▲ `IN939 Hayes 282`와 `IN738` 소재 응력 MPa 비교(출처: EOS)

EOS가 금속 3D프린팅용 고내열·고강도·고내식 니켈계 초합금 소재를 새롭게 추가해 발전·우주항공 등에서의 3D프린팅 적용 확대가 기대되고 있다.

산업용 3D프린팅 산업의 혁신을 주도하는 EOS는 새로운 금속 적층제조 소재 2종 ‘NickelAlloy IN738’과 ‘NickelAlloy K500’을 추가한다고 12일 발표했다.

‘EOS IN738’은 인장강도 1,265MPa, 연신율 4.5%의 고강도와 내열성을 가진 니켈계 합금 소재이다. 기존 가공 방식의 초합금에 비해 EOS IN738은 고온 환경을 잘 견디며 터빈 블레이드 및 기타 에너지 부품과 같은 높은 응력을 받는 애플리케이션에서 열화가 현저히 적다. 또 EOS IN738로 적층 제조된 부품은 산업용 3D프린팅의 이점 중 하나인 설계 최적화를 활용해 추가적인 냉각 기능을 제공하고 부품의 전체 수명을 늘릴 수 있다.

위니펙에 본사를 둔 Precision ADM은 공급망과 스페어 파트 재고 부족으로 어려움을 겪고 있는 캐나다의 에너지 산업군 고객을 위해 터빈 블레이드를 생산하면서 EOS IN738의 초기 테스트 사례를 제공했다. 이 프로젝트는 EOS IN738소재 테스트 및 회전하는 터보기계 부품에 적층제조를 사용한 첫 사례이다.

‘EOS K500’은 주요 우주 발사 기관의 요청에 따라 개발됐다. 고강도 및 열전도성의 니켈 합금과 구리 합금 조합의 물성을 가지는 이 소재는 추진기 및 노즐과 같은 우주 응용 분야는 물론, 펌프와 밸브를 만드는 화학 공정 및 해양 응용 분야에 이상적이다.

EOS社는 EOS IN738과 EOS K500을 통해 레이저 분말 용융 방식(L-PBF) 3D 프린팅 기술을 활용하는 다양한 산업에 뛰어난 성능, 부품 특성 및 가치를 제공할 것으로 기대하고 있다.

B. S. Precision ADM의 의료 및 산업 영업 및 사업 개발 디렉터 Derek VanDenDreissche 는 “EOS 기술과 EOS IN738 소재 덕분에 표준 작동 RPM의 110%를 달성하고 작동하는 터빈에서 발생하는 화씨 1,700도까지 견딜 수 있는 터빈 엔진 블레이드를 성공적으로 제작할 수 있었다”고 말했다.

또한 “이 테스트는 최초로 터빈 엔진 블레이드를 3D 프린팅 기술로 성공적으로 제작했을 뿐만 아니라 EOS IN738이 터보 기계 애플리케이션에 필요한 높은 환경의 열과 응력을 견딜 수 있음을 보여주었다”며, “EOS IN738은 이 프로젝트의 성공에 결정적인 역할을 했다”고 밝혔다.

M. Sc. EOS 금속 소재 사업 개발 매니저 Juha Kotila는 “EOS K500은 니켈계 초합금의 높은 기계적 강도와 구리 합금의 열 전도성이라는 두 가지 AM 소재 사이의 중요한 간극을 메워준다”며, “EOS 소재 개발팀은 기계적 강도와 열 전도성이 동시에 요구되는 우주 분야 또는 극한 환경에서 사용할 수 있는 솔루션으로 EOS K500을 성공적으로 개발했다”고 밝혔다.

EOS 금속 소재 및 프로세스 제품 관리 책임자 Hanna Pirkkalainen는 “EOS IN738은 크랙이 발생하지 않고 높은 응력 및 고온 환경의 애플리케이션을 위한 솔루션을 제공하며, EOS K500은 강도, 내식성 및 열 전도성의 조합으로 극한의 온도에서도 탁월한 성능을 발휘한다”며 “금속 소재 포트폴리오에 이러한 소재를 추가함으로써 적용 범위를 넓히고 산업용 3D프린팅의 범위를 확장할 수 있었다”라고 전했다.

한편 EOS IN738과 EOS K500은 `24년 12월부터 ‘EOS M 290’ 장비에서 사용 가능하며, ‘EOS M 400-4’용은 `25년 상반기에 상용 출시될 예정이다.

▲ 적층 제조된 EOS K 500의 ASTM E407 recipe 40 에칭 후 미세 조직(출처: EOS)