선택적 레이저 용융(SLM)은 레이저를 사용하여 금속 분말을 선택적으로 녹여 3D 물체로 융합하는 적층 제조 기술입니다. 이 가이드에서는 다음에 대한 심층적인 개요를 제공합니다. SLM 인쇄, 재료, 공정 매개변수, 응용 분야, 이점 등이 있습니다.
SLM이란 무엇입니까?
SLM은 고출력 레이저를 사용하여 미세 금속 분말을 층별로 녹이고 응고시켜 CAD 데이터에서 직접 완전히 밀도가 높은 3D 부품을 만드는 분말 베드 융합 공정입니다.
| 프로세스 | 설명 |
|---|---|
| 레이저 용해 | 레이저로 각 층의 모양에 맞게 분말을 스캔하고 녹입니다. |
| 분말 확산 | 제작 영역 전체에 신선한 파우더 층이 퍼짐 |
| 빌드 플랫폼 낮추기 | 새로운 파우더 층을 펼치기 전에 플랫폼을 낮추었습니다. |
| 반복 단계 | 부품이 완성될 때까지 단계가 층별로 반복됩니다. |
SLM을 사용하면 3D CAD 데이터에서 직접 복잡한 형상을 가진 완전 밀도의 금속 부품을 인쇄할 수 있습니다.
어떻게 SLM 인쇄 공장
SLM 인쇄에는 다음과 같은 주요 구성 요소와 프로세스가 포함됩니다.
| 구성 요소 | 역할 |
|---|---|
| 레이저 | 각 층의 패턴에 따라 파우더를 선택적으로 녹입니다. |
| 스캐너 시스템 | 레이저 위치 및 초점 제어 |
| 파우더베드 | 인쇄 중에 파우더 층을 유지합니다. |
| 파우더 디스펜서 | 각 층마다 산뜻한 파우더를 펴발라 |
| 빌드 플레이트 | 인쇄하는 동안 부품을 잡고 내립니다. |
| 불활성 가스 시스템 | 산화를 방지하기 위한 보호 분위기 제공 |
이 프로세스는 가져온 3D 모델 형상을 기반으로 완전히 자동화됩니다.
SLM과 기타 3D 프린팅 방법 비교
SLM은 다음과 같은 주요 측면에서 다른 형태의 3D 프린팅과 다릅니다.
| 방법 | 비교 |
|---|---|
| 융합 증착 모델링(FDM) | FDM은 압출 열가소성 수지를 사용하고, SLM은 금속 분말을 사용합니다. |
| SLA(스테레오리소그래피) | SLA는 포토폴리머를 사용하고, SLM은 금속을 사용합니다. |
| 전자빔 용융(EBM) | EBM은 전자빔을 사용하고, SLM은 레이저빔을 사용합니다. |
| 바인더 분사 | 바인더 분사로 분말 입자를 결합하고, SLM은 분말을 완전히 녹입니다. |
SLM을 사용하면 최종 사용 엔지니어링 응용 분야에 적합한 완전 밀도의 금속 부품을 프린팅할 수 있습니다.
SLM 인쇄용 금속
SLM 기술로 인쇄된 일반 금속:
| 재질 | 주요 속성 |
|---|---|
| 스테인리스 스틸 | 내식성, 고강도 |
| 알루미늄 합금 | 경량, 연성 |
| 티타늄 합금 | 경량, 고강도 |
| 니켈 합금 | 내열성 및 내식성 |
| 코발트크롬 | 생체적합성, 내마모성 |
| 공구강 | 높은 경도, 열 안정성 |
특정 재료 특성이 필요한 다양한 응용 분야를 위해 다양한 금속이 SLM으로 인쇄됩니다.
SLM 프로세스 파라미터
중요한 SLM 프로세스 매개변수:
| 매개변수 | 일반적인 범위 |
|---|---|
| 레이저 파워 | 100-400 W |
| 스캔 속도 | 100-5000mm/초 |
| 해치 간격 | 50-200 μm |
| 레이어 두께 | 20-100 μm |
| 스팟 사이즈 | 50-100μm |
| 챔버 분위기 구축 | 아르곤 또는 질소 |
이러한 매개변수는 재료, 부품 형상, 제작 속도 및 필요한 기계적 특성에 따라 최적화됩니다.
장점 SLM 인쇄
SLM 인쇄의 주요 장점:
- 기계가공으로는 불가능한 복잡한 형상을 생성하는 능력
- 가공에 비해 리드타임이 현저히 단축됩니다.
- 최소한의 재료 낭비 및 낮은 구매-비행 비율
- 격자 구조로 경량화 가능성
- 어셈블리를 단일 부품으로 통합
- 고객 사양에 맞춘 맞춤형 제품
- 적시 생산 및 재고 감소
- 높은 치수 정확도 및 반복성
- 표면 조도가 좋고 해상도가 좋습니다.
SLM은 중소 규모 생산에 상당한 비용과 시간 절약을 제공합니다.
SLM 애플리케이션
| 산업 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|
| 항공우주 | 터빈 블레이드, 구조용 브래킷, 엔진 부품 |
| 의료 | 치과용 코핑, 임플란트, 수술 기구 |
| 자동차 | 경량 부품, 맞춤형 프로토타입 |
| 산업 | 경량 로봇 부품, 지그, 고정 장치, 툴링 |
SLM은 리드 타임을 단축하면서 고성능 최종 용도 금속 부품을 생산하기 위해 산업 전반에 걸쳐 사용됩니다.
SLM 부품 후처리
일반적인 SLM 부품 후처리 단계:
- EDM을 사용한 지지 구조물 제거
- 마무리 향상을 위한 표면 가공
- 구멍 뚫기, 나사 태핑
- 특성을 향상시키는 열처리
- 내부 공극을 제거하기 위한 열간 등방압 프레싱
- 비드 블라스팅, 아노다이징, 코팅과 같은 표면 처리
후처리는 응용 분야 요구 사항을 충족하도록 부품을 맞춤화합니다.
SLM 설계 지침
주요 SLM 설계 고려 사항:
- 지지 구조를 줄이기 위해 형상 최적화
- 더 나은 열 방출을 위해 최소 벽 두께를 유지하십시오.
- 미세 격자 구조를 사용하여 무게 감소
- 지지를 피하기 위해 자체 지지 형상을 설계합니다.
- 가공 후 공차 및 표면 조도 허용
- 계단 효과를 최소화하도록 부품 방향 지정
- 인쇄 중 열 응력의 영향 고려
- 지지대 제거를 쉽게 해주는 탭과 같은 디자인 기능
시뮬레이션 도구는 설계 단계 자체에서 SLM 인쇄 가능성을 평가하는 데 도움이 됩니다.
SLM 인쇄 장비
주요 SLM 시스템 제조업체:
| 회사 | 모델 |
|---|---|
| EOS | EOS M 시리즈 |
| 3D Systems | ProX DMP 시리즈 |
| 레니쇼 | AM 시리즈 |
| GE 애디티브 | 컨셉 레이저 M2 |
| SLM 솔루션 | SLM500 |
이러한 턴키 시스템은 다양한 빌드 크기로 자동화된 SLM 인쇄 기능을 제공합니다.
SLM 비용 경제학
SLM 인쇄 비용은 다음에 따라 다릅니다.
- 기계 구입 비용 – $0.5M ~ $1.5M
- 재료비 – 일반 금속의 경우 $50-$150/kg
- 인건비 – 기계 작동, 후가공
- 제작 속도 – 매개변수에 따라 5~100cm3/hr
- 더 높은 생산량으로 인한 규모의 경제
SLM은 다른 금속 제조 공정에 비해 복잡한 중소 규모 생산에 가장 비용 효율적입니다.
과제 SLM 인쇄
SLM과 관련된 몇 가지 과제는 다음과 같습니다.
- 잔류 응력이 높으면 부품 왜곡이 발생할 수 있습니다.
- 빌드 방향에 따른 이방성 재료 특성
- 최대 부품 크기 제한
- 내부 채널에서 분말 제거
- 가공 수준의 표면 조도 달성
- 돌출부에 지지 구조물이 필요함
- 전문적인 운영자 교육이 필요합니다.
- 분말 취급 위험에는 안전 예방 조치가 필요합니다.
그러나 지속적인 개발은 이러한 많은 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
SLM의 미래 전망
SLM 인쇄의 미래 전망은 긍정적입니다.
- 결함 감소로 부품 품질 향상
- 더 큰 빌드 볼륨으로 더 큰 부품 가능
- 더 높은 레이저 출력으로 더욱 빠른 제작 속도
- 신소재 개발로 용도 확대
- SLM과 가공을 결합한 하이브리드 제조
- 자동화된 분말 처리 및 후처리
- 광범위한 산업 전반에 걸쳐 주류 채택
- 비용 감소로 인해 더 많은 응용 분야에 경제적으로 적용 가능
이러한 발전을 통해 SLM 인쇄 금속 부품은 점점 더 많은 응용 분야에서 기존 제조 공정과 경쟁할 수 있게 될 것입니다.
SLM 인쇄 서비스 제공업체 선택
SLM 서비스 제공업체를 선택할 때 중요한 요소는 다음과 같습니다.
- SLM 기술에 대한 구체적인 경험
- 제공되는 다양한 장비 및 빌드 크기
- 다양한 금속 합금을 사용한 재료 전문 지식
- 열처리 등 2차 가공능력
- ISO 9001 및 AS9100과 같은 품질 인증
- 설계 최적화 및 엔지니어링 지원
- 리드타임 및 정시 납품 실적
- 고객 추천 및 사용후기
- 가격 구조 – 부품 가격과 대량 가격
신뢰할 수 있는 SLM 서비스 파트너를 선택하면 고품질 부품을 효율적으로 생산할 수 있습니다.
장점과 단점 SLM 인쇄
장점
- 가공으로는 불가능한 복잡한 형상
- CAD에서 부품까지의 빠른 처리 시간
- 낮은 재료 낭비 및 구매-비행 비율
- 최적화된 설계를 통한 경량화
- 어셈블리를 단일 인쇄 부품으로 통합
- 맞춤형, 적시 생산 가능성
- 툴링, 지그, 고정 장치 비용 제거
단점
- 높은 기계 자본 투자
- 빌드 챔버 크기에 따른 제한된 크기
- 부품을 마무리하는 데 종종 후처리가 필요함
- 빌드 방향에 따른 이방성 특성
- 적층 제조에 대한 설계 표준이 부족함
- 가공보다 재료 옵션이 더 제한적입니다.
- 장비를 작동하려면 숙련된 인력이 필요합니다.
중소 규모 생산의 경우 SLM은 상당한 이점을 제공할 수 있지만 고려해야 할 제한 사항이 있습니다.
자주 묻는 질문
| 질문 | 답변 |
|---|---|
| SLM에는 어떤 재료가 사용됩니까? | 일반적인 SLM 재료에는 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄, 니켈 합금, 공구강 및 코발트 크롬이 포함됩니다. |
| 어떤 산업에서 SLM 인쇄를 사용합니까? | 항공우주, 의료, 자동차, 산업 부문이 SLM을 채택하는 선두주자입니다. |
| SLM의 금속 부품을 직접 사용할 수 있나요? | 대부분의 SLM 부품은 최종 사용 부품으로 사용하기 전에 표면 마감 및 열처리와 같은 후처리가 필요합니다. |
| SLM 인쇄는 대량 생산에 적합합니까? | 아니요. SLM 인쇄는 대량 생산보다는 중소 규모의 배치 크기에 더 적합합니다. |
| SLM은 어떤 정밀도와 표면 조도를 달성할 수 있나요? | +/- 0.1-0.2%의 정밀도가 가능합니다. 마무리 전 표면 거칠기 범위는 10-30μm입니다. |
결론
SLM 프린팅을 사용하면 디지털 제조 워크플로를 통해 복잡한 고성능 금속 부품을 주문형으로 생산할 수 있습니다. 기술이 계속해서 성숙해짐에 따라 SLM은 다양한 산업 분야의 더 많은 주류 애플리케이션에서 실행 가능하게 될 것입니다. SLM 인쇄의 고유한 기능을 통해 엔지니어와 디자이너는 적층 제조를 사용하여 혁신적인 차세대 제품을 만들 수 있습니다.