Home / highlight / 강력한 레이저 기술이 보여주는 극단의 효율 – TRUMPF의 LMF 방식 금속 3D 프린터 TruPrint 1000
3D SYSTEMS eBook 다운로드 하기

강력한 레이저 기술이 보여주는 극단의 효율 – TRUMPF의 LMF 방식 금속 3D 프린터 TruPrint 1000

레이저 하면 빼놓을 수 없는 기업인 트럼프는 사실 오래전부터 금속 적층 가공에 눈을 떴다. 사실 금속 적층이 개화되기 전인 2000년대 초반은 조금 빠른 감이 없지 않았다. 하지만, 10년 후 트럼프가 다시 등장시킨 제품들은 이 공백 기간을 무색하게 할 정도로 완성도가 높다. 이번 기사에서는 컴팩트 라인인 TruPrint 1000에 대해 알아본다.

TRUMPF(이하 트럼프)는 이미 1999년부터 프라운호퍼 ILT와 적층 제조 연구를 시작했고, 2003년에 금속 파우더를 사용하는 LMF 방식 3D 프린터를 처음 출시한 바 있다. 하지만 당시는 AM 시장이 무르익기 전이었고, 2014년 본격적으로 시장에 재진입했다. 20여 년의 금속 적층 제조 경험을 가진 트럼프가 고유 명칭으로 부르고 있는 LMF(Laser Metal Fusion, 레이저 금속 용융) 방식은 일반적인 PBF 방식과 유사하다. 복잡한 형상의 신규 부품 제작에 이용되는 방식으로 금속분말 재료를 레이저로 소결하여 정밀하게 적층하는 방식이다. 따라서, 주로 소형이면서 제작물의 치수 정밀도(0.1mm 이내)와 표면 조도(Ra 5~10µm)가 우수해야 하는 작업물에 이용된다. 트럼프는 LMF 방식 외에 일반적으로 DED로 알려진 레이저 육성 용접(Laser Metal Deposition, LMD) 기술과 장비도 갖추고 있다.

LMF 방식 개념도: 트럼프의 LMF(Laser Metal Fusion, 레이저 금속 용융) 방식은 일반적인 PBF 방식과 유사하다.
LMF 방식 개념도: 트럼프의 LMF(Laser Metal Fusion, 레이저 금속 용융) 방식은 일반적인 PBF 방식과 유사하다.

LMF 방식 장비 – TruPrint 1000
TruPrint 1000에는 지름이 100mm 원통형 베드가 장착되어 있고 적층 가능 높이는 100mm인 컴팩트한 장비다. 파장이 약 1,070nm인 200W 파이버 레이저가 장착되어 있는데 옵션을 선택하면 레이저 하나를 더 추가해 멀티레이저로 가공할 수 있다. 이를 통해 동일한 시간에 최대 80% 더 많은 부품을 생산할 수 있다. TruPrint 1000은 분말 코팅 및 레이저 스캐닝을 동시에 조정한다. 기울일 수 있는 리코터를 장착해 분말 코팅 프로세스가 빠르고 이로 인해 비생산 시간을 최소로 줄여준다. 또한, X 프로필이 적용된 코터 매체가 최적의 상태로 분말을 도포해 프로세스를 안정적으로 진행한다.

단일 레이저로 가공 시(위)보다 옵션으로 추가되는 멀티 레이저(아래)로 가공할 경우 동일한 시간에 최대 80% 더 많은 부품을 생산할 수 있다.
단일 레이저로 가공 시(위)보다 옵션으로 추가되는 멀티 레이저(아래)로 가공할 경우 동일한 시간에 최대 80% 더 많은 부품을 생산할 수 있다.

TruTops Print
트럼프는 지멘스와 함께 개발한 ‘TruTops Print’ 소프트웨어를 제공한다. 금속 파트를 위한 개발, 시뮬레이션, 3D 프린트 및 NC 프로그래밍을 위한 툴이 하나의 시스템에 통합됨으로써 STL 파일로의 데이터 변환이 필요 없다.

TruPrint 1000의 빌드 사이즈는 지름 100mm, 높이 100mm이고, 적층 레이어 두께는 10~50μm이다.
TruPrint 1000의 빌드 사이즈는 지름 100mm, 높이 100mm이고, 적층 레이어 두께는 10~50μm이다.
컴팩트한 장비인 TruPrint 1000이 가장 잘 사용될 수 있는 분야 중의 하나가 덴탈 분야이다. 이 사례에서는 96g의 코발트 크롬 소재가 사용되었고, 제작 시간은 5.3시간 (듀얼 레이저), 적층 두께는 20µm.
컴팩트한 장비인 TruPrint 1000이 가장 잘 사용될 수 있는 분야 중의 하나가 덴탈 분야이다. 이 사례에서는 96g의 코발트 크롬 소재가 사용되었고, 제작 시간은 5.3시간 (듀얼 레이저), 적층 두께는 20µm.

치 기공 분야 적용 사례
TruPrint 1000은 치과 분야에서 좋은 사용 예를 가지고 있다. 의료용 인증을 받은 코발트 크롬 소재를 사용해서 다양한 코핑, 크라운, 브릿지 등을 한 베드에서 제작한다. 종전 방식인 여러 단계의 주조와 밀링 가공 대비 빠른 제작 속도와 저렴한 비용을 나타낸다. TruPrint 1000 사용 시 코핑 1개당 재료비가 800원 선인 반면 기존 치 기공소에서 드는 1개당 제작비는 7,000원 정도다. 단순 비교지만 10배 정도 비용 차이를 보인다. 또한 사람이 작업 시 하루에 40~50개의 코핑을 만들 수 있지만, TruPrint 1000에서는 한 베드에 100개의 코핑을 동시에 가공할 수 있는데 듀얼 헤드의 경우 5시간 정도면 적층이 가능하다. 비용과 시간의 절감과 AM 장비 투자 금액을 면밀히 고려하여 총 소유 비용을 현명하게 판단해 볼 필요가 있는 부분이다. 트럼프의 3D 프린터 장비 판매와 지원을 담당하는 프로토텍 노두숙 부장은 “TruPrint 1000는 컴팩트한 장비이지만 그에 걸맞은 최적의 어플리케이션이 무궁무진하다 “라고 말했다.

사례 : 열교환기 Lattice 구조
산업 기계 분야에 사용되는 소형 부품에 대한 사례이다. 방열 성능이 최대한 발휘 되어야 하는 열 교환기를 DfAM에 입각한 래티스(Lattice) 구조로 설계, 적층했다. 래티스 구조는 기계적으로 안정된 구조인 동시에 표면적이 극대화되어 열 발산에 최적화되었으며 라디에이터, 파이프, 케이스를 조립 없는 일체형 구조로 설계할 수 있었다. SUS 316 L 소재를 사용했고 제작 시간은 13시간이었다.

PowerPoint-Präsentation

사례 : 항공부품 경량화
항공기 부품 고정용 경량 브래킷에도 TruPrint 1000이 사용되었다. 역시 DfAM 기법을 이용해 하중 분포 및 재료 특성을 고려한 최소한의 재료만을 사용하여 제작했다. 일명 ‘살빼기’ 전략으로 통하는 위상 최적화 설계다. 절삭 가공 방식 대비 재료의 낭비를 최소화했고 최적 설계로 비행 시 연료 절감에 기여하는 효과를 보여준 사례다. 소재는 티타늄(TiAl6V4)을 사용했고, 무게는 64g, 제작하는 데는 7시간 걸렸다.

PowerPoint-Präsentation

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.