선택적 레이저 용융(SLM) 3D 프린팅이란?

선택적 레이저 용융(SLM, Selective Laser Melting)은 분말 적층 융합(Powder Bed Fusion) 방식에 속하는 특정 적층 제조(3D 프린팅) 기술입니다. 이 기술은 고출력 레이저를 사용해 금속 분말을 층별로 선택적으로 용융·융합하여, 디지털 3D 모델에서 직접 복잡하고 정밀한 금속 부품을 제작할 수 있습니다.

SLM 3D 프린팅은 어떻게 작동하나요?

1. 준비 단계: 먼저 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어로 3D 모델을 설계하고, 이를 얇은 단면으로 슬라이싱합니다.
2. 분말 적층: 빌드 플랫폼에 얇은 금속 분말층을 균일하게 도포합니다. 이 과정은 질소나 아르곤 같은 불활성 기체가 채워진 챔버 내에서 산화를 방지하며 진행됩니다.
3. 레이저 용융: 고출력 레이저가 CAD 모델 단면 패턴에 따라 금속 분말을 정밀하게 선택적으로 녹여 융합합니다. 레이저의 출력, 속도, 위치가 엄격하게 제어됩니다.
4. 층별 적층: 한 층이 끝나면 빌드 플랫폼이 한 층 두께만큼 내려가고, 새로운 분말층이 도포됩니다. 이 과정을 반복하여 최종 형상을 구축합니다.
5. 냉각 및 고화: 모든 층이 완료되면 부품은 점진적으로 냉각되며 고체화되어 밀도가 높고 구조적으로 안정적인 금속 부품이 됩니다.
6. 후처리: 필요에 따라 잔여 분말 제거, 응력 제거 열처리, 표면 마감 등의 후처리가 진행됩니다.

SLM 프린팅에 사용되는 소재

SLM은 주로 금속 분말을 사용합니다. 대표적인 소재는 다음과 같습니다:

1. 스테인리스강 합금 – 내식성 및 기계적 특성이 우수, 의료·항공 우주 등에 활용
2. 티타늄 합금 – 고강도·경량·생체적합성, 항공기·의료 임플란트에 적합
3. 알루미늄 합금 – 낮은 밀도, 우수한 열/전기 전도성, 내식성
4. 니켈 기반 합금 – 고온 강도 및 내식성, 터빈·항공기·화학 장치에 사용
5. 코발트-크롬 합금 – 생체적합성, 치과 및 정형외과용 임플란트
6. 공구강 – 높은 경도와 내마모성, 금형·다이 제작에 적합
7. 귀금속 (금·은·백금 등) – 주얼리, 장식품, 고급 부품 제작
8. 초합금(Superalloy) – 고온 내열 합금, 제트 엔진·발전용 터빈에 활용
9. 특수 고성능 합금 – 예: 형상기억합금(의료기기, 항공우주 분야)

SLM 3D 프린팅의 장점

1. 복잡한 형상 제작 가능 – 기존 제조로 어려운 정밀·경량 구조 가능
2. 설계 자유도 – 금형·가공 제약 없이 혁신적 설계 실현
3. 빠른 프로토타이핑 – 디자인 변경 후 신속 제작 가능
4. 재료 낭비 최소화 – 필요한 부분만 적층, 친환경적
5. 다양한 소재 활용 가능 – 요구 성능에 따라 금속·합금 선택 가능
6. 툴링 비용 절감 – 금형·다이 제작 불필요

SLM 3D 프린팅의 단점

1. 표면 거칠기 – 후처리 필요
2. 제작 크기·속도 제한 – 대형 부품 제작 시 한계 및 느린 속도
3. 재료 특성 차이 – 전통 제조품과 미세조직·기계적 특성 차이 발생 가능
4. 장비 비용 – 장비 구매·유지보수 비용이 매우 높음
5. 분말 취급 위험 – 미세 금속 분말은 건강·환경상 위험 존재
6. 품질 관리 어려움 – 내부 결함 확인 위해 비파괴검사 필요

결론

SLM 3D 프린팅은 항공우주, 자동차, 의료 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능한 중요한 기술입니다. 하지만 적용 시 장단점을 충분히 검토하고, 제품 요구사항에 맞는 선택이 필요합니다.

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