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전자빔을 이용한 금속 적층조형기술의 최신동향

전문가 제언: ○ 전자빔을 금속용융 열원으로 하는 적층조형(EBM)은 금속 분말베드를 전자빔에 의해 선택적으로 용융？응고하는 PBF (Powder Bed Fusion)방식과 합금재료(와이어)를 전자빔으로 용융시켜 기판 위에 용착하는 DED(Direct Energy Deposition)방식으로 구분된다. 이 해설논문은 전자빔 PBF방식에 의한 금속 적층조형기술의 동향을 다루고 있다.

○ 현재 판매 중인 EBM 3D프린터는 스웨덴의 ArcamAB가 유일하며 레이저적층조형(LBM)에 비해 역사가 짧다. EBM의 적층 프로세스는 스타트 플레이트 예열→분말베드 형성→분말베드 예열가열→선택적 용융→종료(step down)로 1층 적층이 끝나고 이를 반복한다. 고진공 하에서 이뤄지는 고온 가열 (600～1,000℃)은 EBM의 특징으로서 그만큼 복잡한 고고가의 프로세스다.

○ EBM은 LBM과 다른 특징을 가지고 있다. 예컨대, LBM의 경우, 열원은 Yb-광섬유 레이저로 출력이 400W인데 비해 EBM의 열원은 텅스텐 필라멘트로서 출력이 3,500W로 매우 높다. 또한 스캔속도는 LBM이 초당 7m이지만 EBM은 무려 8,000m이며, 조형속도 역시 EBM이 LBM보다 빠르다. 반면에 빔 직경은 EBM이 2배이다.

○ 이 논문은 구조설계기술로서 특히 주목받고 있는 위상 최적설계(topology optimization)기술을 금속 적층조형기술과 조합을 통한 적층조형시스템 설계기술의 혁신, 3D 적층조형 프로세스 전체를 커버하는 소프트웨어기술개발, 최적의 적층조형 프로세스 파라미터의 선택기술개발 등이 향후 주요 과제로 제시하였다.

○ KISTI의 데이터베이스 NDSL 검색결과, EBM을 이용한 금속 적층조형에 관한 국내 연구논문은 확인할 수 없다. 그러나 LBM타입의 금속 적층조형장치는 일부기업(예: (주)인스텍)이 개발하여 시판하고 수출계약도 발표한 바 있다. 일본의 미래형 산업용 3D프린터개발 프로젝트 TRAFAM에서는 EBM과 LBM 타입을 동시개발 중이다.

저자: CHIBA Akihiko
자료유형: 니즈학술정보