금속 3D프린터 - 필요한만큼

이제 항공 부품까지 싹! 못하는 게 뭐야?금속 3D프린터

2017년의 기사입니다.최신 기사가 아님 주의!존재하지 않는 영상입니다.”산업의 패러다임을 바꿀 미래 기술”이라는 화려한 수식어를 붙이고 있다 3D프린터가 자신의 진가를 제대로 발휘할 수 있는 분야가 바로 금속 3D프린팅이다.집도 짓고 또 음식을 만들어 내기도 하지만 이런 기술이 전통적 제조에 균열을 발생시키는 데는 뭔가가 부족하다.그러나 금속 제품을 만들어 낼 수 있다면 얘기가 달라진다.미래의 얘기가 아니다.금형이 없어도 자동차 부품, 항공기 부품, 의료 기기 등을 쉽게 만들금속 3D프린터가 이미 제조 현장을 바꾸고 있다.금속 3D프린터가 가져올 진짜 제조 혁신은 존재하지 않는 이미지입니다.3D프린터에 대한 환상은 크게 무너졌지만 여전히 이 불가사의한 기기가 세상 만물을 만들어 준다고 믿는 사람이 많다.물론 3D프린터의 진화 속도가 빠르고 조만간 마술 같은 일이 현실로 일어날지도 모른다.그러나 냉정하게 현재의 기술 수준을 감안하면 세상 만물을 3D프린터로 출력하기보다는 전통적인 생산 방식의 부족한 부분을 보완하는 역할을 기대하는 것이 더 합리적이다.그런 면에서 높은 금형 비용을 들이지 않아도 자동차 부품, 항공기 부품을 제조하는 금속 3D프린터에 거는 기대가 여전히 높다.세세한 복잡한 구조를 가진 부품의 형상을 잘 구현 가능할 뿐만 아니라 전통적인 생산 방식으로는 불가능한 디자인까지 마음껏 구현할 수 있기 때문이다.이미 2015년 미국 항공 우주국(NASA)은 금속 3D프린터로 만든 로켓 엔진 연소 실험에 성공하고 보잉사도 항공기로 들어가2만개의 부품을 금속 3D프린터로 제작하여 공급한 바 있다.에어 버스도 지난해부터 다양한 금속 부품을 제작하고 항공기에 장착했다.의료 분야도 금속 3D프린팅 응용의 핵심 분야다.환자 맞춤형 보형물을 3D프린터로 제작할 수 있다면 치료가 어려운 환자에게 큰 혜택을 줄 수 있다.실제로 3D프린터로 만든 티타늄 소재의 두개골과 흉곽이 인체 수술에 적용되기도 했다.국내에서도 지난해 의료 기기 업체의 메디 세이가 환자 맞춤형 인공냐는의 뼈 개발에 성공한 바 있다.차령이 긴 제품의 부품 조달에서도 금속 3D프린터의 역할이 크다.지난해 한국 철도 공사는 금속 3D프린팅 기술을 활용해서 부품 제작에 나서겠다고 밝혔다.철도 차량은 사용 연한이 20년 이상인 만큼 부품의 생산 중단 및 해외 수입에 의한 조달 장애가 발생하는 경우가 있어 안정적인 부품 확보에 3D프린터가 큰 역할을 할 것으로 기대된다.전통적인 생산 개념이 바뀐다고 하지만 당초 기대와 달리 금속 3D프린터의 보급 속도는 느리다.수억원대의 높은 가격과 낮은 생산성 때문에 생산 현장에 파고들다에는 역부족이었다.그러나 지난해 12월 금속 3D프린터의 핵심 기술인 SLM(Selective Laser Melting:선택적 레이저 용융)기술 특허가 만료되면서 가격 경쟁력을 갖춘 금속 3D프린터 보급에 대한 기대가 높아졌다.가격이 수억원에서 수천만 원대로 떨어지면 그동안 시제품 생산 수준에 머물렀던 금속 3D프린터가 급속히 산업계에 확산될 것으로 기대된다.현재 금속 3D프린터 제품의 80%는 SLM방식을 사용하고 있다.SLM은 금속 분말 형태의 재료를 강한 레이저로 녹여서 3차원 형상을 만드는 방식이다.즉, 분말 침대에 분말을 수십 μm에 더 깔고 정밀 레이저나 전자 빔을 사용하고 설계 도면에 의한 선택적으로 조사하고 녹이고 이 과정을 반복하는 금속을 결합시키며 쌓는 방식이다.금속이나 세라믹의 경우 녹는점과 소결 온도가 높기 때문에 레이저 방식을 사용하여 특정 영역만 온도를 높일 수 있기 때문에 이 방식을 많이 사용한다.이 방법은 국내에서 PBF(Powder Bed Fusion)방식이라고도 불린다.SLM방식은 고출력 레이저를 이용하고 선택적으로 조사하고 분말을 완전히 녹인 후, 물질을 압축하므로 일반 금속 제조 법과 비슷한 정도의 기계적 특성을 갖는다.특히 항공기 엔진처럼 높은 정밀도와 완전성이 요구되는 부품에 적합하다.종래는 내부 결함을 확인하기 위해서 각 과정마다 CT(컴퓨터 단층 촬영)에서 투과 영상을 촬영해야 했지만 3D프린터 방식을 활용하면 재료를 쌓을 때마다 불량 상황을 확인할 수 있는 것도 장점이다.금속 분말을 고출력 레이저 광선을 사용하여 녹여방식이기 때문에 레이저 관련 원천 기술과 금속 분말 소재의 다양성이 기술의 핵심 요소이다.현재 금속 합금은 물론, 세라믹, 알루미늄, 티타늄, SUS, 코발트 등 3D프린터로 만드는 분말 소재는 다양하다.고출력 레이저 관련 원천 기술이 미국 유럽 등의 나라에 있다는 것이 한계이지만 성장 가능성이 높은 분야여서 국내 기업도 적극적으로 개발에 참가하고 있는 상황이다.상용화에 나선 국내 기업의 해외 시장에 눈에 띄게 최근 가장 눈에 띄는 금속 3D프린터의 개발 트렌드는 고출력 레이저를 통한 출력 속도의 향상, 출력 크기의 대형화이다.보석류나 의료 기기 등 출력물의 크기가 작은 초반과 달리 점차 항공 우주, 자동차, 방위 산업 같은 산업에서 큰 부품 등의 제작 요구가 높아지면서 출력의 크기를 대형화하려는 관련 업계의 시도가 지속적으로 이뤄지고 있다.국내에서는 세인트 롤이 최대 직경 350Ø, 높이 330㎜크기로 출력이 가능한 SLM방식의 금속 3D프린터”SM350″을 내놓고 해외 시장 공략을 본격화하고 있다.1개의 레이저를 탑재한 3D프린터에서는 세계 최대의 출력물의 크기이다.동사는 복잡한 구조의 항공기 부품, 의료, 자동차 등을 제작하는 3D프린팅 출력 서비스를 제공하고 있다.3D프린터 전문 기업의 트윈 포 시스도 4년간의 연구 끝에 티타늄, 철 합금, 코발트 크롬, 스테인리스 등 다양한 금속에 대응할 수 있는 장비 개발을 완료한 상태이다.학교, 의료기 메이커 등에 제품 판매가 진행되면서 주로 치과 가공이나 금속 제품 시장을 목표로 하고 있다.동사는 향후 500㎜의 대형 부품 가공이 가능하고 사후 처리를 위한 CNC장비를 일체화된 장비를 개발하고 곧 선 보일 계획이다.한편 금속 3D프린터의 또 한축을 담당하는 DED(Direct Energy Deposition)방

2017년 기사입니다. 최신 기사가 아님 주의!!존재하지 않는 이미지입니다. ‘산업의 패러다임을 바꾸는 미래기술’이라는 화려한 수식어를 달고 있는 3D프린터가 자신의 진가를 제대로 발휘할 수 있는 분야가 바로 금속 3D프린팅이다. 집도 짓고 심지어 음식을 만들어 내놓기도 하지만 이런 기술이 전통적인 제조에 균열을 내기에는 뭔가 부족하다. 하지만 금속제품을 만들어낼 수 있으면 얘기가 달라진다. 미래의 이야기가 아니다. 금형 없이도 자동차 부품과 항공기 부품, 의료기기 등을 손쉽게 만들어내는 금속 3D프린터가 이미 제조 현장을 바꾸고 있다.금속 3D 프린터가 가져오는 진짜 제조 혁신은 존재하지 않는 이미지입니다.3D 프린터에 대한 환상은 크게 무너졌지만 여전히 이 신기한 기기가 세상 만물을 만들어 줄 것이라고 믿는 사람이 많다. 물론 3D 프린터의 진화 속도가 빨라 조만간 마술 같은 일이 현실에서 벌어질지도 모른다. 그러나 냉정하게 현재의 기술 수준을 감안하면 세상 만물을 3D프린터로 출력하기보다는 전통적인 생산 방식의 부족한 부분을 보완하는 역할을 기대하는 것이 더 합리적이다. 그런 면에서 비싼 금형 비용을 들이지 않고도 자동차 부품이나 항공기 부품을 제조할 수 있는 금속 3D 프린터에 거는 기대는 여전히 높다. 세밀하고 복잡한 구조를 가진 부품의 형상을 잘 구현할 수 있을 뿐 아니라 전통적인 생산 방식으로는 불가능한 디자인까지 마음껏 구현할 수 있기 때문이다.이미 지난 2015년 미 항공우주국(NASA)은 금속 3D프린터로 만든 로켓 엔진 연소 실험에 성공했고, 보잉사도 항공기에 들어가는 2만개 부품을 금속 3D프린터로 제작해 공급한 바 있다. 에어버스도 지난해부터 다양한 금속 부품을 제작해 항공기에 장착했다. 의료 분야도 금속 3D 프린팅 응용의 핵심 분야다. 환자 맞춤형 보형물을 3D프린터로 제작할 수 있다면 치료가 어려웠던 환자에게 큰 혜택을 줄 수 있다. 실제 3D프린터로 만든 티타늄 소재의 두개골과 흉곽이 인체 수술에 적용되기도 했다. 국내에서도 지난해 의료기기 업체 메디세이가 환자 맞춤형 인공허리뼈 개발에 성공한 바 있다. 차령이 긴 제품의 부품 조달에서도 금속 3D프린터가 하는 역할이 크다. 지난해 코레일은 금속 3D 프린팅 기술을 활용해 부품 제작에 나서겠다고 밝혔다. 철도차량은 차령이 20년 이상인 만큼 부품 단종이나 해외 수입에 따른 조달 차질이 발생할 수 있어 안정적인 부품 확보에 3D프린터가 큰 역할을 할 것으로 기대된다.전통적인 생산 개념이 바뀐다지만 당초 기대와 달리 금속 3D 프린터 보급 속도는 더디다. 수백 억원대에 이르는 높은 가격과 낮은 생산성 때문에 생산현장을 잠식하기에는 역부족이었다. 그런데 지난해 12월 금속 3D프린터의 핵심 기술인 SLM(Selective Laser Melting: 선택적 레이저 용융) 기술 특허가 만료되면서 가격 경쟁력을 갖춘 금속 3D프린터 보급에 대한 기대감이 높아졌다. 가격이 몇 억원대에서 몇 천만원대로 떨어지면 그동안 시제품 생산 수준에 그쳤던 금속 3D프린터가 빠르게 산업계로 확산될 것으로 기대된다.현재 금속 3D프린터 제품의 80%는 SLM 방식을 사용하고 있다. SLM은 금속 분말 형태의 재료를 강한 레이저로 녹여 3차원 형상을 만드는 방식이다. 즉, 분말 침대에 분말을 수십㎛로 한 층 깐 후 정밀 레이저나 전자빔을 사용하여 설계도면에 따라 선택적으로 조사하여 녹이고, 이 과정을 반복적으로 금속을 결합시키면서 쌓아 올리는 방식이다. 금속이나 세라믹의 경우 융점이나 소결온도가 높기 때문에 레이저 방식을 사용하여 특정 영역만 온도를 높일 수 있기 때문에 이 방식을 많이 사용한다. 이 방법은 국내에서 PBF(Powder Bed Fusion) 방식으로도 불린다.SLM 방식은 고출력 레이저를 이용해 선택적으로 조사하고 분말을 완전히 녹인 후 물질을 압축하기 때문에 일반 금속 제조법과 비슷한 정도의 기계적 특성을 갖는다. 특히 항공기 엔진처럼 높은 정확도와 무결성이 요구되는 부품에 적합하다. 기존에는 내부 결함을 확인하기 위해 각 과정마다 CT(컴퓨터 단층촬영)로 투과 영상을 촬영해야 했지만, 3D 프린터 방식을 활용하면 재료를 쌓을 때마다 불량 상황을 확인할 수 있는 것도 장점이다.금속분말을 고출력 레이저 빔을 사용해 녹이는 방식이기 때문에 레이저 관련 원천기술과 금속분말 소재의 다양성이 기술의 핵심 요소다. 현재 금속합금은 물론 세라믹, 알루미늄, 티타늄, SUS, 코발트 등 3D프린터로 만들 수 있는 분말 소재는 다양하다. 고출력 레이저 관련 원천기술이 미국, 유럽 등 국가에 있다는 것이 한계이긴 하지만 성장 가능성이 높은 분야라 국내 기업들도 적극적으로 개발에 뛰어들고 있는 상황이다.상용화에 나선 국내 기업들의 해외 시장에 눈에 띄게 최근 가장 눈에 띄는 금속 3D프린터 개발 트렌드는 고출력 레이저를 통한 출력 속도 향상, 출력 크기의 대형화다. 보석류나 의료기기 등 출력물의 크기가 작았던 초반과 달리 점차 항공우주, 자동차, 방위산업과 같은 산업에서 큰 부품 등의 제작 요구가 높아지면서 출력의 크기를 대형화하려는 관련 업계의 시도가 지속적으로 이뤄지고 있다.국내에서는 센트롤이 최대 직경 350Ø, 높이 330㎜ 크기로 출력이 가능한 SLM 방식의 금속 3D 프린터 ‘SM350’을 출시하며 해외 시장 공략을 본격화하고 있다. 1개의 레이저를 탑재한 3D프린터로는 세계 최대 수준의 출력물 크기다. 이 회사는 복잡한 구조의 항공기 부품, 의료, 자동차 등을 제작하는 3D 프린팅 출력 서비스를 제공하고 있다.3D프린터 전문기업 윈포시스도 4년간의 연구 끝에 티타늄, 철합금, 코발트크롬, 스테인리스 등 다양한 금속에 대응할 수 있는 장비 개발을 완료한 상태다. 학교나 의료기 제조업체 등에 제품 판매가 진행되고 있는 가운데 주로 치과 가공이나 금속 제품 시장을 목표로 하고 있다. 이 회사는 향후 500㎜의 대형 부품 가공이 가능하고 후처리를 위한 CNC 장비를 일체화한 장비를 개발해 곧 선보일 계획이다.한편 금속 3D프린터의 또 다른 축을 담당하는 DED(Direct Energy Deposition)방

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