3D 프린팅 구리 분말

개요 3D 프린팅 구리 분말

3D 프린팅 구리 분말은 최종 사용 구리 부품 및 제품 제조를 위한 다양한 3D 프린팅 기술에서 원료로 사용되는 순수 구리 또는 구리 합금으로 만든 금속 분말입니다.

구리 파우더를 사용한 3D 프린팅의 몇 가지 주요 특성과 장점은 다음과 같습니다:

• 전자 제품 애플리케이션에 필요한 높은 전기 및 열 전도성
• 우수한 마감 및 후처리를 위한 매우 높은 가공성 등급
• 강도 및 연성과 같은 우수한 기계적 특성
• 산화 구리 보호막 형성으로 인한 내식성 강화
• 의료 기기 및 임플란트용 생체 적합성 인증
• 기존 구리 가공에 비해 비용 이점

여러 금속 3D 프린팅 공정에서 구리 분말을 사용하는데, 가장 일반적으로 사용됩니다:

구리 분말을 사용한 3D 프린팅의 종류

3D 프린팅 기술	설명
바인더 분사	액체 결합제를 사용하여 구리 분말을 접착합니다.
직접 에너지 증착(DED)	레이저 또는 전자빔을 사용하여 구리 분말을 녹입니다.
선택적 레이저 용융(SLM)	구리 분말 베드를 선택적으로 레이저 용융 및 융합

이러한 적층 제조 기술을 사용하면 주조나 기계 가공으로는 불가능한 복잡한 형상을 구리로 만들 수 있습니다. 공구나 금형 없이도 필요에 따라 부품을 제작할 수 있습니다.

이제 3D 프린팅용 구리 등급, 특성, 응용 분야, 사양, 가격, 비교 등에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

구성 3D 프린팅 구리 분말

적층 제조에 사용되는 구리 금속 분말에는 몇 가지 주요 유형이 있습니다:

3D 프린팅 구리 분말의 조성

파우더 유형	일반적인 구성
순수 구리	99.7% Cu 최소
구리-주석 합금	Cu-10Sn 청동 합금
구리-니켈 합금	90Cu-10Ni 또는 70Cu-30Ni

3D 프린팅 순수 구리 부품의 특성

• 전자제품을 위한 뛰어난 전기 전도성
• 후처리가 가능한 연성 소재
• 어닐링으로 연성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
• 인쇄 후 100HV에서 낮은 경도

장점

• 최고의 열 및 전기 전도성
• 손쉬운 가공, 플레이트, 포스트 빌드 코팅
• 의료용 생체 적합성
• 이종 금속 용접 간소화

단점

• 부드러운 저강도 텍스처 및 기능
• 레이어 간 박리 위험
• 오염되기 쉬운 산화막 형성

3D 프린팅된 Cu-Sn 청동 부품의 특성

• 주석 합금으로 기계적 특성 개선
• 최대 두 배의 경도와 강도
• 내마모성 표면 마감 이동
• 더 높은 온도 저항

장점

• 변형에 견디는 더 튼튼한 부품
• 미세한 디테일과 텍스처를 인쇄할 수 있습니다.
• 소량의 주석으로 속성 향상
• 우수한 내식성

단점

• 낮은 열 및 전기 전도성
• 밀도가 높을수록 무게 증가
• 인쇄 중에도 지원 필요

3D 프린팅된 Cu-Ni 합금 부품의 특성

• 강도와 전도성의 탁월한 조합
• 높은 연성 및 열적 특성 유지
• 마모 방지를 위한 경도 추가
• 다른 구리 부품과 잘 납땜

장점

• 강도, 경도, 전도성의 균형을 맞추는 조정 가능한 속성
• 스트레스를 견딜 수 있는 튼튼한 부품
• 10% 니켈만으로도 항복 강도가 두 배로 증가합니다.
• 낮은 융점으로 저온 인쇄에 유리

단점

• 의료 기기용 생체 적합성이 없음
• 니켈은 갈바닉 부식을 일으킬 수 있습니다.
• 순수 구리보다 높은 재료비

3D 프린팅 구리의 응용 분야

다양한 재료 특성 덕분에 구리 분말을 사용한 3D 프린팅은 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있습니다:

3D 프린팅 구리 분말의 응용 분야

산업	일반적인 애플리케이션
전자 제품	인터커넥트, 접점, 단자, EMI 차폐
전기	버스 바, 로터 권선, 전자석
열교환기	방열판, 증발기, 콘덴서
자동차	용접 팁, 부싱, 베어링
아키텍처	장식용 파사드, 패널, 모델링
의료	전극, 그린, 임플란트, 수술 도구

구체적인 제품 예는 다음과 같습니다:

전자제품: 전도성 추적, 전선, 안테나, 배터리, 센서

자동차: 조명 하우징, 퀵 커넥트 피팅, 나사산 인서트

항공우주: 브래킷, 토크 제어 부품, 무선 하드웨어

소비재: 버튼, 여닫이, 지퍼, 장식 부품

하드웨어: 기어, 자물쇠, 스프링, 너트 및 볼트와 같은 패스너

3D 프린팅에서 구리의 특성을 활용하면 빼기 방식으로는 불가능한 혁신적인 형상을 구현하여 기능과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

3D 프린팅용 구리 금속 분말의 사양

3D 프린터 제조업체는 다음과 같은 지표를 기반으로 구리 분말의 특성을 파악합니다:

3D 프린팅용 구리 분말 사양

매개변수	일반적인 사양 범위
파우더 모양	주로 구형
크기 범위	15-45 미크론
최소 겉보기 밀도	3.5g/cm3
일반적인 레이어 두께	20-100 미크론
유량	50g에 >=25초
잔류 산소	최대 0.3%

기타 중요한 분말 측정:

• 탭 밀도: 4-4.5g/cm3 범위의 침전 후
• 홀 유량: 50g 분말이 깔때기 구멍을 통과하는 시간
• 하우스너 비율: 탭 밀도를 겉보기 밀도로 나눈 값은 유동성을 나타냅니다.

좁은 분포로 인쇄 시 파우더가 조밀하고 균일하게 퍼집니다. 낮은 산소는 층 결합을 방해하는 과도한 산화물을 방지합니다.

구리 금속 분말 가격, 공급업체 및 비교

구리 분말 비용은 시장 가격, 성분, 수량 및 공급처 위치에 따라 변동합니다:

구리 분말 비용 비교

유형	평균 가격 범위	주요 공급업체
순수 구리	kg당 $50-80	AP&C, 샌드빅 오스프리, 목수 첨가제
Cu-10Sn 청동	$55-90 kg당	ECKA 과립, BASF 첨가제 제조, LPW 기술
CuNi10 합금	$65-105 kg당	린데, 아코닉 컴포넌트, 프렉스에어

인증된 금속 분말 제조업체에서 고순도 등급을 구매하면 신뢰할 수 있는 품질을 보장받을 수 있습니다. 해외 공급업체는 저렴한 옵션을 제공하지만 일관성이 부족할 수 있습니다.

인쇄 작업에 사용할 구리 분말 재료를 비교할 때는 다음 사항을 고려하세요:

다양한 구리 분말의 장단점

유형	장점	단점
순수 구리	최고의 열/전기 성능<br>최저 비용	마모되기 쉬운 부드러운 부품<br>박리 위험
구리 청동 합금	더 강력한 구성 요소<br>세밀한 디테일 해상도 향상	무거운 구성 요소<br>낮은 전도성
구리-니켈	균형 잡힌 강도와 전도성 <br>마찰/마모 제어	생체 적합성이 없음<br>기계 가공이 더 어렵습니다.

요약순수 구리는 낮은 비용으로 전도성과 연성을 강조해야 하는 전자제품에 적합한 반면, 합금은 높은 강도와 경도로 기계적 요구 사항을 더 잘 충족합니다.

인쇄 매개변수, 임계값 및 권장 사항

구리 파우더를 성공적으로 활용하려면 최적의 인쇄 설정을 지정하는 것이 중요합니다:

구리 분말에 대한 인쇄 프로필 설정

매개변수	일반적인 범위	권장 사항
레이어 두께	20-100 미크론	더 얇은 층으로 층간 결합력 향상
레이저 출력(SLM용)	100-500 W	증가된 전력에서 더 높은 밀도 및 습윤성
스캔 속도	100-500 mm/s	속도가 빨라지면 열 입력과 잔류 스트레스가 줄어듭니다.
빔 크기	20-100 미크론	레이어 두께에 가까운 레이저 직경
지원 구조	나무 모양	뒤틀림 방지 후 후처리를 통해 제거하기
차폐 가스	아르곤 또는 질소	빌드 중 산화 방지
빌드 플레이트 가열	50-250°C	냉각이 너무 빠를 경우 방열판 설치 완료
스트레스 해소	400°C에서 1~3시간 가열	잔류 응력 감소로 레이어 무결성 촉진
열간 등방성 프레스	500-950°C에서 1000-10000psi	보이드 붕괴를 통한 밀도 증가
표면 마감	텀블링, 가공, 연마, 연마 등	표면 거칠기 다듬기

용융 풀 크기와 온도를 모니터링하면 레이저 파라미터를 실시간으로 보정하는 데 도움이 됩니다. 과도한 가열 없이 우수한 융착을 달성하기 위해 에너지 입력을 인쇄 영역에 맞출 수 있습니다.

고품질 부품의 경우인쇄 중 전략적인 가열/냉각 사이클과 제작 후 열처리를 통해 잔류 응력을 완화하는 것과 함께 열 관리가 핵심입니다. 구리 인쇄 부품을 마감 처리할 때는 표준 금속 가공/가공 방법을 활용합니다.

금속 분말을 사용한 3D 프린팅의 산업 표준

금속 적층 제조를 위한 표준 기구

조직	관련 금속 적층 제조 표준
ASTM 국제	합금, 공정 요구 사항, 품질에 대한 F3049, F2971, F3184, F3301 등
국제 표준화 기구(ISO)	설계, 프로세스, 테스트를 다루는 ISO/ASTM 52915, 52921
SAE 국제	AMS7001A 항공우주 소재 및 공정 사양
미국 기계학회(ASME)	BPVC 섹션 IX 용접 코드
미국 국립표준기술연구소(NIST)	구리 분말 데이터 및 측정 과학 참조
국제전기기술위원회(IEC)	IEC 62890 금속 분말 베드 용융 공정 성능 벤치마킹

이를 통해 모범 사례를 공유하고 반복 가능한 성능 기준을 정량화하여 최종 사용을 위한 부품 자격을 부여합니다.

대상 항공우주 및 항공 부품를 준수하려면 추가 CAA 및 FAA 표준도 준수해야 합니다. 자동차 부품은 UL, A2LA, NADCAP 사양도 참조합니다.

의료 기기 애플리케이션는 생체 적합성과 환자 안전을 보장하기 위해 상용화에 앞서 FDA 및 CE 규정을 충족해야 합니다.

전반적으로 표준은 금속 적층 제조 산업 전반의 기술 개발을 동기화합니다.

자주 묻는 질문

Q: 애플리케이션에 적합한 구리 합금을 선택하는 방법은 무엇인가요?

A: 대부분의 제품은 강도, 경도, 마모 성능 또는 열/전기 전도성 중 한 가지를 강조합니다. 이에 따라 주석이나 니켈과 같은 합금 원소를 조정하면 맞춤형 속성을 최적화할 수 있습니다.

Q: 구리 분말을 인쇄할 때 불활성 가스 차폐가 필요합니까?

A: 예, 구리 분말을 고온으로 가열하면 표면 산화로 인해 합금 원소가 손실됩니다. 아르곤이나 질소로 차폐하면 과도한 재료 손실을 방지할 수 있습니다.

Q: 구리를 3D 프린팅할 때 레이어 사이에 균열이 생기는 이유는 무엇인가요?

A: 냉각 속도 차이와 합금 수축으로 인해 응력이 발생하여 층간 균열이 발생할 수 있습니다. 빌드 중 열 제어를 개선하고 후처리 과정에서 응력 완화 열처리를 하면 이러한 결함을 줄일 수 있습니다.

Q: 3D 프린팅한 구리 부품의 표면 마감과 질감이 좋지 않은 이유는 무엇인가요?

A: 낮은 레이저 출력으로 분말 입자가 충분히 녹지 않으면 다공성 고르지 않은 텍스처가 발생하여 광범위한 마감 가공이 필요합니다. 인쇄 보정, 적절한 레이어 오버랩 및 높은 에너지 밀도는 표면 품질을 향상시킵니다.

Q: 구리 파우더를 사용한 금속 직접 인쇄는 비용이 많이 듭니까?

A: 예, 두 프린터 시스템 모두 $100,000달러가 넘는 비용과 반복적인 금속 파우더 구매로 인해 소규모 생산에는 비용이 엄청나게 비쌉니다. 그러나 대량 생산 시에는 툴링이 필요하지 않기 때문에 부품당 비용이 크게 떨어집니다.

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