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더 빠르고 저렴한 금속3D프린팅 기술이 개발됐다 – Sciencetimes
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금속 3D 프린팅 솔루션 | 프로토텍
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시제품 제작
역설계 서비스
활용 사례
연구백서
3D프린팅 재료
3D 프린팅 세미나
전시회 일정
㈜프로토텍 창립 11주년
회사연혁
주요 고객사
오시는 길
채용정보
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금속 3D프린터를 10분의 1 가격으로 만들었다 – 파이낸셜뉴스
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더 빠르고 저렴한 금속3D프린팅 기술이 개발됐다 – Sciencetimes
자동차·선박·항공기 대형부품 제작에 유리
각종 부품의 대부분이 금속소재로 이루어지는 제조업 특성상, 제조혁신을 이끌 핵심기술로 ‘금속 3D프린팅’이 각광받고 있다. 금속 3D프린터는 복잡한 형상의 어떠한 금형도 높은 정밀도로 맞춤제작이 가능하기 때문에 시제품 개발부터 양산까지의 제품 라이프사이클(life-cycle) 비용을 효과적으로 절감해준다. 특히 선박, 항공기 등 중대형 수송기기 부품처럼 부가가치가 높지만 다품종 소량생산이 필요한 경우, 가장 효율적인 대안으로 꼽힌다.
한국생산기술연구원(이하 생기원)이 금속 3D프린팅 분야에 최신 용접기술을 접목하여 중대형 부품 또는 다이캐스팅(Die-casting)* 금형을 보다 신속하고 저렴하게 제조할 수 있는 기술을 개발했다.
* 금형에 소재가 되는 금속을 녹여서 높은 압력으로 강제로 밀어 넣는 정밀주조법
기존 PBF(Powder Bed Fusion)*’ 방식의 3D프린팅 기술은 고출력 레이저장비와 값비싼 분말 재료로 오랜 시간 한 층씩 적층해야하기 때문에 금형이 커질수록 제조단가는 높아지고 생산성은 떨어진다는 단점이 있다. 또한 대형 금속 3D프린터 1대당 가격이 약 10억 원 이상의 고가여서 중소기업들이 이를 도입해 운용하기에도 재정적으로 부담되는 상황이다.
* 파우더분말을 평평히 깔고 레이저를 선택적으로 쏘아 소결시키거나 녹여 적층하는 방식
생기원 첨단정형공정연구그룹 지창욱 박사 연구팀은 이 같은 단점들을 극복하고자 푸시풀(Push-Pull) 방식의 최신 용접기법으로 금속 와이어를 빠르게 적층하는 ‘와이어 아크(Wire+Arc) 3D 적층 제조방식’을 고안하고 관련 공정을 최적화했다.
이 방식은 3D프린팅의 또 다른 방식인 DED(Directed Energy Deposition)*’와 유사하지만, 열원(熱源)을 레이저 대신 고온의 전기불꽃 ‘아크(Arc)’를 사용하고 금속 분말이 아닌 ‘와이어’를 녹여 적층한다는 점에서 차별화된다.
* 고출력 레이저 빔을 금속 표면에 쏘면 순간적으로 녹는 동시에 금속분말도 공급되어 실시간 적층하는 방식
연구팀은 용접기와 로봇, 적층경로설정 소프트웨어 등을 하나의 시스템으로 통합하고 와이어소재, 가스유량, 작업온도 등 각종 공정변수들에 대한 데이터베이스를 쌓아 3D프린팅에 적합하도록 최적화했다.
제작속도 기존 주조공법보다 2배 이상 빨라, 도입비용은 상용 3D프린터 1/10 수준
개발된 기술은 제작할 부품·제품의 캐드(CAD) 도면을 시스템에 입력하면 경로설정 소프트웨어가 최적 적층경로를 선정, 로봇팔에 부착된 용접토치가 그 경로를 따라 와이어를 녹이며 층층이 쌓는 자동화 방식이다. 이 방식은 부품 제작 속도가 기존 주조공법보다 2배 이상 빠르고, 특히 다이캐스팅 금형 제작의 경우 자동화 공작기계로 모재(母材)를 깎아 금형을 제작하는 기법인 CNC 가공법*과 비교해 제조단가는 약 20%, 소재 손실율도 80% 더 낮다. 장비 구축비용도 대형 3D프린터의 10분의 1 수준에 불과해 경제적이다.
* computer numerical control
또한 적층 과정에서 이종 소재를 접합하는 용접기법인 ‘클래딩(Cladding)’ 방식도 적용할 수 있는데, 이를 통해 금형의 냉각속도, 내마모성 등을 향상시켜 금형 수명을 늘리고 제품의 치수 안정성까지 높일 수 있다. 연구팀은 이 기술을 이용해 통상 2개월가량 소요되는 2m 크기의 대형 선박 프로펠러를 3주 만에 제작해냈고, 강도·내구성과 같은 물적 특성의 우수성도 인정받아 선박의 외항 항해를 인증하는 일종의 보증서인 ‘선급 인증’까지 받았다.
지창욱 박사는 “개발된 기술은 자동화 용접시스템과 캐드 도면만 갖추면 중소 제조업체들도 쉽게 도입 가능한 고속·저가 3D프린팅 기술”이라며, “향후 적용소재를 철, 알루미늄뿐만 아니라 경량화에 유리한 마그네슘 합금으로 확대하여 항공부품 제작에 활용할 계획”이라고 말했다.
한편, 이번 기술개발은 산업통상자원부의 산업기술혁신사업과 기관 주요사업인 ‘신시장창출지원사업’을 통해 진행됐으며, 현재 관련 SCI급 논문 5편이 발행되고 특허 4건이 출원된 상태다.
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금속 3D 프린팅 솔루션
1. 사용 및 조작이 용이
최신 머신 샵을 염두에 두고 설계된 샵 시스템은 워크 플로우에 완벽하게 맞도록 제작되었습니다.
적은 비용으로 레이저 기반 시스템에 비해 표면 조도 및 해상도가 우수한 금속 부품을 생산합니다.
1) 합리적인 가격의 솔루션
본 시스템에는 3D프린팅에서 소결에 이르기까지 작업장에서 바인더 분사를 시작하는 데 필요한 모든 장비가 포함됩니다. 또한 다양한 빌드 볼륨 구성 (4L, 8L, 12L 및 16L)을 갖춘 Shop System은 매장의 처리량에 맞게 다양한 솔루션으로 설계되었습니다.
2) 단순화 된 후처리
Shop System에서 제작된 부품은 파우더 베드에서 완전히 지지되며 손으로 제거 가능한 소결 세터가 있습니다. 레이저 기반 시스템에 일반적인 지지 구조물에서 필수적인 후가공 과정을 피하고 대신 퍼니스에서 바로 고객이 원하는 형상의 부품을 얻을 수 있습니다.
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턴키, 엔드 투 엔드 솔루션으로 빠르게 시작하십시오. Shop System은 탁월한 부품 품질을 제공하고 부품 간 반복성을 보장하도록 최적화 된 데스크탑 금속 가공 분말 및 가공 매개 변수를 갖추고 있습니다.
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보장된 품질, 표면 조도 및 공차를 사용하여 최종 금속 부품을 손쉽게 제작하십시오.
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고속 단일 패스 프린팅 엔진을 갖춘 Shop System은 레이저 파우더 베드 기술보다 최대 10 배 빠른 고품질 금속 부품을 하루에 70kg 생산합니다.
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6~12 시간의 평균주기 시간으로 교대 할 때마다 새로운 빌드가 가능합니다. 매일 수십에서 수백 개의 니어 넷 모양 부품을 인쇄합니다.
3) 유연한 배치작업
Shop System은 툴링없는 제조 공정입니다. 버튼 하나만 누르면 새 작업으로 전환하고 사용자 지정 설정 없이 여러 복잡한 작업을 처리 할 수 ??있습니다.
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매우 정교한 기능으로 준비된 고해상도 부품을 프린팅하십시오. 퍼니스에서 최소 4µm Ra의 표면 조도를 달성하고 마무리로 0.1µm Ra 미만의 표면 조도를 달성하십시오. Shop System은 완전히 조밀하고 단단한 부품을 생산하며, 디 바인드 또는 충전재가 필요하지 않습니다.
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사용자는 프린팅 속도를 위해 미세형상이나 해상도를 포기할 필요 없습니다. Shop System은 최소 1pL(pico liter) 부터 최대 6pL 크기로 바인더 방울 크기를 조정 및 혼합하여 우수한 표면 마감이 가능합니다.
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총 70,000 개 이상의 노즐로 구성된 Shop System의 프린트 헤드는 다른 시스템보다 25 % 높은 노즐 여분을 제공하여 프린팅 품질과 안정성을 향상시킵니다.
금속 3D프린터를 10분의 1 가격으로 만들었다
생산기술연구원 지창욱 박사, 금속 3D 프린터 개발
기존 주조공법보다 2배 빠르게 제품 제작 가능
2개월 걸리는 2m 선박 프로펠러 3주만에 제작
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 주조공법보다 2배 이상 빠르고 기존 3D 프린터 가격보다 10분의 1 저렴한 금속 3D 프린터를 개발했다. 연구진은 이 3D프린터를 이용하면 최신 용접기술을 접목해 중대형 부품과 다이캐스팅 금형을 빠르고 저렴하게 만들 수 있다고 설명했다.한국생산기술연구원은 첨단정형공정연구그룹 지창욱 박사팀이 금속 와이어를 빠르게 쌓는 ‘와이어 아크(Wire+Arc) 3D 적층 제조방식’을 고안해 금속 3D 프린터를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 기술개발을 통해 현재 관련 SCI급 논문 5편이 발행되고 특허 4건이 출원된 상태다.연구진은 이 기술을 이용해 통상 2개월가량 소요되는 2m 크기의 대형 선박 프로펠러를 3주만에 만들었다. 또한 강도·내구성과 같은 물적 특성의 우수성도 인정받아 ‘선급 인증’까지 받았다.지창욱 박사는 “이 기술은 자동화 용접시스템과 캐드 도면만 갖추면 중소 제조업체들도 쉽게 도입 가능한 고속·저가 3D프린팅 기술”이라고 설명했다.연구진은 용접기와 로봇, 적층경로설정 소프트웨어 등을 하나의 시스템으로 통합하고 와이어소재, 가스유량, 작업온도 등 각종 공정변수들에 대한 데이터베이스를 쌓아 3D프린팅에 적합하도록 최적화했다.이 기술은 제작할 부품·제품의 캐드(CAD) 도면을 시스템에 입력하면 경로설정 소프트웨어가 최적 적층경로를 선정, 로봇팔에 부착된 용접토치가 그 경로를 따라 와이어를 녹이며 층층이 쌓는 자동화 방식이다.이 방식은 부품 제작 속도가 기존 주조공법보다 2배 이상 빠르고, 특히 다이캐스팅 금형 제작의 경우 CNC 가공법과 비교해 제조단가는 약 20%, 소재 손실율도 80% 더 낮다. 장비 구축비용도 대형 3D프린터의 10분의 1 수준에 불과해 경제적이다.또한 쌓는 과정에서 서로다른 소재를 접합하는 용접기법인 ‘클래딩’ 방식도 적용할 수 있는데, 이를 통해 금형의 냉각속도, 내마모성 등을 향상시켜 금형 수명을 늘리고 제품의 치수 안정성까지 높일 수 있다.지창욱 박사는 “향후 적용소재를 철, 알루미늄뿐만 아니라 경량화에 유리한 마그네슘 합금으로 확대하여 항공부품 제작에 활용할 계획”이라고 말했다.한편, 각종 부품 대부분이 금속소재로 이뤄지는 제조업 특성상, 제조혁신을 이끌 핵심기술로 ‘금속 3D프린팅’이 각광받고 있다.금속 3D프린터는 복잡한 형상의 어떠한 금형도 높은 정밀도로 맞춤제작이 가능해 시제품 개발부터 양산까지의 제품 라이프사이클 비용을 효과적으로 절감해준다.특히 선박, 항공기 등 중대형 수송기기 부품처럼 부가가치가 높지만 다품종 소량생산이 필요한 경우, 가장 효율적인 대안으로 꼽힌다.금속분말을 녹여 쌓는 ‘PBF’ 방식의 기존 3D프린팅 기술은 고출력 레이저장비와 값비싼 분말 재료로 오랜 시간 한 층씩 쌓아야하기 때문에 금형이 커질수록 제조단가는 높아지고 생산성은 떨어진다.또한 대형 금속 3D프린터 1대당 가격이 약 10억원 이상의 고가여서 중소기업들이 이를 도입해 운용하기에도 재정적으로 부담되는 상황이다.※ 저작권자 ⓒ 파이낸셜뉴스, 무단전재-재배포 금지
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