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금속 3D 프린팅과 후공정의 상관관계

금속 3D 프린팅은 애플리케이션에 따라 발전 가능성이 무궁하다. 투자와 시장 수요가 늘면서 앞으로도 성장세가 가속화 될 것으로 예측되는 산업분야다. 여기에 3D 프린팅의 장점을 극대화 시킬 수 있는 DfAM 연구가 더해지면서 금속 3D 프린팅 시장은 새로운 국면에 접어들었다. 하지만 기술 발전에 비해 본격적인 대중화는 이뤄지지 못하고 있는 상황. 일각에서는 그 이유를 후처리 공정에서 찾기도 한다. 후처리 공정 전문기업인 아우라테크 김명세 대표와 금속 3D 프린팅의 후처리 공정에 관해 이야기해봤다.

아우라테크 김명세 대표
아우라테크 김명세 대표

“금속 3D 프린팅은 용접 공정이라고 생각하면 간단하다. 금속 분말과 열원을 가지고 작업하니까 용접처럼 결함을 전제할 수밖에 없다. 이말인 즉슨 열처리와 같은 후공정을 거쳐야만 신뢰성 있는 부품으로 기능을 기대할 수 있다는 것이다.”

김명세 대표는 금속 3D 프린팅을 두고 ‘디지털화된 3차원 용접 공정’이라 말한다. 3D 프 린팅의 주요 공정인 PBF나 DED 방식 모두 금속 분말과 열원 등을 선택적·국부적으로 용융해 적층 성형하기 때문이다. 이런 이유에 서금속적층가공후의가공물은산업적인 측면에서 완성 상태가 아니라고 여긴다. 특히 항공기 기체 부품, 원자력 연료 부품, 발전용 가스 터빈 부품으로 적용되기 위해서는 후처리 공정이 선택이 아닌 필수라는것.

김 대표는 “기계적 물성, 합금 분말의 화학적 분석 등 소재를 제대로 이해해서 시편을 제작하기도 쉽지 않다”며 “그런 상황에서 내부의 잔류응력을 제거하는 열처리와 같은 과정이 없으면  가공물은 얼마 못 가서 미세균열이나 변형이 발생할 수 있다”고 설명했다.

금속 3D 프린팅 기술이 등장한 지 30여 년. 적용 분야가 넓어지고 있지만 여전히 금속 3D 프린팅은 산업 현장에서 일반화된 기술 이라고보기어렵다. 특히 후처리 공정은 기술 저변 확대를 어렵게 하는 요인 중 하나로 꼽힌다.

그는 “예전보다 기술이 많이 발달했음에도 가공물에 필요한 후공정이 무엇인지 제대로 가이드해주는 곳이 없기에 가공업체들도 헤맬 수 밖에 없다”며 “이러한 상황이 누적되다 보니 후처리를 기술 대중화의 저해 요인으로 생각하는 것 같다”고 설명했다.

뿌리기술과 같은 듯 다른 공정

금속 3D 프린팅을 용접에 비유한 것과 마찬가지로 후공정도 열처리, 표면 조도 등 기존 뿌리산업 공정과 유사하다. 다만 금속 3D 프린팅의 경우 기존 뿌리산업 공정과는 약간의 차이점이 있다. 김 대표는 이것을 ‘금속 3D 프린팅만의 캐릭터’라고 말한다.

똑같은 소재의 가공물에 열처리를 가해도 주조와 적층 가공물의 접근 방식이 전혀 달라서다. 주조는 쇳물을  천천히 부어 냉각시키는 반면 적층가공물은 빨리 용융됐다가 냉각되는 성질이 있다. 그렇다 보니 기존 뿌리산업에서 공정을 가져와 적용하더라도 금속 3D 프린팅에 적합한 방식을 더해야 한다는 것이다.

김 대표는 소재 분석에서 답을 찾고 있다. 그는 “금속 3D 가공품, 가공 후 금속 조직, 열처리 후 조직 상태가 주조, 단조와 대비해서 어떤 성질을 가지는지 분석하고 있다”고 언급했다. 또한 “티타늄, 초내열합금, 스테인리스 특수강과 같이 부가가치가 높은 소재를 사용해야지만 금속 3D 프린팅이 지속 가능한 성장을 할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

금속 3D 프린팅에 대한 높은 이해를 바탕으로 아우라테크는 금속 적층에 맞는 후처리 공정을 제공하고 있다. 절단, 서포트 제거, 표면처리, 힙 공정, 용체화·시효 열처리, 쇼트피닝, 전해·화학연마, 보수 용접 등의 공정을 제공한다.

김명세 대표는 “아우라테크는 금속 3D 프린팅 개념과 후공정을 어려워하는 사람들에게 도움이 되길 바라며 시작했다”며 “필요한 후공정을 한 곳에서 할 수 있어 공정 관리를 손쉽게 할 수 있는 게 장점”이라고말했다.

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