금속 레이저 소결 또는 레이저 용융으로 가공할 수 있는 재료는 무엇입니까? 까다로운 응용 분야를 위한 고성능 합금입니다.

요약하자면, 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 및 선택적 레이저 용융(SLM)과 같은 레이저 기반 분말 베드 융합 기술을 사용하여 특수 고성능 금속 합금 범위를 가공할 수 있습니다. 가장 일반적인 재료군에는 특정 등급의 알루미늄, 스테인리스강 및 공구강, 티타늄 합금, 니켈 기반 초합금 및 코발트-크롬이 포함됩니다. 핵심은 이들이 단순히 아무 금속이 아니라 인쇄 공정을 위해 특별히 설계된 미세하고 구형의 분말이라는 것입니다.

금속 레이저 용융을 위한 재료 선택은 기술적으로 가능한 것뿐만 아니라 최종 부품이 요구하는 성능(강도, 내열성 또는 무게 등)과 재료의 공정성 및 비용 사이의 중요한 균형에 관한 것입니다.

용어에 대한 참고 사항: DMLS 대 SLM

종종 상호 교환적으로 사용되지만, 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 및 선택적 레이저 용융(SLM)은 금속 적층 제조의 동일한 범주에 속하는 공정을 설명합니다.

DMLS는 일반적으로 분말을 소결하여 분자 수준에서 입자가 융합될 때까지 가열하는 반면, SLM은 더 높은 출력의 레이저를 사용하여 완전한 용융을 달성합니다. 실질적인 목적을 위해 둘 다 밀도가 높고 기능적인 금속 부품을 생성하며 재료 선택은 크게 겹칩니다.

핵심 재료군

사용 가능한 재료는 항공우주, 의료 및 고성능 자동차와 같은 까다로운 산업을 위해 특별히 제작되었습니다. 이들은 기계적 특성의 고유한 조합과 레이저로 안정적으로 가공될 수 있는 능력 때문에 선택됩니다.

알루미늄 합금

알루미늄은 낮은 밀도와 우수한 강도 대 중량 비율로 높이 평가됩니다. 경량화 응용 분야에서 흔히 사용됩니다.

가장 널리 사용되는 알루미늄은 AlSi10Mg로, 우수한 강도와 열적 특성을 제공하며 가공이 비교적 쉽습니다. 프로토타입, 하우징 및 자동차 부품에 자주 사용됩니다.

강철 및 스테인리스강

강철은 강도, 경도 및 비용 효율성의 탁월한 균형을 제공하여 다용도로 사용되는 재료입니다.

스테인리스강 316L은 탁월한 내식성과 우수한 용접성으로 인해 의료 기기, 식품 등급 응용 분야 및 해양 하드웨어에 이상적입니다. 마레이징강(MS1)은 열처리 후 초고강도와 경도로 알려진 공구강으로, 공구, 금형 및 고응력 기계 부품에 적합합니다.

티타늄 합금

티타늄은 높은 강도, 낮은 무게 및 우수한 생체 적합성을 요구하는 응용 분야를 위한 최고의 재료입니다.

티타늄 Ti-6Al-4V (Ti64)는 가장 일반적인 3D 프린팅 티타늄 합금입니다. 그 특성으로 인해 고성능 항공우주 부품 및 엉덩이 관절 및 척추 유합 케이지와 같은 생명을 구하는 의료 임플란트의 표준이 됩니다.

니켈 기반 초합금

이러한 재료는 극도로 높은 온도에서 뛰어난 기계적 강도, 내식성 및 크리프 저항성을 유지하도록 설계되었습니다.

인코넬 718과 인코넬 625가 주요 재료입니다. 이들은 제트 엔진, 가스 터빈 및 기타 고온, 고응력 환경 내부의 부품에 필수적입니다.

코발트-크롬 합금

코발트-크롬(CoCr)은 놀라운 내마모성, 경도, 내식성 및 생체 적합성으로 알려져 있습니다.

무릎 및 치과 임플란트와 같이 마모 주기가 높은 의료 임플란트에 선호되는 선택이며 고온 엔지니어링 응용 분야에도 사용할 수 있습니다.

기타 특수 재료

이 기술은 보석을 위한 금 및 백금과 같은 귀금속과 열교환기 및 인덕터와 같이 높은 열 및 전기 전도성이 필요한 응용 분야를 위한 구리 합금의 사용 증가를 포함하여 다른 틈새 재료도 지원합니다.

금속 분말을 "인쇄 가능"하게 만드는 요인은 무엇입니까?

모든 금속을 분말로 만들고 성공적으로 인쇄할 수 있는 것은 아닙니다. 재료는 레이저 용융 공정과 호환되기 위해 특정 특성을 가져야 합니다.

입자 모양 및 크기

분말은 균일하고 구형의 입자로 구성되어야 합니다. 이 모양은 리코터 블레이드가 빌드 플레이트에 매끄럽고 고른 층을 펼칠 수 있도록 우수한 유동성을 보장합니다. 또한 높은 충진 밀도를 허용하여 분말 베드에 공극을 최소화하고 더 밀도가 높은 최종 부품으로 이어집니다.

열 특성

재료의 녹는점과 열전도율은 매우 중요합니다. 순수 구리와 같이 열전도율이 매우 높은 재료는 레이저 에너지가 너무 빨리 소산되어 안정적인 용융 풀 형성이 어려워지므로 까다로울 수 있습니다.

용접성

근본적으로 SLM/DMLS는 미세 용접 공정입니다. 재료는 우수한 용접성을 가져야 합니다. 용접 시 균열이 발생하기 쉬운 재료는 3D 프린팅 시에도 동일한 결함을 보여 부품 실패로 이어집니다. 이것이 특정 합금이 공정을 위해 개발되고 인증되는 이유입니다.

상충 관계 이해

재료를 선택하는 것은 상충되는 요소를 균형 있게 조정하여 결정됩니다. 이러한 상충 관계를 인식하는 것은 성공적인 프로젝트에 매우 중요합니다.

성능 대 비용

재료 성능과 비용 사이에는 직접적인 상관 관계가 있습니다. 범용 스테인리스강은 비교적 저렴한 반면, 티타늄 및 인코넬과 같은 고성능 재료는 원료 분말 비용과 가공 시간 모두에서 몇 배나 더 비쌉니다.

인쇄 가능성 대 이상적인 특성

때로는 전통적인 엔지니어링 관점에서 응용 분야에 가장 적합한 재료가 인쇄하기 가장 쉬운 재료가 아닐 수 있습니다. 사용 가능한 재료 라이브러리는 바람직한 특성과 안정적인 공정성의 교차점을 나타냅니다. 이것이 다른 알루미늄 계열보다 AlSi10Mg와 같은 특정 합금이 지배적인 이유입니다.

후처리 요구 사항

"인쇄된 상태" 부품의 특성이 최종 특성인 경우는 거의 없습니다. 거의 모든 금속 3D 프린팅 부품에는 후처리가 필요합니다. 여기에는 인쇄 중 축적된 내부 응력을 제거하기 위한 응력 완화와 같은 열처리 및 원하는 최종 강도와 경도를 달성하기 위한 노화 또는 용액 어닐링과 같은 열처리가 포함됩니다. 이러한 단계는 시간, 비용 및 복잡성을 추가합니다.

응용 분야에 맞는 올바른 선택

최종 재료 선택은 구성 요소의 주요 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다.

고강도 경량화에 중점을 둔 경우: 티타늄 합금(Ti64) 또는 고강도 알루미늄 합금이 가장 적합한 후보입니다.
극도의 고온 성능이 필요한 경우: 인코넬 718과 같은 니켈 기반 초합금이 업계 표준입니다.
생체 적합성 및 높은 내마모성이 필요한 경우: 의료 및 치과 응용 분야를 위해 티타늄 및 코발트-크롬 합금을 고려하십시오.
범용 강도 및 비용 효율성이 우선 순위인 경우: 스테인리스강(316L) 및 공구강(MS1)은 강력하고 다재다능한 솔루션을 제공합니다.
높은 열 또는 전기 전도성이 필요한 경우: 구리 합금이 떠오르는 선택이지만 고유한 가공 문제를 제기합니다.

사용 가능한 재료 환경과 그 고유한 상충 관계를 이해하는 것은 금속 적층 제조를 목표에 성공적으로 활용하기 위한 첫 번째 단계입니다.

요약표:

재료군	일반적인 합금	주요 특성	일반적인 응용 분야
알루미늄 합금	AlSi10Mg	우수한 강도 대 중량 비율, 열적 특성	경량 프로토타입, 하우징, 자동차 부품
강철 및 스테인리스강	316L, 마레이징강(MS1)	내식성, 고강도, 경도	의료 기기, 공구, 금형, 해양 하드웨어
티타늄 합금	Ti-6Al-4V (Ti64)	고강도, 저중량, 우수한 생체 적합성	항공우주 부품, 의료 임플란트(엉덩이, 척추 케이지)
니켈 기반 초합금	인코넬 718, 인코넬 625	극도의 고온 강도, 내식성	제트 엔진 부품, 가스 터빈
코발트-크롬 합금	CoCr	뛰어난 내마모성, 경도, 생체 적합성	치과 및 무릎 임플란트, 고마모 엔지니어링 부품
기타 재료	구리, 귀금속	높은 열/전기 전도성	열교환기, 보석, 인덕터