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  • 기사등록 2021-02-19 10:18:56
  • 수정 2021-02-19 10:19:56
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▲ 메탈쓰리디가 진공 챔버를 적용해 타이타늄 부품을 고정밀로 적층할 수 있는 금속 3D프린터와 공정을 개발했다.


금속 적층제조(AM) 솔루션 기업 메탈쓰리디(메탈3D)가 진공 챔버를 적용해 고진공 상태로 타이타늄(Ti) 부품을 정밀하게 제작할 수 있는 금속 3D프린터를 개발했다.

메탈쓰리디는 자사의 국산 금속 3D프린터 메탈시스(MetalSys)’를 기반으로 Ti 전용 진공 챔버 및 제어시스템과 인장강도 1100MPa 이상의 Ti 제품 적층제조 공정을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.


Ti
은 강도가 철강대비 2.5배로 견고하지만 가벼우면서 내식성이 우수하고 생체적합성을 가지고 있는 소재로 우주항공, 플랜트, 의료, 국방, 자동차 등에서 널리 활용되고 있다. 특히 노령화로 임플란트 시술이 크게 증가하면서 Ti을 활용해 인공치아 등 치과용 임플란트와 인공관절, 인공뼈, 척추추간판 등 정형외과용 임플란트 수요도 늘고 있다.


Ti
이 의료용에 확대되는데 걸림돌은 소재 자체의 난가공성이다. 환자의 상태에 따라 복잡한 보형물의 신속·정확한 제작이 요구되지만 Ti은 주조·가공이 어렵기 때문에 이에 대응하는데 어려움이 있다. 반면 3D프린팅은 분말을 적층하는 방식이어서 공정이 간단하고 기존 절삭가공 대비 재료소비도 80% 정도 절감할 수 있으며 어떤 모양이든 환자 맞춤형으로 신속한 제작이 가능하다는 점에서 활용이 확대되고 있다.


Ti
3D프린팅 할 경우 재료특성상 고온에서 용존산소와 반응해 산화막이 형성되면서 부품 품질 저하와 적층 후 분말의 재사용에 문제가 발생하기 때문에 챔버 내 산소를 극소화시키는 것이 요구된다. 그러나 기존 금속 3D프린터의 경우 대부분 기술·비용적인 문제로 인해 챔버 내를 저산소(압력)화 시키는 방식에 그쳐 Ti 재료적 특성을 완전히 활용할 수 없었다.


이에 메탈쓰리디와 윈포시스
의 금속 3D프린터 개발팀은 Ti를 초 저산소 환경에서 정밀하게 적층할 수 있도록 기술개발을 추진했다. 진공도10^-5 torr의 고진공 챔버를 개발하고 진공 챔버내의 산소농도를 50PPM 이내로 제어할 수 있는 기술을 개발했다.


또한 인장강도
1100MPa 이상의 Ti 제품을 적층할 수 있도록 기계적 성능향상을 위한 용융 공정과 후처리 공정 등을 개발했다. 메탈쓰리디는 엉덩이 뼈, 인공 고관절, 교정 임플란트, 항공기 부품 경량화 등에 관한 제품 및 공정기술을 확보했다.


메탈쓰리디는 이러한 기술개발을 통해
Ti 재료적 특성을 완전히 활용하면서 정밀한 제품 제작이 가능할 것으로 기대하고 있다. 특히 표면이 깨끗하기 때문에 열처리 등 후공정이 적어져 수술용 임플란트에 적합한 정밀함과 강도를 가진 제품 적층제조에 유리하다. 이를 기반으로 외과 수술용 임플란트, 치과 임플란트 및 픽스처, 항공기엔진, 차량 경량화 부품, 경량 기구 금속물 등 시장에 진출한다는 계획이다.


주승환 메탈쓰리디
CTO진공 제어 기술, 저산소 농도 제어 및 측정 기술, 금속 3D프린터 제어 기술 등을 국산화하면서 국내 금속 3D프린팅 기술도 양산화에 맞게 획기적으로 개선됐다는데 의의가 있다“Ti을 시작으로 가공이 어려운 희소·특수 금속의 적층제조기술을 선도할 수 있도록 공정 기술개발에 나서겠다고 밝혔다.


▲ 메탈쓰리디가 진공 챔버가 적용된 금속 3D프린터로 적층한 타이타늄(Ti 64) 부품.(엉덩이 임플란트, 두개골 임플란트, 턱뼈 임플란트, 제트엔진 부품)


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