3.2.2 전자 빔 용융(Electron Beam Melting, EBM)
아캠 사에 의해 개발, 원천 특허도 소유
금속 분말의 얇은 층을 전자빔을 이용해 선택적으로 용융하는 것이다.
선택적 레이저 용융방식과 유사하지만 레이저와 달리 전자빔을 사용한다.
이미지 출처 : www.amkorea21.com/sub3_1.php
◐ 전자 빔 용융 방식의 특징
- 티타늄 합금 파우더를 전자 빔으로 용해하여 제작하는 방식.
- 재료의 강도가 아주 우수하다.
- 전자 빔을 이용해 고밀도의 표준 금속들과 우수한 기계적 특성을 가진
- 표준 금속 부품들을 제조할 수 있다.
- 레이저 사용 방식에 비해 지지 구조체와 열 응력이 적은 제품을 생산할 수 있다.
- 맞춤식, 기능성 테스트 시제품 제작, 지그, 기계 기구 등의 지원 부품은 직접 생산이
가능하다.
- 제한된 작동, 느리고 비싼 공정이 문제.
- 완성부품들은 후처리가 많이 필요하다
- 표면 마감의 품질이 떨어진다.
출처 https://www.ge.com/additive/who-we-are/about-arcam
3.2.3 직접 금속 레이저 소결(Direct Metal Laser Sintering, DMLS)
보통 MLS(Metal Laser Sintering)라고 부른다.
연도: 1989년
- 분말 형태인 금속 합금 소재인 알루미늄, 티타늄 합금 가루 등을 고온의 레이저로 소결 하여
제작하는 방식.
- EOS의 한스 J, 랭거 박사와 한스 스타일 비클러 박사가 개발한 기술.
- 직접 금속 레이저 소결 방식의 원리
- 과정 : 미세한 금속 분말을 빌드 플랫폼 위로 밀어내고 레이저로 분말을 녹이면서 각 층을
다음 층에 녹여 붙인다.
- 이 과정을 반복해 물체를 완성하며, 새 층이 추가되면 빌드 플랫폼이 아래로 내려간다.
출처 : https://blog.naver.com/ktmt2013
- 재료: 스테인리스강, 마레이징 강철, 코발트 크로뮴, 인코넬 625 및 718, 티타늄 Ti6Alv4
- 특징 : 재료의 강도가 아주 우수하다.
(의료, 항공우주, 특수 기계, 자동차 분야 등 다양한 산업에서 이용되는 도구와 생산 부품 등
실질적인 사용가치가 높은 금속 부품 제작에 사용된다)
출처 : http://www.3dpkorea.co.kr/?p=1957
[3D프린팅기술] DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
www.3dpkorea.co.kr
- 직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 분말 형태의 금속과 합금 재료를 고전력 레이저로 용융시켜
튼튼한 금속 부품을 제조합 한다.
- DMLS는 다양한 산업에서 이용되는 도구와 생산 부품 등 실질 사용 가치가 높은 금속 부품을
제작한다.
출처 : http://www.itworld.co.kr/print/86773
3.2.4 선택적 열 소결(Selective Heat Sintering, SHS)
특허를 보유한 덴마크의 신생 업체 블루 프린터 ApS(Blueprinter ApS) 사가 개발했다.
* 정의: SHS(Selective heat sintering)은 챔퍼에 얇게 도포된 플라스틱 분말을 눅여 경화시키는 방식.
------SLS와 유사하지만 레이저 대신 열 프린터 헤드를 사용한다.
-----복잡하고 벽이 얇은 제품 제작이 가능하고, 다수의 제품을 동시 제작할 수 있다는 것이 장점이다.
* 연도: 2009년
* 재료: SHS 기술에 최적화된 열가소성 수지 분말
* 과정:
- 열 프린터 헤드를 사용한 소결. 프린터가 제작 챔버(build chamber)를 가로질러 얇은
플라스틱 분말층을 뿌리고 나면 열 프린터 헤드가 움직이면서 단면도 그림을 플라스틱
분말층으로 녹인다.
-녹지 않은 분말로 둘러싸인 챔버 내에서 제품이 만들어진다.
▶ 선택적 열 소결 방식의 원리
- 열 프린터 헤드를 사용한 소결 방식
- 빌더 탱크(builder tank 또는 build chamber)를 가로질러 얇은 플라스틱 분말층을
뿌리고 나면 열 프린터 헤드가 움직이면서 한 레이어에 해당하는 단면도 그림 패턴대로
플라스틱 분말층을 녹인다.
- 레이어가 완성되면 빌드 플랫폼을 아래로 이동시키고, 자동 롤로가 소결 재료에 새로운
레이어를 추가한다.
- 적층 레이어 두께는 0.1mm이다.
▶장점
- SHS방식은 복잡하거나 벽이 얇은 제품 제작이 가능하다.
- 다수의 제품을 동시에 제작할 수 있다.
- SHS 기술에 최적화된 열가소성 수지 분말을 사용하며 남은 분말재료는 재활용 가능하다.
- SLS에 비해 가격이 저렴하다.
▶단점
- 제작 속도가 느리다.
- 사용 가능한 재료가 제한적이다.
3.2.5 선택적 레이저 용융(Selective Laser Melting, SLM)
디지털 정보 소스 3D CAD 데이터와 고전력 레이저 빔을 사용하여 미세 금속 분말을 융합하여
3차원 입체 금속 부품을 생성한다.
* 용융 : 고체가 녹아서 액체로 변하는 현상
- SLM 방식은 SLS 방식과 동일하나 SLS보다 높은 레이저를 이용하여 선택적으로 조사해 분말을
완전 용융시켜 물질을 완전히 압축함으로써 일반적인 금속 제조법과 비슷한 정도의 기계적 특성을
가지도록 하는 방식이다.
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?
- SLM 방식은 현재 독일 프라운호퍼 연구소가 특허를 보유하고 있다. 현재 금속 3D 프린터
제품의 80% 는 정밀도가 높은 SLM 방식을 사용하고 있지만 특허로 묶여 있어 가격이 비싸다
- 2016년 12월에 특허가 만료된다고 하니 내년엔 수억 원대였던 금속 3D 프린터 가격이
수천만 원대로 낮아질 수 있을 것이다
- SLM 방식의 금속 3D 프린터는 재료를 쌓아 올릴 때마다 불량 상황을 확인할 수 있어
제조업 전반에 빠르게 확산될 것이다.
▶ 선택적 레이저 용융방식의 원리
- 레벨링 시스템(levelling system)을 이용하여 금속 파우더의 표면을 평탄화하고 금속 파우더가
용융되는 동안 산화 방지를 위해 불활성 가스인 아르곤과 질소를 체임버 내에 공급한다.
- 도포된 금속 파우더에 선택적으로 고출력 이테르븀 파이버 레이저(Yiterblum-Fiber Laser)를
조사하여 용융시킨다.
▶선택적 레이저 용융 방식은 복잡한 형상의 금속 제품인 얇은 벽이나 엉덩이 뼈, 인공 고관절,
교정 임플란트, 경량화한 항공기 부품 등의 생산에 용이하다.
▶장점
- 순수 금속 재질의 제품 제작이 가능하며 열처리 후공정이 없다.
▶단점
- 정밀도와 표면 품질이 낮다
- 재즐 특성상 후처리가 제한적이다.
- 금속을 가공하는 레이저 장비이므로 SLS 방식보다 가격이 비싸다.
▶재료 : 스테인리스 강, 공구강, 코발트 크롬, 티타늄 등이 사용된다.
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https://xyzist.com/issue/3d-
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