시중에서 가장 정확한 적층 제조 기술 중 하나는 파우더 베드 3D 프린터로, 여러 가지 기술을 사용하여 분말 재료를 연속적으로 녹이거나 소결하여 완성된 부품을 형성합니다. 이러한 프린터는 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 슬라이싱한 다음 3D 프린터를 통과하는 CAD 파일을 사용합니다.

파우더 베드 용융의 잘 알려진 두 가지 기술은 금속 합금 분말을 사용하여 인쇄하는 전자빔 용융(EBM)과 선택적 레이저 용융(SLM)입니다. 두 기술은 각각 금속 분말로 강하고 두꺼운 부분을 형성하지만, 방법과 능력에 있어 많은 차이가 있습니다.

EBM(전자 빔 용융)의 정의

EBM은 자기장에 의해 유도된 전자총으로 생성된 전자 빔을 사용하는 적층 제조 기술입니다. 이 시스템은 1993년 아캄(GE에 인수된)이 찰머스 공과대학교와 함께 발명했습니다.

주요 EBM 프로세스 특성

• 과열된 텅스텐 필라멘트를 사용하여 진공 챔버에서 전자를 방출합니다.
• 전자는 빛의 약 절반 속도로 이동합니다.
• 최대 2,000°C의 온도에 도달할 수 있습니다.
• 전자 빔은 최대 8,000mm/s의 속도로 지향할 수 있습니다.
• 산화를 방지하기 위해 진공 챔버가 필요합니다.
• 레이저와 같이 광자 대신 전자를 에너지로 사용합니다.

EBM 자료

EBM은 전도성 금속 및 합금만 인쇄합니다:

• 티타늄 및 티타늄 합금(Ti6AL4V)
• 탄탈륨
• 스테인리스 스틸
• 공구강
• 코발트 크롬(CoCrMo)
• 구리
• 니켈 합금(인코넬® 718)

SLM(선택적 레이저 용융) 정의

SLM은 고출력 파이버 레이저를 사용하여 금속 분말을 선택적으로 용융하는 분말 베드 융합 기술입니다. 1995년에 처음 발명되어 SLM 솔루션즈에서 상용화한 SLM은 최대 12개의 고출력 레이저를 동시에 사용할 수 있습니다.

주요 SLM 프로세스 특성

• 고출력 파이버 레이저 사용(일반적으로 레이저당 1000W)
• 단순한 소결이 아닌 완전히 녹는 재료
• 불활성 가스로 채워진 챔버에서 작동(진공이 아님)
• 20~50미크론의 레이어 높이
• 속도 또는 정밀도 최적화를 위해 빔 폭 조정 가능

SLM 자료

SLM에는 다음과 같은 다양한 자료가 있습니다:

• 티타늄과 같은 순수 금속
• 공구강
• 구리
• 스테인리스 스틸
• 코발트 크롬
• 알루미늄 및 알루미늄 합금
• 귀금속
• 대부분의 철, 니켈, 코발트 및 구리 기반 합금

상세 비교 | EBM vs SLM

기술 차이점

성능 비교 | EBM vs SLM

속도

EBM의 장점: 더 넓은 빔과 빠른 포지셔닝으로 싱글 빔 SLM보다 빠르게 인쇄 가능

SLM 대응: 멀티빔 SLM 시스템(최대 12개의 레이저)은 EBM 속도와 일치하거나 초과할 수 있습니다.

정확도 및 표면 마감

SLM의 장점: 향상된 치수 정확도, 우수한 표면 마감, 더 미세한 레이어 해상도

EBM 단점: 더 큰 빔 폭으로 인해 표면 마감이 거칠어져 더 많은 후처리가 필요합니다.

볼륨 구축

EBM: 직경 350mm × 높이 430mm(원통형) 제한

SLM: 최대 600 × 600 × 600mm (더 큰 단일 부품 가능)

머티리얼 속성 및 애플리케이션

부품 특성

• 두 기술 모두 생산합니다:
• 고밀도 부품
• 뛰어난 기계적 특성
• 등방성 머티리얼 속성
• 강력하고 가벼운 구성 요소

EBM 특정:

• 내부 스트레스 감소
• 열처리 거의 필요 없음
• 최대 98% 분말 재활용률

SLM 특정:

• 낮은 다공성
• 더 높은 내부 응력(빌드 후 열처리가 필요한 경우가 많음)
• 우수한 치수 정확도

산업 애플리케이션

EBM 애플리케이션:

• 항공우주(터빈 블레이드)
• 의료용(정형외과 임플란트)
• 자동차 부품
• 국방 애플리케이션
• 석유화학 산업

SLM 애플리케이션:

• 항공우주
• 자동차
• 의료 및 치과
• 산업용 툴링
• 건설
• 보석
• 전체 어셈블리(구성 요소뿐만 아니라)

장점과 단점 | EBM vs SLM

EBM의 장점:

• 더 빠른 인쇄 속도(단일 빔)
• 더 높은 용융 온도(최대 2,000°C)
• 더 적은 수의 지원 구조 필요
• 내부 스트레스 감소
• 뛰어난 기계적 특성
• 높은 파우더 재활용률
• 여러 위치로 동시에 빔 분리 가능

EBM 단점:

• 전도성 재료로만 제한
• 진공 챔버가 필요함(복잡성 추가, 크기 제한)
• 제품 정확도 감소
• 후처리가 필요한 거친 표면 마감 처리
• 고가의 기계 및 재료
• 독점 기술
• 고도로 숙련된 기술자 필요
• 소규모 부품으로 제한
• 냉각 기간 필요

SLM의 장점:

• 더 다양한 소재
• 치수 정확도 향상
• 뛰어난 표면 마감
• 더 큰 빌드 볼륨
• 전체 어셈블리 인쇄 가능
• 작업자가 속도와 정밀도를 위해 빔 폭을 조정할 수 있습니다.
• 속도 향상을 위한 다양한 레이저 옵션

SLM의 단점:

• 느린 인쇄(단일 빔 시스템)
• 더 높은 내부 스트레스
• 빌드 후 열처리 필요
• 더 비싼 엔트리 레벨 머신 

대체 기술

직접 금속 레이저 소결(DMLS)

직접 금속 레이저 소결 SLM과 유사하지만 여러 개의 저에너지 레이저를 사용하며 밀도는 낮지만 EBM과 SLM보다 더 나은 해상도로 뛰어난 정확도를 제공합니다.

직접 에너지 증착(DED)

필라멘트 또는 파우더를 사용하여 금속, 폴리머, 세라믹을 프린트할 수 있습니다. 대형 제품을 빠르게 생산하고 여러 재료를 처리할 수 있습니다.

선택적 레이저 소결(SLS)

선택적 레이저 소결 는 SLM과 매우 유사하지만 금속 소재가 아닌 플라스틱으로 인쇄합니다.

요약

EBM과 SLM은 모두 고강도 열원을 사용하여 금속 분말을 녹여 강하고 밀도가 높은 제품을 생산하는 파우더 베드 융합 금속 3D 프린팅 기술입니다. 두 기술 중 하나를 선택하는 것은 특정 요구 사항에 따라 달라집니다:

언제 EBM을 선택합니다:

• 속도가 최우선입니다.
• 내화성/전도성 재료로 작업하기
• 내부 스트레스 최소화가 중요합니다.
• 열처리는 피해야 합니다.

언제 SLM을 선택합니다:

• 정확도와 표면 마감이 중요합니다.
• 다양한 소재가 필요합니다.
• 더 큰 부품 또는 전체 어셈블리가 필요합니다.
• 더 높은 해상도가 필요합니다.

두 기술 모두 계속해서 발전하고 있으며, SLM은 뛰어난 정확도와 재료 유연성을 유지하면서 EBM의 속도 이점을 충족하는 멀티 레이저 시스템을 통해 입지를 다지고 있습니다.

자주 묻는 질문

EBM과 SLM은 사용하는 열원에서 어떻게 다른가요?

EBM은 전자 빔을 사용하는 반면 SLM은 레이저를 사용하여 금속 분말을 녹입니다.

진공 챔버에서는 어떤 공정이 작동하나요?

EBM은 진공 상태에서 작동하는 반면 SLM은 불활성 가스 분위기에서 작동합니다.

EBM과 SLM에서 일반적으로 처리하는 금속은 무엇인가요?

EBM은 티타늄과 코발트-크롬 합금에 주로 사용되며, SLM은 스테인리스강과 알루미늄을 포함한 더 넓은 범위에서 작동합니다.

표면 마감과 정밀도는 어떻게 비교할 수 있나요?

SLM은 일반적으로 EBM보다 더 미세한 표면 마감과 더 높은 해상도의 부품을 생산합니다.

일반적으로 빌드 속도가 더 빠른 프로세스는 무엇인가요?

EBM은 더 높은 에너지 밀도와 용적 용융으로 인해 빌드 속도가 더 빠릅니다.

EBM과 SLM의 일반적인 적용 분야는 무엇인가요?

EBM은 항공우주 및 의료용 임플란트 분야에서, SLM은 자동차, 항공우주 및 툴링 분야에서 널리 사용됩니다.

어떤 공정에서 잔류 응력이 적은 부품이 만들어지나요?

EBM 부품은 진공 환경과 예열로 인해 잔류 응력이 낮은 경향이 있습니다.

EBM과 SLM의 사후 처리가 다른가요?

둘 다 비슷한 후처리가 필요하지만 SLM 부품은 표면 마감이 더 필요할 수 있습니다.

어떤 방법이 더 비쌉니까?

비용은 다양하지만 EBM 기계와 운영은 SLM보다 비용이 더 많이 드는 경향이 있습니다.