최근 기술 및 재료 과학 분야의 진전으로 새로운 기회가 창출되고 있으며, 적층 제조 기술은 날이 갈수록 더 큰 인기를 끌고 있다. 예를 들어, 고급 적층 제조 기술 분야의 선도 기업인 Enigma-DED( https://www.enigma-ded.com/),는 DED(지향성 에너지 증착법) 기술을 활용하여 적층 제조 산업 전반에 그 적용을 확대하고 있다. 3D 프린터 사용이 재료 과학 분야에 가져온 혁신은 재료의 기계적 특성을 표면 수준에서 조작할 수 있게 하여, 과학자들이 여러 재료의 특성, 조성 및 용도를 변경할 수 있도록 지원한다. 적층 제조 기술을 통한 재료 수정 및 신소재 개발을 위한 기술은 급속히 발전하고 있다. 이러한 신소재는 다양한 산업 분야에서 무한한 잠재적 응용 가능성을 지닌다.
적층 제조는 새로운 소재 개발을 혁신적으로 변화시킬 수 있는 놀라운 능력과 잠재력을 갖추고 있어, 가장 혁신적이고 첨단적인 기술 중 하나로 널리 인정받고 있다. 소재 과학 분야는 오랫동안 새로운 소재의 개발, 연구 및 개량에 필요한 수단이 부족해 그 발전이 제한되어 왔다. 수년간 전통적 제조 방식은 소재에 대해 균질한 접근법을 사용해 왔으며, 이로 인해 기존 제조 공정에서 다양한 소재를 혼합하는 것이 어려웠다. 그러나 기존 소재 과학 분야에서 채택된 새로운 접근 전략은 이 분야 전체를 혁신적으로 변화시켰으며, 새로운 기회를 창출하였다.
오늘날, 적층 제조 기술에 대한 개선과 변화가 계속되고 있다. 적층 제조의 중요한 이점 중 하나는 다양한 금속으로 구성된 복잡하고 밀집된 구조를 어떻게 다루는지에 있으며, 제조 공정을 간소화한다. 또한, 금속의 하이브리드화는 혁신적인 공학용 재료 설계로 가는 문을 열어준다.
예를 들어, 엔이그마-DED는 적층 제조 기술의 한 사례로, ‘기능적으로 등급화된 재료’라 불리는 새로운 공학용 재료 시스템을 단일 부품 형태로 제작할 수 있다. 이 기술을 통해 경도, 내열성, 열전도성 및/또는 전기 전도성과 같은 중요한 구조적·기능적 특성을 점진적으로 변화시키는 것이 가능하다. 예컨대 중앙부에는 내열 세라믹 코어를, 외측에는 유연한 금속 커버를 적용할 수 있다. 이러한 맞춤형 설계 접근법은 항공우주 산업이나 의료 기기 분야에서 요구되는 극단적이고 특수한 공학적 목표—가볍고 강하며 생체 적합성이 뛰어난 금속 재료 개발—를 충족시킨다. 적층 제조는 기존 제조 공정과 재료의 제약에서 벗어나는 길을 열어준다.
새로운 공학용 재료 개발 과정에서 수반되는 설계 및 반복 작업은 보통 복잡하고 힘든 절차이다. 일반적으로 이 과정은 긴 제품 엔지니어링 주기로 구성되며, 시간 낭비와 노동 집약적 단계가 다수 포함된다. 적층 제조는 신속한 프로토타이핑과 필요 시 테스트 방식을 통해 이러한 시간 낭비와 노동 집약적 단계를 없앤다. 그 결과, 전체 작업 흐름이 극도로 생산적으로 전환된다.
엔이그마-DED에서는 적층 제조 기술을 활용해 새로운 금속 또는 세라믹 재료의 성능을 수주가 아닌 며칠 만에 평가한다. 또한 소규모 제조 배치로 이를 수행한다. 우리는 재료의 강도, 부식 저항성, 열 안정성 등 다양한 성능 지표를 테스트한다. 더불어, 재료 조성을 빠르게 수정하고 그에 따라 렌더링 및 제조까지 신속히 완료할 수 있다.
이 빠른 반복 개발 능력은 설계 결함을 조기에 식별하고 효율적인 수정을 반영하는 데 도움이 된다. 엔igma-DED의 DED와 같은 첨단 3D 프린팅 기술을 활용하면 재료 개발 전체 사이클에 소요되는 시간이 크게 단축된다. 폐기된 프로토타입은 원자재 손실을 초래하지만, 3D 프린팅을 통해 이 손실을 최소화할 수 있으며, 동시에 재료 개발 사이클 전반의 비용도 줄일 수 있다.
재료의 성능은 그 특성, 구조, 그리고 미세 및 격자 규모에서의 구조적 배열 등 여러 요인의 조합에 의해 결정된다. 이를 인지하고, 엔igma-DED는 3D 프린팅 기술을 활용해 최종 사용자가 직접 제어할 수 있는 금속 3D 프린팅 시스템을 설계·제작함으로써 재료를 창출한다. 이러한 제어 능력을 바탕으로, 우리는 전통적인 방법으로 단조된 금속보다 강도를 30% 향상시키는 결합된 입자로 구성된 정교하고 복잡한 미세구조를 구현할 수 있다.
적층 제조의 주요 이점 중 하나는 금속 구조물의 다공성을 제어할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 적층 제조는 자동차 및 항공우주 분야에서 선호되는 특성인 미세하고 균일하게 분포된 기공을 가진 강하면서도 경량의 금속을 생산할 수 있다. 그러나 금속 구조물은 완전히 밀폐된 형태로도 설계될 수 있으며, 이는 의료용 임플란트나 완전한 밀봉이 요구되는 항공우주 부품에 유용하다. 이러한 다공성 제어는 재료의 성능과 기능을 향상시킨다. 엔igma-DED 고객을 위해 제작된 경량·고강도·내구성 있는 구조물은 이러한 이점을 실증한다.
엔igma-DED는 폐기물 감소형 적층 제조 기술을 사용한다. 기존 제조 방식에서는 공정의 모든 단계에서 재료가 낭비된다. 반면 엔igma-DED의 재료 낭비는 비용 증가를 초래한다.
다른 유형의 재료 시험과 달리, 엔igma-DED의 시험은 폐기물 비율이 5% 미만이다. 다른 시험 방법은 폐기물 비율이 50% 이상이다. 기존 방법은 티타늄 합금 및 고급 세라믹과 같은 고가 원소를 포함해 많은 양의 재료를 낭비한다. 엔igma-DED 방식은 시험 후 시험 조각을 폐기함으로써 비용과 기타 자원을 절약한다.
더욱이, 금속 또는 세라믹 신소재의 프로토타이핑에서 적층 제조를 통한 양산으로의 전환이 더욱 매끄럽다. 재료 사용이 일관되고 균일하다. 비효율성을 보상하기 위해 재료 요구량을 과도하게 산정할 필요가 없다. 예를 들어, 항공우주 부품용 신규 티타늄 합금을 생산할 때는 재료 절단을 위한 적층 제조 공정이 필요하지 않다. 이는 신소재 개발을 보존하고 연구자들의 총비용을 낮추는 데 기여한다.
슈퍼합금, 금속, 그리고 취성 세라믹은 첨단 소재이다. 오랫동안 첨단 소재를 사용하는 특수 응용 분야는 전통적인 방식으로 가공해야 했다. 적층 제조 기술이 이제 첨단 소재의 가공 방식을 변화시키고 있다.
에니그마-DED는 취성 세라믹—일반 가공 과정에서 보통 균열이 발생하는 소재—를 적층 제조 기술로 처리한다. 최적의 온도 조절, 층별 인쇄, 균열 방지 메커니즘을 통해 적층 제조 기술은 이 문제를 해결하며, 이제 취성 세라믹을 실용적으로 사용할 수 있게 되었다.
또한 적층 제조 기술은 원자력 산업용 방사선 내성 금속과 항공우주 분야용 내열 초합금의 설계 및 생산도 가능하게 한다. 원자력 산업에서는 금속 재료가 장기간에 걸쳐 강렬한 방사선 환경에서도 견딜 수 있어야 하며, 항공우주 분야에서 사용되는 초합금은 고온 작동 중에도 구조적 안정성을 유지하고 극한 기상 조건을 버텨내야 한다. 적층 제조는 특수 재료 생산 과정에서 발생하는 다양한 문제를 해결하며, 항공우주 및 의료기기 제조와 같은 여러 분야에서 오랫동안 존재해 온 도전 과제를 극복한다.
EN
최신 뉴스