항공우주 및 의료용 정밀 금속 부품 제작

Question

안녕하세요!

항공우주에 대해 질문 드려요

항공우주 및 의료용 정밀 금속 부품 제작 시 적층 제조가 가져오는 형상 자유도의 장점을 설명해 주세요

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

절삭 가공은 덩어리에서 공구가 닿는 부분만 깎아낼 수 있어서 내부가 비거나 구불구불한 구조는 만들기 어려워요. 적층 제조는 층마다 단면만 녹여 쌓으니 공구 접근성 제약이 거의 없어요.

항공우주에서는 여러 부품을 하나로 합칠 수 있다는 점이 커요. GE의 LEAP 엔진 연료 노즐은 원래 20개 부품을 용접·조립했는데, 일체형으로 프린팅하면서 무게가 약 25% 줄고 내구성은 5배 늘었어요. 위상 최적화로 힘이 흐르는 경로에만 재료를 남긴 브래킷이나, 연소실 벽 안에 냉각 유로를 품은 로켓 엔진 부품도 적층 덕에 가능해졌어요.

의료 쪽에서는 환자의 CT 데이터로 결손 부위에 꼭 맞는 맞춤 임플란트를 만들 수 있어요. 티타늄 임플란트를 기공 크기 수백 μm의 격자 구조로 만들면 뼈세포가 그 사이로 자라 들어가 단단히 고정되고, 전체 강성도 뼈에 가깝게 낮아져 주변 뼈가 약해지는 응력 차폐가 줄어요.

그런데 수평에 가까운 돌출면에는 지지대가 필요하고, 좁은 내부 유로의 남은 분말을 빼내기 어려우며 표면이 거칠어 후가공이 따라와야 해요 :)

Answer 2

안녕하세요.

적층 제조는 재료를 한 층씩 쌓기 때문에 기존 절삭가공으로 만들기 어려운 복잡한 형상도 제작이 가능해요.

항공우주 부품은 내부에 가느다란 유로를 만들거나 불필요한 부분을 줄여 무게를 낮추는 설계를 가능하게 만들어 줄 수 있죠. 의료용 부품도 환자 신체 구조에 맞춘 맞춤형 셩상이나 복잡한 표면 구조를 구현하기 좋아요.

특히 내부 구조까지 설계할 수 있다는 점에서 형상 자유도가 큰 장점이라고 볼 수 있겠죠.

감사합니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

적층 제조는 가공 도구의 접근 한계로 인해 절삭가공 방식으로는 구현하기 어렵던 복잡한 내부 중공 구조나 격자 구조를 제약 없이 유기적으로 구현할 수 있게 해줍니다 이를 통해 항공우주 부품에 필수적인 강도는 유지하면서 극단적인 무게 절감을 이뤄낼 수 있으며 의료 분야에서는 환자의 개별 골격 데이터에 딱 맞춘 인공 관절이나 임플란트 맞춤 제작이 가능해집니다 또한 수십 개로 분할 제작해 용접하던 복잡한 어셈블리를 단 하나의 일체형 부품으로 출력할 수 있어 제작 공정을 단순화하고 구조적 결함 가능성을 근본적으로 제거합니다 결과적으로 전통적인 제조법의 형상 한계를 극복함으로써 한 차원 높은 성능 최적화와 환자 맞춤형 치료를 동시에 실현합니다

Answer 4

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

적층 제조는 금속을 한 층씩 쌓아 만드는 방식이라 절삭가공으로 만들기 어려운 복잡한 형상도 잘 제작할 수 있다는 장점이 있습니다.

항공우주 부품에서는 내부 격자 구조나 냉각 통로를 넣어 무게는 줄이면서 필요한 강도는 유지할 수 있습니다. 여러 부품을 하나의 부품으로 통합해서 볼트나 용접 부위를 줄일 수 있기 때문에 경량화와 고장 가능성 감속에도 큰 도움이 될 수 있습니다.

의료 분야 쪽으로 보면 환자의 뼈 모양에 맞춘 임플란트나 다공성 구조를 만들어 뼈가 잘 자라 들어가도록 설계할 수 있고, 또 기존 가공에서는 공구가 들어갈 수 없어 만들기 어려웠던 부분들에 대해서 비교적 자유롭게 구현이 가능할 수 있습니다.

적층 제조의 가장 큰 장점은 재료를 필요한 위치에만 배치해 가볍고 복잡하며 개인 맞춤형인 부품을 설계할 수 있다는 점입니다.