현재 3D 프린팅 금속 분말 재료의 유형은 다음과 같습니다. 스테인리스 스틸 파우더강철 분말을 주조합니다, 니켈 합금 분말, 티타늄 합금 분말코발트-크롬 합금 분말, 알루미늄 합금 분말 및 청동 합금 분말이 포함되어 있습니다.
금속 분말 준비 방법은 준비 공정에 따라 환원, 전기분해, 분쇄, 분무 등으로 나눌 수 있습니다. 가장 많이 사용되는 두 가지 첨단 분말 준비 공정은 아르곤 분무와 플라즈마 회전 전극 방식입니다.
3D 프린팅용 금속 분말에는 몇 가지 성능 지표가 있습니다.
순도. 세라믹 내포물은 최종 부품의 성능을 크게 저하시킬 수 있으며 이러한 내포물은 일반적으로 녹는점이 높아 소결이 어렵기 때문에 세라믹 내포물이 없는 파우더가 필요합니다. 이 외에도
또한 산소와 질소 함량도 엄격하게 제어해야 합니다. 현재 금속 3D 프린팅을 위한 분말 준비 기술은 주로 분무화(에어로졸화 및 회전 전극 분무화 포함)를 기반으로 하며, 분말의 비표면적이 크고 쉽게 산화됩니다.
항공 우주와 같은 특수 응용 분야에서는 고온 합금 분말 산소 함량 0.006% ~ 0.018%, 티타늄 합금 분말 산소 함량 0.007% ~ 0.013%, 스테인리스강 분말 산소 함량 0.007% ~ 0.013%와 같이 이 지수에 대한 고객의 요구 사항이 더 엄격합니다. 0.013%, 스테인리스강 분말 산소 함량 0.010% ~ 0.025%(모두 질량 분율). 티타늄 합금 분말의 경우 고온에서 질소, 수소 및 티타늄은 TiN 및 TiH2를 형성하여 티타늄 합금의 가소성과 인성을 감소시킵니다. 이는 티타늄 합금의 가소성과 인성을 감소시킵니다. 따라서 분말을 준비하는 동안 대기를 엄격하게 제어해야 합니다.
파우더 입자 크기 분포. 3D 프린팅 기계와 성형 공정마다 다른 파우더 입자 크기 분포가 필요합니다. 금속 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 분말의 입자 크기 범위는 15-53μm(미세 분말), 53-105μm(거친 분말)이며 경우에 따라 105-150μm(거친 분말)까지 완화될 수 있습니다. 15~53μm의 분말 크기는 소모품으로 사용되며, 분말은 층별로 보충되고 전자빔이 에너지원으로 사용됩니다.
전자 빔은 분말 배치형 프린터의 에너지원으로 사용되며 초점 스팟은 약간 거칠고 거친 분말을 녹이는 데 더 적합하며 53~105μm의 거친 분말을 주로 사용하는 데 적합하며 동축 분말 공급형 프린터의 경우 105~150μm의 분말 크기를 소모품으로 사용할 수 있습니다.
분말 형태. 분말 모양과 분말 제조 방법은 밀접한 관련이 있으며, 일반적으로 금속 가스 또는 용융 액체에서 분말로, 분말 입자 모양은 구형인 경향이 있고, 고체 상태에서 분말로, 분말 입자는 대부분 불규칙한 모양이며, 수용액 전기 분해 방법에 의한 분말 제조는 대부분 수상 돌기입니다. 일반적으로 구형도가 높을수록 분말 입자의 유동성이 더 좋습니다. 3D 프린팅 금속 분말은 98% 이상의 구형도가 필요하며, 이는 프린팅 중에 분말을 더 쉽게 퍼뜨리고 공급할 수 있도록 합니다.
에어로졸화 방법과 회전 전극 방법을 제외한 모든 방법으로 제조된 분말은 비구형입니다. 분말의 모양이 비구형입니다. 따라서 에어로졸화 방법과 회전 전극 방법은 고품질 3D 프린팅 금속 분말을 제조하는 주요 방법입니다.
파우더 흐름 및 느슨한 패킹 밀도. 파우더 흐름은 인쇄 중 파우더 확산의 균일성과 파우더 공급 공정의 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 분말 유동성은 분말 형태, 입자 크기 분포 및 벌크 밀도와 관련이 있습니다. 유동성은 분말 형태, 입자 크기 분포 및 벌크 밀도와 관련이 있습니다.
분말 입자가 클수록 입자 크기 분포와 분말의 밀도가 커집니다. 분말 입자가 클수록 입자 모양이 규칙적이고 입자 크기 구성에서 매우 미세한 분말의 비율이 작아집니다. 분말 입자가 클수록 입자 모양이 규칙적이고 입자 크기 구성에서 매우 미세한 분말의 비율이 작아질수록 이동성이 향상됩니다. 입자 밀도는 동일하게 유지되고 상대 밀도가 증가하며 분말 이동성이 증가합니다. 입자 표면에 물, 가스 등이 흡착되면 분말의 유동성이 감소합니다. 느슨한 포장 밀도는 분말 시료가 지정된 용기를 자연적으로 채울 때 분말의 단위 부피입니다. 분말의 질량입니다. 일반적으로 분말 크기가 굵을수록 벌크 밀도가 높아집니다. 분말이 거칠수록 부피 밀도가 높아집니다. 느슨한
겉보기 밀도가 최종 금속 인쇄 제품의 밀도에 미치는 영향은 결정적이지 않습니다. 벌크 밀도가 최종 금속 프린트 제품의 밀도에 미치는 영향에 대한 결정적인 증거는 없지만 벌크 밀도가 증가하면 파우더의 흐름이 개선될 수 있습니다.
3D 프린팅용 금속 분말에 관한 추가 자주 묻는 질문
1) LPBF와 EBM의 경우, 각각 어떤 구형도 및 PSD 목표치를 권장하나요?
- LPBF: 구형도 ≥0.92–0.97, 입도 분포(PSD) 15–45 µm. EBM: 구형도 ≥0.90–0.95, 입도 분포(PSD) 45–106 µm로, 더 큰 용융 풀과 더 높은 예열 온도에 적합합니다.
2) 산소와 질소 함량이 부품 성능에 어떤 영향을 미치나요?
- O/N 농도가 높아지면 강도는 증가하지만 연성과 피로 수명은 감소합니다. N이 과다하면 질화물(예: TiN)이 형성되어 인성에 악영향을 미칠 수 있습니다. 합금별 허용 한도를 준수하고, 각 로트에 대해 LECO O/N/H 분석 결과를 통해 확인하십시오.
3) 3D 프린팅용 금속 분말의 우수한 유동성을 확인하기 위한 실용적인 시험 방법에는 어떤 것들이 있습니까?
- 홀 유동(예: 12–25초/50g), 입자가 더 굵은 분말의 경우 카니 유동, 안식각, 그리고 도포성을 측정하기 위한 레오메트리. 겉보기 밀도/타핑 밀도 및 이미지 기반 위성/공극 정량화와 함께 활용하십시오.
4) 분말을 몇 회까지 재사용할 수 있습니까?
- 체질, 혼합 및 O/N/H 모니터링을 통해 강철/니켈/티타늄의 경우 일반적으로 6~10회의 재사용 주기가 가능합니다. 산소 농도가 상승 추세를 보이거나, 입도 분포(PSD)가 더 미세해지거나, 밀도/기공률 지표가 악화될 경우 재사용을 중단하십시오.
5) 분말의 품질을 유지하기 위해서는 어떤 보관 및 취급 방법을 따라야 합니까?
- 불활성 가스 환경에서 밀봉 보관하고, 습도와 온도 변화를 최소화하며, NFPA 484에 따라 장비를 접지하고, 로트 이력 및 재사용 횟수를 기록해야 합니다. PSD 및 간극 시료를 정기적으로 채취해야 합니다.
3D 프린팅용 금속 분말의 2025년 산업 동향
- 가열식 빌드 플레이트(200–450°C)는 적층 가능 범위를 넓히고 균열이 발생하기 쉬운 합금에서 용접 불량 현상을 줄이기 위해 널리 채택되고 있습니다.
- 분석 증명서의 인라인 품질 데이터에는 이제 CT 기반 중공/위성 분획 및 실시간 O/N/H 추세가 포함됩니다.
- EIGA/PA 생산 능력 확대로 인한 가격 안정화; 지역별 분무기 공급 증가로 리드타임 단축.
- 지속 가능성 중점: 기계적 특성을 저해하지 않으면서 리버트 함량을 높이고, 분말 재사용 프로그램을 문서화했습니다.
- 인증 추진 동향: HIP 처리 및 규정된 표면 상태 달성 후 Ti-6Al-4V, IN718 및 316L에 대한 공인 허용 기준 확대.
2025년 시장 및 기술 현황 개요
| 측정 기준(2025) | 일반적인 값/범위 | 전년 대비 변화 | 참고/출처 |
|---|---|---|---|
| AM 등급 316L/CoCr 분말 가격 | $30–$80/kg | -3–8% | 공급업체 견적, 유통업체 지수 |
| AM급 Ti-6Al-4V 분말 가격 | $120–$220/kg | -5–10% | 처리량 증가 (EIGA/PA) |
| AM 등급 IN718 분말 가격 | $70–$160/kg | -2–7% | 합금/작업자에 따라 다름 |
| 권장 PSD (LPBF / EBM / DED) | 15–45 µm / 45–106 µm / 45–150 µm | 안정적인 | OEM 가이드 |
| HIP 처리 후 일반적인 LPBF 밀도 | 99.7–99.95% | +0.1–0.2 pp | OEM/학술 데이터 세트 |
| 품질 관리(QC)를 통한 검증된 재사용 주기 | 6–10 | +1–2 | O/N/H + 체질 프로그램 |
| 구형도 (SEM/이미지 분석) | ≥0.92–0.97 | 약간 위로 | 공급업체 CoA |
참고 자료:
- ISO/ASTM AM 표준 (52900 시리즈; 52907 분말; 52908 장비 적격성 평가): https://www.iso.org | https://www.astm.org
- NIST AM 벤치 및 분말 계측: https://www.nist.gov
- ASM International 핸드북 (분말 야금; 적층 제조): https://www.asminternational.org
- NFPA 484 (가연성 금속 안전): https://www.nfpa.org
최신 연구 사례
사례 연구 1: 저산소 IN718 분말이 LPBF의 피로 강도를 향상시킨다 (2025)
배경: 한 항공우주 1차 공급업체는 얇은 LPBF 브래킷에 대해 더 긴 HCF 수명을 필요로 했다.
해결 방안: 아르곤 가스 분무식 IN718(O ≤0.025 wt%, 구형도 ≥0.95)으로 변경하고, 300°C 플레이트 가열, 윤곽 우선 방식의 아일랜드 스캔, HIP + 표준 숙성 처리를 적용했다.
결과: 상대 밀도 99.9%; CT 기준 표면 연결 결함률 −55%; HCF 수명(R=0.1) 2.1배 향상; 1차 통과 수율 +8%.
사례 연구 2: 인라인 O/N/H 공정을 활용한 Ti-6Al-4V 분말 재사용 프로그램 (2024)
배경: 의료용 OEM 업체는 연성을 유지하면서 분말 비용을 절감하고자 했다.
해결 방안: 53 µm 체를 이용한 재사용 8주기, 로트 혼합 규칙, 배치별 LECO O/N/H 공정을 확립하였으며, 부품에 HIP 처리를 실시하고 동일한 표면 사양에 맞춰 가공하였다.
결과: 8회 사이클에 걸쳐 산소 함량이 0.10에서 0.14 wt%로 증가했으나, 연신율은 규격 범위 내를 유지했으며, 밀도 편차는 관찰되지 않았고(HIP 처리 후 ≥99.8%), 분말 사용량은 전년 대비 −18% 감소했다.
전문가 의견
- 트레사 폴록 교수, 캘리포니아 대학교 샌타바버라 캠퍼스 재료과학 석좌교수
주요 관점: “청결도와 형태학적 특성—특히 낮은 위성 입자 비율과 중공 분율—은 분말 침적 방식 부품의 결함 분포와 피로 거동과 직접적인 관련이 있다.” - 존 슬로트윈스키 박사, 적층 제조 계측 전문가 (전 NIST)
주요 관점: “로트 간 PSD 및 간극 제어는 미미한 레이저 파라미터 변화보다 자격 인증 일정을 결정하는 데 더 큰 영향을 미치는 경우가 많다.” - 크리스티나 살보 박사, 재료 공학자, 항공우주 적층제조(AM) 프로그램
주요 관점: “가열판 방식의 LPBF 공법과 체계적인 분말 재사용 계획을 결합하면, 핵심 용도 합금의 품질과 비용 관리를 동시에 달성할 수 있다.”
실용적인 도구 및 자료
- 표준 및 지침
- ISO/ASTM 52907 (금속 분말), 52908 (장비 적격성 평가), 52910 (적층 제조를 위한 설계)
- https://www.iso.org | https://www.astm.org
- 계측 및 안전
- NIST AM 벤치; 분말 특성 분석 및 기공률 측정 방법: https://www.nist.gov
- 가연성 금속 분말에 관한 NFPA 484: https://www.nfpa.org
- 기술 데이터베이스 및 핸드북
- ASM 디지털 라이브러리 및 적층 제조(AM) 소재 핸드북: https://www.asminternational.org
- 품질 관리 계측기
- PSD/셰이프: Malvern Mastersizer, 이미지 분석/SEM
- 중간 광고: LECO 산소/질소/수소 분석기
- 유동: 홀/카니 깔때기, 자연각, FT4 레오미터
- 결함: 중공부/위성 결함 분율을 측정하기 위한 산업용 CT
최종 업데이트: 2025-08-26
변경 내역: 관련 자주 묻는 질문(FAQ) 5개를 추가하고, 데이터 표와 함께 2025년 트렌드를 수록했으며, 최근 사례 연구 2건을 제시하고, 전문가들의 견해를 정리했으며, 3D 프린팅용 금속 분말 핵심 성과 지표(KPI)에 초점을 맞춘 실용적인 도구 및 자료를 나열했습니다.
다음 검토 예정일 및 트리거: 2026년 2월 1일 또는 그 이전 (단, ISO/ASTM에서 분말 품질 보증(QA) 표준을 개정하거나, OEM 업체들이 새로운 가열판 LPBF 데이터 세트를 공개하거나, NIST/ASM에서 개정된 피로-결함 상관 관계 데이터를 발표하는 경우)
