3D 금속 분말 은 금속 부품 및 구성 요소를 생산하기 위한 적층 제조 기술에 사용되는 재료입니다. 이 가이드는 3D 프린팅 금속에서 금속 분말의 역할을 이해하기 위해 다양한 유형의 금속 분말, 구성 및 특성, 용도, 사양, 가격, 비교에 대한 자세한 개요를 제공합니다.
3D 메탈 파우더 개요
3D 금속 분말은 복잡한 형상의 복잡한 금속 부품을 제조하기 위한 선택적 레이저 소결(SLS), 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 전자빔 용융(EBM), 바인더 제팅과 같은 기술의 원료가 되는 재료로 사용됩니다. 금속은 다양한 원소 형태 또는 합금으로 제공됩니다.
파우더는 기존의 감산 제조 방식에 사용되는 금속 스톡과 크게 다릅니다. 유동성, 모양, 입자 크기 분포, 순도와 같은 주요 속성을 엄격하게 제어하여 프린팅 중에 레이어별로 정밀하게 통합할 수 있습니다.
적층 제조에 금속 분말을 사용하면 얻을 수 있는 이점:
- 설계 유연성 - 기계 가공으로는 구현할 수 없는 경량 격자 구조와 복잡한 부품을 제작합니다.
- 낭비 감소 - 감산 방식과 달리 필요한 재료만 사용
- 리드 타임 단축 - 설계 최적화를 위한 신속한 반복 작업 및 분석
- 맞춤형 합금 - 용도에 따라 구성 및 특성 맞춤화
- 통합 - 분말을 융합하고 밀도를 높여 견고한 금속 부품을 형성합니다.
- 표면 마감 - 추가 후처리 없이 매끄러움과 정확성을 확보할 수 있습니다.
금속 분말의 종류
여러 원소 금속과 합금은 여러 산업 분야에서 사용할 수 있도록 분말 형태로 제공됩니다:
| 재질 | 일반적인 합금/등급 | 속성 | 애플리케이션 |
|---|---|---|---|
| 스테인리스 스틸 | 316L, 17-4PH, 304L, 420 | 내식성, 고강도 | 항공우주, 자동차, 소비재 |
| 알루미늄 | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6 | 가볍고 열전도율이 우수함 | 자동차, 열교환기 |
| 티타늄 | Ti64, Ti6Al4V ELI | 높은 중량 대비 강도, 생체 적합성 | 항공우주, 의료용 임플란트 |
| 니켈 초합금 | 인코넬 718, 인코넬 625 | 내열성, 내식성 | 터빈 및 연소실과 같은 항공우주 부품 |
| 코발트 크롬 | CoCr MP1, CoCrMo ASTM F75 | 생체적합성, 높은 경도 | 치과용 임플란트, 정형외과용 무릎/엉덩이 임플란트 |
| 구리 | CuSn10, CuZn | 전기/열 전도성, 연성 | 전기 접점, 열 교환기 |
| 공구강 | H13, P20 | 높은 경도, 내열성 | 사출 금형, 프레스 브레이크 툴링 |
파티클 모양: 대부분 구형이지만 생산 방법에 따라 다각형일 수도 있습니다. 흐름과 포장 밀도를 개선합니다.
입자 크기: 10~100미크론 범위. 분포가 좁아 층 두께가 균일하고 밀도가 향상됩니다.
사이즈 사양 시스템: 메쉬 크기(분말을 분리하는 체), D 값(평균 크기의 통계적 지표).
흐름성: 홀 유량계 깔때기 테스트를 사용하여 정량화했습니다. 레이어 균일성에 중요합니다. 구형 입자에 의해 개선됨.
기타 속성: 분말 밀도, 탭 밀도, 겉보기 밀도, 피크노미터 밀도, 산화 안정성 등을 확인할 수 있습니다.
3D 프린팅에서 금속 분말의 응용 분야 및 사용
몇 가지 일반적인 애플리케이션은 다음과 같습니다:
- 임펠러 및 로터와 같이 움직이는 핵심 부품 경량화
- 부품 수 감소를 위한 어셈블리 통합 - 엔진 브래킷, 마운팅
- 리드 타임 단축을 위한 맞춤형 지그, 픽스처, 프레스 및 금형 툴링 인서트
- 복잡성이 높은 열교환기, 펌프, 밸브 및 매니폴드 블록
- 환자와 일치하는 임플란트로 수술 결과 개선
- 주사위 타워와 게임 조각과 같은 디테일이 뛰어난 미니어처
기존 제조업의 장점과 단점:
- 강도는 유지하면서 격자 구조로 40-60%까지 무게 감소
- 기계 가공/주조와 달리 CAD 모델과 정확하게 일치
- 통합을 통한 부품 수 감소로 조립 시간/비용 절감
- 정확한 치수의 매끄러운 표면 마감으로 후처리가 거의 필요 없음
- 고가의 툴링 변경 없이 빠른 처리 시간 제공
뛰어난 성능: 적층 가공을 중심으로 설계된 부품은 기존 방식으로 생산된 동급 부품보다 성능이 뛰어납니다. 예를 들어, 에어버스는 3D 프린팅 금속 브래킷을 사용하여 동등한 강도와 강성을 유지하면서 45%의 무게를 절감했습니다.
3D 금속 분말 사양
크기 분포 및 모양과 같은 분말 특성은 최종 부품의 특성을 엄격하게 제어하므로 엄격한 사양에 맞게 공급됩니다:
| 속성 | 일반적인 값 | 표준 |
|---|---|---|
| 입자 크기 분포 | 10~45미크론 | ASTM B214 |
| 겉보기 밀도 | 2~5g/cc | ASTM B212 |
| 탭 밀도 | 3~8g/cc | ISO 3923/1 |
| 유량 | 15~25초/50g | ASTM B213 |
| 잔류 산소 함량 | 최대 0.1% | AMS 4999B |
| 잔류 질소 함량 | 최대 0.04% | AMS 2769E |
| 잔여 탄소 함량 | 최대 0.03% | AMS 2769E |
크기 등급 및 메시: 메시 크기는 체 분류를 의미합니다. 일반적인 파우더 크기는 -140~+325 메시입니다. 100에서 +325 메쉬 사이의 미세한 분포는 밀도와 표면 마감을 향상시킵니다.
화학적 적합성: 등급 사양(AMS, ASTM)에 따라 검증된 원소 구성. 예상되는 기계적 성능에 필수적입니다.
수분 함량: 알루미늄 및 티타늄과 같은 반응성 소재에 특히 중요합니다. ASTM B964 및 ISO 22068 표준에 따라 0.1%로 제한됩니다. 적절한 밀봉과 건조한 보관으로 제어됩니다.
오염 물질 수준: 마그네슘, 실리콘, 인, 황, 납은 불활성 가스 분무 및 적절한 취급을 통해 낮은 ppm(백만 분의 1) 수준으로 제한됩니다.
재활용 파우더 적합성: 인쇄 중 재생되는 파우더를 면밀히 모니터링합니다. 일반적으로 ASTM F3055 및 ISO/ASTM52904 표준에 따라 엄격한 화학적 제어를 통해 30%로 제한됩니다.
3D 프린팅 금속 분말 공급업체의 차이점
| 비교 기준 | 전통 제조업체 | 특수 AM 파우더 생산업체 |
|---|---|---|
| 초점 | 일반 분말 야금 응용 분야 | 적층 가공 공정용으로 특별히 개발 |
| 합금 등급 | 표준 작곡만 해당 | 적층 가공을 위한 맞춤형 합금 |
| 품질 준수 | 편안한, 기본 속성만 | 극도로 까다로운 화학, 입자 모양/사이즈 |
| 표면 품질 | 중요하지 않음, 가스 분무는 선택 사항 | 부드러운 파티클 모폴로지 필수 |
| 가격 | 많은 양으로 인해 낮음 | 더 엄격한 요구 사항으로 인해 더 높음 |
| 주문 크기 | 대량 구매 | 애플리케이션에 따라 최저 5kg |
| 사용자 지정 변경 사항 | 높은 MOQ, 긴 리드 타임 필요 | 신속한 포뮬러 조정, 빠른 생산 |
| 부가 가치 서비스 | 기본 | 엔드투엔드 설계 최적화, 파라미터 개발, 신속한 샘플링, 후처리, 재활용 |
AM 파우더 전문가의 주요 차별화 요소:
- 각 적층 제조 공정에 맞게 크기 분포가 제어된 고구형 파우더
-일반 ASTM 사양을 훨씬 뛰어넘는 화학적 제어로 공정 변동성 제한 - 합금을 사용자 지정하고 밀도, 경도 등의 속성을 수정할 수 있습니다.
- 파우더 수명 주기 관리: 재사용, 혼합, 재활용, 보관 및 안전한 취급
- 낮은 최소 주문 수량과 빠른 리드 타임
- 엔드 투 엔드 디자인 및 인쇄 서비스 - 최고의 품질을 위한 파라미터 최적화
특별한 성적이 비즈니스에 도움이 될 때
프로토타입의 경우 기존 합금으로도 충분할 수 있지만 특수 분말은 최종 사용 생산 애플리케이션에 훨씬 우수한 기계적 특성을 제공합니다. 높은 비용은 더 오래 지속되는 부품과 같은 성능 향상을 통해 빠르게 상쇄됩니다.
금속 분말의 공급업체 가격 변동
가격 동인:
- 기본 재료 및 순도 등급
- 더 엄격한 화학 요건
- 품질 적합성 수준
- 테스트 및 인증
- 주문량
- 추가 서비스 - 애플리케이션 개발, 파라미터 최적화, 부품 후처리, 파우더 재생 및 재사용
비용 절감 기회:
더 큰 주문 규모, 분말 재활용, 적시 배송을 위한 재고 계획, 테스트 표준화, 중요하지 않은 애플리케이션을 위한 보다 완화된 사양, 프로세스 자동화
일반적인 가격대:
| 재질 | Kg당 가격 |
|---|---|
| 알루미늄 AlSi10Mg | $55 – $120 |
| 티타늄 Ti6Al4V | $350 – $850 |
| 니켈 인코넬 718 | $120 – $500 |
| 스테인리스 스틸 316L | $90 – $240 |
| 코발트 크롬 CoCrMo | $270 – $620 |
| 구리 CuSn10 | $30 – $100 |
| 공구강 H13 | $70 – $190 |
솔리드 바스톡과의 비용 비교:
소량으로 적층 생산되는 중소형 부품의 경우 금속 분말을 사용하면 높은 기본 재료 가격에도 불구하고 부품당 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
0.5kg보다 무거운 부품의 경우 50~100개 정도의 낮은 생산량으로도 손익분기점을 달성할 수 있습니다. 이러한 이점은 5kg을 초과하는 대형 부품의 경우 크게 확대됩니다.
가공을 줄이고 마감 처리를 최소화하면 감산 기술에 비해 추가적인 비용 이점을 얻을 수 있습니다.
3D 프린팅 금속 분말 조달
주요 공급업체 평가 기준:
- 다양한 소재 및 호환 등급
- 파우더 품질 인증
- 공급 안정성 및 최소 주문 수량
- 맞춤형 합금 개발 기능
- 파라미터 최적화, 파우더 재사용, 후처리 등과 같은 부가 가치 서비스를 제공합니다.
- 전반적인 비용 절감 효과 제공
안전한 취급 고려 사항
다른 금속 팹 공정과 마찬가지로 안전 문제가 발생할 수 있습니다:
| 위험 | 주의 사항 |
|---|---|
| 화재/폭발 | 분말 취급 시 불활성 가스를 사용하여 산화를 방지하고 점화원을 제거합니다. |
| 독성 | 흡입을 방지하기 위해 먼지 추출, 호흡기 사용 |
| 반응성 | 불활성 분리기를 사용하여 알루미늄/티타늄과 같은 반응성 분말 분리 |
파우더를 적재, 작동, 청소 및 보관할 때는 위험을 최소화하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다. 파우더 용기는 반드시 전기적으로 접지해야 합니다.
주요 내용
- 3D 금속 분말 적층 제조 공정에 필요한 특정 크기, 모양 및 화학적 특성을 나타냅니다. 일반적인 재료로는 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 스틸, 인코넬 초합금, 공구강, 코발트 크롬 등이 있습니다.
- 산업계는 기존 제조 방식에 비해 최적화된 경량 설계, 부품 통합, 성능 향상 등의 이점을 누릴 수 있습니다.
- 전문 공급업체는 중요한 분말 속성을 엄격하게 관리하고 애플리케이션 요구 사항에 맞는 맞춤형 합금과 서비스를 제공합니다. 이를 통해 더 적은 수량을 통해 더 많은 채택자를 확보할 수 있습니다.
- 반응성/인화성 위험을 고려하여 적절한 취급 및 폐기 프로세스가 필요합니다.
- 중간 부품의 경우 50~100개 정도의 낮은 생산량으로 설계 및 제조상의 이점을 통해 초기 비용을 상쇄할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
질문: 금속 분말은 어떻게 만들어지나요?
A: 가스 분무는 불활성 가스 분사를 사용하여 용융 금속 스트림을 물방울로 분해하는 가장 일반적인 기술입니다. 구형 입자는 물 또는 오일 담금질에 의해 제어된 크기로 빠르게 응고됩니다. 플라즈마 원자화도 사용됩니다.
Q: 일반적인 금속 3D 프린팅에 가장 적합한 크기의 파우더는 무엇인가요?
A: 10미크론에서 45미크론의 파우더 크기 범위는 EOS, 컨셉 레이저 등의 인기 있는 프린터에서 해상도, 표면 마감 및 제작 속도 간에 최적의 균형을 제공합니다.
Q: 사용하지 않은 금속 분말을 올바르게 보관하면 얼마나 오래 보관할 수 있나요?
A: ASTM 표준에 따라 20°C 이하에서 건조제 백이 있는 방습 용기에 넣어 보관할 경우 최대 10년까지 보관할 수 있습니다. 건식 질소 퍼징을 사용하면 더 오래 사용할 수 있습니다.
Q: 금속 프린팅 파우더를 재사용할 수 있나요?
A: 예, 사용하지 않은 파우더를 수집하여 최대 30% 비율까지 분석 후 새로운 스톡과 혼합할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 부품 비용이 절감되지만 ASTM F3055 표준에 따라 화학 및 입자 크기 분포 임계값을 충족해야 합니다.
Q: 소재 선택이 3D 금속 프린팅 비용을 결정하나요?
A: 예, 티타늄과 니켈 초합금은 높은 원자재 비용으로 인해 스테인리스 스틸에 비해 3~5배의 가격 프리미엄이 붙습니다. 경쟁 공급원이 제한적이라는 점도 스테인리스 스틸에 비해 높은 가격을 형성하는 요인입니다.
