금속 부품을 제조하는 기업, 엔지니어링 회사 또는 파운드리의 경우 3D 프린팅을 적극 권장하며 최고의 생산 방식으로 빠르게 진화하고 있습니다. 

이전에는 3D 프린팅의 고유한 컴퓨터 구축 프로세스가 플라스틱 생산에 더 적합했지만, 이제는 레이어 제조를 통해 다양한 고체 금속 부품을 생산할 수 있습니다. 

간단하고 정밀하며 빠른 생산 공정 덕분에 점점 더 많은 기업이 3D 프린팅으로 전환하는 것은 당연한 일입니다. 

하지만 3D 프린팅 금속은 전통적으로 생산되는 금속과 비교했을 때 얼마나 강할까요? 

예를 들어 인쇄된 금속이 주조 금속의 모든 이점을 제공할 수 있을까요? 

이 글에서는 적층 제조에 사용되는 몇 가지 금속을 살펴보고 그 강도 특성에 대해 논의합니다.

(사진설명 : 스테인리스 스틸 SPEE3D 금속 3D 프린팅 멀티 툴 애플리케이션)

전 세계에서 가장 많이 사용되는 금속이자 3D 프린팅에 사용되는 강철은 뛰어난 강도와 낮은 생산 비용으로 모든 산업에 광범위하게 적용되고 있습니다. 

3D 프린팅된 강철 부품은 전통적으로 제조된 부품만큼 강하지는 않더라도 그 이상으로 강할 수 있으며 건설에서 항공우주에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

3D 프린팅이 제공하는 주요 장점은 격자 충진을 생성할 수 있다는 점입니다. 격자는 3D 프린팅 부품의 내부 구조를 구성하는 중첩되고 상호 연결되는 부분적으로 속이 빈 패턴입니다. 

이 공정은 전통적인 형태의 철강 생산으로는 수행할 수 없으며, 최종 결과물은 무게가 더 가볍고 생산에 더 적은 재료가 필요하면서도 고급 강도 특성을 유지하는 제품입니다. 

3D 프린팅이 기존의 모든 철강 생산 수단을 대체할 수는 없지만, 3D 프린팅은 대폭 확장된 제품 및 구성 요소 목록에 대한 우수한 옵션. 수술용 임플란트나 엔진 부품 및 예비 부품과 같이 특히 복잡하거나 

특정 목적을 염두에 두고 설계된 금속 부품의 경우 더욱 그렇습니다. 용도에 따라 3D 프린팅이 실제로 더 강력하고 편리한 옵션이 될 수 있습니다.

(사진설명 : 알루미늄 브론즈 SPEE3D 프린트 도어 래치. )

무게 대비 강도가 좋은 알루미늄은 가단성이 뛰어나 쉽게 성형할 수 있습니다. 녹이 슬지 않아 내구성이 뛰어나며 가볍기 때문에 호일처럼 얇은 시트로 쉽게 절단할 수 있습니다. 

또한 부식에 강해 기계적 성질이 강합니다. 알루미늄을 이용한 3D 프린팅의 활용 분야는 매우 광범위하며 지금까지 자동차에서 항공우주에 이르는 다양한 산업에 적용되었습니다. 

3D 프린팅 알루미늄은 보잉과 같은 다양한 선도 기업에서 다양한 항공우주 프로젝트에 사용하고 있으며, 지금까지 다양한 부품에 사용되고 있습니다. 

적층 제조의 지속적인 발전과 함께, 냉간 분무 적층 제조(CSAM)와 같은 금속 3D 프린팅 방법 는 강도와 경량 특성으로 인해 알루미늄 부품의 생산 공정으로 각광받고 있습니다. 

SPEE3D는 다양한 알루미늄 소재를 제공합니다. 여기.

황동의 합금 구리 아연과 함께 황동은 일반적으로 귀금속을 경제적으로 대체할 수 있는 소재가 필요한 분야에서 사용됩니다. 

부식에 강하고 항균성이 있기 때문에 일상 생활과 산업 분야에서 다양한 소재를 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어 악기, 조각품, 수도꼭지, 손잡이, 배관, 베어링 등 다양한 금속 제조 분야에서 선호되는 소재이며, 

뛰어난 디테일로 제작할 수 있습니다. 적층 가공에 사용되는 황동 제품은 강도와 내구성이 매우 뛰어나며 내화학성이 뛰어납니다.

3D 프린팅 금속은 그 강도 특성으로 인해 다양한 산업 분야에서 매일 사용되고 있습니다. 다음은 그 중 몇 가지 예시입니다:

* 건설 

3D 프린팅은 건설용 금속을 생산하는 전통적인 수단을 대체하기보다는 업계 칭찬구조 강화 및 수리를 위한 도구와 맞춤형 금속을 제작할 수 있습니다. 

격자 충진 기능을 갖춘 3D 프린팅은 내구성과 안정성을 유지하거나 개선하는 부품의 복잡한 내부 구조를 제공할 수 있습니다.

* 교육 

3D 프린팅은 교육을 혁신하는 데 큰 진전을 이루었습니다, 특히 과학, 기술 및 엔지니어링 학생에게 유용합니다. 

예를 들어 공대생은 프로토타입을 출력할 수 있고, 교사는 교육용 교구를 출력하는 데 사용할 수 있습니다. 건축학과 학생들도 3D 프린팅을 사용하여 구조물 등의 모형을 만들 수 있습니다.

* 건강 관리

3D 프린팅 금속이 제공하는 강도 특성 덕분에 의료 분야에서 3D 프린팅 금속이 매일 사용되고 있습니다. 

수술 도구부터 보철 장치, 환자 맞춤형 뼈 복제품에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 

척추측만증으로 고통받는 환자들은 이제 첨단 안정성을 제공하는 맞춤형 3D 프린팅 보조기의 혜택을 누릴 수 있습니다.

요약하기

3D 프린팅 금속 부품은 기존 방식으로 제조된 부품보다 강도는 떨어지지만 제조업체의 요구사항에 따라 강도가 달라집니다. 

레이어 제조를 통해 생산자는 가볍고 복잡한 최첨단 부품을 만들 수 있으며, 더 복잡한 디자인도 만들 수 있습니다. 또한 제품을 훨씬 더 빠른 속도로 제조할 수 있으며 인건비와 낭비되는 비용을 절감할 수 있습니다. 

항공우주 분야에서 사용되는 엔진 부품부터 의료 분야에서 의사가 사용하는 인공 임플란트에 이르기까지 3D 프린팅 금속의 강도 특성은 부인할 수 없는 사실입니다. 

3D 프린팅이 제조업체에게 올바른 선택인지 여부는 최종 목표와 금속의 용도에 따라 달라집니다.

전통적인 제조 공정은 수십 년간 산업 전반을 지탱해왔습니다. 

그러나 지정학적 긴장이 고조되고, 공급망의 취약성이 뚜렷해지는 지금, 단순히 '빠른 납기' 이상의 해결책이 절실합니다. 

이 흐름의 최전선에 선 기업이 바로 SPEE3D입니다.

전직 해군 지휘관, 매트 오트(Matt Ott)의 합류

25년간 미국 해군에서 복무하며 비행사이자 지휘관으로 활약해온 **매트 오트(Matt Ott)**는 SPEE3D의 기술력이 단순한 '대안'이 아닌 '필수 전략'임을 증명한 인물입니다.

그는 시리아, 아프가니스탄 등 고위험 지역에서 비행 임무를 수행하던 중, 단 하나의 금속 부품 부족으로 전투기 전체가 멈춰야 했던 아찔한 경험을 직접 했습니다. 

그것은 더 이상 사용되지 않는 '중요하지 않다고 여겨진 부품'이었지만, 그 영향은 임무 전체를 좌우했습니다.

그가 강조하는 핵심은 간단합니다.

 "몇 시간 안에 프린트할 수 있었던 부품"

이 경험은 그가 해군 무관으로 활동하던 시절, 미국 대사와 인도태평양 사령관 등 고위 관계자들에게 SPEE3D를 소개하고

'공급망 교란자(disruptor)'로서의 가능성을 증명하는 계기가 되었습니다.

▶ SPEE3D가 바꾸는 군사 기술의 판도

SPEE3D는 단순한 3D 프린터 제작사가 아닙니다. **"극한 환경에서도 사용 가능한 금속 부품을 현장에서 즉시 제작할 수 있는 솔루션"**을 제공합니다.

다음은 SPEE3D의 주요 장점입니다

1. 빠른 속도

SPEE3D의 Cold Spray 기술은 분말 금속을 초음속으로 분사해 적층함으로써, 기존 금속 프린팅보다 최대 수백 배 빠른 출력이 가능합니다. 

수분 내에 실제 사용 가능한 금속 부품을 생산할 수 있어 전장에서는 생명을 구하는 시간 절약이 됩니다.

 2. 현장 적용성

SPEE3D는 일반 공장 환경이 아닌, 전투기지, 해상, 오지와 같은 극한 환경에서도 사용 가능합니다. 

전력 공급이나 특수 장비 없이도 이동식 프린터로 즉시 가동할 수 있어, 긴급 부품 수요에 즉각 대응할 수 있습니다.

 3. 공급망 독립성

글로벌 공급망 리스크가 높아지는 요즘, SPEE3D는 자체 생산 역량을 전진 배치할 수 있도록 해 줍니다. 

이는 부품 수급 지연 없이, 임무 완수를 위한 자체 제조 생태계 확보를 가능하게 합니다.

4. 검증된 실전 성능

 호주 육군과 해군은 SPEE3D의 기술을 실제 훈련 및 작전 환경에서 테스트했고, 그 결과는 기존 방식보다 더 빠르고 안정적이었습니다. 

이미 여러 방위 기관에서 SPEE3D는 '보급 체계의 대체 솔루션'으로 자리잡아가고 있습니다.

더 큰 미래를 위한 여정

매트 오트는 이제 컨설턴트를 넘어 SPEE3D의 정규직 국방 전문가로 합류했습니다. 

이는 단순한 커리어 이동이 아니라, 금속 제조의 미래를 개척하려는 새로운 사명의 시작입니다.

“더 큰 포맷을 만들고, 새로운 소재를 개발하고, 새로운 문제를 해결해야 합니다. 그리고 저는 그 중심에서 함께하고 싶습니다.”

SPEE3D는 더 이상 ‘대체 기술’이 아닙니다.

지속 가능하고 즉각적인 제조의 표준, 군사 전략의 핵심 파트너로 자리매김하고 있습니다.

당신의 산업도 변화가 필요한가요?

군사뿐만 아니라, 항공, 해양, 자동차, 에너지 산업에서도 SPEE3D는 속도와 내구성, 그리고 실용성을 겸비한 최적의 솔루션을 제공합니다.

지금 SPEE3D의 혁신을 경험해 보세요. 금속 제조의 미래는 이미 시작되었습니다.

포뮬러 1과 3D 프린팅의 만남: 풍동 테스트 최적화 솔루션

런던 O2 아레나에서 열린 포뮬러 1 통합 시즌 런칭 행사에서는 10개의 팀과 드라이버들이 한자리에 모여 멋진 쇼를 선보였습니다. 그중에서도 특히 눈길을 끈 것은 3D Systems의 파트너인 BWT 알파인 F1 팀의 프라이빗 리버리 공개였습니다. 

이는 모터스포츠와 최첨단 제조 기술이 어떻게 융합되고 있는지를 보여주는 중요한 순간이었습니다.

풍동 테스트, 시즌 준비의 핵심

포뮬러 1에서 시즌 테스트는 매우 중요한 마일스톤입니다. 광범위한 엔지니어링 노력이 실제 트랙 성능으로 어떻게 전환되는지를 최초로 확인할 수 있는 기회이기 때문입니다. 특히 공기역학적 성능은 차량의 속도와 효율성을 결정하는 중요한 요소이며, 이를 최적화하는 데 필수적인 과정이 바로 풍동 테스트(Wind Tunnel Testing) 입니다.

풍동 테스트에서 3D 프린팅(적층 제조, AM)이 어떻게 활용되고 있을까요?

3D 프린팅과 풍동 테스트: 왜 중요한가?

지난 20년 동안 적층 제조(AM) 기술은 공기역학 개발의 표준 프로세스로 자리 잡았습니다. 이는 단순히 새로운 제작 방식이 아니라, 더 빠르고 정밀한 테스트와 최적화가 가능하게 만든 혁신적인 도구입니다.

Cold Spray에서는 금속 입자가 너무 가속되어 충격에 의해 변형되고 서로 접착됩니다.

임팩트 이노베이션(Impact Innovation)의 전무 이사인 레온하르트 홀츠가스너(Leonhard Holzgassner), 피터 리히터(Peter Richter), 안드레아스 그롭(Andreas Gropp)(왼쪽부터)이 "임팩트 건(Impact Gun)"으로 테스트 셋업을 하고 있다.

사진: 임팩트 이노베이션(Impact Innovations)

호주의 스타트업 "Spee3D"의 인터넷 동영상은 꽤 멋집니다. 제시된 기술도 마찬가지입니다: 그것은 차가운 가스 분무에 관한 것입니다. 관객은 한 남자가 공장 홀에 몰래 들어가는 것을 본다. 그는 자신이 눈에 띄지 않도록 합니다. 그는 비밀리에 큰 기계에 생명을 불어넣습니다. 디스플레이에서 CAD 파일을 선택합니다. 

즉시, 로봇 팔이 흥겨운 음악에 맞춰 움직이기 시작한다. 플레이트는 그 끝에 장착됩니다. 이제 금속 물체가 마치 마법처럼 그 위에서 자라고 있었다. 그것은 골프 클럽 헤드의 거친 구조를 가지고 있습니다. 몇 분 후에 구리 부분이 준비됩니다. 머시닝 센터에서 마무리 작업을 합니다. 준비된! 남자는 미소를 지으며 느슨하게 구멍을 뚫었다.

호주인들이 말하고 싶은 것은 그들의 기계가 모래나 주조 금형 없이도 매우 짧은 시간에 단단한 금속 부품을 만들 수 있다는 것입니다. 또한 솔리드에서 밀링할 필요가 없으며 재료와 에너지 소비가 많이 듭니다.

전무 이사이자 공동 설립자인 Byron Kennedy는 프로세스의 세부 사항을 설명합니다: "원래는 군사 부문에서 비롯되었습니다. 10년 전 미군이 차량 수리에 사용했다"고 말했다. 예를 들어, 노후된 기어박스 하우징은 먼저 녹이 슬지 않도록 제거한 다음 수동 유도 콜드 가스 건을 사용하여 다시 코팅했습니다. 

"공구의 기능 원리는 비교적 간단합니다: 내부에서 공정 가스가 가열되고 Laval 노즐의 팽창에 의해 초음속으로 가속됩니다. 금속 입자가 이 가스 흐름으로 유입됩니다." 표면에 부딪히자마자 먼저 녹지 않고 변형되어 단단히 접착되는 층을 형성합니다. 따라서 "콜드 가스 스프레이"라는 용어가 있습니다.

Spee3D 프린터 내부에서는 6축 로봇이 금속 분말 노즐 위로 빌드 플랫폼을 안내합니다. 그 결과 밀도가 98% 이상인 구성 요소가 생성됩니다. 사진: Spee3D

"지금까지 다른 어떤 회사도 3차원 부품의 목표 건설에 성공하지 못했다"고 케네디는 주장합니다. "그러나 우리 소프트웨어 덕분에 이제 문제 없이 이 작업이 가능합니다. 3D CAD 데이터를 6축 로봇의 팔 움직임으로 변환합니다." 따라서 기계는 노즐 입구 위로 건설 플랫폼을 정확하게 안내합니다. "구성 요소는 계층별로 생성됩니다." 밀도는 98% 이상입니다.

현재 호주의 3D 프린터는 구리와 알루미늄만 처리합니다. 여기서 매개변수는 비교적 쉽게 마스터할 수 있습니다. 예를 들어, 450°C의 공정 온도, 30bar 압력 및 660m/s의 입자 속도는 경금속에 충분합니다.

케네디는 이 기계가 대규모 산업에서 사용되는 것으로 보고 있습니다. "우리는 소량에서 중간 수량의 간단한 디자인을 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있는 장점이 있습니다." 수만 개의 동일한 부품이 필요하자마자 다이캐스팅이 더 저렴합니다.

2015년에 시작된 회사의 기계 비용은 월 €550,000 또는 €15,000입니다. Kennedy에 따르면, 파우더 베드 프린터에 비해 두 가지 장점이 있습니다: 가장 간단한 표준 금속 분말을 처리합니다 – 입자 크기 분포는 거의 역할을 하지 않습니다. 그리고 부품을 훨씬 더 빠르게 생산합니다 – 골프 클럽 헤드는 10분 후에 준비됩니다. "레이저 용융 시스템은 유동성이 풍부하고 균질한 특수 재료에 의존하며 부품을 생산하는 데 많은 시간이 걸리는 경우가 많습니다"라고 43세의 그는 말합니다.

그가 말하지 않는 것은 비교가 약간 오해의 소지가 있다는 것입니다. 이는 레이저 프린터의 제품이 최종 모양에 더 가깝고 후처리가 덜 필요하며 더 높은 품질의 재료 특성을 갖기 때문입니다. 또한, 파우더 베드에서는 내부 경량 구조 등 세계의 어떤 차가운 가스 노즐도 결코 실현할 수 없는 형상을 실현할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 이 기술은 특히 구리 및 알루미늄과 같이 비교적 다루기 쉬운 금속에 국한되지 않기 때문에 그 존재 이유가 있습니다. 이는 Haun/Rattenkirchen의 Impact Innovations GmbH에 의해 입증되었습니다. 바이에른 사람들은 마케팅에 훨씬 더 절제되어 있습니다. 그들은 몇 가지 세부 사항에서 호주인보다 훨씬 앞서 있습니다. "콜드 가스 건을 사용하여 강철과 티타늄을 포함한 거의 모든 금속과 그 합금을 처리합니다"라고 공동 전무 이사인 Peter Richter는 설명합니다. "유일한 예외는 몰리브덴과 텅스텐입니다."

대부분의 경우 이를 위해서는 더 높은 온도와 더 많은 압력이 필요합니다. "우리는 보통 공기 대신 질소를 공정 가스로 사용합니다"라고 경영 동료인 Leonhard Holzgassner는 설명합니다. "압축하기가 더 쉽고 산화 문제를 일으키지 않습니다. 1100°C로 가열하고 압력을 최대 50bar까지 높입니다." 그러면 가스 흐름은 음속의 약 5배에 도달하게 됩니다. 입자는 충돌 전에 약 1000m/s의 속도로 이동하고 있었습니다. "질소를 헬륨으로 대체하면 가스 흐름은 음속의 15배에 달할 것"이라고 33세인 그는 말한다.

일반적으로 입자 속도는 스프레이 재료에 맞게 조정되어야 합니다. 캐리어 재료와 분말을 함께 접착하기에 충분해야 합니다. 그러나 기판이 제거될 정도로 높아서는 안 됩니다. 총 외에도 Impact Innovation은 고객에게 자격을 갖춘 분말 및 공정 노하우를 제공합니다. 2010년에 설립된 이 회사의 하드웨어 패키지에는 냉각 시스템과 분말 관리 장치도 포함되어 있습니다. 장비에 따라 비용은 €160,000에서 €320,000 사이입니다.

바이에른이 제공하지 않는 것은 공작물 및/또는 총을 움직이는 역학입니다. 이와 관련하여 그들은 로봇 및 공작 기계 제조업체와 협력합니다. "우리의 권총은 Spee3d 기계에도 통합될 수 있습니다"라고 Holzgassner는 말합니다. "또는 상업적으로 이용 가능한 5축 머시닝 센터에서." 각 경우에 선택한 솔루션의 크기에 따라 설치 공간의 크기가 결정됩니다.

Richter는 이러한 확장성을 3D 냉간 가스 분무의 주요 이점으로 보고 있습니다. "파우더 베드 기계 사용자는 최대1m3 부피의 부품을 생산할 수 있습니다. 기계 환경에 따라 몇 배나 많은 양을 쉽게 제공할 수 있습니다." 재료 적용도 불균형적으로 높습니다. "스테인리스강을 사용하면 시간당 약 10kg을 처리할 수 있습니다"라고 34세의 그는 말합니다. 이에 비해 레이저 용융의 축적 속도는 평균 0.3kg/h이고 레이저 적층 용접의 경우 약 4kg/h입니다. 냉간 가스 분무의 또 다른 장점은 입자가 녹지 않기 때문에 부품의 응력이 낮게 유지된다는 것입니다. 또한 서로 다른 금속을 하나의 구성 요소로 결합할 수 있습니다.

임팩트 이노베이션의 고객층은 규모가 큽니다. 이 기술은 예를 들어 항공 우주 산업, 전기 산업 및 가정 용품 부문에서 사용됩니다. Richter는 "우리는 프라이팬에서 로켓에 이르기까지 모든 것을 합니다"라고 요약합니다.