개요 3D 프린팅 알루미늄 합금
3D 프린팅 알루미늄 합금은 높은 중량 대비 강도, 우수한 열전도율, 내식성 등 여러 가지 장점을 가지고 있어 자동차, 항공우주, 소비재 및 기타 산업 전반의 3D 프린팅 애플리케이션에 적합한 소재입니다.
선택적 레이저 용융(SLM)과 직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 알루미늄 합금 분말에 사용되는 주요 3D 프린팅 프로세스입니다. 고출력 레이저를 사용하여 분말 입자를 한 층씩 융합하여 복잡하고 사용자 정의 가능한 부품 형상을 만듭니다.
종류 3D 프린팅 알루미늄 합금
| 합금 시리즈 | 공통 성적 | 특성 |
|---|---|---|
| 2xxx 시리즈 | 2024, 2219, 2519 | 열처리 가능, 고강도 |
| 5xxx 시리즈 | 5005, 5052, 5083 | 적당한 강도, 용접 가능 |
| 6xxx 시리즈 | 6060, 6066, 6061 | 열처리 가능, 기계 가공성 |
| 7xxx 시리즈 | 7050, 7068, 7075 | 매우 높은 강도, 낮은 내식성 |
구성 3D 프린팅 알루미늄 합금
알루미늄 합금은 마그네슘, 실리콘, 망간, 구리 등 특정 특성을 향상시키기 위해 첨가되는 합금 원소와 함께 97% 이상의 알루미늄을 중량으로 함유하고 있습니다:
- 마그네슘 - 강도, 성형성 향상
- 실리콘 - 주조 애플리케이션의 유동성 개선
- 망간 - 입자 구조 제어를 위해 추가됨
- 구리 - 강도 및 가공성 향상
- 아연 - 강수량 경화를 통한 강도 향상
- 크롬 - 입자 크기를 제어하여 인성을 높입니다.
기계적 특성
3D 프린팅 알루미늄 부품은 주조 또는 단조 합금과 유사한 높은 기계적 강도를 보여줍니다. 몇 가지 일반적인 값은 다음과 같습니다:
- 인장 강도 - 340 ~ 565 MPa
- 수율 강도 - 170 ~ 505 MPa
- 휴식 시 신장 - 3% ~ 8%
- 경도 - 75 ~ 110 HRB
- 탄성 계수 약 70 GPa
3D 프린팅 알루미늄의 특성
| 속성 | 세부 정보 |
|---|---|
| 표면 마감 | 파우더 접착으로 인해 반투명하고 계단식 표면 프로파일이 남을 수 있습니다. |
| 정확도 | 일반적으로 최대 ±0.1%의 높은 치수 정확도 가능 |
| 이방성 | 방향성이 약한 기계적 특성 관찰 |
| 다공성 | <1% 다공성 달성(최적화된 SLM 파라미터에서 달성) |
| 합금 유연성 | 많은 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx 성적 인쇄 가능 |
응용 3D 프린팅 알루미늄 합금
| 산업 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|
| 항공우주 | 항공기 덕트, 열교환기, 구조용 브래킷 |
| 자동차 | 맞춤형 브래킷, 지지대, 방열판, 툴링 |
| 아키텍처 | 경량 패널, 장식용 격자, 작은 조각품 |
| 의료 | 수술 기구, 임플란트 등의 펌웨어 |
| 전자 제품 | 방열판과 같은 방열 장치 |
| 방어 | 리드 타임이 단축된 소량 부품 |
적층 제조용 알루미늄 분말 사양
| 매개변수 | 유형/범위 |
|---|---|
| 재료 | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| 입자 크기 | 25~65미크론 |
| 파티클 모양 | 대부분 구형, 일부 위성은 허용됨 |
| 겉보기 밀도 | 약 2.67g/cc |
| 유량 | <ASTM B964 기준 30초/50g 미만 |
| 잔류 산소 | <0.4%로 높은 인장 강도 제공 |
주요 공급업체 3D 프린팅 알루미늄 합금
AM용 알루미늄 합금 분말 생산업체는 다음과 같습니다:
- AP&C - 알루미늄과 같은 반응성 물질의 원자화 전문 기업
- 카펜터 첨가제 - 광범위한 스테인리스 스틸 및 알루미늄 등급
- EOS - EOS 인쇄 시스템용 사전 합금 알루미늄 분말을 공급합니다.
- 샌드빅 오스프리 - 구형 가스 분무 알루미늄 분말
- SLM 솔루션 - 고품질 알루미늄을 사용한 SLM 프린터 최적화
비용 고려 사항
| 알루미늄 등급 | 평균 파우더 가격 |
|---|---|
| AlSi10Mg | $100-150kg당 |
| AlSi7Mg | kg당 $70-100 |
| AlSi12 | kg당 $90-140 |
버진 알루미늄 파우더는 재활용 파우더에 비해 20~50%의 프리미엄이 붙습니다. 가격은 또한 구매 수량, 입자 특성, 공급업체 및 일반적인 금속 가격에 따라 달라집니다.
3D 프린팅 알루미늄의 장단점
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 강철 부품 대비 무게 감소 | 높은 반사율은 더 높은 레이저 출력을 요구합니다. |
| 신속한 프로토타이핑, 커스터마이징 | 스트레스 해소를 위해 후처리가 필요한 경우가 많습니다. |
| 어셈블리를 하나의 부품으로 통합 | 반응성 알루미늄은 불활성 대기가 필요합니다. |
| 향상된 열 관리 | 사용 장비에 따라 제한되는 최대 부품 크기 |
| 도금, 연마에 적합 | 합금은 강철보다 최대 사용 온도가 낮습니다. |
자주 묻는 질문
Q: 적층 가공에 가장 적합한 알루미늄 합금은 무엇인가요?
A: AlSi10Mg는 가장 널리 채택된 알루미늄 합금으로 유동성, 강도, 경도 및 내식성이 우수하고 다양한 프린터에서 호환성이 뛰어납니다.
Q: 빌드 방향이 3D 프린팅된 알루미늄 컴포넌트의 프로퍼티에 영향을 주나요?
A: 예, 수직으로 제작하면 층별 구조로 인해 수평으로 제작하는 부품에 비해 인장 및 항복 강도가 20-30% 더 낮을 수 있습니다. 기계적 성능은 또한 레이어에 평행 또는 수직으로 하중을 가하느냐에 따라 달라집니다.
Q: 알루미늄 특성을 향상시킬 수 있는 솔루션 열처리에는 어떤 것이 있나요?
A: AlSi10Mg와 같은 일부 첨가제 제조 합금의 T6 열처리(용해 후 인위적으로 노화 경화)는 준공 상태와 비교하여 인장 강도, 경도 및 연성을 크게 증가시킬 수 있습니다.
Q: 적층 가공된 알루미늄 부품의 표면 마감은 어떻게 개선되나요?
A: 샌드 블라스팅, 비드 블라스팅, 레이저 연마, CNC 가공, 연삭 또는 라이닝과 같은 다양한 마감 절차를 통해 파우더 기반 프린팅의 알루미늄 표면에서 일반적으로 관찰되는 계단식 윤곽을 매끄럽게 처리할 수 있습니다.
Q: 알루미늄 파우더 재사용이 3D 프린팅 부품 속성에 영향을 미치나요?
A: 일반적으로 알루미늄 빌드 파우더를 10~20회까지 재활용해도 기계적 성능에는 영향을 미치지 않습니다. 하지만 약 25회 이상의 재사용 주기가 지나면 파우더 유동성 감소, 밀도 저하, 산소/질화물 불순물 증가로 인해 소재의 품질과 강도가 저하되기 시작할 수 있습니다.
