3D 프린팅 기술은 기존 티타늄 합금 가공의 많은 문제점을 완벽하게 해결하고 장점을 극대화합니다.
기존 제조 방식의 문제점 극복, "자유로운 형태 제작" 가능
장점: 기존에는 티타늄 부품이 단조 및 가공(CNC)에 크게 의존하여 재료 활용률이 매우 낮고(종종 "잉곳 1kg을 사서 10분의 9를 깎아냄"), 비용이 높고 리드 타임이 길었습니다. 3D 프린팅은 근사 순형상 기술로, 재료 폐기물이 거의 없고 최소한의 후처리만 필요하므로 고가의 고성능 재료에 이상적입니다.
장점: 기존 제조 방식의 제약을 깨고 고도로 복잡한 내부 공동, 불규칙한 채널, 일체형 구조 등을 생산할 수 있으며, 이는 감산 방식으로는 불가능합니다.
뛰어난 설계 자유도와 경량화 가능성
장점: 토폴로지 최적화 및 격자 구조 설계를 결합하면 3D 프린팅으로 뛰어난 기계적 특성을 가진 극도로 가벼운 부품을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 견고한 메쉬 구조로 단단한 내부를 대체하면 강도를 유지하면서 무게를 크게 줄일 수 있으며, 이는 항공우주 산업의 "그램 절약" 철학에 매우 중요합니다.
소량, 맞춤형 생산의 비용적 이점
장점: 기존 주조 또는 단조는 고가의 금형과 고정 장치가 필요하므로 대량 생산에만 적합합니다. 3D 프린팅은 금형이 필요하지 않습니다; 디지털 파일로 직접 생산을 제어할 수 있습니다. 이는 단위 비용이 거의 변하지 않는 소량, 맞춤형 제품(예: 의료 임플란트, 위성 부품, 프로토타입)에 특히 적합합니다.
우수한 재료 특성 및 밀도
장점: 티타늄 프린팅의 주요 기술은 선택적 레이저 용융(SLM) 및 전자빔 용융(EBM) 입니다. 이러한 기술은 고에너지원을 사용하여 금속 분말을 층별로 완전히 녹이고 융합합니다. 결과적으로 생성된 부품은 99.7% 를 초과하는 밀도를 달성할 수 있으며, 기계적 특성(강도, 피로 저항)은 기존 주조를 능가 하고 단조와 유사합니다.
기능 통합 및 생산 단순화
장점: 원래 여러 부품으로 구성된 복잡한 어셈블리를 단일 부품으로 일체형으로 인쇄 할 수 있습니다. 이는 조립 요구 사항을 줄이고 잠재적인 약점(예: 용접, 리벳)을 제거하며 제품의 전반적인 신뢰성과 성능을 향상시킵니다.
| 특징 | 기존 가공(단조/CNC) | 3D 프린팅(적층 제조) |
|---|---|---|
| 재료 활용률 | 낮음(5%-10% 폐기물 발생이 일반적) | 매우 높음(거의 100%) |
| 설계 복잡성 | 제한적 | 거의 무제한의 자유 |
| 생산 리드 타임 | 김(공구/고정 장치 필요) | 짧음(디지털 파일에서 직접) |
| 맞춤화 비용 | 매우 높음 | 상대적으로 낮음 |
| 적합한 배치 크기 | 대량 생산 | 소량, 맞춤형 |
| 일체형 성형 | 어려움, 조립 필요 | 쉬움, 한 조각으로 인쇄 가능 |
결론적으로, 3D 프린팅 기술은 티타늄을 "가공하기 어려운 고성능 재료"에서 "극단적인 설계를 달성할 수 있는 지능형 재료"로 변모시켰습니다. 이는 제조 방식의 혁신일 뿐만 아니라 설계 철학의 도약이며, 첨단 분야에서 티타늄 합금의 적용 범위를 크게 확장합니다.
