금속3D프린터 사례 연구 11가지

다양한 금속 3D프린터 사례를 알아보세요!

✅신발몰드
✅블로우 성형 병 금형(Blow molded bottle mold)
✅Breathable steel
✅Aeroengine casing
✅Engine Exhaust Nozzle
✅Aero-Engine Fan Blades
✅Guide Rail Bracket
✅Impeller Disk
✅임펠러
✅Fusion apparatus
✅대퇴과(femoral condyle)

1. 신발 몰드

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S400
• 소재 : 316L(스테인레스스틸)
• 경량 설계로 30% 이상 경량화 달성
• 고정밀, 치수 정밀도 ±0.02mm까지 구현 가능
• 미세 균열 없이 밀도가 거의 100% 달성
• 재료 이용률이 거의 100%
• 생산 공정을 단순화하여 제조 주기를 50% 이상 절감

2. 블로우 성형 병 금형(Blow molded bottle mold)

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S450
• 소재 : Die steel
• 컨포멀 냉각 채널은 금형 온도를 빠르게 낮추어 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 적절한 온도 제어는 플라스틱의 결정립¹ 크기 불균일을 방지하고 제품의 수명을 향상시킵니다.

3. Breathable steel

• 출력 금속3D프린터 : BLT-A300
• 소재 : SS-420,² SS-CX³
• 통기성 강재 공정은 사출 금형에서 발생하는 공기 트랩 문제를 해결할 수 있습니다.
• 최소 통기 구멍은 단 0.01mm에 불과합니다.
• 이를 통해 충전 압력 요구와 금형 폐쇄력을 효과적으로 줄일 수 있으며, 제품 품질과 부가가치를 향상시킬 수 있습니다.

4. Aeroengine casing

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S600
• 소재 : Nickel-base superalloy
• Size : φ576mm x 200mm
• 한 번에 출력
• 얇은 벽 구조의 금속 부품을 주조할 때는 냉각 속도의 차이로 인해 주조가 완전히 이루어지지 않거나, 과도한 응력으로 인한 변형이 발생하기 쉽습니다.
• 국부 구조를 잘 제어하면 부품의 전체 성능을 보장할 수 있습니다.

5. Engine Exhaust Nozzle

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S300
• 소재 : Pure Copper
• Size : Φ210mm×295mm
• BLT 팀은 낮은 흡수율, 높은 성형 난이도, 낮은 효율, 그리고 금속학적 품질 제어의 어려움 등 구리 성형에서 발생하는 문제들을 성공적으로 해결했습니다.
• 구조의 내벽과 외벽에는 50개의 냉각 채널이 설계되어 있습니다.
• 복잡한 냉각 채널의 일체화로 엔진의 냉각 효율이 크게 향상되었으며, 설계는 더욱 compact하고 경량화되었습니다.

6. Aero-Engine Fan Blades

• 출력 3D프린터 : BLT-S500
• 소재 : Titanium Alloy
• Size : 400mm×400mm×800mm
• 전통적 제조 방식: 초소성 성형(superplastic forming)과 확산 접합(diffusion bonding) 기술⁴을 사용하여 중공 블레이드를 제작합니다.
• BLT 3D 프린팅: 중공 블레이드 내부의 W자형 보강 구조는 무게를 약 30% 줄이면서 더 높은 강도를 확보하고, 제조 주기도 단축할 수 있습니다.

7. Guide Rail Bracket

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S450
• 소재 : Aluminum Alloy
• Size : 327mm×317mm×360mm
• 얇은 벽체 + 격자 구조의 최소 벽 두께는 0.5mm이고, 최소 격자봉 직경도 0.5mm로 매우 변형되기 쉽습니다.
• 강도를 확보하면서 부품의 무게를 크게 줄일 수 있습니다.
• 변형은 제어 가능합니다.

8. Impeller Disk

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S310
• 소재 : BLT-K418 (니켈 기반 초내열 합금)
• Size : 90mmX90mmX25mm
• 가장 두꺼운 부분은 0.8mm입니다.
• 블레이드의 정밀도를 제어하기 위해 치수 보정 기술을 적용하여 편차를 0.1mm 이내로 성공적으로 제어했습니다.
• 임펠러 디스크는 초회전 파단 시험을 거쳤으며, 이때 회전 속도는 122,000RPM에 도달할 수 있습니다.

9. 임펠러

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S310
• 소재 : Titanium Alloy
• Size : Φ120mm×70mm
• 레이저 정밀 성형 기술로 제조됩니다.
• 재료 이용률은 98% 이상입니다.

10. Fusion apparatus

• 출력 금속3D프린터：BLT-S320
• 소재 : Titanium Alloy
• Weight：0.7kg(Full Substrate)
• 표준화된 임플란트 제품은 격자 구조로 골격화되어 제품의 탄성 계수를 낮출 수 있습니다.
• 전체 서브스트레이트에 한 번에 432개를 출력할 수 있습니다.

11. 대퇴과(femoral condyle)

• 출력 금속3D프린터 : BLT-S210
• 소재 : CoCrMo Alloy (Cobalt-Chromium-Molybdenum 합금)
• Weight: 0.26kg
• 대퇴과(femoral condyle)와 경골 브라켓(tibial bracket)과 같은 무릎 보형물은 연마(polishing) 후 높은 수준의 마감 품질과 내마모성을 요구하기 때문에, 준비 공정에 극도로 높은 정밀도가 필요합니다.
• BLT가 개발한 소재는 단조품에 필적하는 밀도를 구현하였으며, 연마 후 관절 표면에 뚜렷한 결함이 나타나지 않습니다.

Footnote

1. 결정립(grain) :금속이나 플라스틱이 굳을 때 형성되는 “작은 결정 알갱이” ↩︎
2. SS-4120 : 마르텐사이트계 스테인리스강 (martensitic stainless steel), 최소 크롬 12%를 포함 ↩︎
3. SS-CX : StainlessSteel CX는 우수한 부식 저항성과 높은 강도 및 경도를 가진 공구용 강(tooling grade steel) ↩︎
4. 초소성성형(SPF)과 확산접합(DB)은 현대 제조업, 특히 항공우주 산업에서 중요한 기술로 자리잡고 있습니다. 이 두 공정을 결합하면 복잡한 형상의 고강도 부품을 효율적으로 생산할 수 있습니다. SPF는 금속이 특정 온도와 변형 속도 조건에서 매우 높은 연신율을 나타내는 성질을 활용하는 공정입니다. 이는 낮은 유동응력에서 복잡한 형상을 쉽게 성형할 수 있게 하며, 주로 티타늄 합금에서 그 효과가 극대화됩니다. 확산접합은 두 금속 표면을 높은 온도와 압력 하에서 원자 수준에서 결합시키는 공정으로, 용점 이하에서 변형되지 않고 높은 접합 강도를 유지합니다. 이 공정은 복잡한 다층 구조의 부품을 제조하는 데 매우 유리하며, 항공기 엔진 블레이드와 같은 고강도 부품에 적합합니다. 출처 : 박철호 기술사 네이버 블로그 ↩︎