적층 제조(AM) 기술
적층 제조(AM)는 재료를 층층이 쌓아 형상을 형성하는 제조 기술입니다. 기존의 절삭 가공이나 금형에 재료를 주입하는 방식과 달리, AM은 필요한 위치에 필요한 만큼의 재료를 층층이 적층하여 형상을 형성할 수 있습니다. 이러한 방식을 활용함으로써 제품 설계의 자유도가 확대되고, 제조 분야에서 새로운 가능성이 열립니다.
- 복잡한 형상을 하나의 일체형으로 제작할 수 있어 조립 시간을 크게 줄일 수 있습니다.
- 후가공 여유를 최소화하여 최종 제품에 가까운 형상으로 제작 가능
- 금형 없이도 시제품 제작 및 설계 변경에 유연하게 대응 가능
- 필요한 만큼의 재료만 층층이 적층함으로써 재료 사용 효율 극대화
- 경량화와 기능 통합 등 기존 방식으로는 구현이 어려운 수준의 설계 유연성 제공
보정 기술에 대한 수요 증가
최근 몇 년간 전 세계적으로 적층 제조에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 이러한 추세는 여러 요인에 의해 뒷받침되며, 제조 방식의 성격을 크게 변화시키고 있습니다. 핵심 요인 중 하나는 개발 프로세스를 획기적으로 단축할 수 있다는 점입니다. 설계 데이터를 그대로 실물에 반영할 수 있어, 시제품 제작과 수정 사이클을 크게 단축할 수 있습니다. 또한 필요한 만큼, 필요한 위치에서만 생산할 수 있어 재고 관리 부담을 줄이고, 현지 생산을 가능하게 하며, 기존 공급망을 재검토할 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 재료 낭비를 최소화하고 에너지 사용을 효율화할 수 있다는 점에서 환경적인 이점도 간과할 수 없습니다. 이와 같은 다양한 가치를 결합함으로써, 적층 제조는 차세대 제조 산업을 뒷받침하는 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.
- ● |리드타임 단축
- ● |재고 관리 부담 감소
- ● |폐기물 감소
레이저 금속 적층
레이저 금속 적층(LMD, Laser Metal Deposition) 기술은 레이저를 사용하여 금속 분말을 순간적으로 용융 및 응고시키는 제조 방식입니다. 고정밀·고밀도의 성형이 가능하여 복잡한 형상, 박육(얇은 벽), 미세 구조 가공에 적합합니다. 또한, 모재 표면에 서브밀리미터 두께의 내식성, 내마모성, 내열성 층을 형성할 수 있으며, 도금이나 열분사 방식에 비해 접합 강도가 우수합니다. 필요한 부분만 선택적으로 적층할 수 있는 고도화된 기술로, 보수 및 개조 작업에 효과적으로 활용됩니다.
와이어 아크 AM
와이어 아크 적층 제조(Wire-arc AM) 기술은 아크 방전을 이용하여 금속 와이어를 용융·적층하는 제조 방식입니다. 분말 대비 취급이 용이하고, 저비용으로 안정적인 공급이 가능합니다. 높은 제작 속도로 인해 대형 부품 생산 및 육성 보수 작업에 이상적입니다. 하이브리드 멀티태스킹 장비는 적층 공정 중 가공을 가능하게 하여, 빌드 진행 과정에서 각 층의 형상을 정밀하게 다듬을 수 있습니다. 이 공정은 적층된 표면의 불순물과 불규칙성을 제거하여 제조 정밀도를 크게 향상시킵니다. 궁극적으로, 이는 형상의 충실한 재현과 우수한 내부 품질로 이어집니다. 레이저 금속 증착(LMD) 대비 생산성과 비용 효율성이 뛰어나, 항공 및 산업 기계 분야의 대형 부품 제조에 널리 활용되고 있습니다.
적층 제조 기술의 다양한 응용 분야
AM은 신규 부품 제작뿐만 아니라 기존 부품의 수리 및 표면 기능 추가에도 활용할 수 있는 유연한 기술입니다. 제조, 수리, 코팅 등 다양한 분야에 활용할 수 있어 제조 현장에서 생산성과 부가가치를 크게 향상시킬 수 있습니다.
3D 금속 제조
직접 적층 제조는 중공 구조나 위상 최적화와 같이 기존의 절삭 가공이나 주조 방식으로 구현하기 어려운 최적화된 구조를 구현할 수 있습니다. 이를 통해 경량화와 기능 통합을 기반으로 한 새로운 설계 개념을 실현할 수 있습니다.
마모되거나 손상된 부품의 수리
마모되거나 손상된 부위에 필요한 만큼의 재료만 적층하여, 원래의 형상을 복원할 수 있습니다. 부품을 재사용할 수 있어 비용을 절감하고 자원을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
경도 및 내마모성을 향상시키는 코팅
모재 표면에 고경도 합금 또는 내마모 소재를 적층하여 부품의 수명을 크게 연장할 수 있습니다. 이는 공구나 금형과 같이 열악한 환경에서 사용되는 부품에 효과적입니다. 레이저 빔 직경을 제어함으로써 코팅 두께와 가공 속도를 조절할 수 있습니다.
이종 금속의 적층 증착
서로 다른 금속 재료를 적층함으로써 내마모성 및 내식성과 같은 다양한 특성을 부여할 수 있으며, 설계 자유도를 획기적으로 향상시키고 기존 방식으로는 구현이 어려웠던 복합 재료 부품의 제작을 가능하게 합니다.
적층 제조 기술을 활용한 공정 통합 사례
도금의 대안으로서의 AM 코팅
전통적으로는 표면 경화와 내마모성 향상을 위해 도금을 적용한 후, 연삭 가공을 통해 마감 처리를 수행해 왔습니다. 적층 제조(AM)를 활용하면 내마모성 재료를 표면에 직접 적층할 수 있어, 도금을 대체할 수 있습니다. 연삭 기반의 미러 마감과 결합함으로써, 고내구성과 고정밀 표면 처리를 효율적으로 구현할 수 있습니다.
공정 리드타임과 CO2 배출을 크게 줄일 수 있습니다.
기존 공정은 12일이 소요되었으나, AM 장비 도입을 통해 1일로 단축되었습니다.
리드 타임
91 % 감소
기존 공정에서 발생하던 CO2 배출량은 약 50kg이었으나, AM 장비 도입을 통해 약 30kg으로 감소되었습니다.
CO2배출량
40 % 감소
와이어 아크 적층 제조(Wire Arc AM)를 활용한 부품 수리
수작업 보수(육성 용접, 마감 가공)에서 발생하는 장시간 작업, 품질 편차, 공정 간 잦은 셋업 변경과 같은 문제를 해결합니다. 인력 부족과 기술 전승 문제에 대한 해결책으로, 보수 공정의 자동화를 실현합니다.
| 공작물 | 파쇄기의 분쇄 블레이드 |
|---|---|
| 산업 | 일반 기계 |
| 소재 | 내마모강 |
| 공작물 크기(Workpiece size) | Φ500 mm × 80 mm |
경도 (HRC60 상당)
B: 시험편 단면으로부터의 거리(mm)
- 기계 가공
- 공작물 측정
- 시뮬레이션
AM 장비 도입 흐름도
Mazak은 기술 선정부터 납품 후까지 전 과정에 걸쳐 지원을 제공합니다.
- ● |공작물의 형상과 적용 용도를 확인하여 AM 적용 가능성을 평가합니다.
- ● |최적의 AM 프로세스를 선택하세요
- ● |모델링 크기, 정밀도, 주변 장비를 포함한 최적 사양을 제안합니다.
- ● |비용, 리드타임, 품질 향상 효과를 산출하여 제시합니다.
- ● 실제 가공품 및 시험편을 사용하여 성형 성능을 검증합니다.
- ・|조건 설정: 성형 파라미터 최적화
- • 시험편 제작 및 강도 시험: 기계적 특성 평가
- ・|모의 가공: 예상 실제 운영을 기반으로 한 확인
- ● |견적
- ・|장비, 주변 설비 및 초기 가동 지원을 포함한 견적을 제공합니다.
- ● |장비 배송, 설치 및 모델링 확인은 현장 감독 하에 수행됩니다.
- ● |현지 생산 환경을 구축하고 장비를 설치합니다.
- ● |운영 및 유지보수 기술 습득을 위한 교육
- ● |운영 데이터 분석 및 조건 최적화에 대한 지속적인 지원
- ● |운영 지원 및 문제 해결을 위한 온라인 지원
- ● |문제 발생 시 기술자의 현장 방문
