한 가스 터빈 제조업체는 가공하기에는 너무 복잡한 내부 채널이 있는 연료 인젝터 팁 200개가 필요합니다. 이 채널들은 연소 형상에 정확히 부합해야 하며, 섭씨 300도, 400바의 조건에서 연료를 운반할 수 있어야 하고, 피로 파손 없이 15,000회의 열 사이클을 견딜 수 있는 인코넬 625로 제작되어야 합니다. CNC 가공으로는 내부 채널에 접근할 수 없습니다. 정밀 주조 방식으로는 채널 사이의 0.05mm 두께를 유지할 수 없습니다. DMLS를 통해 3회의 적층 공정으로 200개의 부품을 모두 생산했으며, 모든 내부 채널이 사양에 맞게 형성되었고 2차 공구 비용도 발생하지 않았습니다.
DMLS(Direct Metal Laser Sintering, 직접 금속 레이저 소결)는 엔지니어가 설계할 수 있는 것과 기존 제조 방식으로 생산할 수 있는 것 사이의 격차를 해소하는 금속 적층 제조 공정입니다. 이 공정은 디지털 파일을 바탕으로 티타늄, 인코넬, 스테인리스강, 알루미늄, 코발트-크롬 등의 소재를 사용하여 층층이 쌓아 올려 완전한 치밀도를 가진 금속 부품을 직접 제작하며, 금형 제작이 필요 없고 최소 주문 수량 제한이 없으며, 공구 접근이나 금형 탈형 방향에 따른 기하학적 제약도 없습니다.
이 가이드에서는 DMLS 공정에 대한 기술적 세부 사항을 다룹니다. 여기에는 작동 원리, 주요 소재 및 제작된 부품의 기계적 특성, 공차 및 표면 마감 성능, 후가공 요건, 비용 구조, 그리고 CNC 가공, 주조 또는 폴리머 3D 프린팅과 비교했을 때 DMLS가 적합한 제조 공정인 구체적인 적용 사례가 포함됩니다.
| 간단한 답변DMLS(Direct Metal Laser Sintering, 직접 금속 레이저 소결)는 파이버 레이저를 사용하여 불활성 분위기에서 금속 분말 입자를 층별로 소결하는 분말 베드 융합 공법으로, 기존 제조 방식으로는 달성할 수 없는 복잡한 내부 형상을 가진 완전 치밀한 금속 부품을 생산합니다. 제작 시 공차는 0.05~0.1mm이며, CNC 후가공을 거치면 중요 부위의 공차가 0.02mm 이하로 개선됩니다. 제작 시 표면 거칠기는 Ra 5~20 µm이며, 가공 또는 연마 후 Ra 0.8 µm 이하로 개선됩니다. 주요 소재로는 Ti-6Al-4V(HIP 후 인장 강도 1,050 MPa), 인코넬 718(열처리 후 1,240 MPa), 316L 스테인리스강, AlSi10Mg 알루미늄, 17-4 PH 스테인리스강 등이 있습니다. DMLS는 형상이 너무 복잡하여 가공이나 주조가 불가능한 경우, 소량 생산 시 금형 비용이 타당하지 않은 경우, 또는 부품의 일체화로 인해 다중 구성 요소 설계에서 조립 과정이 생략되는 경우에 선택됩니다. |
DMLS 공정은 실제로 어떻게 이루어지나요?
DMLS는 ISO/ASTM 52900 표준에 따라 PBF-LB/M(레이저 빔, 금속)으로 분류되는 분말층 융합(PBF) 공정입니다. DMLS가 왜 특정 수준의 부품 품질을 구현하는지, 그리고 제작 직후 상태에서 정밀도와 표면 마감 품질을 제한하는 요인이 무엇인지 이해하려면 이 공정의 작동 원리를 파악하는 것이 필수적입니다.
이 공정은 밀폐된 성형 챔버 내부에 설치된 평평한 강철 플랫폼인 성형 플레이트에서 시작됩니다. 챔버 내부는 불활성 가스(일반적으로 아르곤이나 질소)로 퍼지 처리하여 산소 함량을 0.1% 미만으로 낮춥니다. 산소 농도가 높으면 소결 과정에서 고온의 금속 분말이 산화되어, 기계적 특성과 밀도를 저하시키는 내포물이 생성될 수 있습니다.
분말 재도포 장치는 빌드 플레이트 전체에 금속 분말을 얇은 층으로 도포하며, 이 층의 두께는 재료와 품질 요구 사항에 따라 일반적으로 20~100 µm입니다. 고출력 파이버 레이저(일반적으로 200~1,000와트)가 해당 층의 부품 단면에 따라 파우더 베드 표면을 스캔하여, 파우더 입자를 소결하거나 부분적으로 녹여 결합시킵니다. 각 층이 형성된 후, 빌드 플랫폼은 한 층 두께만큼 하강하고, 리코터가 새로운 분말을 도포하며, 레이저가 다음 단면을 스캔합니다.
수직 방향에서 45도를 초과하는 오버행 구조물이나, 열 변형을 방지하기 위해 빌드 플레이트로의 열 전도 경로가 필요한 영역의 경우, 빌드 과정에 지지 구조물을 설계에 포함시켜야 합니다. 소결되지 않은 분말이 자체 지지 역할을 하는 SLS 폴리머 프린팅과 달리, DMLS의 지지대는 고체 금속 구조물로, 제작이 완료된 후 수작업 절단, CNC 가공 또는 와이어 EDM을 통해 제거해야 합니다. 지지대 제거는 DMLS에서 가장 큰 후가공 비용 중 하나이며, DMLS 생산을 위한 부품의 방향 설정 및 설계 시 고려해야 할 주요 DFM(제조 적합성 설계) 사항입니다.
제작이 완료된 후에도 부품은 여전히 제작 플레이트에 부착된 상태이며, 주변에는 흩어진 분말이 남아 있습니다. 이 분말은 진공 청소기로 흡입한 후 체로 거르어 재사용합니다. 그런 다음 와이어 EDM 또는 띠톱을 사용하여 제작 플레이트에서 부품을 분리합니다. 일반적으로 응력 제거 어닐링이 첫 번째 후처리 단계로 수행됩니다. 레이저 소결 과정에서 발생하는 급격한 가열 및 냉각으로 인한 잔류 열응력은 재료의 항복 강도 수준에 도달할 수 있으며, 응력 제거 없이 부품을 플레이트에서 분리할 경우 변형을 유발할 수 있습니다. Ti-6Al-4V는 섭씨 650~750도에서 응력 제거 처리를 거칩니다. 인코넬 718은 석출 경화 특성을 얻기 위해 완전 용체화 어닐링과 2단계 노화 처리가 필요합니다. [1].
DMLS에 사용할 수 있는 소재는 무엇이며, 이러한 소재는 어떤 기계적 특성을 나타내나요?
DMLS 소재 선택은 금속 적층 제조 프로그램의 다른 모든 결정을 좌우합니다. 아래 표에는 가장 널리 지정되는 6가지 DMLS 소재가 정리되어 있으며, 기계적 특성은 제작 직후 상태가 아닌 후처리 상태(응력 제거 또는 완전 열처리)를 반영합니다. 이는 제작 직후 상태의 특성이 변동성이 더 크고, 대부분의 구조용 응용 분야에서는 후처리가 필요하기 때문입니다.
| 재료 | 인장 강도 (후처리 후) | 항복 강도 | 파단 시 신장률 | 밀도 | 주요 특성 | 주요 애플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V (5등급) | 1,050~1,100 MPa (HIP 처리 후) | 950~1,000 MPa | 8 ~ 14% | 4.43 g/cm³ | 최고의 강중비, 생체적합성, 내식성 | 항공우주용 브라켓, 의료용 임플란트, 모터스포츠, 경량 구조물 |
| 인코넬 718 | 1,240 MPa (용액 처리 + 노화 후) | 1,100 MPa | 12 ~ 15% | 8.19 g/cm³ | 700°C까지 강도를 유지하며, 내산화성이 뛰어나고 내피로성이 우수합니다. | 터빈 부품, 로켓 노즐, 배기 시스템, 고온 구조물 |
| 인코넬 625 | 930 MPa (응력 제거) | 517 MPa | 30~35% | 8.44 g/cm³ | 염화물 및 해수 환경에서 뛰어난 내식성, 높은 연성 | 해저 장비, 화학 공정, 해양, 극저온 부품 |
| 316L 스테인리스강 | 540~600 MPa (응력 제거) | 350~450 MPa | 40~50% | 7.99 g/cm³ | 생체적합성, 뛰어난 내식성, 가공 후 가공 가능 | 의료 기기, 식품 관련 장비, 건축, 일반 산업 |
| AlSi10Mg | 350~450 MPa (T6 열처리) | 200~250 MPa | 5~8% | 2.68 g/cm³ | 가볍고, 열전도율이 우수하며, 복잡한 얇은 벽 구조 | 자동차용 브라켓, 무인항공기(UAV) 프레임, 열교환기, 가전제품 하우징 |
| 17-4 PH 스테인리스강 | 1,100~1,300 MPa (H900 조건) | 1,000~1,200 MPa | 5 ~ 12% | 7.78 g/cm³ | 침전 경화형 고강도 스테인리스강, 뛰어난 내식성 | 항공우주용 패스너, 공구 인서트, 수술 기구, 밸브 부품 |
DMLS로 제작된 상태의 물성은 후처리된 값보다 낮고 변동 폭도 더 큽니다. Ti-6Al-4V의 출고 상태는 일반적으로 1,100~1,200 MPa의 인장 강도를 보이지만, 급속 레이저 냉각 과정에서 형성된 마르텐사이트 미세구조로 인해 파단 연신율은 4~6%에 불과합니다. 650~750°C에서 응력 제거 어닐링을 거치고, 920°C 및 100 MPa의 아르곤 압력에서 HIP(고온 등방성 압축) 처리를 실시하면 연신율이 8~14%로 향상되고 미세구조가 균질화되어, 항공우주 구조물 및 의료용 임플란트 응용 분야에 적합한 특성을 갖게 됩니다. [2].
DMLS는 어떤 공차와 표면 마감 품질을 달성할 수 있나요?
DMLS의 공차 범위는 이 공정에서 가장 오해받기 쉬운 측면 중 하나입니다. CNC 가공 공차에 익숙한 엔지니어들은 때때로 DMLS에도 동일한 기준을 적용하곤 하는데, 실제로 제작된 DMLS 부품이 동일한 재료를 사용한 CNC 가공보다 정밀도가 현저히 낮다는 사실을 알고 놀라곤 합니다.
시공 완료 시 허용 오차
실제 제작된 DMLS는 크기가 10mm 이상인 부재의 경우 0.05~0.1mm의 치수 공차를 달성하며, 길이가 길어질수록 열 구배 및 수축 효과가 누적되는 더 큰 부재의 경우 0.1~0.3mm의 치수 공차를 달성합니다. 이러한 값은 소형 부재의 경우 ISO 2768 중급 등급에 부합하지만, CNC 가공으로 달성 가능한 0.005~0.02mm의 공차 수준에는 미치지 못합니다. 항공우주 및 산업 분야의 대부분의 구조적 부재와 비결합 부재의 경우, 제작 후 공차 수준으로도 충분합니다.
베어링 좌석, 씰 홈, 나사산, 정밀 맞물림 등 기능적 결합면이나 결합 부품이 안정적으로 맞물려야 하는 모든 치수의 경우, DMLS 부품에 대한 CNC 후가공이 표준 절차입니다. DMLS 적층 공정을 통해 올바른 재질로 제작된 준완성형(near-net shape) 부품이 생성되며, 모든 복잡한 내부 형상이 온전하게 유지됩니다. 이후 CNC 가공을 통해 공작 기계가 도달할 수 없는 내부 형상에 영향을 주지 않으면서도 중요한 외부 표면을 요구되는 공차 범위 내로 정밀하게 가공합니다.
실측 표면 마감
DMLS로 제작된 표면의 거칠기는 제작 방향에 따라 Ra 5~20 µm입니다. 레이저를 직접 받는 상향 표면은 Ra 5~8 µm를 나타냅니다. 지지 구조물에 닿아 있거나 분말 베드 내에서 아래를 향하는 표면은 층 가장자리의 계단 현상과 지지대와의 거친 접촉으로 인해 Ra 12~20 µm를 나타냅니다. 측벽은 Ra 8~15 µm로, 이 두 극단 사이의 값을 보입니다.
후가공을 통해 표면 품질이 획기적으로 향상됩니다. 쇼트 블라스팅 또는 비드 블라스팅을 통해 Ra를 3~6 µm로 낮추고 균일한 무광택 표면을 형성합니다. 중요 표면에 대한 CNC 가공을 통해 Ra 0.8~3.2 µm를 달성합니다. 의료 및 식품 등급 용도를 위한 전기 연마는 Ra 0.1~0.4 µm를 달성합니다. 뼈와 접촉하는 임플란트 표면의 수작업 연마는 Ra 0.05 µm 미만을 달성합니다.
| 표면 상태 | Ra 달성 가능 | 달성 가능한 허용 오차 | 지정된 경우 |
|---|---|---|---|
| 실측도 (상부면) | 5~8 µm | 0.05~0.1mm | 비중요 구조면, 내부 채널 |
| 실측도 (하향면 / 지지대 접촉부) | 12~20 µm | 0.1~0.3mm | 숨겨진 표면 또는 작동하지 않는 표면에 한함 |
| 비드 블라스팅 후 | 3~6 µm | 실측도 (변경 없음) | 산업 및 항공우주 분야의 외장용 미관 표면 |
| CNC 가공 후 | 0.8~3.2 µm | 0.005~0.02mm | 접합면, 베어링 좌석, 나사산, 씰 |
| 전기 연마 후 | 0.1~0.4 µm | 실측도 (변경 없음) | 의료 기기, 식품 가공 장비, 부식이 중요한 부품 |
| 손으로 연마한 후 | 0.05 µm 미만 | 실측도 (변경 없음) | 임플란트의 골 접촉면, 광학적 및 심미적 표면 |
DMLS는 어떤 경우에 적합한 제조 공정이며, 어떤 경우에는 그렇지 않은가?
DMLS가 유일한 실행 가능한 선택지인 응용 분야
특정 부품의 요구 사항으로 인해, 비용과 무관하게 DMLS가 유일한 실행 가능한 제조 공정이 됩니다. 냉각, 가열 또는 유체 흐름을 위해 부품 표면의 윤곽을 따라 형성된 내부 컨포멀 채널은 CNC 가공(공구가 접근할 수 없음)이나 주조(매우 복잡한 내부 경로에서 코어를 제거할 방법이 없음)로는 제작할 수 없습니다. 하중 경로에서 구조적 성능을 유지하면서 무게를 최소화하기 위해 응력이 낮은 영역의 재료를 제거하는 토폴로지 최적화 구조는, 어떤 절삭 공구도 따라갈 수 없는 스트럿과 격자 구조를 가진 유기적인 형상을 만들어 냅니다. 다중 구성 요소 어셈블리를 단일 프린팅 부품으로 재설계하는 ‘부품 통합(part consolidation)’은 조립 공정을 생략하고, 체결 부품 수를 줄이며, 구성 요소 간의 잠재적 누출 경로를 제거할 수 있는데, 이는 DMLS만이 달성할 수 있는 장점입니다.
DMLS가 CNC 가공과 비교해 경쟁력을 발휘하는 응용 분야
1~50개와 같은 소량 생산의 경우, DMLS는 설비 준비 시간이 없고, 고정 장치 비용이 들지 않으며, 복잡한 5축 경로에 대한 프로그래밍 시간이 필요하지 않기 때문에, 복잡한 금속 형상의 경우 CNC 가공보다 총 비용이 더 낮은 경우가 많습니다. 손익분기점은 부품의 복잡성에 따라 달라집니다. 단순한 알루미늄 브래킷의 경우, CNC 가공이 DMLS보다 항상 비용이 저렴합니다. 반면, 다중 언더컷, 내부 형상 및 곡면이 포함된 복잡한 티타늄 부품의 경우, 소량 생산(10~20개 미만) 시에는 DMLS가 더 저렴할 수 있습니다. 이는 소량 생산 시 CNC 설비 및 프로그래밍 비용을 분산시키기가 어렵기 때문입니다.
CNC 가공이나 주조 공정이 더 뛰어난 응용 분야
CNC 가공은 생산량에 관계없이 단순한 부품부터 중간 정도의 복잡성을 가진 부품에 이르기까지 우수한 공차, 표면 마감 및 재료 일관성을 제공합니다. CNC 가공의 엄격한 공차, 긴 공구 수명 및 짧은 사이클 시간 덕분에, 절삭 공구가 도달할 수 있는 범위를 넘어서는 내부적 복잡성이나 형상 최적화가 필요하지 않은 대다수의 금속 부품에 대해 비용 효율적인 선택이 됩니다. 다이 캐스팅 및 인베스트먼트 캐스팅은 500~1,000개 이상의 생산량에서 성형이 가능한 모든 형상에 대해 DMLS보다 부품당 비용이 낮게 금속 부품을 생산합니다. DMLS는 적층 제조의 기하학적 자유도가 필요하지 않은 모든 형상의 경우, 수백 개 이상의 생산량에서 캐스팅 공정에 의해 대체될 위험이 가장 큽니다.
적층 제조 업계에서는 DMLS와 기존 제조 방식 간의 전환점을 부품의 복잡성과 생산량에 따라 지속적으로 파악하고 있습니다. 단순한 형상의 경우, 생산량에 관계없이 CNC 가공이 거의 항상 더 경제적입니다. 내부 구조가 있는 매우 복잡한 형상의 경우, 다이캐스팅이나 MIM이 비용 면에서 경쟁력을 갖출 때까지는 수백 개까지의 부품 수에 대해 DMLS가 여전히 경제적입니다. [3].
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관련 엘리트 몰드 테크 가이드 및 참고 자료
관련 가이드: 전체 제조 공정 선택 가이드, SLA, SLS, FDM 비교, DMLS 금속 3D 프린팅 서비스.
신뢰할 수 있는 참고 자료: ISO/ASTM 52900 적층 제조 표준, ASM International 금속 분말 데이터.
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자주 묻는 질문
DMLS와 SLM의 차이점은 무엇이며, 구매자에게 중요한가요?
DMLS(Direct Metal Laser Sintering, 직접 금속 레이저 소결)와 SLM(Selective Laser Melting, 선택적 레이저 용융)은 밀접하게 관련되어 있으며, 종종 중복되는 금속 분말 베드 융합 공정을 의미합니다. 기술적인 차이점은 다음과 같습니다. DMLS는 EOS GmbH에서 개발했으며, 레이저 에너지를 사용하여 완전 용융점 미만의 온도에서 금속 분말 입자를 소결(부분적으로 용융 및 융합)하는 반면, SLM은 더 높은 레이저 출력 밀도를 사용하여 분말 입자를 완전히 용융시킵니다. 실제로, 최적화된 매개변수로 작동하는 대부분의 최신 DMLS 시스템은 거의 완전한 용융과 99.5~99.9%의 밀도를 달성하므로, 대부분의 엔지니어링 응용 분야에서 소결과 용융의 차이는 무시할 수 있을 정도입니다. SLM은 SLM Solutions(현 Nikon SLM Solutions)와 관련된 상표 등록된 용어입니다. 다른 장비 제조업체들은 LPBF(Laser Powder Bed Fusion, ISO/ASTM 표준 용어), LaserCUSING(Concept Laser/GE Additive) 및 단순히 금속 AM 또는 금속 3D 프린팅과 같은 용어를 사용합니다. 구매자의 입장에서 볼 때, 공급업체가 사용하는 용어보다 중요한 것은 재료 인증, 장비 플랫폼, 공정 매개변수, 그리고 문서화할 수 있는 후처리 능력입니다. 용어에 의존하기보다는 ASTM E8(인장) 및 ASTM E466(피로)에 따른 재료 시험 인증서를 요청하십시오.
DMLS 공법으로 제작된 부품은 단조 또는 압연 금속과 동일한 기계적 특성을 갖습니까?
후가공을 거친 DMLS 부품은 단조 또는 압연 부품의 특성에 근접하지만 항상 동일하지는 않으며, 그 차이는 소재, 적용된 후가공 방법 및 비교 대상 특성에 따라 달라집니다. Ti-6Al-4V의 경우, HIP 및 열처리를 거친 DMLS 부품은 1,050~1,100 MPa의 인장 강도와 8~14%의 연신율을 달성하며, 이는 항공우주 및 의료 분야에서 사용되는 단조 티타늄에 대한 ASTM F1472 요구 사항을 충족하거나 초과합니다. 용액 어닐링 및 2단계 시효 처리를 거친 인코넬 718의 경우, DMLS는 1,240 MPa의 인장 강도를 달성하며, 이는 AMS 5664에 따른 가공 인코넬 718과 비슷한 수준입니다. 그러나 제작 직후 상태의 성능은 현저히 떨어집니다. 제작 직후 Ti-6Al-4V는 급속 레이저 냉각 과정에서 형성된 마르텐사이트 미세구조로 인해 연신율이 4~6%에 불과합니다. 적용될 후처리를 확인하지 않은 상태에서는 제작 직후의 물성을 구조 설계에 사용해서는 안 됩니다. DMLS 부품의 피로 성능은 단조 동등품보다 변동성이 더 큽니다. 이는 밀도가 99.7%에 달하더라도 표면 거칠기와 내부 기공이 피로 균열 발생 지점을 형성하여, 고주기 피로 수명을 단조 제품의 수치보다 낮게 만들기 때문입니다. HIP 처리는 폐쇄형 기공을 제거하고 피로 성능을 크게 향상시킵니다.
DMLS 부품은 사용 전에 일반적으로 어떤 후처리가 필요합니까?
DMLS 부품의 후가공 요건은 용도와 소재에 따라 달라집니다. 대부분의 구조용 부품에 적용되는 최소 표준 공정은 다음과 같습니다: 수동 절단, 연마 또는 와이어 방전 가공(EDM)을 통한 지지대 제거; 적층 공정으로 인한 잔류 열응력을 줄이기 위한 응력 제거 어닐링; 균일한 표면 마감을 위한 비드 블라스팅. 결합 부위에 대해 엄격한 공차가 요구되는 부품의 경우, 응력 제거 후 중요 표면에 대한 CNC 가공이 이어집니다. 하중이 중요한 항공우주 및 의료 용도의 경우, 고온·고압 조건에서 HIP(열간 압력 처리)를 실시하여 내부 기공을 메우고 피로 수명과 연신율을 향상시킵니다. 인코넬 718 및 17-4 PH 스테인리스의 경우, 합금의 설계 기계적 특성을 확보하기 위해 완전한 석출 경화 열처리가 필요합니다. 이식용 티타늄의 경우, 전기 연마 및 패시베이션을 통해 생체 적합성 시험을 위한 표면 처리를 수행합니다. 후가공 비용은 DMLS 부품의 제작 비용에 30~80%를 추가할 수 있으므로, 기존 제조 방식과의 총비용 비교 시 반드시 포함되어야 합니다.
CNC 가공에는 적용되지 않지만 DMLS에만 특별히 적용되는 설계 규칙은 무엇인가요?
DMLS는 CNC 가공과는 다른 설계 제약 조건을 부과하며, 가공을 위해 설계된 부품의 경우 DMLS를 비용 효율적으로 적용하기 위해서는 종종 재설계가 필요합니다. DMLS에 특화된 주요 규칙은 다음과 같습니다. 수직면으로부터 45도 미만의 모든 오버행에는 지지 구조물이 필요하며, 지지 구조물을 제거하는 과정은 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 지지된 면에 표면 자국을 남길 수 있습니다. 벽 두께가 0.3~0.5mm 미만인 경우, 열 변형과 매우 얇은 단면에서의 불완전한 소결로 인해 위험이 따릅니다. 직경 8mm 이상의 수평 구멍은 내부에서 제거하기 어려운 지지대가 필요합니다. 중공 폐쇄 형상은 제작 후 소결되지 않은 분말이 배출될 수 있도록 분말 배출 구멍을 포함해야 합니다. DMLS에서는 공구 반경 제약이 없기 때문에 날카로운 내부 모서리도 허용되며, 이는 CNC에 비해 설계 자유도가 높다는 장점입니다. 제작 시 부품 배치는 지지대 최소화, 중요 면의 표면 품질, 그리고 제작 방향에 따른 물성의 이방성 사이에서 균형을 맞춰야 합니다. Elite Mold Tech의 DMLS DFM 검토를 제작 의뢰 전에 수행하면 이 네 가지 범주를 모두 파악할 수 있으며, 후가공 비용을 20~40% 절감할 수 있습니다.
DMLS 3D 프린팅의 부품당 비용은 얼마이며, 가격을 결정하는 요인은 무엇인가요?
DMLS의 부품당 비용은 제작 용량, 제작 시간, 후처리 범위라는 세 가지 변수가 서로 복합적으로 작용하여 결정됩니다. 산업용 DMLS 장비의 시간당 운영 비용은 장비 크기와 레이저 출력에 따라 시간당 50~200달러입니다. 제작 시간은 레이어 수(부품의 총 높이를 레이어 두께로 나눈 값), 레이어당 스캔해야 하는 단면적, 그리고 제작 영역에 배치된 부품 수에 따라 결정됩니다. Ti-6Al-4V 재질의 작은 브래킷 하나(50 x 50 x 30mm)를 레이어 두께 40 µm로 제작하는 데는 8~12시간이 소요될 수 있으며, 재료비와 후가공 비용을 제외하더라도 기계 가동 시간만으로도 400~2,400달러의 비용이 발생합니다. 한 번의 제작에 여러 부품을 네스팅하면 고정된 기계 간접비(설정, 분말 주입, 대기 퍼지, 플레이트 가열)가 모든 부품에 분산되어 부품당 기계 비용이 크게 절감됩니다. 재료비는 합금 종류에 따라 소비된 1kg당 50~500달러가 추가되며(티타늄과 인코넬은 고가, 316L 스테인리스는 저가), 후가공 비용은 제작 비용에 30~80%가 추가됩니다. 중간 수준의 복잡도를 가진 티타늄 DMLS 부품의 총 비용은 일반적으로 시제품 수량 기준 개당 300~2,000달러이지만, 여러 부품을 완전히 네스팅하여 제작 오버헤드를 공유할 경우 100~500달러로 낮아집니다.
DMLS 부품은 출력 후 용접, 기계 가공 또는 표면 처리를 할 수 있습니까?
네, 그리고 고성능 응용 분야의 경우 DMLS 부품에 대한 다단계 가공은 표준 관행입니다. CNC 가공이 가장 일반적인 후가공 공정입니다. DMLS는 복잡한 내부 형상을 가진 근형상(near-net shape)을 제공하며, CNC 가공을 통해 중요한 외부 결합 표면을 공차 범위 내에 맞춥니다. 티타늄 DMLS 부품은 응력 제거 후 베어링 시트 및 플랜지 면에서 0.005mm 공차로 가공되는 것이 일반적입니다. 대부분의 합금의 경우, 표준 TIG 및 전자빔 용접 공정을 사용하여 DMLS 부품을 다른 부품이나 단조 재료에 용접하는 것이 가능합니다. 인쇄 후 열처리를 통해 미세구조가 균질화되면, 용접 열영향부의 거동은 단조 동등품의 거동과 유사해집니다. 양극 산화 처리(AlSi10Mg용), 패시베이션(스테인리스강용), PVD 코팅 및 열 차단 코팅(인코넬 초합금 부품용)을 포함한 표면 처리는 모두 단조 부품과 동일한 사양을 사용하여 DMLS 부품에 적용됩니다. 재료는 동일합니다. 달라지는 것은 초기 미세구조와 기공률이며, 표면 처리를 안정적으로 지정하기 위해서는 공정 매개변수와 후처리를 통해 이를 제어해야 합니다.
