소개
3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조(AM)는 디지털 모델에서 직접 가볍고 튼튼한 부품을 제작할 수 있는 혁신적인 산업 생산 방식입니다. AM 기술의 핵심 원동력 중 하나는 우수한 기계적 특성을 지닌 복잡한 3차원 부품으로 가공할 수 있는 첨단 소재의 개발입니다. 오전 자료 는 3D 프린팅 방식으로 고품질 부품을 제작하는 데 필수적입니다. 이 문서에서는 주요 특성, 범주, 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재 등 AM 재료에 대해 자세히 살펴봅니다.
AM 재료 개요
AM 재료는 3D 프린팅 공정의 공급 원료로 사용되는 금속, 폴리머, 세라믹 및 복합재와 같은 원료를 말합니다. AM 재료의 특성은 인쇄된 부품의 기계적 성능, 정확도, 표면 마감 및 기타 특성에 큰 영향을 미칩니다. 적층 제조용 재료는 특정 특성을 가져야 합니다:
- 필라멘트, 파우더, 레진 또는 다양한 3D 프린팅 기술에 필요한 기타 형식으로 성형할 수 있습니다.
- 레이어별 빌드 프로세스 중 흐름, 융합 또는 결합 기능
- 결함 없이 복잡한 3D 물체를 형성할 수 있는 충분한 구조적 무결성과 강도
- 완제품에 필요한 재료 특성을 제공하기 위한 야금, 화학 및 미세 구조적 속성
가장 일반적으로 사용되는 적층 제조 재료 범주에는 금속, 폴리머, 세라믹 및 복합 재료가 포함됩니다. 각 재료는 적층 제조의 다양한 응용 분야에 적합한 고유한 특성을 가지고 있습니다.
AM용 주요 머티리얼 속성
적층 제조 공정에서 재료의 적합성과 성능을 결정하는 몇 가지 중요한 특성이 있습니다:
인쇄 가능성
프린팅 가능성은 3D 프린팅 기계로 재료를 가공하여 정확하고 견고한 물체로 만들 수 있는 능력을 말합니다. 재료가 성공적으로 프린팅되려면 적절한 용융 흐름, 입자 형태, 퍼짐 현상과 같은 특성이 필요합니다.
힘
적층 가공 재료는 힘을 견디고 완성된 부품에서 균열이나 변형 없이 모양을 유지할 수 있는 높은 강도를 가져야 합니다. 강도는 무게를 지탱하는 부품에서 중요합니다.
인성
인성은 기계적 또는 열적 응력을 조기에 파손되지 않고 흡수하는 능력입니다. 내구성이 뛰어난 부품을 생산하려면 AM 소재의 인성이 우수해야 합니다.
열 속성
적절한 용융 온도, 고형화 동역학 및 열 전도도를 통해 프린팅 중에 AM 재료를 층별로 정밀하게 용융, 증착 및 고형화할 수 있습니다.
유변학적 특성
용융 또는 증착된 AM 소재의 흐름과 점도 거동은 프린트된 부품의 정확도와 표면 마감에 영향을 미칩니다. 이상적인 유변학적 특성은 원활한 흐름과 결합을 촉진합니다.
밀도
출력된 부품에 기능, 표면 품질 및 구조적 무결성을 제공하려면 AM 소재는 완성된 부품에서 높은 밀도를 보여야 합니다. 밀도가 낮으면 기계적 성능이 저하될 수 있습니다.
AM 재료 카테고리
적층 제조에 사용되는 재료에는 크게 네 가지 범주가 있습니다:
AM용 금속
금속은 일반적으로 분말 베드 융합 및 직접 에너지 증착 AM 공정을 통해 가공됩니다. 인기 있는 금속은 다음과 같습니다:
- 스테인리스 스틸은 뛰어난 강도, 내식성 및 생체 적합성으로 항공우주, 자동차, 의료 및 기타 여러 분야의 제조 부품에 이상적입니다. 316L, 17-4PH, 15-5PH 등 다양한 합금 등급이 사용됩니다.
- 알루미늄 &8211; 가벼운 무게, 열적 특성 및 강도로 잘 알려져 있습니다. 항공우주 부품, 자동차 부품, 열교환기 및 소비재에 사용됩니다. 합금 6061은 매우 인기가 있습니다.
- 티타늄 &8211; 항공우주 분야에 사용되는 매우 강하면서도 가벼운 금속입니다. 등급에는 Ti6Al4V 및 Ti64가 있습니다. 의료용 임플란트를 위한 생체 적합성을 제공합니다.
- 니켈 합금 &8211; 인코넬 625 및 718과 같은 니켈을 기반으로 하는 내열 및 내식성 초합금. 툴링, 터빈 블레이드 및 극한 환경의 부품에 사용됩니다.
- 코발트-크롬 &8211; 정형외과 및 치과 임플란트를 위한 높은 강도, 경도 및 생체 적합성을 제공하는 코발트와 크롬의 합금입니다.
- 귀금속 &8211; 주로 보석, 전자제품, 장식용 부품에 사용되는 금, 은, 백금족 금속 및 합금.
AM용 폴리머
열가소성 및 광경화성 폴리머는 재료 압출, 통 광중합, 분말 베드 융합 AM 방법을 사용하여 가공합니다. 몇 가지 일반적인 AM 폴리머
- ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) – 견고하고 가벼워 인클로저 및 자동차 부품과 같은 프로토타입 및 최종 사용 부품에 사용됩니다.
- PLA(폴리락트산) – 옥수수 전분으로 만들어집니다. 지속 가능한 포장, 식품 용기, 소비재에 사용됩니다. 높은 강성을 제공합니다.
- 나일론 &8211; 엔지니어링 등급 나일론은 뛰어난 강도, 인성 및 내열성을 제공합니다. 최종 사용 부품 및 기능성 프로토타입에 사용됩니다.
- 광중합체 &8211; 자외선으로 경화되는 광경화성 수지. 광조형 및 잉크젯 3D 프린팅에 사용됩니다. 높은 정밀도와 표면 품질을 제공합니다. 에폭시 및 아크릴 수지를 예로 들 수 있습니다.
AM용 세라믹
세라믹과 유리는 높은 내열성을 제공합니다. 생산 방법에는 바인더 분사, 재료 압출, 광조형 등이 있습니다. 적층 제조용 세라믹 재료에는 다음이 포함됩니다:
- 알루미나(Al2O3) – 항공우주 부품 및 단열 부품에 사용되는 고강도 세라믹. 내식성과 열 안정성을 제공합니다.
- 지르코니아(ZrO2) – 경도가 매우 높아 툴링, 절삭 인서트 및 내마모성 부품에 적합합니다. 치과 수복물에 사용됩니다.
- 실리콘 카바이드(SiC) – 높은 강성과 내열성이 필요할 때 사용되는 단단하고 가벼운 세라믹입니다. 거울과 반도체 부품 제조에 사용됩니다.
AM용 컴포지트
복합 AM 재료는 폴리머, 세라믹 또는 금속과 같은 두 가지 이상의 구성 재료를 통합합니다. 이를 통해 강도, 경도, 전도도 등과 같은 특성을 맞춤화할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다:
- 탄소섬유 강화 폴리머 &8211; 높은 중량 대비 강도 비율. 항공우주 및 자동차 경량 구조물 및 부품 제작에 사용됩니다.
- 금속 매트릭스 복합재 &8211; 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 미립자를 DED AM을 사용하여 알루미늄 합금과 결합하여 향상된 특성을 생성합니다. 미사일 부품, 항공기 부품 등을 만드는 데 사용됩니다.
- 광중합체 수지 복합재 &8211; 광중합체와 세라믹 입자의 혼합물로 인성과 강성을 결합합니다. 치과용 수복물을 3D 프린팅하는 데 사용됩니다.
적층 제조용 금속
금속은 적층 제조에 사용되는 재료의 대부분을 차지합니다. 3D 프린팅에 가장 많이 사용되는 금속으로는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 니켈 합금, 코발트 크롬이 있습니다.
스테인리스 스틸
스테인리스 스틸은 오늘날 적층 가공에서 가장 널리 사용되는 금속 중 하나입니다. 고강도, 우수한 연성 및 파단 인성, 내식성 및 내마모성, 생체 적합성의 탁월한 조합을 제공합니다. AM에는 316L, 304L, 17-4PH, 15-5PH, 마레이징 강, 듀플렉스 강 등 다양한 강종이 사용됩니다. 우주선 및 로켓 부품, 임펠러, 밸브, 수술 기구, 자동차 부품 등 스테인리스 스틸로 프린트되는 부품은 다양합니다.
알루미늄
AlSi10Mg와 같은 알루미늄 합금은 낮은 밀도, 우수한 열전도율, 우수한 강도 등의 특성을 지니고 있어 적층 가공에 적합합니다. 주요 응용 분야로는 항공우주 분야의 복잡한 기체, 엔진 및 드론 부품, 바퀴, 프레임 및 실린더를 포함한 자동차 부품, 모터스포츠용 맞춤형 경량 구조물, 열교환기 및 소비재 등이 있습니다. 기존 제조 방식에 비해 최적화된 토폴로지, 부품 통합, 파손 저항성 등의 이점이 있습니다.
티타늄
티타늄 합금은 높은 중량 대비 강도, 파단 저항성, 피로 수명, 내식성 등의 특성으로 인해 항공우주 분야에서 그 가치를 인정받고 있습니다. 적층 가공 티타늄 사용량의 75% 이상이 항공우주 분야에서 사용됩니다. 가장 많이 사용되는 합금은 Ti6Al4V이며, 그다음으로 Ti64입니다. 티타늄 AM 부품에는 구조용 기체 부품, 터빈 블레이드, 우주선 부품, 생체 조직과 잘 통합되는 경량 뼈 임플란트 등이 있습니다. 문제는 높은 재료 비용과 적층 가공의 어려움입니다.
니켈 초합금
니켈 기반 초합금은 고온에서의 기계적 특성 유지, 부식 및 크리프 저항성과 같은 강점을 활용하여 극한 환경에서 널리 사용됩니다. 일반적인 합금으로는 DED 또는 파우더 베드 방식으로 인쇄되는 인코넬 718, 인코넬 625, 인코넬 939가 있습니다. 적층 가공은 원자력, 화학 처리 및 에너지 산업에서 터빈 블레이드, 툴링, 로켓 모터 구성품 및 부품을 제조하는 데 사용됩니다.
코발트 크롬 합금
코발트-크롬 합금인 CoCrMo는 높은 경도와 강도, 뛰어난 생체 적합성을 자랑합니다. 크라운, 브릿지와 같은 치과 보철물과 무릎, 고관절, 어깨 등의 정형외과용 임플란트를 프린팅하는 데 가장 널리 사용되는 금속입니다. 3D 프린팅은 뼈와 유사한 기계적 특성과 조직과의 다공성 통합을 통해 임플란트의 맞춤형 디자인과 격자 구조를 구현할 수 있습니다. 문제는 매끄러운 표면 마감을 구현하는 것입니다.
적층 제조용 폴리머
폴리머는 일반적으로 재료 압출, 분말 베드 융착, 통 광중합 방법을 사용하여 가공합니다. ABS 및 PLA와 같은 열가소성 플라스틱은 산업 전반에 걸쳐 컨셉 모델, 기능성 프로토타입 및 최종 사용 부품에 널리 사용됩니다. 포토폴리머는 매끄러운 마감과 미세한 피처를 구현할 수 있습니다.
ABS &8211; 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌
ABS는 높은 내충격성, 인성 및 상대적으로 높은 온도 저항성과 같은 특성을 제공하여 복잡한 형상을 3D 프린팅하는 데 적합합니다. ABS는 시각적 컨셉 모델, 소비재 시제품 제작, 자동차 부품, 인클로저, 항공우주, 의료 및 산업 분야의 스냅핏 어셈블리 제작에 사용됩니다. 금속에 비해 최대 작동 온도가 낮고 자외선 저항성이 제한적이라는 한계가 있습니다.
PLA &8211; 폴리락트산
PLA는 재생 가능한 옥수수 전분이나 사탕수수에서 추출한 생분해성 열가소성 플라스틱입니다. 식품 용기, 티백, 물병은 물론 체내에서 안전하게 분해되는 의료용 임플란트 및 발판 등 다양한 제품을 3D 프린팅하는 데 널리 사용됩니다. 높은 강성, 낮은 독성, 상대적으로 낮은 프린팅 온도 등의 장점이 있습니다. 내열성이 낮고 충격 강도가 낮다는 한계가 있습니다.
나일론
나일론은 인장 강도, 표면 마감, 내화학성, 내마모성, 유연성이 뛰어납니다. 따라서 자동차, 소비재 및 산업 분야의 기어, 툴링, 하중 지지 부품, 식품 용기 등의 기능성 프로토타입 및 최종 사용 부품에 유용합니다. 나일론 분말은 선택적 레이저 소결 및 멀티젯 융착 기술을 사용하여 가공할 수 있습니다. 마찰 표면이 낮기 때문에 마모가 적은 슬라이딩 접촉 애플리케이션이 가능합니다.
포토폴리머
UV 경화성 광경화성 수지는 광조형 및 디지털 광 가공과 같은 AM 공정에서 놀랍도록 높은 정확도와 표면 마감을 제공합니다. 광폴리머는 자외선에 노출되면 빠르게 경화됩니다. 렌즈, 의료용 모형, 보석, 임플란트, 항공우주용 고정밀 주조품 및 기타 품질이 중요한 부품 제조에 사용되는 에폭시, 아크릴, 아크릴레이트 수지가 광폴리머 재료에 포함됩니다. 산업용 열가소성 플라스틱에 비해 강도가 낮다는 한계가 있습니다.
적층 제조용 세라믹
세라믹은 고온에서 높은 강도와 경도, 우수한 전기 절연성, 낮은 열팽창 특성을 지니고 있습니다. 따라서 터빈 엔진, 열 보호 시스템 및 내화 재료가 필요한 기타 애플리케이션의 핫 섹션 구성 요소에 유용합니다. 적층 가공은 기존 방식으로는 달성할 수 없는 복잡한 세라믹 형상을 구현할 수 있습니다.
알루미나
알루미나 또는 알루미늄 산화물 Al2O3는 매우 높은 경도, 내마모성, 내식성 및 온도 안정성을 제공합니다. AM은 항공우주 및 우주항공 분야용 고성능 알루미나 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 로켓 노즐, 방사선 차폐막, 단열 부품 등의 부품은 적층 가공의 설계 자유도를 활용합니다. 하지만 낮은 파단 인성 및 인장 강도로 인해 완성된 부품에 예기치 않은 고장이 발생할 수 있다는 한계가 있습니다.
지르코니아
지르코니아 ZrO2의 뛰어난 경도, 내마모성 및 낮은 열전도율은 절삭 공구, 드릴, 압출 금형 및 기타 마모가 심한 부품의 적층 제조에 유용합니다. 치과에서는 자연 치아의 모양을 모방한 크라운과 브릿지와 같은 견고하고 심미적인 치과 수복물을 프린트하는 데 사용됩니다. 미세한 입자 크기 분포는 완성된 지르코니아 부품의 고밀도 및 성능을 위해 매우 중요합니다.
실리콘 카바이드
탄화규소 SiC는 특히 금속의 성능을 뛰어넘는 고온에서 매우 높은 경도와 강도를 지니고 있습니다. 적층 제조는 온도 변화가 큰 우주 망원경용 SiC 미러, 광학 부품 및 구조물을 제조하는 데 이상적입니다. 지구상에서 SiC는 반도체 제조 장비, 핵연료 펠릿, 터빈 엔진 부품의 적층 제조에 사용됩니다. SiC 부품은 거울처럼 매끄러운 표면을 얻기 위해 2차 마감 처리가 필요한 경우가 많습니다.
금속 적층 제조 공정
금속 인쇄에 가장 널리 사용되는 방법에는 분말 베드 융합과 직접 에너지 증착이 있습니다:
파우더 베드 융합
여기에는 선택적 레이저 소결(SLS)과 전자빔 용융(EBM)이 포함됩니다. SLS는 레이저를 사용하고 EBM은 전자 빔을 사용하여 부품 형상의 단면을 기준으로 금속 분말 입자를 층별로 선택적으로 융합합니다. 각 층이 끝나면 다음 층을 위해 더 많은 분말이 퍼지고 압축됩니다. 일반적으로 스테인리스 스틸과 티타늄을 가공하여 높은 정확도와 미세한 미세 구조를 제공합니다. 하지만 제작 속도가 느리다는 한계가 있습니다.
직접 에너지 증착
DED는 레이저 또는 전자 빔을 집중시켜 공급 원료인 금속 와이어, 분말 또는 블로우 파우더를 특정 위치에 녹여 재료를 쌓고 원하는 형상을 제작합니다. DED는 기존 부품을 수리하거나 기능을 추가하는 데 자주 사용됩니다. 장점으로는 빠른 제작 속도와 금속 성분을 혼합할 수 있다는 점이 있습니다. 하지만 정확도와 표면 마감은 파우더 베드 용융보다 낮습니다.
폴리머 AM 공정
열가소성 수지는 일반적으로 재료 압출 및 분말 베드 융착 방법을 사용하여 가공합니다. 광중합은 광경화성 수지를 고정밀 폴리머 부품으로 가공하는 데 사용됩니다.
재료 압출
재료 압출은 열가소성 필라멘트를 가열한 후 노즐을 통해 층별로 압출하여 부품을 제작하는 방식입니다. 스트라타시스의 FDM(용융 증착 모델링)과 FFF(용융 필라멘트 제작)는 ABS, PLA, 나일론 및 PC 부품을 3D 프린팅하는 데 널리 사용되는 재료 압출 기술입니다. 장점으로는 낮은 기계 및 재료 비용이 있습니다. 단점으로는 낮은 정확도, 약한 레이어 간 결합, 표면에 보이는 레이어 라인 등이 있습니다.
파우더 베드 융합
직접 레이저 소결(DLS)은 레이저를 사용하여 얇은 베드에 놓인 폴리머 파우더 입자를 선택적으로 융합하는 방식입니다. 각 층마다 새로운 파우더 층이 증착되고 소결됩니다. DLS는 나일론과 같은 생산 열가소성 소재에 사출 성형에 근접한 기계적 특성을 가진 매우 복잡한 형상을 만들 수 있습니다. 멀티 제트 퓨전(MJF)은 우수한 등방성 특성과 정확성을 위해 퓨징 및 디테일 에이전트를 사용하는 HP의 분말 기반 공정입니다.
통 광중합
광조형(SLA)은 자외선을 사용하여 감광성 수지를 선택적으로 경화시켜 액체 수지를 고체 3D 물체로 변환하는 기술입니다. 디지털 광처리(DLP) 역시 광경화성 레진 통을 사용하지만 광 프로젝터 시스템을 사용하여 각 층을 경화합니다. 이러한 프로세스를 통해 패턴, 매몰 주조, 의료용 모델, 보석 패턴을 제작할 때 놀랍도록 매끄러운 표면과 미세한 디테일을 캡처할 수 있습니다.
세라믹 적층 제조 공정
바인더 분사 및 재료 압출 방식은 세라믹 및 세라믹 폴리머 복합재를 복잡하지만 견고한 3D 프린팅 부품으로 가공하는 데 널리 사용됩니다.
바인더 제팅
이 파우더 베드 공정에서는 인쇄 중에 세라믹 파우더 입자를 결합하기 위해 액체 결합제를 선택적으로 증착합니다. 완료되면 녹색 부분을 소결하여 바인더를 태우고 부품을 조밀하게 만듭니다. 알루미나, 지르코니아, 실리콘 카바이드 및 유리 분말은 바인더 젯팅을 사용하여 프린트되었습니다. 이를 통해 부품에 높은 세라믹 함량을 구현할 수 있습니다. 고체 세라믹에 비해 달성 가능한 밀도가 낮다는 한계가 있습니다.
재료 압출
로보캐스팅 또는 다이렉트 잉크 라이팅이라고도 하는 재료 압출은 세라믹 슬러리를 노즐을 통해 인쇄하여 층별로 구조를 구축합니다. 일반적으로 세라믹 파우더, 모노머, 분산제, 개시제를 혼합하여 구성합니다. 프린팅이 완료되면 부품을 경화한 다음 소결합니다. 세라믹 함량이 50%인 실리콘 카바이드 및 알루미나 복합 재료는 이 방법을 사용하여 프린트할 수 있습니다. 하지만 건조 및 소결 중 수축으로 인해 모양이 왜곡될 수 있습니다.
복합 AM 재료
적층 제조를 통해 폴리머, 금속, 세라믹과 같은 다양한 기본 재료를 맞춤형 특성을 가진 복합 재료로 결합할 수 있습니다.
금속 매트릭스 복합재
금속 분말을 탄화규소나 알루미나 같은 경질 보강재와 혼합하여 DED 가공 시 비강화 금속에 비해 우수한 경도, 강도 및 내마모성을 달성할 수 있습니다. 니켈과 티타늄 매트릭스 복합재에 SiC 입자와 나노튜브를 보강하여 터빈 및 로켓 엔진의 고온 섹션 부품의 강성과 열 안정성을 향상시켰습니다.
탄소 섬유 복합재
잘게 잘리거나 연속적인 탄소 섬유는 SLA 3D 프린팅의 광중합체 또는 FDM/FFF의 열가소성 플라스틱을 강화할 수 있습니다. 이를 통해 드론 프레임 및 항공기 내부 부품과 같은 부품의 강성, 정적 강도, 내열성 및 치수 안정성을 향상시키면서 무게를 줄일 수 있습니다. 적층 제조 과정에서 우수한 섬유 방향 제어가 가능합니다.
광경화성 수지 복합재
SLA 폴리머는 세라믹 입자 및 나노튜브와 결합하여 치수 정확도와 표면 마감의 이점을 유지하면서 응용 분야 요구 사항에 따라 모듈러스, 열 변형 온도, 경도 및 열 전도성과 같은 레진 특성을 수정합니다. 이를 통해 향상된 기계적 특성과 심미성을 갖춘 3D 프린팅 치과용 브릿지와 크라운을 제작할 수 있습니다.
AM 소재의 장점
AM 소재는 기존 제조 방식으로는 달성할 수 없었던 성능 이점과 디자인 가능성을 열어줍니다:
- 복잡성 - 다른 방법으로는 제조가 불가능한 복잡한 중공 및 셀 구조를 CAD 모델에서 직접 제작할 수 있습니다. 이를 통해 가볍고 최적화된 설계가 가능합니다.
- 사용자 지정 - 의료 스캔 데이터로 환자 맞춤형 임플란트, 깔창, 보철물을 3D 프린팅하여 개인의 해부학적 구조에 완벽하게 맞추고 편안함과 기능 회복을 향상시킬 수 있습니다.
- 어셈블리 통합 - 통합 구성 요소를 인쇄하여 부품 수를 줄이면 안정성이 향상되고 재고가 감소하며 생산 속도가 빨라집니다.
- 고성능 - 에피택셜 응고를 통한 금속의 방향성 강화와 배향된 미세 구조의 복합재는 우수한 기계적 특성을 제공합니다.
- 지속 가능성 - 첨가제는 폐기물을 최소화하면서 온디맨드 생산을 가능하게 합니다. 재생 가능한 원료로 만든 바이오폴리머와 같은 일부 AM 재료도 지속 가능성을 지원합니다.
적층 가공 재료의 과제
AM 소재는 많은 이점을 제공하지만, 더 널리 채택되기 위해서는 해결해야 할 몇 가지 과제가 있습니다:
- 표준 대부분의 3D 프린팅 재료에 대한 업계 전반의 사양과 표준이 부족하여 일관성을 유지하기가 어렵습니다. 재료 품질은 공급업체와 프린터 기술마다 다를 수 있습니다.
- 인증 특히 미션 크리티컬한 방위, 항공우주 및 의료 분야에 사용되는 금속 합금의 경우 최종 사용 생산 부품에 적층 가공을 적용하기 전에 엄격한 인증과 문서화가 필요합니다.
- 결함 일부 적층 제조 공정은 다공성, 미세 균열, 박리 결함으로 인해 완성된 부품의 기계적 성능이 저하되는 문제가 있습니다. 재료 특성, 품질 관리 및 공정 파라미터의 추가 개선이 필요합니다.
- 표면 마감 적층 가공의 계단식 스텝과 레이어 라인은 표면을 수작업으로 광범위하게 연마해야 할 수 있습니다. 일부 소재는 입자 구조의 거칠기 문제도 있습니다. 표면 마감 불량에 대한 원인과 해결책을 더 잘 이해해야 합니다.
- 비용 독점적인 배합, 제한된 공급업체, 낮은 생산량으로 인해 적층 제조 재료 비용이 높은 경우가 많습니다. AM 재료 생산을 확대하면 기존 재료의 원가 경쟁력을 개선할 수 있습니다.
- 이방성 방향성이 심하게 배향되거나 적층된 일부 AM 미세 구조는 더 높은 강도의 평행한 빌드 대 수직 빌드와 같은 특성의 방향성 변동성을 초래합니다. 개선된 재료 결합 및 증착 기술은 이방성을 극복하는 데 도움이 됩니다.
3D 프린팅 재료의 미래
적층 제조의 지속적인 확장을 위해서는 AM 소재 혁신이 필수적입니다. 미래에 대한 가능성을 보여주는 몇 가지 주요 분야:
- 멀티 머티리얼 - 다양한 금속, 세라믹, 폴리머를 결합한 단일 부품으로 진정한 다기능성을 구현할 수 있습니다. 이는 멀티 노즐 3D 프린팅을 사용하여 연구되고 있습니다.
- 스마트 소재 - 4D 프린팅은 형상 기억 합금, 하이드로젤, 액정 엘라스토머를 통합하여 열, 습기, 빛 또는 자기장과 같은 자극에 노출될 때 모양/색상/투명도가 재구성되는 물체를 만듭니다.
- 생체 적합성 새로운 조직 공학 재료와 줄기세포 운반체는 통합과 재생을 개선하기 위해 의료 치료에서 AM의 도입을 촉진할 것입니다.
- 지속 가능한 석유 기반 폴리머의 대안으로 풍부하고 재생 가능한 자원에서 추출한 친환경 무독성 적층 가공 소재를 개발해야 합니다.
- 나노 복합재 나노튜브/나노입자로 강화된 폴리머 및 금속 매트릭스는 기계적, 열적, 전기적 특성을 크게 향상시켜 새로운 고성능 애플리케이션의 가능성을 열어줄 것입니다.
- 디자인 도구 - 적층 제조 공정의 물리학 기반 멀티스케일 컴퓨터 모델링을 통해 신소재 검증 및 최적화를 위한 미세 구조와 특성을 더 잘 예측할 수 있습니다.
결론
요약하자면, 적층 제조 재료는 산업 전반에 걸쳐 기능성 3D 프린팅 부품을 구현하는 데 필수적인 요소입니다. 금속, 폴리머, 세라믹 및 복합 재료는 각각 적층 제조 공정을 사용하여 고성능의 복잡한 부품을 생산할 수 있는 고유한 기능을 제공합니다. 도전 과제가 존재하지만, 3D 프린팅 재료 혁신은 3D 프린팅 기술의 설계 가능성과 이점을 지속적으로 확장해 나갈 것입니다.