삼디 프린팅 기술 중 재료를 층층이 쌓아 올려 형상을 만드는 적층 제조 방식이 기존의 깎아내는 절삭 가공 방식에 비해 가지는 구조적 장점과 한계는 무엇인가요?

삼디 프린팅 기술 중 재료를 층층이 쌓아 올려 형상을 만드는 적층 제조 방식이 기존의 깎아내는 절삭 가공 방식에 비해 가지는 구조적 장점과 한계는 무엇인가요?

3개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

    적층 제조 방식은 재료를 필요한 곳에만 층층이 쌓아 올려 기존 절삭 가공으로는 구현하기 힘든 복잡한 내부 형상이나 경량 격자 구조를 자유롭게 제작할 수 있고 재료 낭비를 최소화하는 구조적 장점이 있습니다 반면 층간 결합 구조로 인해 방향에 따라 강도가 달라지는 이방성이 발생할 수 있으며 생산 속도가 상대적으로 느려 대량 생산에 한계가 있습니다. 또한 표면이 거칠어지는 현상 때문에 별도의 후가공이 필수적이고 사용할 수 있는 소재가 제한적이라는 단점도 존재합니다 이러한 특성으로 인해 적층 제조는 주로 다품종 소량생산이나 맞춤형 고부가가치 부품 제작에 최적화되어 활용됩니다

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  • 안녕하세요. 박재화 박사입니다.

    3D 프린팅 같은 적층 제조는 핑요한 부분에만 재료를 쌓기 때문에 절삭가공보다 재료 낭비가 적고 복잡한 내부 구조도 만들기 쉽습니다. 특히 격자 구조, 내부 냉각통로, 맞춤형 형상처럼 공구가 들어가기 어려운 형태를 제작하는 데 큰 장점을 가지고 있습니다.

    반면 층을 쌓는 방식이기 때문에 적층하는 방향에 따라서 강도가 달라질 수 있고, 표면이 거칠어 후가공이 필요한 경우들도 많습니다. 또 대량 생산에서는 제작 속도가 느리고 재료와 장비 가격이 높아 절삭이나 사출보다는 불리할 수 있습니다.

    쉽게 말해서 적층 제조는 복잡한 형상과 재료 절약에 강하고, 절삭가공은 정밀도와 표면 품질, 생산 속도에서 강점이 있다고 보면 되겠습니다.

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    절삭 가공은 공구가 닿는 곳만 깎을 수 있어 속이 빈 구조나 휘어진 내부 유로가 어려운데, 적층 제조는 단면을 한 층씩 쌓으니 이런 제약이 거의 없어요. 금형 안에 냉각수 길을 곡선으로 넣거나, 속을 격자 구조로 채워 강도는 유지하면서 무게를 30~50% 줄일 수 있어요. GE는 제트엔진 연료 노즐을 20개 부품에서 한 덩어리로 합치고 무게도 25% 줄였어요. 티타늄 항공 부품은 절삭으로 만들면 원재료의 80~90%가 칩으로 버려지는데, 적층은 필요한 만큼만 녹여 붙여서 재료 낭비가 적어요.

    한계는 층과 층 사이에서 나와요. 층간 결합이 층 내부보다 약해 쌓은 방향(Z축)으로 당기면 강도가 떨어지고, 덜 녹은 부분이나 기공이 남으면 피로 수명이 짧아져요. 금속은 레이저로 국부 가열과 급랭을 반복해 잔류 응력과 휨이 생기니 열처리나 열간 등방압(HIP) 처리가 필요해요. 표면에도 층 자국이 남아 거칠어서 다른 부품과 맞닿는 면은 다시 깎아야 해요.

    같은 부품을 대량으로 찍어낼 땐 절삭이나 주조가 훨씬 빠르고 싸서, 실무에선 적층으로 형상을 거의 완성한 뒤 정밀한 면만 절삭으로 마무리하는 하이브리드 방식을 많이 써요 :)