3D 프린팅을 위한 입자 크기 및 진원도 분석의 중요성

3D 프린팅은 적층 제조라고도 하는 일종의 신속한 프로토타이핑 기술입니다. 이 기술은 디지털 모델 파일을 기반으로 하며, 분말 금속이나 플라스틱과 같은 접착 재료를 사용하여 3차원으로 층층이 인쇄하여 물체를 구성합니다. 3D 프린팅은 디지털 기술 소재 프린터를 사용함으로써 가능해졌습니다. 금형 제조, 산업 디자인 및 기타 분야에서 최종적으로 제품을 직접 제조하는 데 사용되는 모델/부품을 만드는 데 자주 사용됩니다. 이 기술을 이용한 부품 인쇄는 오늘날 흔히 볼 수 있으며, 전통적으로 사용되던 다른 기술을 빠르게 대체하고 있습니다. 이 기술은 보석, 신발, 산업 디자인, 건설, 엔지니어링 및 건축(AEC), 자동차, 항공우주, 치과 및 의료 산업, 교육, 지리 정보 시스템, 토목 공학 및 총기류 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.

3D 프린팅에 영향을 미치는 요인

분말의 입자 크기 분포, 원형도, 화학 성분, 산소 함량, 유동성 등은 모두 3D 프린팅 부품의 성능 지표에 영향을 미칩니다.

현재 금속 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 파우더의 입자 크기 범위는 15-53μm, 53-105μm이며 경우에 따라 105~150μm까지 확장할 수 있습니다. 사용되는 입자 크기 범위는 금속 프린터의 다양한 에너지원에 따라 달라집니다. 레이저를 에너지원으로 사용하는 프린터는 초점이 미세하고 미세 분말을 비교적 쉽게 녹일 수 있기 때문에 15~53μm 분말의 크기 범위가 사용하기에 적합합니다. 플라즈마 빔은 굵은 분말을 녹일 때 프린터의 에너지원으로 사용할 수 있으며 53~105μm 분말을 사용합니다.

진원도는 금속 분말 입자가 원에 가까워지는 정도를 측정하는 값으로 그 범위는 0~1이며, 완벽한 구는 1의 값을 갖습니다. 유동성은 물질이 쉽게 흐르는 성질로, 일정 질량의 금속 분말이 지정된 구경(s/50g)의 측정 도구를 통과하는 데 걸리는 시간으로 그 값을 결정합니다. 일반적으로 진원도 값이 높을수록 분말 입자의 유동성이 우수합니다. 이는 곧 금속 3D 프린팅 시 파우더의 배치와 공급을 제어하기가 더 쉬워져 프린팅 품질이 높은 부품을 얻을 수 있음을 의미합니다.

니켈 합금 분말의 입자 크기 분석

금속 분말의 크고 작은 입자가 적절한 비율로 혼합되어야 고품질의 3D 프린팅 금속 제품을 얻을 수 있습니다. 위의 소개에 따르면 금속 분말의 입자 크기와 분포를 감지하는 것이 매우 중요합니다. 현재, 레이저 입자 크기 분석기는 일반적으로 이러한 금속 분말의 입자 크기와 분포를 감지하는 데 사용됩니다. 다음은 니켈 합금 분말의 테스트입니다.

그림 1. 단일 니켈 합금 시료의 입자 크기 분포도

그림 2. 베터사이저 2600 측정에서 니켈 합금 시료의 입자 크기 분석 결과

니켈 합금 분말의 진원도 분석

구형 또는 반구형 분말은 유동성이 좋기 때문에 인쇄 공정 중에 분말 공급 시스템이 막힐 가능성이 훨씬 적습니다. 또한 구형 분말은 얇은 층으로 퍼지기 쉬우므로 3D 프린팅 부품의 치수 정확도와 표면 품질이 향상됩니다. 또한 부품의 밀도와 균일성이 향상되어 구형 분말이 3D 프린팅에 선호되는 원료가 됩니다. 다음은 니켈 합금 분말의 진원도 분석입니다.

그림 3. BeVision S1 측정의 니켈 합금 샘플 이미지

그림 4. BeVision S1 측정에서 니켈 합금 시료의 진원도 분석 결과

결론

3D 프린팅이 전 세계적으로 산업 제조 분야에서 엄청난 관심을 받고 있다는 징후가 있습니다. 3D 프린팅 기술이 성숙하고 발전함에 따라 모든 소비자의 개인화된 요구를 최대한 충족시키기 위해 매주 점점 더 많은 응용 분야가 발견되고 있습니다. 특히 가공이 어렵고 대량 생산이 필요하지 않은 일부 복잡한 부품의 경우 3D 프린팅은 강력한 경쟁 우위를 가지고 있습니다. 이러한 경쟁 우위를 유지하기 위해서는 적층 제조에서 더 나은 품질의 제품을 제공하기 위해 입자 분포와 진원도를 제어하는 것이 필수적입니다.