금속 3D 프린팅용 스테인리스 스틸 316L 파우더
스테인리스강 316L 분말은 몰리브덴을 함유하고 탄소 함량이 낮은 스테인리스강 분말의 일종입니다. 오스테나이트계 크롬-니켈 스테인리스강으로 강도가 높고 내식성이 뛰어납니다. 316L 파우더는 항공우주, 의료, 자동차, 일반 제조 등 다양한 산업 분야에서 3D 프린팅 또는 적층 제조 분야에 널리 사용됩니다.
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목차
개요
스테인리스강 316L 분말은 몰리브덴을 함유하고 탄소 함량이 낮은 스테인리스강 분말의 일종입니다. 오스테나이트계 크롬-니켈 스테인리스강으로 강도가 높고 내식성이 뛰어납니다. 316L 파우더는 항공우주, 의료, 자동차, 일반 제조 등 다양한 산업 분야에서 3D 프린팅 또는 적층 제조 분야에 널리 사용됩니다.
316L 파우더의 몇 가지 주요 특성과 특징은 다음과 같습니다:
구성: 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 망간, 규소, 탄소, 인, 황
파티클 모양: 구형, 높은 유동성
입자 크기: 15-45미크론, 서브미크론 크기 사용 가능
밀도: 약 7.9g/cc
녹는점: 1381-1400°C
주요 기능: 내식성, 내열성, 용접성, 강도, 생체 적합성
일반적인 상품명: 316L, 1.4404, 1.4435
316L 파우더는 선택적 레이저 소결(SLS), 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 전자빔 용융(EBM), 바인더 분사 등 다양한 3D 프린팅 공정을 사용하여 복잡한 형상의 강력하고 내구성 있는 부품을 프린팅하는 데 사용할 수 있습니다.
316L 파우더의 종류
사용 가능한 316L 스테인리스 스틸 분말에는 몇 가지 주요 유형이 있습니다:
가스 분무 316L 분말
- 불활성 가스 분무 공정을 통해 생산됩니다.
- 표면이 매끄러운 구형 입자
- 쉽게 흐르고 인쇄를 위해 조밀하게 포장됩니다.
- 우수한 퍼짐성 및 압축성
- 레이저 기반 및 바인더젯 3D 프린팅에 널리 사용됩니다.
물 분무 316L 분말
- 고압 워터 제트를 사용하여 제작
- 불규칙한 입자 모양
- 다공성 표면, 높은 산소 함량
- 가스 분무 분말에 비해 비용 절감
- 주로 프레스 및 소결 애플리케이션에 사용
플라즈마 분무 316L 분말
- 플라즈마 분무 방식으로 제조
- 매우 구형인 입자
- 제어된 입자 크기 분포
- 고밀도가 필요한 중요 애플리케이션에 사용
- 다른 분무 방식에 비해 비싸다
재활용 316L 파우더
- 3D 빌드에서 사용하지 않은 파우더 복구
- 입자 모양과 크기가 혼합되어 있을 수 있음
- 추가 체질 및 처리 필요
- 중요하지 않은 애플리케이션을 위한 저렴한 비용 옵션
- 이전 빌드로 인한 오염에 대한 우려
316L 분말 구성
316L 스테인리스 스틸은 철과 합금된 크롬과 몰리브덴을 통해 내식성을 얻습니다. 다음은 316L 분말의 원소 성분입니다:
| 요소 | 구성 범위 |
|---|---|
| 철(Fe) | 잔액 |
| 크롬(Cr) | 16-18% |
| 니켈(Ni) | 10-14% |
| 몰리브덴(Mo) | 2-3% |
| 망간(Mn) | ≤ 2% |
| 실리콘(Si) | ≤ 1% |
| 탄소(C) | ≤ 0.03% |
| 인(P) | ≤ 0.045% |
| 유황(S) | ≤ 0.03% |
탄소 함량이 낮아 용접 시 카바이드 침전을 줄이고 내식성을 향상시킵니다. 몰리브덴을 첨가하여 염화물 환경에서 피팅 및 틈새 부식 성능을 향상시킵니다.
이 구성은 UNS S31603, W.Nr 1.4404, AISI 316L 및 ISO 5832-1과 같은 국내 및 국제 규격을 준수합니다. 특수한 요구사항에 따라 맞춤형 합금도 가능합니다.
주요 속성 및 특성
316L 파우더는 뛰어난 특성이 독특하게 조합되어 있어 산업 전반의 다양한 중요 고성능 애플리케이션에 적합합니다.
내식성 산, 알칼리, 염분 및 유기 화학 물질에 의한 피팅, 틈새 부식 및 응력 부식 균열에 대한 내성이 뛰어납니다.
기계적 특성 우수한 연성 및 충격 강도와 함께 높은 최종 인장 및 항복 강도를 제공합니다.
내열성 최대 ~900°C의 연속 서비스 및 특정 애플리케이션의 경우 그 이상의 간헐적 노출을 견딜 수 있습니다.
용접성 용접이 용이하고 비안정화 강종에 비해 용접 시 감작이 덜 발생합니다.
생체 적합성 의료용 임플란트 및 기기에 사용할 수 있는 높은 생체 적합성과 무독성
다음은 316과 316L 파우더의 주요 특성을 비교한 표입니다:
| 속성 | 316 파우더 | 316L 파우더 |
|---|---|---|
| 밀도(g/cc) | 7.9 | 7.9 |
| 녹는점(°C) | 1375-1400 | 1381-1400 |
| 최대 인장 강도(MPa) | ≥ 515 | ≥ 485 |
| 항복 강도(MPa) | ≥ 170 | ≥ 170 |
| 연신율(%) | ≥ 40 | ≥ 35 |
| 탄성 계수(GPa) | 193 | 193 |
| 열 전도성(W/m-K) | 16.2 | 16.2 |
| 열팽창(μm/m-°C) | 15-16.5 | 15-16.5 |
| 내식성 | 매우 좋음 | 우수 |
| 피팅 저항 등가 번호(PREN) | 24-26 | 25-27 |
| 자기 투과성 | 비자기 | 비자기 |
| 생체 적합성 | 양호 | 우수 |
316L 파우더의 우수한 내식성은 316 파우더에 비해 PREN이 높고 탄소 함량이 낮기 때문일 수 있습니다. 또한 316L은 생체 적합성이 우수하여 인체에 영구적으로 이식하는 임플란트에 우선적으로 사용됩니다.
316L 파우더의 응용 분야
316L 파우더가 널리 사용되는 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다:
적층 제조 항공우주, 의료, 자동차, 툴링 등 다양한 최종 사용 금속 부품의 SLS/DMLS/EBM 프린팅.
생체 의학 임플란트 무릎 및 고관절 치환물, 척추봉, 치과용 고정물 등의 임플란트를 제조합니다.
식품 가공 장비 식품 및 제약 산업을 위한 밸브, 피팅, 패스너, 기계 부품
화학 처리 산업
펌프 임펠러, 하우징, 밸브 본체 및 기타 습식 구성품
해양 애플리케이션
해양 환경에서 사용되는 샤프트, 피팅, 커플 링, 플랜지, 프로펠러
316L은 뛰어난 내식성과 고강도 덕분에 다양한 응용 분야에서 탁월한 성능을 제공합니다.
다음은 적층 가공으로 인쇄된 일부 316L 부품의 예시입니다:
| 산업 | 일반적인 적층 가공 부품 |
|---|---|
| 항공우주 | 터빈 블레이드, 구조용 브래킷, 임펠러 |
| 자동차 | 맞춤형 패스너, 센서, 경량 섀시 부품 |
| 의료 | 수술 기구, 보철물, 임플란트 |
| 툴링 | 사출 금형, 압출 금형, 지그 및 픽스처 |
316L 파우더 사양
적층 제조에 사용되는 316L 파우더는 다음 사양을 준수하거나 초과해야 합니다:
입자 크기 분포
| 크기(μm) | 배포 (%) |
|---|---|
| 20-63 | ≥ 95 |
| 15-45 | 최적 |
겉보기 밀도 일반적으로 4.0~4.8g/cc
유량
홀 유량계 > 15초/50g
화학 성분 앞서 언급한 316L 등급 사양 기준
마이크로 구조
완전 오스테나이트, 스트링거 및 위성 없음
파티클 모양 주로 구형인 형태
표면 텍스처 파티클의 매끄러운 표면 마감
산소 함량 대부분 1000ppm 미만
채도 자화 < 3.1 emu/g
평판이 좋은 316L 파우더 제조업체는 이러한 AM 사양을 충족하거나 능가하는 재료를 생산합니다. 모든 배치에는 독립적인 테스트를 거친 분석 인증서가 함께 제공됩니다.
316L 분말 공급업체
316L 스테인리스 스틸 파우더의 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:
| 회사 | 생산 능력 | KG당 비용 |
|---|---|---|
| 샌드빅 오스프리 | 연간 200 MT | $50-90 |
| 목수 첨가제 | 사용자 지정 | $75-150 |
| 프렉스에어 | 연간 100 MT | $40-80 |
| 회가나스 | 연간 500 MT | $30-60 |
| CNPC 파우더 | 연간 1000 MT | $25-50 |
특수한 입자 크기 분포 또는 더 엄격한 화학적 제어가 필요한 맞춤형 합금은 표준 316L 분말 구성보다 20-50% 더 비쌀 수 있습니다.
가격의 경우, 적층 제조에 적합한 가스 분무 316L 분말은 일반적으로 품질, 배치 크기 및 지역에 따라 kg당 $30-150입니다. 물 분무 및 플라즈마 분무 등급은 이 범위의 하단과 상단을 차지합니다.
적층 제조용 316L 분말의 장단점
316L 파우더의 장점
뛰어난 내식성 316 파우더에 비해 최대 25-30% 더 나은 피팅 및 틈새 내식성 제공
생체 적합성 및 무독성 장시간 피부 접촉 및 의료용 임플란트에 사용해도 안전합니다.
높은 기계적 강도 인장 강도 >485MPa로 주조/단조 316L 특성과 일치하거나 초과합니다.
뛰어난 피로 성능 피로 한계가 매우 높아 부품 수명이 길어집니다.
경량 부품 부품 무게 감소는 차량의 연비 향상으로 이어집니다.
높은 온도 안정성
특정 애플리케이션의 경우 650°C를 초과하는 온도에 견딜 수 있습니다.
간편한 용접성 거의 모든 용접 공정과 호환됩니다. 수리 및 후처리에 적합
더 매끄러운 표면 마감 및 재작업이 덜 필요한 애즈 프린트 표면
비용 효율성 비용은 316 SS와 비슷하고 이국적인 합금보다 저렴합니다.
맞춤형 합금 가능 특정 애플리케이션에 맞는 파우더 조성물 설계 가능
더 빠르고 저렴한 프로토타이핑 주조 및 가공 금형과 같은 하드 툴링이 필요 없습니다.
AM용 316L 파우더 사용의 단점
비등방성 기계적 거동
빌드 방향에 따라 다릅니다. 설계 및 테스트 고려 사항이 필요합니다.
잠재적 내부 결함
융합 부족, 녹지 않은 입자, 다공성. 사용 중인 적층 제조 공정에 따라 다릅니다.
후처리 요구 사항 지지대 제거, 마감 가공, 어닐링 등으로 인해 비용이 증가할 수 있습니다.
제한된 부품 크기 빌드 챔버 치수의 제약(새로운 기계로 지속적으로 개선)
오리엔테이션 제약 조건 일부 지오메트리는 지지 구조가 필요하며 디자인 자유도를 제한할 수 있습니다.
속성 가변성
파우더 재사용/재활용 시 배치마다 물성이 저하될 수 있습니다.
표면 마감 제한 기존 감산 가공 방식보다 변동폭이 클 수 있습니다.
장비 및 재료 비용 높은 장비 투자. 대형 부품에는 많은 양의 파우더가 필요합니다.
디자인 표준의 부재 빠르게 진화하는 분야. 지속적인 자격 테스트가 필요합니다.
316L과 17-4PH, 15-5PH 스테인리스 스틸 파우더 비교
316L 스테인리스강 분말은 우수한 기계적 성능과 높은 내식성을 필요로 하는 많은 적층 제조 응용 분야에서 가장 먼저 선택되는 소재가 되었습니다. 그러나 보다 까다로운 응용 분야에서는 17-4PH 및 15-5PH와 같은 고강도 구조용 파우더의 사용이 증가하고 있습니다.
다음은 적층 가공과 관련된 주요 분말 특성에 대해 스테인리스강 합금을 비교한 것입니다:
| 파우더 속성 | 316L SS | 17-4PH SS | 15-5 PH SS |
|---|---|---|---|
| 내식성 | 우수 | 보통 | 보통 |
| 인장 강도 | 485-550 MPa | 1050-1200 MPa | 1050-1150 MPa |
| 수율 강도 | 170-340 MPa | 900-1100 MPa | 900-1000 MPa |
| 신장 | 35-50% | 8-13% | 10-16% |
| 피로 강도 | 170-200 MPa | 500-700 MPa | 550-650 MPa |
| 높은 온도 안정성 | 공정 | 우수 | 우수 |
| 용접성 | 우수 | 공정 | 양호 |
| Kg당 비용 | $30-150 | $150-250 | $100-200 |
이 제품 비교를 통해 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다:
- 최고의 내식성과 우수한 용접성을 자랑하는 316L은 타의 추종을 불허합니다.
- 고강도가 부식 성능보다 중요한 경우 17-4PH 및 15-5PH가 더 좋습니다.
- 최고의 고온 크리프 저항성을 제공하는 17-4PH SS 파우더
- 15-5PH는 강도와 용접성/가공성의 최적의 균형을 제공합니다.
- 316L은 가장 비용 효율적인 옵션이며 17-4PH 파우더는 상대적으로 비쌉니다.
구매자는 애플리케이션에 적합한 등급을 신중하게 선택함으로써 속성 및 비용 대비 성능의 이상적인 조합을 얻을 수 있습니다.
자주 묻는 질문
다음은 AM 공정용 316L 스테인리스강 분말과 관련하여 자주 묻는 질문에 대한 답변입니다:
어떤 적층 제조 공정에서 316L 파우더를 사용하나요?
316L 파우더는 금속을 프린트할 수 있는 모든 주요 직접 금속 AM 공정과 호환됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
- 파우더 베드 퓨전 - SLS, DMLS, SLM
- 지향성 에너지 증착 - LENS, EBAM, 레이저 클래딩
- 결합 금속 증착 - 바인더 분사
3D 프린팅에서 흔히 발생하는 316L 부품 결함은 무엇인가요? 이러한 결함을 어떻게 방지할 수 있을까요?
일부 316L 부품 결함에는 다음이 포함됩니다:
- 용융 부족 - 파우더가 충분히 녹지 않음. 레이저 출력/속도 증가
- 가스 다공성 - 스캔 패턴을 최적화합니다. 열간 등방성 프레싱 사용
- 균열 - 지지 구조 수정 열 응력 최적화
- 녹지 않은 입자 - 균일한 분말 층이 만들어지도록 합니다. 체에 잘 내리세요.
AM에서 316L 파우더에 이상적인 입자 크기는 무엇인가요?
대부분의 적층 제조 공정에는 15-45미크론이 권장됩니다. 파우더가 미세할수록 더 잘 퍼지지만 흐름과 재코팅에 영향을 줄 수 있습니다. 입자가 거칠수록 압축성이 떨어집니다.
316L AM 부품에는 일반적으로 어떤 후처리가 이루어지나요?
후처리 단계는 최종 파트 속성을 개선하는 데 도움이 됩니다:
- 가공/연삭을 통한 지지대 제거
- 내부 공극을 제거하기 위한 열간 등방압 프레싱
- 용액 어닐링 및 에이징을 통한 미세 구조 개선
- CNC 가공 및 연마와 같은 표면 마감 처리
AM용 316L 파우더는 어떤 표준을 준수해야 하나요?
표준은 계속 발전하고 있지만 주요 표준은 다음과 같습니다:
- ASTM F3049 - AM 금속 분말
- ASTM F3056 - 적층 제조 금속 분말 특성 분석
- ASTM F3301 - 적층 부품의 특성
- ISO/ASTM 52904 - 프로세스 매개변수
적층 가공 후 316L 부품을 용접하거나 수리할 수 있나요?
예, 316L은 용접성이 매우 뛰어나며 TIG 용접과 같은 기술을 사용하여 AM 제작 부품을 용접, 수리 및 후처리할 수 있습니다. 결함 없는 용접을 위해서는 적절한 절차 개발이 필수적입니다.
