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Powder Bed Fusion (분말소결방식)
2016-09-24 02:43:35

 Powder Bed Fusion (분말소결방식)
 

대표기술: SLS, MJF, DMLS, SLM, EBM

분말 파우더를 재료로 하는 3D프린팅 방식으로 일반적으로 파우더를 공급하는 곳과 파우더에 CO2 레이저를 조사하여 녹여주는 베드로 구분되어 있는데, 베드에 도포된 파우더에 레이저를 조사하여 굳히고 나면 베드가 한층 아래로 내려가게 되고, 롤러 등을 이용하여 파우더를 한층 도포해주고 또 레이저를 조사하는 과정을 반복하면서 조형물을 만들게 됩니다.

비교적 최근 기술인 HP의 MJF(MultiJet Fusion)방식은 레이저를 사용하지 않는 점이 타방식과 다른점이고, 레이저 대신에 출력할 영역에 에이전트를 분사하고, 적외선램프를 통해 고온 에너지를 조사하여 용융 응고시키는 방식입니다.

 

구조


이미지출처: wikipedia.org


구동영상 - 3D Systems 사의 SLS(Selective Laser Sintering) 방식 설명


 

이 방식으로는 SLS (Selective Laser Sintering)라는 용어가 가장 많이 알려져 있습니다. SLS 기술은 칼 데커드(Carl Deckard)와 텍사스대학에서 개발하고 DTM사가 상용화하였으나 여러 우여곡절을 겪은 후2001년 3D시스템즈에 인수되었습니다. 

 

SLS vs SLM
SLS(Selective Laser Sintering)이라는 용어는 오랫동안 기술의 표준명칭으로 사용되었기 때문에 지금도 즐겨 사용하지만 Sintering(소결)이라는 용어는 정확하게 맞지 않는다는 의견이 많습니다. 처음 SLS기술이 발명되었을 때는 원료로 ABS만을 사용했는데 기술적으로 말하면, ABS는 비결정성고체(amorphous solid)로 열을 가했을 때 녹는 것이 아닌 소결되는 것이었기 때문에 Sintering이라는 용어를 사용하는 것이 더 적확했다고 합니다. 하지만 현재는 다양한 폴리머, 금속, 나일론 등 수많은 파우더 재료를 녹여서 굳히는 것이기 때문에 SLM(Selective Laser Melting)이 더 올바른 표현일 수 있습니다.

일반적으로 사용소재를 중심으로 폴리머(플라스틱류)는 SLS,  금속재료는 SLM 라고 구분하는 경우가 많습니다.


이미지출처: eos.info

 

SLS vs DMLS
그럼 DMLS와는 어떤 차이가 있을까요?
독일의 EOS와 3D시스템즈는 SLS특허 분쟁을 일으켰고 결국 2004년 상호특허를 허용하게 되고 EOS에서 금속 SLS방식을 칭할 때는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering), 3D시스템즈에서 금속 SLS방식을 칭할 때는 DMP(Direct Metal Printing)이라는 용어를 사용합니다. 따라서 SLS와 DMLS는 차이가 없고, 재료를 금속으로 했을 때 DMLS라고도 부른다라고 생각하면 됩니다.  

 

SLS vs EBM
최근 스웨덴의 아캄(Arcam)이 우주항공분야와 메디컬 임플란트 분야에서 활약함에 따라EBM(Electron Beam Melting)이라는 용어를 쉽게 접하게 됩니다. 가장 큰 차이점은 EBM은 SLS기술에서 사용하는 레이저 대신 전자빔(Electron Beam)를 사용하는 것입니다. 

 

 

이미지출처: arcam.com

 

MJF (MultiJet Fusion)
HP 사가 2016년 3D프린팅 업계로 진입하면서 자체 기술로 개발한 3D프린터를 출시했는데, 이 제품의 방식이 MJF 라 명명하였습니다. ISO/ASTM 기준으로 분류하면 PFB(Power Bed Fusion) 방식에 속합니다. 재료는 나일론, TPU, PP 같은 엔지니어링 플라스틱을 이용하며, 기존 SLS 방식과 다른점은 위에서 설명했듯이 레이저를 이용하지 않는다는 것입니다.  출력물의 밀도가 1.01g/㎤ 로, 물의 밀도인 1보다 높아서 기밀 및 수밀성이 확보되며 파트의 강도가 우수합니다.

 

<이미지 : 엔플러스솔루션스>

 

아래 동영상은 실제 출력하는 모습이며, 

파우더를 도포하고, 출력할 영역에 에이전트를 분사하고, 적외선램프로 고온 에너지를 조사하여 용융 응고하는 것을 볼 수 있습니다. 

 

Power Bed Fusion방식은 최근 금속 3D프린팅이 우주항공분야, 메디컬분야 등에서 광범위하게 사용됨에 따라 EOS를 비롯하여 GE(Arcam, Concept laser), 3D Systems, SLM Solutions,  HP 등 많은 업체들이 시장 확대의 덕을 보고 있습니다.
최근에는 Formlabs, Sintratec, Sinterit 등의 회사들이 데스크탑 SLS 3D프린터를 출시하여 SLS기술을 저가에 만나볼 수 있게 되었습니다.
시중의 금속 3D프린터들 중에 대부분이 PBF 방식의 3D프린터입니다만, 최근에는(2020년 시점) Binder Jetting 방식의 제품들이 많이 개발되고 있는 추세입니다. 

 

 
장점: 
각종 금속, 폴리머, 나일론 등 사용할 수 있는 재료의 범위가 넓음
시제품 뿐만 아니라 완성부품 제조용으로 사용할 수 있음
 

단점:
장비가격 및 유지보수비용이 높음
숙련된 기술자가 필요함

 

 

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