SLM 제조 은 다양한 산업 분야에서 사용되는 분말 베드 융합 적층 제조 공정입니다. 이 가이드는 작동 방식, 재료, 응용 분야, 장단점, 시스템 공급업체 등 SLM에 대한 포괄적인 정보를 제공합니다.
선택적 레이저 용융(SLM) 개요
적층 제조는 레이저를 사용하여 금속 분말을 층별로 선택적으로 녹여 완전히 밀집된 부품을 만드는 적층 제조 공정입니다. 주요 속성:
- 3D CAD 데이터를 사용하여 파우더 층의 레이저 용융을 지시합니다.
- 대부분의 합금에서 거의 최대 밀도 달성(>99%)
- 주조/가공으로는 불가능한 복잡한 형상 구현 가능
- 일반적인 재질로는 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 니켈 합금이 있습니다.
- 일반적인 레이어 두께 20-100 미크론
SLM 제조는 전통적인 제조 방식에 근접한 설계 자유도와 기계적 특성을 제공합니다.
어떻게 SLM 제조 공장
SLM은 고출력 레이저를 사용하여 미세한 금속 분말을 정밀한 패턴으로 녹입니다:
- CAD 모델을 디지털 방식으로 얇은 단면 레이어로 슬라이스합니다.
- 파우더 레이어가 빌드 플랫폼 전체에 고르게 퍼집니다.
- 레이저가 각 슬라이스를 기반으로 분말을 녹여 입자를 서로 융합합니다.
- 플랫폼이 낮아지고, 새 레이어가 적용되고, 프로세스가 반복됩니다.
- 완전 고밀도 부품은 레이어별로 적층적으로 구축됩니다.
보호용 불활성 가스 분위기가 빌드 중 산화를 방지합니다.
SLM용 자료
SLM에는 다음과 같은 다양한 금속 분말을 사용할 수 있습니다:
SLM 금속 재료
- 스테인리스 스틸(316L, 17-4PH, 15-5PH)
- 공구강(H13, M2)
- 티타늄(Ti-6Al-4V)
- 알루미늄(AlSi10Mg)
- 코발트-크롬(CoCr)
- 니켈 합금(인코넬 625, 718)
- 구리 합금
- 귀금속
분말의 범위는 일반적으로 15-45미크론입니다. 일부 합금은 성공적으로 인쇄하려면 특수 파라미터가 필요합니다.
SLM 부품의 응용 분야
SLM 제조를 통해 어셈블리를 조립 없이 일체형 구성 요소로 통합할 수 있습니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:
SLM 부품 애플리케이션
- 항공우주 - 경량 구조물, 터빈, 브라켓
- 의료 - 임플란트, 보철, 수술 기구
- 자동차 - 경량화된 부품, 맞춤형 설계
- 툴링 - 컨포멀 냉각 기능이 있는 사출 금형
- 에너지 - 복잡한 오일/가스 밸브, 열교환기
- 국방 - 강도가 필요한 맞춤형 드론/로봇 부품
SLM은 기존 제조 방식에 비해 무게와 리드 타임을 줄이면서 최적화된 설계를 가능하게 합니다.
SLM 적층 제조의 장점
SLM을 매력적으로 만드는 주요 이점:
- 복잡한 형상 및 미세 구조 가능
- 완전 밀도 및 등방성 소재 특성
- 낭비 감소 - 필요한 재료만 사용
- 어셈블리 통합을 통한 무게 감소
- 설계 반복을 위한 빠른 처리 시간
- 주조/단조 금형과 같은 특수 툴링이 필요 없습니다.
- 맞춤형 합금 및 등급별 소재 제작 가능
SLM 제조는 다른 방법으로는 불가능했던 향상된 부품을 거의 무제한으로 생산할 수 있는 자유를 제공합니다.
SLM 제조의 한계
SLM은 기존 제조 방식에 비해 몇 가지 단점이 있습니다:
- 소량 생산 시 더 높은 부품 비용
- 빌드 챔버 크기에 따라 제한된 크기(시간이 지남에 따라 개선됨)
- 주조 또는 단조 합금에 비해 재료 선택이 제한적입니다.
- 표면 마감과 같은 후처리가 필요한 경우가 많습니다.
- 티타늄 및 알루미늄과 같은 반응성 분말의 특수 취급
- 결함을 식별하기 위해 검사 방법이 필요한 경우
- 일부 머티리얼 및 빌드의 이방성 특성
지속적인 기술 발전을 통해 과제를 완화할 수 있습니다.
SLM 시스템 공급업체
주요 SLM 장비 제조업체는 다음과 같습니다:
주목할 만한 SLM 시스템 제공업체
- EOS
- 3D Systems
- GE 애디티브
- 트럼프
- 레니쇼
- DMG 모리
- 시스마
- 마작
- AMCM
많은 업체가 턴키 시스템과 분말 처리 및 후처리 장비를 제공합니다.
비용 분석 SLM 제조 프로덕션
대부분의 3D 프린팅 공정과 마찬가지로 SLM은 초기 비용이 높지만 대량 생산 시 부품당 비용이 낮습니다:
- SLM 시스템 비용 ~$500,000 ~ $1M+
- 빌드 속도 ~5-20cm3/시간(~10-50g/시간)
- 작업 시간 ~ 5~10시간(후처리 포함)
- 재료비 ~$50-200/kg
- 총 부품 비용은 $500 ~ $5000+입니다.
가장 높은 비용은 인건비, 시스템 투자, 재료비입니다. 소량/중량 주문에 경쟁력이 있습니다.
SLM과 금속 주조 및 가공 비교
| 프로세스 | 장점 | 단점 | 최고의 애플리케이션 |
|---|---|---|---|
| SLM | 설계의 자유, 경량화, 빠른 처리, 낭비 최소화 | 제한된 크기, 소량 생산 시 높은 비용, 후처리 과정 | 저용량 및 중간 용량의 복잡한 부품 |
| 금속 주조 | 그물 모양에 가까워 단순 부품부터 복잡한 부품까지 적합, 대량 생산 시 비용 절감 | 부품 마감을 위한 추가 단계, 설계 제한, 툴링 비용 | 중간에서 높은 생산량 |
| CNC 가공 | 다양한 재료 선택, 높은 정확도, 우수한 표면 마감 처리 | 빼기 공정으로 인한 낭비, 적은 수량으로 인한 비용 증가, 도구 접근으로 인한 설계 제한 | 디자인이 자주 변경되는 중소규모 볼륨 |
각 프로세스에는 특정 애플리케이션, 생산량 및 목표에 적합한 이점이 있습니다.
자주 묻는 질문
SLM으로 3D 프린팅할 수 있는 소재에는 어떤 것이 있나요?
가장 일반적인 SLM 소재는 스테인리스강, 티타늄, 알루미늄, 코발트-크롬, 니켈, 구리, 귀금속 합금입니다. 다양한 공구강과 초합금도 가능합니다.
SLM 부품의 일반적인 정확도는 어느 정도인가요?
SLM은 레이어 두께, 스캔 전략, 형상 및 후처리와 같은 요인에 따라 +/- 0.005인치 내외의 정확도로 부품을 생산할 수 있습니다. 중요한 표면은 가공이 필요할 수 있습니다.
SLM 부품에는 어떤 종류의 후처리가 필요합니까?
일반적인 SLM 후처리에는 서포트 제거, 응력 완화, 표면 연마/라이닝, 내부 보이드 제거를 위한 핫 아이소스타틱 프레스, 필요한 경우 열처리 등이 포함됩니다.
SLM은 기능적으로 등급이 매겨진 재료를 만들 수 있나요?
예, SLM은 빌드의 다양한 위치에서 공급원료 구성과 미세 구조를 지능적으로 변경하여 복잡한 등급 구조물을 제작할 수 있습니다.
SLM은 대량 생산에 적합합니까?
현재 SLM은 설계 유연성과 맞춤형 속성의 이점이 비용을 정당화할 수 있는 최대 수천 개의 부품을 생산하는 중소규모 생산량에 가장 적합합니다.
SLM은 적층 기술을 사용하여 획기적인 성능 향상을 가능하게 합니다. 기술이 성숙해짐에 따라 비용 경쟁력이 더욱 강화될 것입니다.
결론
선택적 레이저 용융은 과거에는 불가능했던 복잡한 최적화 형상을 가능하게 하여 산업 전반의 제조에 혁신을 가져왔습니다. 이 기술은 파우더 레이어를 집속 레이저로 융합하여 3D 모델 데이터에서 고밀도 기능성 금속 부품을 제작합니다. 소량 생산의 경우 비용이 여전히 높지만, SLM은 부품 설계를 재구상하여 성능을 향상시킬 수 있는 전례 없는 자유를 제공합니다. 티타늄, 알루미늄, 강철, 니켈, 코발트 합금과 같은 금속에서 소재가 지속적으로 확장되고 있습니다. 기술이 발전함에 따라 SLM은 대량 생산이 가능해져 기존 제조 방식을 보완하는 이점을 제공할 것입니다. SLM은 디자이너와 엔지니어에게 계속해서 새로운 가능성을 열어주고 있습니다.
