금속 3D 프린팅에서 일반적으로 사용되는 소재: 316L 스테인리스강

대표적인 오스테나이트계 스테인리스강으로서 316L 스테인리스강은 우수한 내식성, 강도 및 내구성을 갖추고 있어 3D 프린팅 분야에서 핵심 소재로 널리 사용되고 있습니다.316L 스테인리스강은 복잡한 구조의 다양한 부품을 프린팅할 수 있으며, 항공우주, 의료기기, 석유화학 등 여러 산업 분야에 널리 활용됩니다. 특히 바이오메디컬 분야에서는 뛰어난 생체 적합성과 내식성 덕분에 고관절이나 치과 보철물 등 인체 이식물 제작에 많이 사용됩니다. 본 문서는 316L 스테인리스강의 소재적 장점, 3D 프린팅 방법 및 산업별 응용에 대해 다룹니다.

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

3D 프린팅 소재로서의 316L 스테인리스강의 장점

1.내식성: 316L 스테인리스강은 바닷물, 유기산, 알칼리, 염류 및 다양한 무기 화합물에 대해 높은 내식성을 가지고 있어, 가혹한 환경에서도 제품의 수명을 유지할수 있습니다.

2. 높은 강도 및 내열성: 3D 프린팅 후에도 316L 스테인리스강은 전체적으로 높은 강도와 경도를 유지하며, 고온 환경에서도 우수한 고온 강도와 내구성을 보여줍니다.

3. 생체 적합성: 인체에 장기간 이식해도 뚜렷한 거부 반응이 나타나지 않으며, 알레르기를 유발할 가능성도 낮아, 의료용 이식재료로 널리 사용됩니다.

4.우수한 프린팅 성능: 316L 스테인리스강 분말은 용융이 쉬우며, 냉각 및 고화 후의 미세조직이 균일하고 치밀해 기계적 특성과 치수 정확도를 보장하기 용이합니다.

5. 친환경성: 316L 스테인리스강은 생산 및 사용 중 발생하는 폐기물이 적어 지속 가능한 발전을 추구하는 현대 산업의 개념에 부합합니다.

316L 스테인리스강의 3D 프린팅 산업 응용

1. 항공우주

316L 스테인리스강은 항공우주 분야에서 경량 복잡 부품 제작에 사용되며, 예로는 중공 브래킷, 격자 프레임, 연소실 파이프 등이 있습니다. 이들 부품은 고강도와 내식성뿐만 아니라 고온 및 고압 환경을 견디는 성능이 요구됩니다.

2. 자동차 제조

자동차 제조 분야에서 316L 스테인리스강은 높은 강도와 내식성 덕분에 터보차저 하우징, 배기 시스템 부품, 브레이크 부품과 같은 복잡한 부품을 인쇄하는데 사용됩니다.

3. 의료기기

의료 산업에서는 이식물 및 수술 도구 제작에 널리 사용됩니다. 생체 적합성과 내식성이 우수하여, 골판, 골나사, 인공 고관절 등 맞춤형 이식물 제작에 적합합니다.

4. 산업 분야

정밀 금형 및 화학 설비 제작에 활용되며, 예를 들어 복잡한 냉각 채널을 포함한 사출 금형 및 다이캐스팅 금형은 3D 프린팅을 통해 설계 가능해 생산 효율을 높이고 금형 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 우수한 내식성 덕분에 내구성이 요구되는 파이프, 밸브, 반응기 부품 제작에도 적합합니다.

3D 프린팅 금속 제조 공정

1. 선택적 레이저 용융(SLM)

SLM은 가장 일반적인 금속 3D 프린팅 기술로, 전체 금속 프린터 시장의 약 80%를 차지하며 316L 스테인리스강에도 흔히 사용됩니다. 레이저를 에너지원으로 금속 분말을 층별로 스캔하고 용융·고화시켜 모델 형상의 금속 부품을 완성합니다. SLM은 거의 완전 밀도의 금속 부품을 직접 제작하며 우수한 기계적 특성을 보유하고 있습니다.

2. 바인더 제팅(Binder Jetting)

바인더 분사는 파우더 베드를 기반으로 한 또 다른 3D 프린팅 기술입니다. 차이점은 레이저로 녹지 않고 잉크젯 프린트 헤드를 사용하여 바인더를 파우더에 분사하여 파우더가 선택한 영역에서 서로 결합되도록 하고, 원하는 물체를 층층이 쌓아 올린다는 점입니다. 바인더 분사는 금속 3D 프린팅 기술에서도 대규모 생산에 가장 유망한 방법으로 꼽힙니다. 또한 금속 바인더 분사 부품의 재료 특성은 전통적인 금속 사출 성형(MIM)으로 생산된 부품과 유사합니다.

3. 융합 적층 성형(FDM)

FDM 프린터는 플라스틱 필라멘트에서 흔히 볼 수 있습니다. 금속 인쇄에서 FDM 3D 프린팅은 일반적으로 약 80%의 금속과 20%의 플라스틱 혼합물로 구성된 스테인리스강 분말 주입 필라멘트와 결합됩니다. 인쇄가 완료된 후 플라스틱을 제거하여 금속 사출 성형과 유사한 금속 부품을 얻으려면 후처리가 필요하지만, 이로 인해 부품의 최대 3분의 1에 달하는 부피 손실이 발생할 수 있습니다. FDM 프린팅의 재료 옵션은 와이어만이 아닙니다. 스테인리스강 입자와 금속 폴리머 복합재를 결합하여 프로토타입 모델을 먼저 인쇄한 다음 탈지 및 소결 공정을 통해 최종 고밀도 스테인리스강 금속 부품을 제조합니다.

4. 복합 금속 증착(CMD)

CMD는 FDM과 유사하며, 금속 와이어를 유도 가열 등으로 용융시킨 후 전기장이나 자기장을 이용해 노즐에서 금속 방울을 조절·증착하는 방식입니다. 금속 사출 성형(MIM)에 가까운 기술로, 주로 강철 프로토타입 부품 제작에 사용됩니다. 일반적인 응용 분야에는 금형, 스탬핑 다이, 노즐, 임펠러, 고정 장치 및 열교환기가 있습니다.

5. 전자빔 용융(EBM)

전자빔 용융(EBM)은 또 다른 분말층 용융 기술입니다. 그 작동 원리는 레이저 대신 고온의 전자빔을 에너지원으로 사용한다는 점을 제외하면 선택적 레이저 용융(SLM)과 유사합니다. 리코터는 빌드 플랫폼에 분말 층을 적용한 다음 전자빔이 분말의 각 단면을 선택적으로 용융합니다. 각 층이 완료되면 인쇄 플랫폼 플레이트가 떨어지고 층이 쌓여 물체가 형성됩니다. EBM은 SLM보다 훨씬 빠르지만 제조된 부품의 표면 매끄러움과 정밀도는 SLM만큼 좋지 않습니다. 또한 EBM 공정은 진공 챔버에서 수행되므로 결함을 유발할 수 있는 재료 불순물이 줄어듭니다.

3D 프린팅 기술의 성숙도 높아짐가에 따라 316L 스테인리스강의 응용 분야는 계속 확장될 것이며, 다양한 산업에 보다 효율적이고 정밀하며 혁신적인 솔루션을 제공할수 있습니다. 전문적인 316L 스테인리스강 3D 프린팅 서비스를 원하신다면, JLC3DP가 설계부터 고성능 부품 제조까지 원스톱 솔루션을 제공해 드릴 수 있습니다.