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금속 3D 프린팅이 온다!
 
적층가공(Additive Manufacturing)을 이용한 기념 메달 제작
 
송해영기자 | 2016.06.30 | 2016년 6월호
 
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500호 발간 기념 행사를 한 달 가량 앞둔 MFG 사무실에는 긴장감이 감돌고 있었다. 원인은 다름 아닌 행사 당일 수여될 감사의 메달. 주조, 절삭가공 등 다양한 방안이 나왔지만 제작비용이 문제였다. 그 때 누군가가 외친 한 마디. “3D 프린팅!” 처음에는 웃으며 흘려 넘겼지만 곱씹을수록 ‘이거다’ 싶었다. 최근 뜨거운 감자로 떠오르고 있는 3D 프린터로 만든 세상에 단 하나뿐인 메달이라니. 그렇다면 독일 Concept Laser사의 금속 3D 프린터 mlab cusing을 활용한 메달 제작 과정을 데이터 준비부터 후가공까지 차근차근 살펴보도록 하자.
① 데이터 준비
② 가공 전 준비
1) 우선 3D 프린터에서 데이터를 불러온뒤 모니터를 통해 형상을 확인한다. ‘Slice No’ 칸에 원하는 슬라이스 번호를 입력할 경우, 해당 슬라이스까지 적층했을 때의 형상을 살펴볼 수 있다. 이번 기념 메달은 총 360개의 슬라이스로 이루어져 있다. 이는 금속 분말을 도포하고 그 위로 레이저를 조사(照射)하는 과정을 360번 반복해야 한다는 의미다.
 
 2) 적층가공에 필요한 금속 분말(상단 사진의 왼쪽)과 베이스(오른쪽). 금속 분말의 재질은 스테인리스 스틸이며 입자 크기는 -45+10μm이다. 스테인리스 스틸 외에도 티타늄, 알루미늄 등 다양한 금속 분말을 충전해 형상을 만들어낼 수 있다.
 
 3) 하단 사진과 같이 글러브 박스가 설치되어 있어 작업자가 분말을 직접 만지지 않아도 된다. 미세한 분말을 활용하는 금속 3D 프린팅의 특성 상, 많은 사람들이 ‘안전’을 걱정한다. 실제로 10~50μm 상당의 미세 분말이 갑자기 산소와 만날 경우 방대한 충돌 에너지로 인해 폭발 사고가 일어날 수 있다. 밀가루 공장에서 종종 일어나는 폭발 사고도 이때문이다. 따라서 챔버 내 잔존산소량을 0.3%까지 떨어뜨린 다음 금속 분말을 도포해야 한다. Concept Laser 장비는 분말로 인한 호흡기 질환, 레이저, 폭발 사고 등으로부터 안전성을 보장하는 아텍스(ATEX) 가이드라인에 따라 설계되었다는 점이 특징이다.
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③ 적층가공
3차원 형상, 챔버 내 잔존산소량 등을 체크한 뒤 적층가공을 시작하면 작업자는 잠깐의 휴식을 만끽할 수 있다. 기존 잉크젯 프린터로 문서를 출력할 때와 마찬가지로 3D 프린터 역시 작업자가 전송한 데이터대로 3차원 형상을 출력하기 때문이다.
 
  본격적으로 금속 분말을 용융하기 전, 베이스 위에 형상의 위치를 잡아보는 과정이 이어진다. 또 베이스에 금속 분말이 잘 달라붙도록 베이스를 예열해야 한다. 이후 장비는 금속 분말을 베이스 위로 얇게 도포한 뒤 부분적으로 레이저를 조사해 층과 층 사이를 용융시킨다. 이를 Powder Bed Fusion 방식이라고 한다. Concept Laser의 금속 3D 프린터는 표면을 작게 나눠 부분적으로 레이저를 조사하는 Laser CUSINGⓇ기술을 채택해 열에 의한 스트레스를 최소화하고 응력으로 인한 변형을 줄였다. 360개의 층을 쌓아 3차원 형상을 만들어내는 데 걸린 시간은 3시간 가량. 적층 과정 영상은 아래 링크를 통해 확인할 수 있다.
 
 금속 3D 프린터 가공 영상 보기
 https://youtu.be/dlQvG3eXo0c
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④ 후가공
흔히 3D 프린팅에 대해 갖는 오해 중 하나가 ‘3D 프린팅으로 만든 제품은 표면조도가 나빠 시중에 내놓기 힘들다’는 것이다. 이는 반은 맞고 반은 틀리다. 실제로 왼쪽 사진과 같이 막 적층가공을 마친 가공물을 그대로 메달로 사용할 수는 없다. 하지만 절삭가공이나 주조로 만든 가공물 역시 연마, 도장, 도금 등의 후가공 과정을 거쳐야 한다.
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⑤ 완성

 
 
 
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