금속 3D 프린팅의 주요 소재: 316L 스테인리스 스틸

대표적인 오스테나이트계 스테인리스 스틸로서 316L 스테인리스 스틸은 뛰어난 내식성, 강도, 내구성으로 잘 알려져 있으며 3D 프린팅 분야의 핵심 소재가 되었습니다. 316L 스테인리스 스틸은 복잡한 구조의 다양한 부품을 프린트하는 데 사용될 수 있으며 항공우주, 의료 장비, 석유화학 등 여러 산업에 널리 활용됩니다. 특히 생물 의학 분야에서는 우수한 생체 적합성과 내식성 덕분에 고관절, 치과 보철물 등 인체 임플란트 프린팅에 사용됩니다. 이 글에서는 316L 스테인리스 스틸의 소재 장점, 3D 프린팅 방법 및 산업 응용 분야에 대해 설명합니다.

출처: https://am-material.com/industry-news/preparation-and-application-of-316l-stainless-steel-powder/

316L 스테인리스 스틸의 3D 프린팅 소재로서의 장점

1. 내식성: 316L 스테인리스 스틸은 특히 해수, 유기산, 알칼리, 염류 및 많은 무기 화합물에 대해 높은 내식성을 가지고 있어 프린트된 제품이 다양한 열악한 환경에서 양호한 사용 수명을 유지할 수 있습니다.

2. 고강도 및 내열성: 3D 프린팅 후에도 316L 스테인리스 스틸은 전체적으로 높은 강도와 경도를 유지하며 우수한 고온 강도와 지속 강도를 가지고 있어 고온 환경에서의 사용에 적합합니다.

3. 생체 적합성: 316L 스테인리스 스틸은 인체에 장기간 이식되어도 뚜렷한 거부 반응을 일으키지 않으며 알레르기를 유발하기 어려워 의료 임플란트 분야에서 널리 사용됩니다.

4. 우수한 프린팅 성능: 316L 스테인리스 스틸 분말은 용융이 쉽고 냉각 및 응고 후 미세구조가 균일하고 치밀하여 3D 프린트 부품의 기계적 특성과 치수 정확도 보장에 유리합니다.

5. 친환경성: 스테인리스 스틸 316L은 생산 및 사용 과정에서 폐기물 발생이 적어 지속 가능한 발전을 추구하는 현대 산업의 이념에 부합합니다.

316L 스테인리스 스틸의 3D 프린팅 산업 응용

1. 항공우주

316L 스테인리스 스틸은 항공우주 분야에서 중공 브래킷, 격자 프레임, 연소실 파이프 등 경량 복잡 부품 제조에 사용될 수 있습니다. 이러한 부품들은 우수한 내식성과 고강도가 요구될 뿐만 아니라 극단적인 온도와 고압 환경도 견뎌야 합니다.

2. 자동차 제조

자동차 제조 분야에서 316L 스테인리스 스틸은 고강도와 내식성으로 인해 터보차저 하우징, 배기 시스템 부품, 브레이크 부품 등 복잡한 부품 프린팅에 사용됩니다.

3. 의료 기기

의료 산업에서 316L 스테인리스 스틸은 임플란트와 외과용 도구 제조에 널리 사용됩니다. 뛰어난 생체 적합성과 내식성으로 인해 골판, 골나사, 고관절 등 맞춤형 임플란트에 이상적인 선택입니다.

4. 산업 분야

산업 분야에서 316L 스테인리스 스틸은 고정밀 금형과 화학 장비를 프린트하는 데 사용됩니다. 예를 들어 사출 금형과 다이캐스팅 금형은 3D 프린팅 기술을 통해 복잡한 냉각 채널을 설계할 수 있어 생산 효율성을 높이고 금형 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 뛰어난 내식성으로 인해 가혹한 화학 환경에서의 내구성 있는 파이프, 밸브, 반응기 부품 제조에 매우 적합합니다.

3D 프린팅 금속 생산 공정

1. 선택적 레이저 용융(SLM)

선택적 레이저 용융(SLM)은 가장 일반적인 금속 3D 프린팅 기술로 금속 3D 프린터 시장의 약 80%를 차지하며, 316L 스테인리스 스틸의 일반적인 프린팅 방법이기도 합니다. 이 기술은 레이저를 에너지원으로 사용하여 슬라이스 모델에서 계획된 경로에 따라 금속 분말 베드를 층별로 스캔합니다. 스캔된 금속 분말은 용융 및 응고되어 최종적으로 모델에 의해 설계된 금속 부품을 얻습니다. SLM 3D 프린팅 기술은 거의 완전 치밀하고 우수한 기계적 특성을 가진 금속 부품을 직접 성형할 수 있습니다. 그 중 강철과 강철 합금은 SLM 3D 프린팅 기계에서 가장 인기 있는 소재로 비즈니스에 널리 사용됩니다.

2. 바인더 젯팅

바인더 젯팅은 분말 베드 기반의 또 다른 3D 프린팅 기술입니다. 차이점은 레이저로 용융하는 것이 아니라 잉크젯 프린트 헤드를 사용하여 분말에 바인더를 분사함으로써 선택된 영역에서 분말이 서로 결합되고 층층이 쌓여 원하는 물체를 만든다는 것입니다. 바인더 젯팅은 또한 금속 3D 프린팅 기술에서 대규모 생산에 가장 유망한 방법으로 여겨집니다. 또한 금속 바인더 젯 부품의 소재 특성은 기존의 금속 사출 성형으로 생산된 부품과 유사합니다.

3. 융합 적층 모델링(FDM)

FDM 프린터는 플라스틱 필라멘트에서 일반적입니다. 금속 프린팅에서 FDM 3D 프린팅은 일반적으로 약 80% 금속과 20% 플라스틱 혼합물로 구성된 스테인리스 스틸 분말 주입 필라멘트와 결합됩니다. 프린팅이 완료된 후 플라스틱을 제거하여 금속 사출 성형과 유사한 금속 부품을 얻기 위한 후처리가 필요하지만, 이로 인해 부품 부피의 최대 3분의 1 손실이 발생할 수 있습니다. 와이어는 FDM 프린팅의 유일한 소재 옵션이 아닙니다. 스테인리스 스틸 입자와 금속 폴리머 복합 재료를 결합하여 먼저 프로토타입 모델을 프린트한 다음 탈지 및 소결 공정을 통해 최종 치밀한 스테인리스 스틸 금속 부품을 제조합니다.

4. 복합 금속 증착

복합 금속 증착 기술은 FDM과 유사합니다. 금속 와이어 소재를 사용하여 유도 등의 방법으로 와이어를 용융하고, 정전기력이나 자기장의 작용으로 노즐의 액적 표면 장력을 제어하여 성형 플랫폼에 금속 액적을 적층합니다. 이 기술은 기존의 금속 사출 성형(MIM) 기술에 더 가깝습니다. 또한 바인더를 제거하고 최종 소결을 위해 용광로에서 열처리하는 후처리가 필요합니다. 이 기술은 주로 강철 프로토타입 부품 제조에 사용됩니다. 일반적인 응용 분야로는 성형 공구, 스탬핑 다이, 노즐, 임펠러, 픽스처, 열교환기 등이 있습니다.

5. 분말 베드 전자빔 용융(EBM)

전자빔 용융(EBM)은 또 다른 분말 베드 용융 기술입니다. 작동 원리는 선택적 레이저 용융(SLM)과 유사하지만, 레이저 대신 더 높은 온도의 전자빔을 에너지원으로 사용합니다. 리코터가 빌드 플랫폼에 분말 층을 도포하고, 전자빔이 분말의 각 단면을 선택적으로 용융합니다. 각 층이 완성된 후 프린트 플랫폼 플레이트가 내려가고 층들이 쌓여 물체를 형성합니다. EBM은 SLM보다 훨씬 빠르지만 제조된 부품의 표면 매끄러움과 정밀도는 SLM만큼 좋지 않습니다. 또한 EBM 공정은 진공 챔버에서 수행되어 결함을 일으킬 수 있는 소재 불순물을 줄입니다.

3D 프린팅 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 316L 스테인리스 스틸의 응용 시나리오는 더욱 확장되어 다양한 산업에 더욱 효율적이고 정밀하며 혁신적인 솔루션을 제공할 것입니다. 전문적인 316L 스테인리스 스틸 3D 프린팅 서비스를 찾고 계신다면 JLC3DP가 설계에서 고성능 부품 제조까지 원스톱 솔루션을 지원하고 달성할 수 있도록 도와드릴 수 있습니다.