금속 3D 프린터와 공정기술
 

메탈쓰리디와 윈포시스 금속 3D 프린터 개발팀은 진공 챔버를 이용한 초저산소 환경에서 티타늄 등 희귀 금속을 정밀하게 프린팅할 수 있는 금속 3D 프린팅 장비를 발표했다. 이번 호에서는 금속 3D 프린터와 공정 기술에 대해 소개한다.

■ 주승환 | 메탈쓰리디주식회사/윈포시스 CTO, 한국적층제조사용자협회 회장, 인하대 교수, 산업부 및 미래부의 3D 프린팅 기술로드맵 수립위원이다. 국내 금속 3D 프린터 개발자이고 금속 공정 개발 전문가이다.
이메일 | jshkoret@naver.com
홈페이지 | www.kamug.or.kr

기존 금속 3D 프린터의 경우 기술적인 부분과 비용적인 부분으로 인하여 저산소용 챔버를 이용한 가공 방식으로 제작되었는데, 고온에서 적은 용존 산소와 반응하는 티타늄의 재료적 특성으로 인해 티타늄 가공 품질과 분말의 재사용 등의 문제가 발생하곤 했다. 고진공 상태를 이용한 전용 챔버로 대체하여 가공할 경우 티타늄의 재료적 특성을 유지하고 반복적인 사용이 가능하기 때문에 티타늄 금속 3차원 프린팅 제품의 품질은 급격히 상승하며 제작 비용이 감소되어 경제 및 산업적인 파급력이 크다.

1. 기술 개발 내용

■ 진공 챔버를 사용한 인장강도 1100MPa 이상의 티타늄 제품용 금속 3D 프린터를 위한 기술 개발과 티타늄 가공 공정 개발
■ 진공 챔버 내의 산소 제어 기술 개발
■ 고진공 챔버를 사용한 금속 3D 프린터 기술 개발
■ 진공도 10^-5 torr의 고진공 챔버 개발 완료
■ 고진공 챔버 내 3축 이동 장치 및 가스 정화 장치 관련 기술 개발
■ 진공 챔버 내의 산소 제어 기술 개발
■ 산소 농도 50PPM 이내의 저산소 제어 기술 개발
■ 산소 농도 50PPM 이내의 저산소 측정 기술 개발
■ 인장강도 1100MPa 이상의 티타늄 제품용 공정 개발
■ 기계적 성능 향상을 위한 용융 공정 기술 개발
■ 기계적 성능 향상을 위한 후처리 공정 기술 개발

그림 1. 진공 챔버를 사용한 금속 3D 프린터

2. 저산소 진공장치 금속 3D 프린터의 기술적 성과
티타늄 소재를 정밀하게 가공할 수 있는 금속 3D 프린팅은 기존에는 불가능하다고 여겨졌던 제품을 생산할 수 있는 기반 기술이다. 고진공 챔버를 사용한 금속 3D 프린터를 이용한 초정밀 가공은 새로운 제품의 생산 공정을 변혁시킬 수 있다.
레이저를 사용한 PBF(Powder Bed Fusion) 방식인 고진공 챔버를 사용한 금속 3D 프린터 장비가 국내에서 개발된다면, 독일 등의 금속 3D 프린팅 선진국과 유럽의 공정 기술을 앞설 수 있는 계기를 확보할 수 있다. 또한 다음과 같은 시장에 진출할 수 있다.