개요 3D 프린팅 구리 분말
3D 프린팅 구리 분말은 최종 사용 구리 부품 및 제품 제조를 위한 다양한 3D 프린팅 기술에서 원료로 사용되는 순수 구리 또는 구리 합금으로 만든 금속 분말입니다.
구리 파우더를 사용한 3D 프린팅의 몇 가지 주요 특성과 장점은 다음과 같습니다:
- 전자 제품 애플리케이션에 필요한 높은 전기 및 열 전도성
- 우수한 마감 및 후처리를 위한 매우 높은 가공성 등급
- 강도 및 연성과 같은 우수한 기계적 특성
- 산화 구리 보호막 형성으로 인한 내식성 강화
- 의료 기기 및 임플란트용 생체 적합성 인증
- 기존 구리 가공에 비해 비용 이점
여러 금속 3D 프린팅 공정에서 구리 분말을 사용하는데, 가장 일반적으로 사용됩니다:
구리 분말을 사용한 3D 프린팅의 종류
| 3D 프린팅 기술 | 설명 |
|---|---|
| 바인더 분사 | 액체 결합제를 사용하여 구리 분말을 접착합니다. |
| 직접 에너지 증착(DED) | 레이저 또는 전자빔을 사용하여 구리 분말을 녹입니다. |
| 선택적 레이저 용융(SLM) | 구리 분말 베드를 선택적으로 레이저 용융 및 융합 |
이러한 적층 제조 기술을 사용하면 주조나 기계 가공으로는 불가능한 복잡한 형상을 구리로 만들 수 있습니다. 공구나 금형 없이도 필요에 따라 부품을 제작할 수 있습니다.
이제 3D 프린팅용 구리 등급, 특성, 응용 분야, 사양, 가격, 비교 등에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
구성 3D 프린팅 구리 분말
적층 제조에 사용되는 구리 금속 분말에는 몇 가지 주요 유형이 있습니다:
3D 프린팅 구리 분말의 조성
| 파우더 유형 | 일반적인 구성 |
|---|---|
| 순수 구리 | 99.7% Cu 최소 |
| 구리-주석 합금 | Cu-10Sn 청동 합금 |
| 구리-니켈 합금 | 90Cu-10Ni 또는 70Cu-30Ni |
3D 프린팅 순수 구리 부품의 특성
- 전자제품을 위한 뛰어난 전기 전도성
- 후처리가 가능한 연성 소재
- 어닐링으로 연성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
- 인쇄 후 100HV에서 낮은 경도
장점
- 최고의 열 및 전기 전도성
- 손쉬운 가공, 플레이트, 포스트 빌드 코팅
- 의료용 생체 적합성
- 이종 금속 용접 간소화
단점
- 부드러운 저강도 텍스처 및 기능
- 레이어 간 박리 위험
- 오염되기 쉬운 산화막 형성
3D 프린팅된 Cu-Sn 청동 부품의 특성
- 주석 합금으로 기계적 특성 개선
- 최대 두 배의 경도와 강도
- 내마모성 표면 마감 이동
- 더 높은 온도 저항
장점
- 변형에 견디는 더 튼튼한 부품
- 미세한 디테일과 텍스처를 인쇄할 수 있습니다.
- 소량의 주석으로 속성 향상
- 우수한 내식성
단점
- 낮은 열 및 전기 전도성
- 밀도가 높을수록 무게 증가
- 인쇄 중에도 지원 필요
3D 프린팅된 Cu-Ni 합금 부품의 특성
- 강도와 전도성의 탁월한 조합
- 높은 연성 및 열적 특성 유지
- 마모 방지를 위한 경도 추가
- 다른 구리 부품과 잘 납땜
장점
- 강도, 경도, 전도성의 균형을 맞추는 조정 가능한 속성
- 스트레스를 견딜 수 있는 튼튼한 부품
- 10% 니켈만으로도 항복 강도가 두 배로 증가합니다.
- 낮은 융점으로 저온 인쇄에 유리
단점
- 의료 기기용 생체 적합성이 없음
- 니켈은 갈바닉 부식을 일으킬 수 있습니다.
- 순수 구리보다 높은 재료비
3D 프린팅 구리의 응용 분야
다양한 재료 특성 덕분에 구리 분말을 사용한 3D 프린팅은 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있습니다:
3D 프린팅 구리 분말의 응용 분야
| 산업 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|
| 전자 제품 | 인터커넥트, 접점, 단자, EMI 차폐 |
| 전기 | 버스 바, 로터 권선, 전자석 |
| 열교환기 | 방열판, 증발기, 콘덴서 |
| 자동차 | 용접 팁, 부싱, 베어링 |
| 아키텍처 | 장식용 파사드, 패널, 모델링 |
| 의료 | 전극, 그린, 임플란트, 수술 도구 |
구체적인 제품 예는 다음과 같습니다:
전자제품: 전도성 추적, 전선, 안테나, 배터리, 센서
자동차: 조명 하우징, 퀵 커넥트 피팅, 나사산 인서트
항공우주: 브래킷, 토크 제어 부품, 무선 하드웨어
소비재: 버튼, 여닫이, 지퍼, 장식 부품
하드웨어: 기어, 자물쇠, 스프링, 너트 및 볼트와 같은 패스너
3D 프린팅에서 구리의 특성을 활용하면 빼기 방식으로는 불가능한 혁신적인 형상을 구현하여 기능과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
3D 프린팅용 구리 금속 분말의 사양
3D 프린터 제조업체는 다음과 같은 지표를 기반으로 구리 분말의 특성을 파악합니다:
3D 프린팅용 구리 분말 사양
| 매개변수 | 일반적인 사양 범위 |
|---|---|
| 파우더 모양 | 주로 구형 |
| 크기 범위 | 15-45 미크론 |
| 최소 겉보기 밀도 | 3.5g/cm3 |
| 일반적인 레이어 두께 | 20-100 미크론 |
| 유량 | 50g에 >=25초 |
| 잔류 산소 | 최대 0.3% |
기타 중요한 분말 측정:
- 탭 밀도: 4-4.5g/cm3 범위의 침전 후
- 홀 유량: 50g 분말이 깔때기 구멍을 통과하는 시간
- 하우스너 비율: 탭 밀도를 겉보기 밀도로 나눈 값은 유동성을 나타냅니다.
좁은 분포로 인쇄 시 파우더가 조밀하고 균일하게 퍼집니다. 낮은 산소는 층 결합을 방해하는 과도한 산화물을 방지합니다.
구리 금속 분말 가격, 공급업체 및 비교
구리 분말 비용은 시장 가격, 성분, 수량 및 공급처 위치에 따라 변동합니다:
구리 분말 비용 비교
| 유형 | 평균 가격 범위 | 주요 공급업체 |
|---|---|---|
| 순수 구리 | kg당 $50-80 | AP&C, 샌드빅 오스프리, 목수 첨가제 |
| Cu-10Sn 청동 | $55-90 kg당 | ECKA 과립, BASF 첨가제 제조, LPW 기술 |
| CuNi10 합금 | $65-105 kg당 | 린데, 아코닉 컴포넌트, 프렉스에어 |
인증된 금속 분말 제조업체에서 고순도 등급을 구매하면 신뢰할 수 있는 품질을 보장받을 수 있습니다. 해외 공급업체는 저렴한 옵션을 제공하지만 일관성이 부족할 수 있습니다.
인쇄 작업에 사용할 구리 분말 재료를 비교할 때는 다음 사항을 고려하세요:
다양한 구리 분말의 장단점
| 유형 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 순수 구리 | 최고의 열/전기 성능<br>최저 비용 | 마모되기 쉬운 부드러운 부품<br>박리 위험 |
| 구리 청동 합금 | 더 강력한 구성 요소<br>세밀한 디테일 해상도 향상 | 무거운 구성 요소<br>낮은 전도성 |
| 구리-니켈 | 균형 잡힌 강도와 전도성 <br>마찰/마모 제어 | 생체 적합성이 없음<br>기계 가공이 더 어렵습니다. |
요약순수 구리는 낮은 비용으로 전도성과 연성을 강조해야 하는 전자제품에 적합한 반면, 합금은 높은 강도와 경도로 기계적 요구 사항을 더 잘 충족합니다.
인쇄 매개변수, 임계값 및 권장 사항
구리 파우더를 성공적으로 활용하려면 최적의 인쇄 설정을 지정하는 것이 중요합니다:
구리 분말에 대한 인쇄 프로필 설정
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 권장 사항 |
|---|---|---|
| 레이어 두께 | 20-100 미크론 | 더 얇은 층으로 층간 결합력 향상 |
| 레이저 출력(SLM용) | 100-500 W | 증가된 전력에서 더 높은 밀도 및 습윤성 |
| 스캔 속도 | 100-500 mm/s | 속도가 빨라지면 열 입력과 잔류 스트레스가 줄어듭니다. |
| 빔 크기 | 20-100 미크론 | 레이어 두께에 가까운 레이저 직경 |
| 지원 구조 | 나무 모양 | 뒤틀림 방지 후 후처리를 통해 제거하기 |
| 차폐 가스 | 아르곤 또는 질소 | 빌드 중 산화 방지 |
| 빌드 플레이트 가열 | 50-250°C | 냉각이 너무 빠를 경우 방열판 설치 완료 |
| 스트레스 해소 | 400°C에서 1~3시간 가열 | 잔류 응력 감소로 레이어 무결성 촉진 |
| 열간 등방성 프레스 | 500-950°C에서 1000-10000psi | 보이드 붕괴를 통한 밀도 증가 |
| 표면 마감 | 텀블링, 가공, 연마, 연마 등 | 표면 거칠기 다듬기 |
용융 풀 크기와 온도를 모니터링하면 레이저 파라미터를 실시간으로 보정하는 데 도움이 됩니다. 과도한 가열 없이 우수한 융착을 달성하기 위해 에너지 입력을 인쇄 영역에 맞출 수 있습니다.
고품질 부품의 경우인쇄 중 전략적인 가열/냉각 사이클과 제작 후 열처리를 통해 잔류 응력을 완화하는 것과 함께 열 관리가 핵심입니다. 구리 인쇄 부품을 마감 처리할 때는 표준 금속 가공/가공 방법을 활용합니다.
금속 분말을 사용한 3D 프린팅의 산업 표준
금속 적층 제조를 위한 표준 기구
| 조직 | 관련 금속 적층 제조 표준 |
|---|---|
| ASTM 국제 | 합금, 공정 요구 사항, 품질에 대한 F3049, F2971, F3184, F3301 등 |
| 국제 표준화 기구(ISO) | 설계, 프로세스, 테스트를 다루는 ISO/ASTM 52915, 52921 |
| SAE 국제 | AMS7001A 항공우주 소재 및 공정 사양 |
| 미국 기계학회(ASME) | BPVC 섹션 IX 용접 코드 |
| 미국 국립표준기술연구소(NIST) | 구리 분말 데이터 및 측정 과학 참조 |
| 국제전기기술위원회(IEC) | IEC 62890 금속 분말 베드 용융 공정 성능 벤치마킹 |
이를 통해 모범 사례를 공유하고 반복 가능한 성능 기준을 정량화하여 최종 사용을 위한 부품 자격을 부여합니다.
대상 항공우주 및 항공 부품를 준수하려면 추가 CAA 및 FAA 표준도 준수해야 합니다. 자동차 부품은 UL, A2LA, NADCAP 사양도 참조합니다.
의료 기기 애플리케이션는 생체 적합성과 환자 안전을 보장하기 위해 상용화에 앞서 FDA 및 CE 규정을 충족해야 합니다.
전반적으로 표준은 금속 적층 제조 산업 전반의 기술 개발을 동기화합니다.
자주 묻는 질문
Q: 애플리케이션에 적합한 구리 합금을 선택하는 방법은 무엇인가요?
A: 대부분의 제품은 강도, 경도, 마모 성능 또는 열/전기 전도성 중 한 가지를 강조합니다. 이에 따라 주석이나 니켈과 같은 합금 원소를 조정하면 맞춤형 속성을 최적화할 수 있습니다.
Q: 구리 분말을 인쇄할 때 불활성 가스 차폐가 필요합니까?
A: 예, 구리 분말을 고온으로 가열하면 표면 산화로 인해 합금 원소가 손실됩니다. 아르곤이나 질소로 차폐하면 과도한 재료 손실을 방지할 수 있습니다.
Q: 구리를 3D 프린팅할 때 레이어 사이에 균열이 생기는 이유는 무엇인가요?
A: 냉각 속도 차이와 합금 수축으로 인해 응력이 발생하여 층간 균열이 발생할 수 있습니다. 빌드 중 열 제어를 개선하고 후처리 과정에서 응력 완화 열처리를 하면 이러한 결함을 줄일 수 있습니다.
Q: 3D 프린팅한 구리 부품의 표면 마감과 질감이 좋지 않은 이유는 무엇인가요?
A: 낮은 레이저 출력으로 분말 입자가 충분히 녹지 않으면 다공성 고르지 않은 텍스처가 발생하여 광범위한 마감 가공이 필요합니다. 인쇄 보정, 적절한 레이어 오버랩 및 높은 에너지 밀도는 표면 품질을 향상시킵니다.
Q: 구리 파우더를 사용한 금속 직접 인쇄는 비용이 많이 듭니까?
A: 예, 두 프린터 시스템 모두 $100,000달러가 넘는 비용과 반복적인 금속 파우더 구매로 인해 소규모 생산에는 비용이 엄청나게 비쌉니다. 그러나 대량 생산 시에는 툴링이 필요하지 않기 때문에 부품당 비용이 크게 떨어집니다.
