본질적으로 레이저 소결은 적층 제조 또는 3D 프린팅의 한 방법입니다. 이는 고출력 레이저를 사용하여 디지털 3D 모델을 기반으로 분말 재료를 층별로 융합합니다. 레이저는 분말 입자를 선택적으로 녹는점 또는 소결점까지 가열하여 금형이나 전통적인 기계 가공 없이 결합하여 고체 물체를 형성하도록 합니다.
"레이저 소결"이라는 용어는 종종 일반적인 범주로 사용되지만, 그 진정한 의미는 재료에 따라 달라집니다. 특정 공정은 플라스틱을 다룰 때는 일반적으로 선택적 레이저 소결(SLS)이라고 불리며, 금속을 다룰 때는 직접 금속 레이저 소결(DMLS)이라고 불립니다.
기본 원리: 분말 베드 융합
모든 레이저 소결 방식은 분말 베드 융합(PBF)이라는 더 넓은 제조 범주에 속합니다. 이 기술의 모든 변형에서 기본 원리는 일관됩니다.
공정 작동 방식
기계는 매우 얇은 분말 재료 층을 빌드 플랫폼에 증착합니다. 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일에 따라 안내되는 고출력 레이저가 부품의 단면을 스캔하여 분말 입자를 융합합니다. 그런 다음 플랫폼은 한 층의 두께만큼 내려가고, 새로운 분말 층이 도포되며, 물체가 완성될 때까지 이 과정이 반복됩니다.
CAD 파일의 역할
전체 작업은 3D CAD 모델에 의해 지시됩니다. 이 디지털 파일은 수백 또는 수천 개의 디지털 층으로 "슬라이스"됩니다. 각 슬라이스는 레이저가 최종 부품의 특정 단면을 만들기 위해 정확히 어디에 발사해야 하는지를 알려주는 정밀한 청사진 역할을 합니다.
주요 레이저 소결 방식 설명
일반적인 공정은 유사하지만, 사용되는 재료에 따라 특정 용어가 변경됩니다. 이 구분은 엔지니어링 응용 분야에 매우 중요합니다.
선택적 레이저 소결 (SLS)
이 용어는 거의 전적으로 폴리머 및 플라스틱 분말, 가장 일반적으로 나일론의 소결을 지칭합니다. SLS에서는 레이저가 분말을 녹는점 바로 아래까지 가열하여 입자의 외부 표면이 융합되도록 합니다. 이를 소결이라고 합니다. 주변의 융합되지 않은 분말은 부품이 제작되는 동안 지지대 역할을 합니다.
직접 금속 레이저 소결 (DMLS)
알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄과 같은 금속 분말을 다룰 때는 이 과정을 DMLS라고 합니다. 레이저 에너지는 훨씬 더 높아서 금속 입자를 분자 수준에서 융합되는 지점까지 가열합니다. 이는 전통적인 제조를 통해 만들어진 부품과 유사한 기계적 특성을 가진 부품을 만듭니다.
선택적 레이저 용융 (SLM)에 대한 참고 사항
SLM은 금속에 대한 밀접하게 관련된 공정으로, 훨씬 더 강력한 레이저를 사용하여 분말 입자를 완전히 녹여 완전히 균질하고 비다공성 부품을 만듭니다. 기술적으로 DMLS(소결 대 용융)와는 다르지만, 업계에서는 종종 용어가 상호 교환적으로 사용됩니다.
장단점 이해하기
레이저 소결은 강력한 이점을 제공하지만, 특정 응용 분야에 적합한 선택인지 판단하기 위해 그 한계를 인식하는 것이 중요합니다.
핵심 강점
레이저 소결(특히 SLS)의 가장 큰 장점은 전용 지지 구조가 필요 없다는 것입니다. 빌드 챔버의 사용되지 않은 분말은 돌출된 특징을 지지하여 다른 방법으로는 생산할 수 없는 극도로 복잡하고 상호 연결된 형상을 만들 수 있습니다.
고려해야 할 주요 한계
레이저 소결을 통해 생산된 부품은 기계에서 바로 꺼냈을 때 종종 거친 표면 마감을 가지며, 매끄러운 표면을 얻기 위해 미디어 텀블링 또는 샌딩과 같은 후처리 단계가 필요할 수 있습니다. 또한, 최종 부품은 어느 정도 다공성을 가질 수 있으며, 이는 특정 고성능 응용 분야에 영향을 미칠 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
올바른 공정을 선택하려면 재료 요구 사항을 각 기술의 기능과 일치시켜야 합니다.
- 내구성 있는 플라스틱 프로토타입 또는 복잡한 최종 사용 부품에 중점을 둔다면: SLS는 디자인 자유도와 나일론과 같은 재료의 기능적 강도 때문에 확실한 선택입니다.
- 항공우주 또는 의료 응용 분야를 위한 고강도, 경량 금속 부품에 중점을 둔다면: DMLS 또는 SLM은 필요한 재료 무결성 및 성능 특성을 제공합니다.
- 전통적으로 가공할 수 없는 복잡한 디자인을 생산하는 것이 목표라면: SLS와 DMLS 모두 복잡한 내부 채널, 격자 및 유기적 형태를 만드는 데 탁월합니다.
이러한 구분을 이해하면 특정 엔지니어링 요구 사항을 충족하는 정밀한 분말 베드 융합 기술을 선택할 수 있습니다.
요약표:
| 방법 | 주요 재료 | 주요 특징 |
|---|---|---|
| 선택적 레이저 소결 (SLS) | 폴리머/플라스틱 (예: 나일론) | 지지 구조 불필요; 복잡한 형상에 이상적 |
| 직접 금속 레이저 소결 (DMLS) | 금속 (예: 스테인리스 스틸, 티타늄) | 고강도, 기능성 부품을 위해 금속 입자 융합 |
| 선택적 레이저 용융 (SLM) | 금속 | 밀도 높고 균질한 부품을 위해 분말을 완전히 용융 |
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