안녕하세요. 3D프린팅·CNC·다양한 소재 전문 플랫폼 기업 아이컨택입니다.
금속 3D프린터에 가루 대신 와이어를 넣으면 무엇을 쌓을까? Vader Systems의 Mk1은 알루미늄 합금 와이어를 녹여 만든 금속 방울을 한 층씩 쌓는다.
Rochester Institute of Technology(RIT)가 밝힌 원재료비 절감의 출발점은 더 굵은 와이어를 쓸 수 있게 한 장비 개조였다.
AI 개념 이미지: 알루미늄 합금 와이어가 녹아 금속 방울로 쌓이는 과정을 보여준다. 실제 Mk1 장비를 촬영한 사진은 아니다.
1. 액체금속 3D프린팅 Mk1은 무엇을 쌓나
잉크젯 프린터가 필요할 때 잉크 방울을 내보내듯, Mk1은 필요한 순간 녹은 금속 방울을 분사한다. 이를 ‘주문형 방울 분사’라고 부른다.
고체 와이어는 고온 세라믹 챔버 안에서 녹는다. 녹은 알루미늄 합금은 정밀한 세라믹 구멍을 지나 출력물 위에 쌓인다.
와이어를 녹일 때는 전류로 열을 내는 저항 가열을 쓴다. 방울을 밀어내는 데는 전자기력이 쓰이며, RIT는 이 조합으로 용융 금속 방울을 빠르게 분사한다고 설명한다.
2. 금속 분말 방식과 비용의 기준은 어떻게 다른가
RIT는 당시 일반적인 금속 3D프린팅 방식으로 금속 합금 분말을 레이저로 융합하는 공정을 소개했다. 자료에 따르면 금속 분말은 가격이 높은 편이고, 융합 공정에는 시간이 오래 걸린다.
분말을 레이저로 융합한다는 것은 얇게 펼친 금속 가루 가운데 부품의 단면에 해당하는 곳을 녹여 붙이는 일이다. 한 층을 만든 뒤 다시 가루를 펼치며 형상을 쌓는다.
RIT와 Vader Systems가 살펴본 과제는 분말 가격만이 아니었다. 금속 분말을 처리할 수 있는 적층제조 장비도 필요했다. 재료비와 그 재료를 다룰 장비의 조건은 별개로 살펴야 한다.
개조 후 사용할 수 있게 된 와이어의 가격은 이전에 쓰던 와이어의 약 4분의 1이었다. RIT가 발표한 원재료비 75% 절감은 이 와이어 가격 차이에서 나온 수치다. 분말 방식으로 만든 부품과 비교한 결과나 완성 부품의 총제조비 절감률을 뜻하지 않는다.
원재료비는 부품을 만드는 데 투입하는 금속의 구매 비용이다. 완성 부품의 제조비에는 장비를 가동하는 시간과 에너지, 작업과 후처리 비용도 들어간다. 와이어 구매 가격이 낮아졌다는 사실만으로 부품 한 개의 총제조비가 얼마나 달라졌는지는 계산할 수 없다. 두 수치를 비교하려면 같은 부품을 만드는 데 실제로 투입한 재료량과 나머지 비용도 알아야 한다.
3. 당시 출력하던 금속과 다음 개발 과제
RIT가 자료를 발표할 당시 Vader Systems는 알루미늄 합금 4043, 6061, 7075로 출력하고 있었다. RIT AMPrint Center에 첫 Mk1 장비를 설치한 때는 2017년 6월 초다.
연구진은 고강도 알루미늄 합금과 더 높은 온도가 필요한 항공우주 소재로 사용 금속을 넓히는 방안을 탐색할 계획이었다. 새 알루미늄 합금의 적합성 확인, 구리 같은 고온 금속 연구개발, 여러 노즐로 방울을 분사하는 프린터 개발도 과제에 올랐다.
RIT 자료에 인용된 Cormier는 가볍고 강한 일부 항공우주 금속 합금이 가공 중 굳을 때 균열이 생기기 쉬워 적층제조가 어렵거나 불가능하다고 설명했다. 금속 방울 분사로 그런 합금을 가공할 가능성을 전망한 것으로, 출력에 성공했다는 발표는 아니었다.
금속이 녹았다가 굳는 동안 부위마다 식고 수축하는 정도가 다르면 내부에 힘이 생긴다. 그 힘을 견디지 못한 곳에는 균열이 생길 수 있다. 어떤 합금에서 균열이 생기는지는 재료의 조성과 가공 조건에 따라 달라지므로, 방울을 분사할 수 있다는 것만으로 해당 합금의 출력 적합성이 확인되지는 않는다.
Cormier는 단일 노즐을 열 개로 늘리면 속도가 열 배가 되고 제작 시간은 10분의 1이 된다는 가정을 들어, 부품당 비용을 낮출 가능성을 설명했다. 자료가 소개한 당시 장비는 단일 노즐 공정이었다.
4. 아이컨택의 시선: 알루미늄 부품 견적에서 무엇을 구분할까
당시의 단일 노즐 Mk1으로 알루미늄 합금 부품을 제작하려는 현장이라면, 아이컨택은 다중 노즐을 전제로 한 제작 시간 전망을 견적에 적용하기 전에 실제 장비의 노즐 수를 확인할 필요가 있다고 본다.
같은 견적에서 와이어 단가와 완성 부품 한 개의 제조비도 다른 항목으로 놓고 봐야 한다.
출처
[1] Rochester Institute of Technology, RIT AMPrint Center, 액체금속 3D프린터 도입, 2017-07-10
안녕하세요. 3D프린팅·CNC·다양한 소재 전문 플랫폼 기업 아이컨택입니다.
금속 3D프린터에 가루 대신 와이어를 넣으면 무엇을 쌓을까? Vader Systems의 Mk1은 알루미늄 합금 와이어를 녹여 만든 금속 방울을 한 층씩 쌓는다.
Rochester Institute of Technology(RIT)가 밝힌 원재료비 절감의 출발점은 더 굵은 와이어를 쓸 수 있게 한 장비 개조였다.
AI 개념 이미지: 알루미늄 합금 와이어가 녹아 금속 방울로 쌓이는 과정을 보여준다. 실제 Mk1 장비를 촬영한 사진은 아니다.
1. 액체금속 3D프린팅 Mk1은 무엇을 쌓나
잉크젯 프린터가 필요할 때 잉크 방울을 내보내듯, Mk1은 필요한 순간 녹은 금속 방울을 분사한다. 이를 ‘주문형 방울 분사’라고 부른다.
고체 와이어는 고온 세라믹 챔버 안에서 녹는다. 녹은 알루미늄 합금은 정밀한 세라믹 구멍을 지나 출력물 위에 쌓인다.
와이어를 녹일 때는 전류로 열을 내는 저항 가열을 쓴다. 방울을 밀어내는 데는 전자기력이 쓰이며, RIT는 이 조합으로 용융 금속 방울을 빠르게 분사한다고 설명한다.
2. 금속 분말 방식과 비용의 기준은 어떻게 다른가
RIT는 당시 일반적인 금속 3D프린팅 방식으로 금속 합금 분말을 레이저로 융합하는 공정을 소개했다. 자료에 따르면 금속 분말은 가격이 높은 편이고, 융합 공정에는 시간이 오래 걸린다.
분말을 레이저로 융합한다는 것은 얇게 펼친 금속 가루 가운데 부품의 단면에 해당하는 곳을 녹여 붙이는 일이다. 한 층을 만든 뒤 다시 가루를 펼치며 형상을 쌓는다.
RIT와 Vader Systems가 살펴본 과제는 분말 가격만이 아니었다. 금속 분말을 처리할 수 있는 적층제조 장비도 필요했다. 재료비와 그 재료를 다룰 장비의 조건은 별개로 살펴야 한다.
개조 후 사용할 수 있게 된 와이어의 가격은 이전에 쓰던 와이어의 약 4분의 1이었다. RIT가 발표한 원재료비 75% 절감은 이 와이어 가격 차이에서 나온 수치다. 분말 방식으로 만든 부품과 비교한 결과나 완성 부품의 총제조비 절감률을 뜻하지 않는다.
원재료비는 부품을 만드는 데 투입하는 금속의 구매 비용이다. 완성 부품의 제조비에는 장비를 가동하는 시간과 에너지, 작업과 후처리 비용도 들어간다. 와이어 구매 가격이 낮아졌다는 사실만으로 부품 한 개의 총제조비가 얼마나 달라졌는지는 계산할 수 없다. 두 수치를 비교하려면 같은 부품을 만드는 데 실제로 투입한 재료량과 나머지 비용도 알아야 한다.
3. 당시 출력하던 금속과 다음 개발 과제
RIT가 자료를 발표할 당시 Vader Systems는 알루미늄 합금 4043, 6061, 7075로 출력하고 있었다. RIT AMPrint Center에 첫 Mk1 장비를 설치한 때는 2017년 6월 초다.
연구진은 고강도 알루미늄 합금과 더 높은 온도가 필요한 항공우주 소재로 사용 금속을 넓히는 방안을 탐색할 계획이었다. 새 알루미늄 합금의 적합성 확인, 구리 같은 고온 금속 연구개발, 여러 노즐로 방울을 분사하는 프린터 개발도 과제에 올랐다.
RIT 자료에 인용된 Cormier는 가볍고 강한 일부 항공우주 금속 합금이 가공 중 굳을 때 균열이 생기기 쉬워 적층제조가 어렵거나 불가능하다고 설명했다. 금속 방울 분사로 그런 합금을 가공할 가능성을 전망한 것으로, 출력에 성공했다는 발표는 아니었다.
금속이 녹았다가 굳는 동안 부위마다 식고 수축하는 정도가 다르면 내부에 힘이 생긴다. 그 힘을 견디지 못한 곳에는 균열이 생길 수 있다. 어떤 합금에서 균열이 생기는지는 재료의 조성과 가공 조건에 따라 달라지므로, 방울을 분사할 수 있다는 것만으로 해당 합금의 출력 적합성이 확인되지는 않는다.
Cormier는 단일 노즐을 열 개로 늘리면 속도가 열 배가 되고 제작 시간은 10분의 1이 된다는 가정을 들어, 부품당 비용을 낮출 가능성을 설명했다. 자료가 소개한 당시 장비는 단일 노즐 공정이었다.
4. 아이컨택의 시선: 알루미늄 부품 견적에서 무엇을 구분할까
당시의 단일 노즐 Mk1으로 알루미늄 합금 부품을 제작하려는 현장이라면, 아이컨택은 다중 노즐을 전제로 한 제작 시간 전망을 견적에 적용하기 전에 실제 장비의 노즐 수를 확인할 필요가 있다고 본다.
같은 견적에서 와이어 단가와 완성 부품 한 개의 제조비도 다른 항목으로 놓고 봐야 한다.
출처
[1] Rochester Institute of Technology, RIT AMPrint Center, 액체금속 3D프린터 도입, 2017-07-10