SLS 금속 분말: 특성, 응용 분야 및 공급업체
목차
선택적 레이저 소결(SLS)은 레이저를 사용하여 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 유리 분말의 작은 입자를 3D 물체로 융합하는 적층 제조 기술입니다. SLS 금속 분말 이 공정을 통해 복잡한 형상의 고품질 금속 부품을 제작하려면 올바른 특성을 가진 소재를 사용하는 것이 중요합니다.
SLS 금속 분말 개요
SLS 금속 분말은 금속 부품 및 프로토타입을 생산하기 위해 선택적 레이저 소결 3D 프린터에 사용하기에 최적화된 금속 분말을 말합니다. 가장 일반적으로 사용되는 SLS 금속 파우더는 다음과 같습니다:
SLS 금속 분말 유형
| 유형 | 구성 | 주요 특징 |
|---|---|---|
| 스테인리스 스틸 | Fe, Cr, Ni 합금 | 내식성, 고강도 |
| 공구강 | Fe, Cr, Mo 합금 | 높은 경도, 열처리 가능 |
| 합금강 | Fe, Cr, Ni 합금 | 열처리, 기계 가공 가능 |
| 코발트크롬 | Co, Cr 합금 | 생체 적합성, 내마모성/내식성 |
| 티타늄 및 합금 | Ti, Al, V 합금 | 가볍고, 생체 적합하며, 튼튼한 |
| 인코넬 | Ni, Cr 합금 | 내열/내식성 |
| 알루미늄 합금 | 알루미늄, 구리, 마그네슘 합금 | 가볍고 튼튼한 |
이러한 금속 분말은 정확성, 정밀성 및 원하는 기계적 특성을 갖춘 고밀도 SLS 부품을 생산하기 위해 유동성, 입자 모양 및 크기 분포와 같은 특성을 갖춰야 합니다.
SLS 금속 분말의 주요 특성
| 매개변수 | 설명 | 요구 사항 |
|---|---|---|
| 크기 범위 | 파우더 입자 치수 | 10-45미크론 공통 |
| 크기 분포 | 다양한 파우더 크기 | 대부분 구형이며 일부 위성이 허용됩니다. |
| 형태학 | 파우더 입자 모양 | 구형이 최적이며, 위성은 결함을 유발할 수 있습니다. |
| 유량 | 분말 유동성 | 홀 유량계에서 35-40 초/50g |
| 겉보기 밀도 | 분말 포장 밀도 | 실제 밀도 약 60% |
| 실제 밀도 | 머티리얼 밀도 | 구성에 따라 다름 |
| 표면적 | 단위 질량당 입자 표면적 | 산화를 줄이려면 낮을수록 좋습니다. |
| 잔류 가스 및 습기 | 분말과 함께 존재하는 불순물 | 고품질 부품을 위해 최소화 |
SLS 금속 분말 특성
| 특성 | SLS 프로세스에서의 역할 |
|---|---|
| 파티클 모양 및 표면 텍스처 | 각각의 새로운 층으로의 파우더 흐름, 레이저 흡수, 반사율에 영향을 미칩니다. |
| 입자 크기 분포 | 포장 밀도, 용융물 풀 역학, 확산성에 영향을 미칩니다. |
| 흐름 특성 | 균일한 퍼짐성, 레이어 일관성 유지 |
| 겉보기 밀도 | 파티클 사이의 간격, 필요한 에너지 입력 제어 |
| 실제 밀도 | 달성 가능한 최종 최대 부품 밀도 결정 |
| 합금 추가 | 강도, 경도 등과 같은 특정 재료 속성을 활성화합니다. |
응용 SLS 금속 분말
SLS 금속 파우더는 시제품 제작, 툴링 및 단기 생산과 같은 산업 전반의 요구 사항을 충족하는 고밀도 기능성 금속 부품을 인쇄할 수 있습니다:
SLS 인쇄 금속 부품의 산업 응용 분야
| 산업 | 애플리케이션 | 일반적인 재료 사용 |
|---|---|---|
| 항공우주 | 터빈 블레이드, 엔진/구조 부품 | 스테인리스강, 초합금, 티타늄 합금 |
| 자동차 | 프로토타입 부품, 맞춤형 툴링 | 스테인리스강, 공구강, 알루미늄 합금 |
| 의료용 임플란트 | 환자 맞춤형 임플란트, 가이드 | 코발트 크롬, 티타늄 합금, 스테인리스 스틸 |
| 산업 | 정밀 툴링, 로봇 그리퍼 | 스테인리스강, 공구강 |
| 보석 | 반지, 체인, 커스텀 피스 | 금 합금, 은과 같은 귀금속 |
기존 제조 경로와 비교하여 몇 가지 고유한 이점이 있습니다:
금속 부품 생산을 위한 SLS의 장점
| 혜택 | 설명 |
|---|---|
| 지오메트리의 자유 | 감산/주조 방식과 달리 파트 형상 제한 없음 |
| 빠른 처리 | CAD 데이터에서 신속한 인쇄 |
| 경량화 | 격자 구조로 무게 30% 이상 감소 |
| 부품 통합 | 통합 인쇄된 어셈블리가 조인트를 대체합니다. |
| 대량 사용자 지정 | 환자 맞춤형 의료기기 |
| 하이브리드 구조 | 금속 및 폴리머 다중 소재 부품 제작 가능 |
산업 전반에 걸친 일반적인 SLS 인쇄 금속 부품 애플리케이션:
SLS 인쇄 금속 부품의 일반적인 응용 분야
| 애플리케이션 | 예제 | 사용된 재료 |
|---|---|---|
| 기능적 프로토타입 | 엔진 부품, 임플란트 | 합금강, 티타늄 합금 |
| 도구 | 드릴 가이드, 픽스처, 지그 | 스테인리스 스틸 |
| 금형 툴링 | 사출 성형 툴링 | H13과 같은 공구강 |
| 시리즈 프로덕션 | 항공우주/의료 부품 | Ti 및 Ni 합금, CoCr |
| 경량 구조 | 격자 패널, 버팀대 | 알루미늄 합금, 티타늄 합금 |
SLS 금속 분말 사양
EOS, 3D Systems, Renishaw와 같은 SLS 시스템 제조업체는 프린터 모델에 맞는 적격 SLS 금속 파우더 사양을 제공합니다. 몇 가지 일반적인 금속 파우더와 크기는 다음과 같습니다:
SLS 금속 분말 유형 및 크기 범위
| 재질 | 사용 가능한 파우더 유형 | 입자 크기 범위 |
|---|---|---|
| 스테인리스 스틸 | 316L, 17-4PH, 303, 410 | 15-45 미크론 |
| 마레이징 스틸 | MS1, 18Ni300, 18Ni350 | 15-45 미크론 |
| 코발트 크롬 | CoCr, CoCrMo | 15-45 미크론 |
| 알루미늄 합금 | AlSi10Mg, AlSi12 | 15-45 미크론 |
| 티타늄 합금 | Ti6Al4V 5등급 | 15-45 미크론 |
| 니켈 합금 | 인코넬 718, 인코넬 625 | 15-45 미크론 |
표준 기관은 AM 공정에 사용되는 다양한 금속 분말 등급에 대한 분류를 정의했습니다:
ISO/ASTM 표준에 따른 금속 분말 등급
| 표준 | 성적 | 설명 |
|---|---|---|
| ISO 17296-2 | PA1 ~ PA6 | P1에서 P6까지 불순물에 대한 점점 더 엄격한 요건을 정의합니다. |
| ISO 17296-3 | PM1 ~ PM4 | 입자 모양, PM1에서 PM4까지의 크기 매개변수를 정의합니다. |
| ASTM F3049 | 클래스 1 ~ 클래스 4 | 1에서 4까지 컴포지션 범위의 허용 한도를 정의합니다. |
| ASTM F3056 | 유형 1 ~ 유형 3 | 통계적 크기 분포 매개변수를 1에서 3까지 정의합니다. |
이러한 등급 체계는 벤치마크 품질 수준을 설정하고 구매자의 조달을 지원하는 데 도움이 됩니다. 고순도 PA5 등급 파우더는 오염을 최소화합니다. 마찬가지로 클래스 4의 엄격한 화학적 제어는 변동성을 줄여줍니다.
SLS 금속 분말 공급업체
전 세계적으로 다양한 공급업체에서 즉시 사용 가능한 SLS 파우더를 공급하고 있습니다. 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:
주요 SLS 금속 분말 공급업체
| 공급업체 | 제공되는 자료 | 서비스 지역 |
|---|---|---|
| 샌드빅 | 스테인리스강, Ni 합금, CoCr, 공구강, 알루미늄 합금 | 유럽, 아시아 |
| 프렉스에어 | 티타늄 합금, 니켈 합금, 스테인리스, 공구강 | 북미 |
| LPW 기술 | 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, CoCr | 영국, 유럽 |
| 목수 첨가제 | 스테인리스강, CoCr, Cu, 알루미늄 합금 | 글로벌 |
| 호가나스 | 스테인리스강, 공구강 | 유럽, 아시아 |
일반적인 최소 공급량은 재료 등급당 약 10kg이지만, OEM 구매자를 위한 대량 계약도 가능합니다. 포장 옵션은 진공 밀봉 캔부터 700g~1kg의 분말을 각각 담을 수 있는 특수 SLS 기계 카트리지까지 다양합니다.
SLS 금속 분말 포장 유형
| 유형 | 볼륨 범위 | 특성 |
|---|---|---|
| 진공 캔 | 500g ~ 20kg 배치 | 최대 1년의 유통기한 |
| 프린터 카트리지 | 700~1000g 배치 | 취급 노출 최소화 |
| 머티리얼 타워 | 700~1200g 카트리지 | 프린터로 자동 공급 |
소량으로 제공되는 일반적인 자료의 가격 범위는 다음과 같습니다:
SLS 인쇄용 금속 파우더 비용 범위
| 재질 | 소량 가격대* |
|---|---|
| 스테인리스 스틸 316L | kg당 $60-$100 |
| 알루미늄 AlSi10Mg | kg당 $80-$130 |
| 마레이징 스틸 | kg당 $90-$140 |
| 티타늄 Ti6Al4V | kg당 $200-$350 |
| 코발트 크롬 | kg당 $300-$500 |
| 귀금속 | kg당 $3000+ |
SLS 금속 분말 재료 비교
SLS 인쇄에는 다양한 금속 합금이 사용되며, 각각 고유한 특성과 장단점이 있습니다:
SLS 금속 분말 재료 비교
| 매개변수 | 스테인리스 스틸 | 공구강 | 티타늄 합금 | 니켈 합금 | 코발트 크롬 | 알루미늄 합금 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 밀도 | Medium | 더 높음 | Lower | 높음 | 높음 | 최저 |
| 힘 | Medium | 최고 | 중간-높음 | 중간-높음 | Medium | Medium |
| 경도 | Lower | 매우 높음 | Medium | Medium | 더 높음 | 낮음-중간 |
| 내식성 | 우수 | Medium | 우수 | 우수 | 우수 | 중간-좋음 |
| 생체 적합성 | 양호 | 제한적 | 우수 | 제한적 | 우수 | 양호 |
| 내열성 | Medium | 중간-높음 | Medium | 매우 높음 | 매우 높음 | Lower |
| 비용 | 최저 | Medium | 높음 | 매우 높음 | 높음 | 낮음 |
비용을 고려할 때 스테인리스강이 최고의 조합 특성을 제공하는 반면, 공구강은 극한의 경도를 제공합니다. 티타늄은 낮은 밀도로 생체 적합성과 강도를 제공합니다. 인코넬 및 CoCr과 같은 초합금은 열 안정성과 생체 적합성을 제공합니다. 알루미늄 합금은 가장 비용 효율적인 경량 옵션입니다.
일반적인 SLS 금속 분말의 장단점
| 재질 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 스테인리스 스틸 | 비용 효율적이고 쉽게 가공 가능 | 낮은 경도 및 강도 |
| 공구강 | 매우 단단하고 열처리 가능 | 낮은 내식성, 생체 적합성 |
| 티타늄 합금 | 튼튼하고 가벼우며 생체 친화적 | 비싸고, 산소 분위기에서 연소할 수 있습니다. |
| 니켈 합금 | 뛰어난 내열성/내식성 | 무겁고, 독성이 있으며, 매우 비싸다 |
| 코발트 크롬 | 생체 적합성, 내식성 | 무겁고 중간 비용 |
| 알루미늄 합금 | 가볍고 우수한 강도 | 낮은 융점, 경도 |
SLS 금속 분말을 선택하는 고객 기준
| 선택 기준 | 주요 질문 |
|---|---|
| 기계적 특성 | 목표 애플리케이션의 강도, 내마모성 및 기타 기계적 사양을 충족합니까? |
| 재료비 | 원하는 금속 분말 유형이 애플리케이션 예산에 적합합니까? |
| 후처리 | 열간 등방성 프레스 또는 열처리와 같은 2차 작업이 필요합니까? |
| 생산 실행 규모 | 프로덕션 SLS 인쇄에 비해 목표 볼륨이 너무 높습니까? |
| 부품 크기 치수 | 최대 프린터 빌드 볼륨은 대형 파트 형상에 충분합니까? |
| 해상도, 표면 마감 | SLS 프로세스가 미세한 피처 디테일과 표면 품질 요구 사항을 충족할 수 있나요? |
| 배송 리드 타임 | 생산 일정을 고려할 때 공급업체 리드 타임이 허용 가능한가요? |
최종 부품 애플리케이션은 성능 요구 사항과 경제성 사이에서 최적의 소재 선택을 안내합니다.
SLS 금속 인쇄 프로세스 개요
SLS 3D 프린팅을 이해하면 파우더 특성이 부품 품질에 미치는 영향을 파악하는 데 도움이 됩니다:
SLS 3D 프린팅 프로세스 단계
| 스테이지 | 설명 |
|---|---|
| 3D 모델링 | CAD 소프트웨어가 인쇄할 부품의 솔리드/메쉬 모델을 생성합니다. |
| 슬라이싱 | 모델을 디지털 방식으로 레이어로 분할하여 프린터 파일 생성 |
| 분말 확산 | 롤러 또는 블레이드가 빌드 플랫폼에 얇은 파우더 층을 펼칩니다. |
| 레이저 스캐닝 | CO2 레이저로 파우더 베드를 스캔하여 입자를 함께 녹입니다. |
| 플랫폼 낮추기 | 빌드 플랫폼 두께를 1레이어(~50미크론) 낮추기 |
| 펼치기/녹이기 반복 | 전체 개체가 레이어별로 구축될 때까지 단계가 반복됩니다. |
| 후처리 | 과도한 파우더 제거, 마무리 부품에 대한 최종 처리 수행 |
파우더 특성이 인쇄 결과에 미치는 영향
| 파우더 속성 | 인쇄 품질에 미치는 영향 |
|---|---|
| 파우더 지오메트리 | 흐름이 좋은 구형 입자로 결함 없이 균일한 층을 구현합니다. |
| 입자 크기 범위 | 분말이 너무 미세하면 흐름이 나쁘고, 너무 크면 해상도가 떨어집니다. |
| 크기 분포 | 분포가 너무 넓으면 용해가 분리되거나 가변 용해가 발생할 수 있습니다. |
| 겉보기 밀도 | 밀도가 높을수록 소결 후 최종 부품 밀도가 높아집니다. |
| 실제 밀도 | 달성 가능한 부품 밀도에 상한을 설정합니다. |
| 표면 텍스처 | 입자가 거칠면 가스를 가두거나 분말 흐름을 방해할 수 있습니다. |
여러 가지 파우더의 물리적 특성이 인쇄 결과에 직접적인 영향을 미치므로 공급업체의 철저한 관리가 매우 중요합니다.
SLS 인쇄 금속 부품 후처리
SLS 프린팅 프로세스 후에는 추가 마감 단계를 통해 최종 부품 특성을 개선할 수 있습니다:
일반적인 SLS 파트 후처리 단계
| 프로세스 | 설명 | 혜택 |
|---|---|---|
| 분말 제거 | 여분의 파우더 브러시/블래스트 털어내기 | 인쇄된 개체 표시 |
| 스트레스 해소 | 잔류 응력 제거를 위한 가열 | 치수 정확도 향상 |
| 표면 마감 | 샌딩, 연마, 비드 블라스팅 | 표면을 매끄럽게 하고 코팅 접착력 향상 |
| 침투 | 잔여 다공성을 채우는 액체 | 밀도 증가, 강도 향상 |
| 열처리 | 경화 및 템퍼링 열 사이클 | 강철의 경도 향상 |
파트 속성에 대한 포스트 프로세싱 효과
| 속성 | 포스트 프로세싱 영향력 |
|---|---|
| 밀도 | 에폭시 또는 브론즈 침투로 모공을 채워 밀도 증가 5-15% |
| 표면 거칠기 | 수동/자동 연마로 2미크론 미만의 거칠기를 달성할 수 있습니다. |
| 치수 정확도 | 스트레스를 완화하는 열 주기로 뒤틀림을 줄여 정밀도 향상 |
| 인장 강도 | 침투는 UTS를 개선하고 열처리는 강도를 두 배로 높일 수 있습니다. |
| 연성 | 후처리로 인한 강도 향상과의 트레이드 오프 |
| 경도 | 17-4PH와 같은 강수량 경화성 합금은 노화 처리에 잘 반응합니다. |
따라서 후처리를 통해 애플리케이션의 필요에 따라 금속 특성을 더욱 맞춤화할 수 있습니다.
SLS 금속 인쇄 품질 관리
일관된 고품질 분말 공급 원료와 SLS 공정 모니터링이 결합되어 신뢰할 수 있는 부품을 보장합니다:
품질 관리 SLS 금속 분말
| 매개변수 | 일반 사양 | 테스트 방법 |
|---|---|---|
| 입자 크기 분포 | 홀 유량 > 35초/50g | 체질, 레이저 회절 |
| 겉보기 밀도 | 65-80%의 실제 밀도 | 중량 측정 |
| 분말 구성 | ISO 27296에 따른 합금 범위 | 엑스레이 형광 |
| 표면 형태 | 중앙값 순환성 > 0.75 | 현미경 사진, 이미지 분석 |
| 오염 | < 산소 50ppm 미만, 질소 150ppm 미만 | 불활성 기체 융합 분석 |
SLS 인쇄를 위한 프로세스 중 모니터링
| 메트릭 | 사용된 센서 | 목적 |
|---|---|---|
| 레이저 파워 | 내장형 광 다이오드 | 퓨전 일관성 유지 |
| 파우더 베드 온도 | IR 센서 | 부품 무결성 보장, 뒤틀림 없음 |
| 분위기 | 산소 분석기 | 빌드 챔버에서 파우더 발화 방지 |
| 레이어 두께 | Z축 인코더 | 정밀하게 재현 가능한 레이어 |
투입되는 분말과 공정 설정을 엄격하게 제어함으로써 각 생산 공정에서 고품질의 금속 부품을 생산할 수 있습니다.
대안과 비교한 SLS 금속 인쇄
SLS를 대체할 수 있는 다른 금속 3D 프린팅은 다음과 같습니다:
금속 3D 프린팅 방법 비교
| 메트릭 | 바인더 분사 | DMLS | SLM | EBM |
|---|---|---|---|---|
| 원재료 | 금속/폴리머 혼합 분말 | 금속 분말 | 금속 분말 | 금속 와이어/파우더 |
| 에너지원 | 액체 바인더 | 파이버 레이저 | 강력한 Yb 파이버 레이저 | 전자빔 |
| 빌드 속도 | 레이저 방식보다 빠른 중간 정도 | 포인트 단위 스캔으로 인한 속도 저하 | 매우 빠르게 완전히 녹습니다. | 가장 빠른 방법 |
| 해상도, 표면 마감 | 바인더로 인한 품질 저하, 후처리가 도움이 됩니다. | 미세한 레이저 스팟으로 매우 우수 | 완전 용해로 인한 우수성 | 부분적으로 녹아 보통 |
| 치수 정확도 | +/- 0.3%(CTQ 프로세스 사용) | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.2-0.3% |
| 후처리 | 경화, 소결 모두 필요 | 제거만 지원 | 일부 가공이 필요할 수 있습니다. | 대부분의 보조 작업 필요 |
| 부품당 비용 | 재료비 절감으로 가격 절감 | 훨씬 높은 운영 비용 | 높은 장비, 재료비 | 높은 장비 비용 |
모든 방법 중에서 바인더 젯팅은 최대 10,000개 이하의 소량 금속 부품 생산에 가장 비용 효율적인 방법으로 부상했습니다. SLS는 가장 손쉬운 후처리와 우수한 정확도 및 표면 마감 처리를 제공합니다.
자주 묻는 질문
어떤 산업에서 SLS 금속 인쇄를 사용합니까?
SLS 금속 인쇄는 항공 우주, 자동차, 의료 및 정밀 금속 부품이 필요한 기타 여러 산업에서 사용됩니다.
SLS 금속 인쇄의 정확도와 해상도는 어느 정도인가요?
정확도와 해상도는 기계, 재료, 공정 매개변수 등 여러 요인에 따라 달라지지만 SLS 금속 인쇄는 높은 수준의 정밀도를 달성할 수 있습니다.
SLS 금속 프린트 부품에 후처리가 필요합니까?
예. 지원 구조물을 제거하고 표면 마감을 개선하며 애플리케이션의 특정 요구 사항을 충족하기 위해 후처리가 필요할 수 있습니다.
SLS 금속 인쇄의 한계는 무엇인가요?
장비 비용, 빌드 챔버의 제한된 크기, 레이저 및 금속 분말 사용으로 인한 적절한 안전 조치의 필요성 등 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
SLS 금속 프린팅을 대량 생산에 사용할 수 있나요?
예, SLS 금속 프린팅은 프로토타입 제작과 금속 부품의 소량 및 중량 생산에 모두 사용할 수 있습니다.
SLS 금속 인쇄는 환경 친화적입니까?
기존 제조 방식에 비해 재료 폐기물을 줄일 수 있지만, 금속 분말의 폐기 및 에너지 소비는 환경에 미치는 영향과 관련하여 고려해야 할 요소입니다.
SLS 금속 프린팅 작업 시 안전에 유의해야 할 사항이 있나요?
예, 금속 분말을 취급할 때는 안전 조치를 취해야 하며, 작업자는 레이저 기반 시스템을 안전하게 사용할 수 있도록 교육을 받아야 합니다.
SLS 메탈 프린팅 서비스 비용은 얼마인가요?
비용은 재료 선택, 부품 복잡성, 수량 등의 요인에 따라 달라집니다. 특정 프로젝트에 대해서는 서비스 제공업체에 견적을 요청하는 것이 가장 좋습니다.
공유
중국 칭다오에 본사를 둔 선도적인 적층 제조 솔루션 제공업체인 MET3DP Technology Co. 당사는 산업용 3D 프린팅 장비와 고성능 금속 분말을 전문으로 합니다.
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3D 프린팅 및 적층 제조용 금속 분말
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