알루미늄 같은 금속도 3D프린팅이 되나요?

안녕하세요. 제품 개발 관련 다양하고 유익한 정보를 제공하고 있는 주식회사 본시스템즈 블로그를 찾아주신 여러분 진심으로 환영합니다. 오늘 포스팅에서는 금속 3D프린팅에 관해서 소개해볼까 합니다. 일반적으로 3D 프린터 하면 플라스틱 제품을 많이들 생각하시는데요. 그런데 플라스틱 말고도 알루미늄과 같은 금속도 3D 프린터로 제품 출력이 가능하다는 사실 알고 계셨나요?

 

위 사례는 알루미늄 합금을 이용하여 SLS 방식의 금속 3D프린팅으로 제작된 시제품 제작 사례입니다. 기존의 CNC 가공 방식으로도 얼마든지 금속 시제품을 제작할 수 있는데 굳이 3D 프린터를 사용하는 이유는 뭘까요?

 

1. 금속 3D프린팅의 장점

다품종 소량생산

가장 큰 이유는 소량 생산에 용이하다는 점입니다. 기존의 CNC 가공 방식은 제조 메커니즘의 특성상 대량생산에 적합하며 소량 생산시에는 제작 효율이 떨어지는 부분이 있습니다. 이는 원재료를 깎아서 제품의 형상을 만들어내기 때문에 발생하는 문제점으로 비슷한 이유로 다양한 부품을 소량 또는 단품으로 생산할 때도 마찬가지입니다.

반면에 금속 3D프린팅은 양산보다는 소량 생산에 특화된 기술입니다. 3D 프린터 자체가 프로토타입(Prototype) 제작을 위한 목적으로 만들어진 가공 기술이기 때문에 다품종 소량생산에 매우 우수한 효율을 보입니다.

 

다양한 디자인

다음으로는 다양한 형태를 구현할 수 있다는 점입니다. 조각하듯이 재료를 깎아서 제품을 만들어내는 절삭가공 방식은 가공 툴이 접근하지 못하는 곳은 깎아 낼 수 없습니다. 그러나 3D 프린터는 재료를 얇게 쌓아 올리면서 제품의 형상을 구현하기 때문에 디자인의 표현 범위가 넓다는 장점이 있습니다. 최근 알루미늄 금속 3D 프린팅이 많이 활용되고 있는 이유가 바로 이 때문입니다.

작은 부품 가공에 용이

위에 말씀드린 가공 툴이 접근하지 못하는 공간과 일맥상통합니다. 가공 공구보다 작은 사이즈는 작업이 불가능합니다. 그러나 금속 3D프린팅 기술은 재료 적층 방식을 사용하기 때문에 소형 부품 제작에 유리합니다.

 

그렇다면 금속 시제품 제작시에는 3D 프린터를 활용하는 것이 정답일까요? 그렇지는 않습니다. 기존의 CNC 가공 방식에 비해서 다양한 이점이 있는 반면에 단점 역시 분명하기 때문입니다.

 

가공 시간 단축

임펠러와 같은 복잡한 형상의 제품을 가공한다고 가정했을 때 CNC 작업으로 진행할 때는 몇 단계에 걸친 작업을 진행해야 합니다. 또한 각각의 부품에 맞는 가공 장비를 별도로 사용하여 제작되기 때문에 가공 시간, 인력 소모, 비용의 올라가겠죠. 그러나 3D 프린터는 1대의 장비로 모든 부품을 생산할 수 있습니다. 별도의 추가 공정도 줄어들고, 장비 생산을 실행하면 별도의 추가 인력도 발생하지 않기 때문이 경제적입니다.

 

2. 문제점

정밀도와 표면 품질

첫번째는 정밀도입니다. CNC와 다르게 재료를 적층 하는 과정에서 발생하는 미세한 수축과 팽창, 분말 입자를 사용하여 경화시키는 방식의 SLS 3D 프린터는 우리 눈에는 잘 보이지 않지만 입자 간의 미세한 굴곡으로 인해서 표면 조도가 크게 떨어지는 문제가 있습니다.

내구성

다음으로 내구성입니다. 아무래도 입자간의 결착 과정에서 보이는 3D 프린터만의 적층 라인(레이어 간의 단차 발생)으로 인해서 결방향 가압시 내구성이 낮아서 파손 위험이 높다는 문제가 있습니다.

 

재료 한정

알루미늄이나 서스도 물성에 따라서 여러가지 계열이 있습니다. 그러나 아쉽게도 3D 프린팅은 CNC와 같이 다양한 물성을 가진 소재를 제공하지 못하고 있습니다. 물론 향후 기술과 연구 개발이 꾸준하게 이어지게 되면 지금보다 훨씬 선택할 수 있는 폭이 넓어지겠지만 현상황에서는 시제품 제작 용도 이외에는 활용성이 떨어집니다.

 

양산의 어려움

모든 적층 가공 방식이 가지는 어려움이 아닐까 합니다. 실제 제조 현장에서 활용하기에는 생산성이 매우 떨어지기 때문에 다품종 소량생산에 적합한 시제품 분야나 연간 생산량이 적은 산업군이나 제품군 이외에는 활용도가 낮은 편입니다. 그러나 3D 프린터의 시초가 RP(Rapid Prototype)을 목적으로 만들어진 기술인 만큼 주된 목적에 집중하여 사용하는 것이 산업 현장에서 기대하는 3D 프린터의 올바른 방향성이 아닐까 생각해봅니다.

 

3. 금속 3D프린터 주문 제작 어디서 하나요?

그렇다면 알루미늄, 서스와 같은 금속 재료를 사용해서 시제품 제작에 3D 프린팅 기술을 적용하고 싶다면 어떻게 해야 할까요? 먼저 개발하고자 하는 제품에 대한 디자인 또는 설계 도면이 필요합니다. 그리고 해당 제품에 요구되는 사양(ex 정밀도, 소재 등)에 관한 내용을 구체적으로 결정하시고, 주식회사 본시스템즈를 방문해주세요. 제품 설계부터 제작까지 빠른 상담을 지원하고 있습니다.