 마그네슘 합금
마그네슘 합금은 낮은 밀도, 우수한 방열성, 높은 강도, 큰 탄성 계수, 우수한 충격 흡수성, 알루미늄 합금보다 더 큰 충격 하중 용량, 유기물 및 알칼리에 대한 우수한 내식성이 특징입니다. 주로 항공, 항공 우주, 운송, 화학 산업, 로켓 및 기타 분야에서 사용됩니다. 게다가 많은 응용 분야에서 마그네슘 합금은 강철 및 알루미늄 합금을 대체할 잠재력이 있습니다.
선택적 레이저 용융에서 마그네슘 합금을 성형하는 것은 주조보다 경도와 강도가 더 높습니다.
4. 스테인리스 스틸
스테인리스 스틸 자체의 내식성이 좋기 때문에 스테인리스 스틸은 고온에서도 여전히 우수한 물리적 및 기계적 특성을 유지할 수 있습니다. 게다가, 분말은 성형성이 좋고, 제조 공정이 간단하며, 비용이 저렴합니다. 따라서 3D 프린팅 분야에서도 스테인리스 스틸이 널리 사용됩니다.
현재, 스테인리스 강의 선택적 레이저 용융에 관한 연구는 주로 강도를 높이고 기공을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다.
5. 고온 합금
고온 합금은 600°C 이상의 고온과 특정 응력 하에서 장시간 작동할 수 있는 철, 니켈, 코발트를 기반으로 하는 금속 재료의 종류를 말합니다. 우수한 고온 강도, 우수한 산화 저항성 및 고온 부식 저항성, 우수한 피로 특성, 파괴 인성 및 기타 특성을 가지고 있습니다. 주로 항공우주, 에너지 등에 사용됩니다.
고온 합금의 가공 표면 무결성은 성능에 매우 중요한 역할을 합니다. 그러나 고온 합금은 일반적으로 가공하기 어려운 재료이며 가공 공정 중에 가공 표면 품질이 낮고 공구가 심하게 파손되는 등의 문제가 종종 발생합니다. 이는 미세 강화된 품목의 높은 경도, 심각한 작업 경화, 높은 전단 응력 저항 및 낮은 열 전도도, 절삭 영역에서 높은 절삭력과 절삭 온도 때문입니다.
사회의 발전에 따라 3D 프린팅 기술은 고온 합금 성형의 기술적 병목 현상을 해결하는 새로운 방법이 되었습니다.
결론
금속 분말 3D 인쇄 기술은 어느 정도 성과를 거두었지만, 인쇄 재료의 한계는 3D 인쇄 기술의 발전에 영향을 미칠 것입니다. 오늘날 많은 종류의 3D 인쇄 금속 재료가 산업용으로 적합하지만, 특수 금속 분말 재료만이 생산 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
3D 프린팅 금속 소재의 개발과 관련하여 기존 소재를 기반으로 소재 구조와 특성 간의 관계에 대한 연구를 강화하고, 소재 특성에 따라 공정 매개 변수를 최적화하고, 프린팅 속도를 높이고 기공률과 산소 함량을 줄이며, 표면 품질을 개선해야 합니다. 동시에 3D 프린팅에 적합하도록 새로운 소재를 개발해야 합니다.
