레이어별로

제트 엔진의 부품은 엄청난 힘과 온도를 견뎌야 하며 연료 절약을 위해 최대한 가벼워야 합니다. 이는 이를 만드는 것이 복잡하고 비용이 많이 든다는 것을 의미합니다. General Electric의 기술자들은 연료 분사기에서 연료와 공기를 효율적으로 혼합하는 모양을 얻기 위해 최대 20개의 금속 조각을 함께 용접합니다. 그러나 내년에 출시될 새로운 엔진을 위해 GE는 연료 분사 장치를 만드는 더 좋은 방법이 있다고 생각합니다. 바로 인쇄하는 것입니다.

이를 위해 레이저는 코발트-크롬 분말 베드에서 인젝터 단면 모양을 추적하여 분말을 고체 형태로 융합하여 인젝터를 한 번에 하나의 초박형 층으로 만듭니다. 이는 전통적인 제조 방법보다 비용이 적게 들고 더 가벼운 부품, 즉 더 나은 부품으로 이어질 것입니다. GE에서 이와 유사한 3D 프린팅 프로세스를 개선하고 적용하는 데 초점을 맞춘 연구실을 운영하는 Prabhjot Singh은 첫 번째 부품이 제트 엔진에 들어갈 것이라고 말했습니다. 그러나 그는 “GE의 다른 부서 중 한 곳에서 이 기술 사용에 관심을 갖고 있다는 소식을 듣지 않는 날이 단 하루도 없습니다”라고 덧붙였습니다.

이러한 혁신은 항공우주 및 자동차와 같은 첨단 응용 분야에서 특히 매력적인 제조 기술의 급격한 변화의 최전선에 있습니다. 3D 프린팅 기술은 단순히 기존 부품 생산의 효율성을 높이는 데 그치지 않습니다. 또한 강도를 희생하지 않고 무게를 최소화하는 복잡하고 움푹 들어간 모양의 부품과 같이 이전에는 상상조차 할 수 없었던 것들을 생산하는 것도 가능하게 될 것입니다. 재료의 최대 90%를 바닥에 남겨둘 수 있는 가공 공정과 달리 3D 프린팅은 사실상 폐기물을 남기지 않습니다. 이는 티타늄과 같은 값비싼 금속의 경우 큰 고려 사항입니다. 이 기술은 또한 부품을 재고로 보관할 필요성을 줄일 수 있습니다. 첫 번째 부품이 만들어진 후 10년이 지나면 다른 부품(또는 개선된 버전)을 프린팅하는 것도 쉽기 때문입니다. 안전벨트 메커니즘에 결함이 있다는 보고를 받은 자동차 제조업체는 며칠 내에 재구성된 버전을 딜러에게 전달할 수 있습니다.

3D 프린팅이라고도 알려진 적층 제조는 Charles Hull이 자외선 레이저로 수지 풀의 최상층을 경화시키는 광조형 기술을 발명한 이후 1980년대 중반에 등장했습니다. 다양한 3D 프린팅 방법은 새로운 디자인의 프로토타입을 만들거나 몇 가지 고도로 맞춤화된 부품을 만들고자 하는 엔지니어들에게 인기를 얻었습니다. 컴퓨터 지원 설계 프로그램에서 부품의 3D 청사진을 만든 다음 몇 시간 후에 프린터로 뱉어낼 수 있습니다. 이 프로세스는 초기 비용, 긴 리드 타임, 사출 성형, 주조, 스탬핑과 같은 기존 대량 제조 기술의 설계 제약을 방지합니다. 그러나 이 기술은 제한된 재료 세트에만 적용되었으며 품질 관리에 대한 의문이 제기되었습니다. 이러한 방식으로 부품을 제작하는 것도 속도가 느렸습니다. 기존 제조 방식으로 몇 분 또는 몇 시간 만에 완료할 수 있는 작업을 수행하려면 하루 이상이 걸릴 수 있습니다. 이러한 이유로 3D 프린팅은 대규모 생산 부품에는 사용되지 않았습니다.

그러나 이제 이 기술은 의료 기기와 같은 틈새 시장에서 생산할 수 있을 만큼 충분히 발전하고 있습니다. 그리고 향후 몇 년에 걸쳐 여러 개의 대규모 애플리케이션으로 진출할 준비가 되어 있습니다. 루이빌 대학에서 고속 프로토타이핑 센터를 운영하는 Tim Gornet은 “우리는 최종 사용 부품 제조에 이 기술을 실제로 유용하게 만들 만큼 충분히 중요한 발전이 이뤄지고 있는 시점에 이르렀습니다.”라고 말합니다.

진출

여러 가지 기술을 사용하여 솔리드 개체를 레이어별로 "인쇄"할 수 있습니다. 소결에서는 금속 분말이나 열가소성 물질의 얇은 층이 레이저나 전자 빔에 노출되어 지정된 영역에서 재료가 고체로 융합됩니다. 그런 다음 새로운 분말 코팅을 위에 놓고 프로세스를 반복합니다. 부품은 가열된 플라스틱이나 금속을 압출하거나 노즐을 통해 분출하여 구성할 수도 있습니다. 노즐은 이동하여 한 층의 모양을 만든 후 다른 층이 바로 위에 쌓이는 식으로 진행됩니다. 또 다른 3D 프린팅 방법에서는 접착제를 사용하여 분말을 묶습니다.