금속 3D 프린트의 실제 비용: 엔지니어 및 혁신가를 위한 가이드

영상들을 보셨을 겁니다. 레이저가 고운 가루 위로 춤을 추고, 복잡하고 불가능해 보이는 금속 부품이 허공에서 솟아오르는 듯합니다. 마법처럼 보이고, 미래처럼 느껴집니다. 그리고 당신은 모든 것을 땅바닥으로 떨어뜨리는 단 하나의 질문을 던집니다.

"그럼, 비용은 얼마인가요?"

저는 수십 년 동안 이 업계에 종사해 왔습니다. 기술의 흥망성쇠를 겪어 왔지만, 이 질문만큼 충격적인 질문은 없습니다. 사람들은 플라스틱 3D 프린팅 세상에 익숙합니다. 필라멘트 한 스풀이 고급 스테이크 한 그릇보다 저렴하니까요. 금속 3D 프린팅을 보면 그저 플라스틱 3D 프린팅의 더 발전된 버전일 뿐이라고 생각하죠. 하지만 그들은 위험할 정도로 틀렸습니다.

"금속 3D 프린팅은 얼마나 비싼가요?"라고 묻는 것은 "차량은 얼마나 비싼가요?"라고 묻는 것과 같습니다. 모페드도 차량이고, 화물 열차도 차량입니다. 답은 전적으로 무엇을 하려고 하는지에 따라 달라집니다.

깊고 어둡고 값비싼 물속으로 뛰어들기 전에, 여러분이 찾고 있는 간단한 답변을 드리겠습니다. 금속 부품 제조 업계의 기본 방식과 비교하면 어떻습니까? CNC 가공?

요인	금속 3D 프린팅(DMLS/SLM)	CNC 가공	클라이브의 평결
툴링 비용	$0	$ 0 – $ 1,000 +	3D 프린팅의 승리: 맞춤형 고정 장치나 지그가 필요 없습니다. 일회성 제품이나 프로토타입 제작에 큰 도움이 됩니다.
설치 비용	높음	보통에서 높음	기계 가공이 약간 더 우수함: 간단한 부품을 위한 기계 설정은 몇 시간이 걸리는 3D 인쇄 빌드를 준비하는 것보다 빠릅니다.
1부당 비용	매우 높음	높음	가공의 승리: 간단한 정육면체의 경우 기계 가공이 훨씬 저렴합니다. "불가능한" 형상의 경우 3D 프린팅이 유일한 선택입니다.
10개 부품 가격	매우 높음	보통	가공의 승리: CNC의 경제성은 3D 프린팅보다 훨씬 빠르게 대량 생산으로 향상됩니다.
1,000개 부품 가격	천문	높음	기계 가공이 승리합니다(결정적으로): 3D 프린팅은 단순한 부품을 대량 생산하는 도구가 아닙니다. 그게 다입니다.
재료 폐기물	매우 낮은	높음	3D 프린팅의 승리: 적층 가공 방식입니다. 필요한 재료(그리고 지지대)만 사용합니다. 가공 과정에서는 고체 블록의 80~90%가 낭비될 수 있습니다.
기하학적 복잡성	사실상 무제한	제한된	3D 프린팅이 승리합니다(결정적으로): 내부 채널, 유기적 모양, 격자 구조는 3D 프린팅이 매우 귀중한 가치를 지닌 분야입니다.

이 표는 간략하게 보여드리지만, 전체적인 내용을 보여주지는 않습니다. 비용을 제대로 이해하려면 기술의 본질을 이해해야 합니다. 기계 자체부터 시작하여 단일 금속 3D 프린팅 부품의 비용을 처음부터 계산해 보겠습니다.

가장 큰 비용을 발생시키는 요인은 무엇일까요? 바로 프린터입니다.

금속 3D 프린팅 부품에 대한 견적을 요청하는 것은 단순히 금속 가루와 전기료를 지불하는 것이 아닙니다. 사실상 막대한 자본 투자가 필요한 기계의 시간을 임대하는 것입니다. 이것이 가장 큰 요소이지만, 대부분의 사람들이 간과하는 부분입니다.

전문가용 금속 3D 프린터의 실제 가격은 얼마인가요?

한 가지 분명히 해두자면, 우리는 데스크톱 컴퓨터를 말하는 것이 아닙니다. 조밀하고 튼튼하며 기능적인 부품을 생산할 수 있는 "취미용" 금속 3D 프린터 같은 것은 존재하지 않습니다. 통제된 환경에서 레이저로 금속을 녹이는 물리적 과정은 엄청나게 까다롭습니다. 이 기계들은 산업용으로 사용하기에 적합한 기계입니다.

주요 기술과 가격을 살펴보겠습니다.

• 직접 금속 레이저 소결 (DMLS) / 선택적 레이저 용융(SLM): 가장 일반적인 기술로, 아마 여러분도 본 적이 있을 겁니다. 고출력 레이저(400와트부터 1,000와트 레이저 여러 개까지)가 미세한 금속 분말 층을 스캔하여 층층이 녹이고 융합합니다. 이 기계들은 제조업체 EOS, SLM Solutions, 3D Systems와 같은 회사는 업계의 주력 기업입니다.
  • 보급형 가격: 더 작은 단일 레이저 기계가 시작됩니다. $ 400,000에 $ 600,000.
  • 중간/생산 가격: 더 높은 처리량을 위해 설계된 더 큰 다중 레이저 시스템은 쉽게 비용이 많이 들 수 있습니다. $ 800,000에 $ 2,500,000.
  • "추가 기능": 이 가격에는 종종 분말 체질 스테이션, 탈분말 스테이션 또는 기계를 청소하는 데 필요한 특수 진공 청소기와 같은 필수 주변 장치가 포함되지 않아 추가 비용이 발생할 수 있습니다. $ 50,000에 $ 150,000.
• 바인더 분사: 이 공정은 기존 방식과 다르게 작동하며 큰 주목을 받고 있습니다. 레이저 대신, 프린트 헤드가 금속 분말 층에 액상 결합제를 도포하여 입자들을 층층이 접착시켜 "녹색" 부품을 형성합니다. 이 녹색 부품을 용광로에 넣어 결합제를 태우고 금속 입자를 소결(융합)시켜 단단하고 밀도가 높은 물체를 만듭니다.
  • 시스템 가격: Desktop Metal이나 HP와 같은 회사의 전체 시스템에는 프린터, 탈분말 처리 스테이션, 고온로가 포함됩니다. 총 투자 비용은 일반적으로 다음과 같습니다. $500,000 ~ $1,000,000 이상. 더 빠릅니다 대량 생산 하지만 그 자체로 복잡한 측면이 있습니다.
• 재료 압출(결합 금속 증착 - BMD): 이 기술은 Desktop Metal과 같은 회사가 Studio System을 통해 개척한 가장 "접근하기 쉬운" 기술입니다. 일반적인 FDM 프린터와 비슷하게 작동하며, 왁스 폴리머 바인더로 고정된 금속 분말로 만든 막대나 필라멘트를 압출합니다. 인쇄된 "녹색" 부분은 왁스를 제거하기 위한 디바인딩 공정을 거친 후, 최종적으로 소결을 위해 용광로로 들어갑니다.
  • 시스템 가격: DMLS보다 훨씬 저렴하지만 여전히 상당한 투자입니다. 3단계 시스템(프린터, 탈지제, 용광로) 전체 비용은 약 $ 150,000에 $ 250,000.

따라서 서비스 업체가 DMLS 시스템에 1만 달러를 투자하면 수익을 창출해야 합니다. 인쇄 작업에 대해 청구하는 시간당 요금은 해당 장비의 대금 상환, 연간 50만 달러 이상의 유지보수 계약, 그리고 궁극적으로 수익을 창출하기 위해 계산됩니다. 즉, 막대한 투자의 일부를 지불하는 것입니다.

왜 더 싼 금속 프린터를 살 수 없나요?

이런 질문을 많이 받습니다. "온라인에서 50,000만 달러짜리 기계를 봤어요." 정말, 정말 조심하세요. 50만 달러짜리 기계와 1만 달러짜리 기계의 차이는 기능이 아니라 물리적 특성과 안전성입니다.

레이저로 금속 분말을 녹이는 것은 근본적으로 위험합니다.

1. 폭발 위험: 특히 알루미늄 및 티타늄과 같은 반응성 금속 분말은 미세 금속 분말입니다. 폭발물전문가용 장비의 빌드 챔버는 산소를 치환하고 폭발을 방지하기 위해 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스로 채워집니다. 이 시스템에는 정교한 센서, 순환 시스템, 그리고 안전 인터록이 필요합니다. 이는 협상의 여지가 없고 비용이 많이 드는 필수 조건입니다.
2. 레이저 출력 및 광학: 안정적으로 작동하려면 엄청난 양의 집중된 에너지가 필요합니다. 강철을 녹이다 또는 티타늄을 사용합니다. 이를 위해서는 고품질의 안정적인 산업용 레이저와 빔을 유도하는 매우 정밀한 광학 장치(렌즈와 거울)가 필요합니다. 이러한 부품은 저렴하지 않습니다.
3. 공정 제어: 전문 기계 산소 농도, 가스 흐름, 빌드 플레이트 온도, 레이저 출력을 실시간으로 모니터링하는 엄청나게 많은 센서가 장착되어 있습니다. 이 센서의 작은 오차라도 발생하면 며칠 동안 인쇄된 결과물이 망가지거나, 더 심각한 경우 안전 사고로 이어질 수 있습니다. 이 폐쇄 루프 제어 시스템은 비용의 상당 부분을 차지합니다.

싸다 기계 절단 이러한 중요한 시스템의 모서리에 있습니다. 그 결과, 밀도가 낮고 기계적 특성이 좋지 않으며, 공정이 신뢰할 수 없고 안전하지 않은 부품이 종종 발생합니다. 금속 3D 프린팅에서는 지불한 만큼의 가치를 얻을 수 있으며, 지불하는 대가는 안전하고 반복 가능한 산업 공정을 보장하는 것입니다.

"잉크"는 어떨까요? 금속 분말의 가격은?

기계가 첫 번째 충격이라면, 재료는 두 번째 충격입니다. 플라스틱 FDM 프린팅에서 고품질 PLA 1kg 스풀의 가격은 약 25달러입니다. 금속 DMLS 프린팅에서는 1kg의 저렴한 강철 분말은 그 두 배 이상 비싸고, 고급 합금은 천문학적 가격이 될 수 있습니다.

왜 금속 가루는 같은 금속으로 만든 단단한 막대보다 훨씬 더 비싼가요?

아주 좋은 질문입니다. 316L 원재료 1kg을 구매하실 수 있습니다. 스테인리스 강 몇 달러면 됩니다. 그런데 왜 파우더 버전은 50달러에서 100달러 정도일까요? 그 답은 바로 매우 복잡하고 에너지 집약적인 제조 공정에 있습니다. 원자화.

단단한 강철 막대를 완벽한 구형의 미세한 물방울 구름으로 만든다고 상상해 보세요. 이것이 바로 원자화의 원리입니다. 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다. 가스 원자화:

1. 용융 금속이 담긴 도가니를 정확한 온도까지 가열합니다.
2. 녹은 금속을 특수 노즐을 통해 붓습니다.
3. 노즐에서 나오는 액체 금속의 흐름은 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스의 고압 분사에 의해 분사됩니다.
4. 이 격렬한 폭발은 녹은 물줄기를 수십억 개의 작은 물방울로 산산조각 냅니다.
5. 표면 장력에 의해 이러한 액체 방울은 냉각탑을 통과할 때 거의 완벽한 구형으로 변합니다.
6. 그들은 비행 중에 굳어지고 가루가 되어 바닥으로 떨어집니다.

이 공정은 제어하기가 매우 어렵습니다. 3D 프린팅에 유용하게 활용되려면 분말에 두 가지 주요 특성이 필요합니다.

• 높은 구형도: 입자는 최대한 둥글어야 합니다. 구형 입자는 액체처럼 흐르며 빌드 플레이트에서 촘촘하고 예측 가능하게 뭉쳐집니다. 불규칙하고 들쭉날쭉한 입자는 잘 흐르지 않아 기공이 발생할 수 있습니다. 실패한 인쇄.
• 특정 입자 크기 분포(PSD): 파우더는 아무 크기나 사용할 수 없습니다. 일반적으로 15~45마이크론(사람 머리카락의 두께는 약 70마이크론) 사이의 매우 구체적인 범위여야 합니다. 너무 크면 미세한 디테일을 표현할 수 없고, 너무 작으면 파우더가 잘 흐르지 않아 안전에 큰 위험을 초래할 수 있습니다.

분무 후, 분말을 여러 번 체질하여 필요한 정확한 PSD를 분리합니다. 고온, 대량의 불활성 가스, 복잡한 기계, 그리고 정밀한 품질 관리 등 이 모든 과정은 막대한 비용을 발생시킵니다.

또한, 응용 프로그램의 경우 항공 우주 의료용 분말의 경우, 모든 배치는 엄격한 기준을 충족하도록 화학적 분석을 거쳐 인증을 받아야 합니다. 이러한 "계보" 문서는 최종 가격을 더욱 높입니다.

분말 가격에 대한 실제 숫자를 알려줄 수 있나요?

물론입니다. 이는 대략적인 시장 가격이며 공급업체와 수량에 따라 달라질 수 있지만, 대략적인 시장 상황을 파악하는 데 도움이 됩니다.

자재	kg당 대략적인 비용	클라이브의 노트
스테인리스 강 (316L)	$ 50 - $ 120	일꾼, 금속 인쇄의 "PLA" 세계. 비교적 저렴하고 인쇄하기도 쉽습니다.
공구강(H13)	$ 80 - $ 150	고강도 공구, 금형, 인서트 제작에 사용됩니다.
알루미늄(AlSi10Mg)	$ 80 - $ 200	가볍지만 까다롭습니다. 반응성이 뛰어나고 신중한 취급과 매개변수 제어가 필요합니다.
인코넬(IN718)	$ 200 - $ 400	니켈 기반 초합금. 극한 온도에서도 강도를 유지합니다. 제트 엔진과 로켓에 사용됩니다.
티타늄(Ti6Al4V)	$ 300 - $ 550	항공우주 및 의료 분야에서 사랑받는 소재입니다. 놀라운 강도 대 중량비에 생체 적합성을 지녔지만, 가격이 매우 비싸고 반응성이 높습니다.
구리(순수 구리/GRCop)	$ 250 - $ 500	높은 반사율(레이저 에너지를 반사)로 인해 인쇄가 매우 어렵습니다. 방열판과 같은 열 관리.

따라서 부품 무게가 200그램인 경우 티타늄 원자재 비용만 $60-$100가 될 수 있습니다. 기계가 돌아간다 에.

숨겨진 "소모품" 비용은 무엇인가?

기계와 분말은 두 가지 큰 비용이지만 시간당 요금에 포함되는 다른 천 자상 비용이 있습니다. 인쇄 서비스전문 매장은 사업을 유지하기 위해 이러한 점을 고려해야 합니다.

그냥 "인쇄하고 바로 나가면 된다"는 말이 있지 않나요?

이것은 가장 위험한 오해입니다. 금속 3D 프린터를 사용하는 것은 취미로 "시작" 버튼을 누르는 것보다 조종석에 앉아 조종사가 되는 것과 같습니다. 상당한 소모품 비용이 지속적으로 발생합니다.

• 불활성 가스: 우리가 말했던 아르곤이나 질소요? 한 번만 사용하는 게 아닙니다. 기계는 인쇄하는 동안 산소가 없는 깨끗한 환경을 유지하기 위해 지속적으로 이 가스를 소모합니다. 대형 인쇄 한 장에 대형 가스통 여러 개가 소모될 수 있습니다. 실린더당 100달러에서 300달러까지 들기 때문에 상당한 운영 비용이 발생합니다.
• 전기 : DMLS 장비는 에너지 소모가 매우 큽니다. 강력한 레이저, 빌드 챔버 온도를 높여 스트레스를 줄이는 히터, 그리고 핵심 부품을 냉각하는 냉각기가 장착되어 있습니다. 48시간 출력에는 전용 고전류 산업용 회로에서 상당한 양의 전기가 소모됩니다.
• 필터 : 챔버 내부의 불활성 가스는 일련의 필터를 통해 지속적으로 순환되어 용융 과정에서 발생하는 그을음과 튄 물질을 제거합니다. 이 필터들은 단순한 공기 필터가 아니라, 수명이 제한되어 있고 정기적으로 교체해야 하는 특수하고 값비싼 필터 카트리지입니다. 이로 인해 연간 수천 달러의 비용이 발생할 수 있습니다.
• 빌드 플레이트: 부품들은 두껍고 정밀하게 연마된 금속판에 말 그대로 용접되어 있습니다. 이 금속판들은 개당 수백 달러에서 수천 달러에 달할 정도로 비싸고 수명이 한정되어 있습니다. 부품을 제거할 때 금속판이 깎여 나가기 때문에 시간이 지남에 따라 휘어질 수 있으며, 이로 인해 표면을 다시 덮거나 폐기해야 할 수도 있습니다.

이는 운영 비용의 일부에 불과합니다. 가장 비싼 소모품인 숙련된 인력에 대해서는 아직 언급조차 하지 않았습니다.

이제 기초가 다 되었습니다. 하드웨어의 엄청난 비용, 특수 파우더의 놀라울 정도로 높은 가격, 그리고 기계 작동 유지에 드는 숨겨진 소모품 비용까지 이해하셨을 겁니다. 하지만 이는 이야기의 절반에 불과합니다. 인쇄 후가공은 여정의 시작일 뿐입니다. 다음으로, 인건비와 비용의 대부분이 실제로 투입되는 후처리의 세계로 들어가 보겠습니다.

인건비는 모두 어디서 나올까? 후처리.

해냈습니다. 레이저가 춤을 추고, 기계가 36시간 동안 윙윙거리며 작동했고, 이제 부품 인쇄가 완료되었습니다. 이제 문을 열고 잡아서 나가면 되는 거죠?

틀렸어요. 정말 엄청나게 틀렸어요.

기계 내부의 부품은 완제품이 아닙니다. 두꺼운 강판에 용접된 거칠고 원재료인 부품이 산더미처럼 쌓인 반소결 분말 속에 파묻혀 지지 구조물로 가득 차 있습니다. 이 원재료를 사용 가능한 부품으로 만드는 과정은 여러 단계로 이루어진 노동 집약적인 과정으로, 종종 인쇄물 자체보다 더 많은 시간과 비용이 소요될 수 있습니다. 바로 이 후처리 과정에서 숨겨진 비용이 실제로 발생합니다.

1단계: "브레이크아웃" 및 탈분말화 과정이란 무엇입니까?

먼저, 부품을 꺼내야 합니다.

1. 쿨 다운 : 빌드 챔버와 파우더 베드 전체는 출력 기간 동안 고온(보통 100~200°C)으로 유지됩니다. 파우더 블록 전체는 몇 시간 동안 천천히 식혀야 합니다. 이 과정을 서두르면 부품이 휘거나 갈라질 수 있습니다.
2. 발굴: 작업자는 종종 개인 보호 장비(PPE)를 착용한 채, 빌드 실린더 전체를 별도의 파우더 제거 스테이션으로 조심스럽게 옮깁니다. 특수 무스파크 진공청소기와 부드러운 브러시를 사용하여 주변 파우더에서 부품을 조심스럽게 파냅니다. 마치 섬세한 고고학 발굴 작업과 같습니다.
3. 분말 회수: 이것은 단순한 폐기물이 아닙니다. 사용되지 않은 분말은 매우 귀중합니다. 진공 포장된 용기에 담겨 자동 체질기를 통해 큰 덩어리나 오염 물질을 걸러낸 후, 원재료 분말과 혼합하여 재사용합니다. 이러한 회수 과정은 비용 절감에 매우 중요합니다.

이 초기 분해 과정은 작은 부품의 경우 30분에서 크고 복잡한 부품의 경우 몇 시간까지 걸릴 수 있습니다. 이는 숙련된 기술자의 시간에 대한 비용입니다.

2단계: 빌드 플레이트에서 부품을 제거하는 방법은 무엇입니까?

파낸 부분은 자유롭지 않습니다. 1.2cm 두께의 강철 빌드 플레이트에 말 그대로 용접되어 있습니다. 그냥 뜯어낼 수는 없습니다. 제거하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다.

• 와이어 방전 가공 (방전가공): 이 방법이 가장 선호되는 고정밀 방법입니다. 파트가 부착된 빌드 플레이트 전체를 유전체 유체 탱크에 담급니다. 그런 다음 얇은 전기적으로 충전된 황동 와이어를 플레이트 바로 위 파트 바닥을 통해 통과시킵니다. 이 와이어는 스파크를 사용하여 금속 지지 구조를 부식시켜 절단합니다. 극도의 정밀성과 아름다운 표면 마감을 갖춘 부품 없음. 이는 느린 과정이며 매우 비싼 기계(100만 달러 이상)가 필요합니다.
• 띠톱: 덜 중요한 부품이나 더 단단한 소재에는 금속 절단용 밴드톱이 사용됩니다. 작업자는 플레이트를 조심스럽게 고정하고 톱날을 수동으로 조정하여 지지대를 절단합니다. 이 방법은 속도는 빠르지만 정확도가 떨어지고 작업자가 주의하지 않으면 부품이 손상될 위험이 더 큽니다.

이 단계만으로도 작업에 기계와 작업자 시간이 1~3시간 더 추가될 수 있습니다.

3단계: 스트레스 해소가 왜 그토록 중요한가요?

많은 사람들이 이 단계가 존재한다는 사실조차 모르고 있지만, 안정적이고 기능적인 부품을 만드는 데 있어 가장 중요한 후처리 단계라고 할 수 있습니다.

인쇄 과정에 대해 생각해 보세요. 작은 금속 조각이 실온에서 가열됩니다. 녹는 점 (강철의 경우 1400°C 이상) 그리고 1초도 채 되지 않는 시간 안에 급속 냉각됩니다. 이런 현상이 수백만 번 반복됩니다. 이러한 급속 가열과 냉각은 재료의 결정 구조에 엄청난 내부 응력을 발생시킵니다.

내부 응력이 높은 부품을 열처리 없이 빌드 플레이트에서 잘라내면, 응력이 고르지 않게 방출되어 부품이 휘거나, 구부러지거나, 감자칩처럼 말려질 가능성이 높습니다. 지지 구조물은 단순히 돌출부를 지탱하는 역할만 하는 것이 아니라, 부품을 고정하고 출력 과정에서 휘어지는 힘을 견뎌내는 앵커 역할을 합니다.

이러한 스트레스를 제거하려면 부품(종종 빌드 플레이트에 있는 동안)을 다음과 같이 처리해야 합니다. 스트레스 해소 사이클.

1. 교정된 불활성 분위기로 된 용광로 안에 넣어둡니다.
2. 용광로는 천천히 특정 온도(예: 스테인리스 강의 경우 약 650°C)까지 올라갑니다. 녹는 점.
3. 이 온도에서 몇 시간 동안 "침수"됩니다. 이렇게 하면 금속 결정 격자에 있는 원자들이 더 느슨하고 낮은 에너지 상태로 재배열할 수 있는 충분한 에너지를 얻게 됩니다.
4. 그러면 용광로는 몇 시간 동안 매우 천천히 식습니다.

이 전체 과정은 8시간에서 24시간까지 걸릴 수 있습니다. 이는 값비싼 장비와 상당한 시간 소모로 최종 비용을 증가시킵니다. 이 단계를 건너뛰는 것은 어떤 구조적 구성 요소든 잘못된 관행입니다.

4단계: 이 모든 지원 구조가 정말 필요한가요?

네, 그렇습니다. 그리고 지지대를 제거하는 것은 인건비의 주요 원인입니다. 금속 3D 프린팅에서 지지대는 두 가지 역할을 합니다.

1. 지지 오버행: 플라스틱 인쇄와 마찬가지로 수직에서 45도 이상 각도로 모든 표면을 지지합니다.
2. 파트 앵커링: 방금 논의한 대로, 이들은 부품에서 열을 전도하고 뒤틀림 힘으로부터 부품을 고정하는 데 중요합니다.

이 지지대는 견고한 금속으로 되어 있으며, 부품에 용접되어 있습니다. 이를 제거하는 작업은 수작업으로 이루어지며 고도의 기술이 필요합니다.

• 수공구: 기술자들은 펜치, 가위, 분쇄기, 특수 손 줄 등을 조합하여 지지 구조를 부수고 갈아냅니다.
• 가공 : 지지대가 부착된 중요한 표면의 경우, 완벽하고 매끄럽고 정확한 마감을 얻는 유일한 방법은 가공하는 것입니다. 해당 부품은 다음과 같이 설정될 수 있습니다. CNC 밀 지지대가 있던 부분을 몇 천분의 1인치 정도만 깎아내기 위해서였습니다.

내부 채널이 있는 복잡한 부품의 경우 지지대 제거에 몇 시간, 심지어 며칠이 걸릴 수 있습니다. 기술자가 부품을 갈거나 줄질하는 매 순간이 바로 당신이 지불하는 시간입니다.

5단계: 최종 표면 마감과 허용 오차를 어떻게 달성합니까?

DMLS 부품의 가공되지 않은 표면은 고운 사포처럼 거칠고, 거칠기(Ra)는 약 10~15마이크론입니다. 이는 밀봉 표면, 베어링 보어 또는 매끄러운 마감이 필요한 용도에는 적합하지 않습니다.

또한, DMLS 부품의 인쇄 시 정확도는 일반적으로 약 +/- 0.1~0.2mm입니다. 이는 우수하지만 고정밀 인터페이스에는 충분하지 않습니다.

여기서 2차 마무리 공정이 등장하는데, 각 공정마다 비용이 추가됩니다.

• CNC 가공 : 이는 엄격한 공차를 달성하는 가장 일반적인 방법입니다. 3D 프린팅된 부품은 "정밀 형상에 가까운" 블랭크로 사용됩니다. CNC 밀구멍, 접합면, 나사산과 같은 중요한 형상은 최종 치수로 가공됩니다. 이는 3D 프린팅의 기하학적 자유도와 기존 가공의 정밀성을 결합한 것입니다.
• 텀블링/진동 마무리: 일반적인 디버링 및 매끄럽게 다듬기 작업을 위해, 부품을 세라믹 또는 플라스틱 연마재가 담긴 텀블러에 넣을 수 있습니다. 기계가 몇 시간 동안 진동하면서 연마재가 부품에 닿아 날카로운 모서리를 매끄럽게 다듬고 전체적인 표면을 개선합니다. 표면 마무리.
• 비드 블라스팅: 균일하고 무광택 마감을 위해 미세한 유리 비드나 기타 매체를 사용하여 부품을 분사합니다. 이렇게 하면 표면이 깨끗해지고 열처리로 인한 변색이 제거됩니다.

이러한 각 단계에는 기계, 숙련된 작업자, 시간이 필요합니다.

총계: 실제 견적을 작성해 보자

이제 모든 재료를 다 알게 됐네요. 이제 이 모든 재료를 합치고 실제 부품의 비용이 어떻게 계산되는지 살펴보겠습니다.

부분: 316L로 만든 작고 복잡한 유압 매니폴드 스테인리스 강.

• 치수: 100mm X X 80mm 60mm
• 무게  0.8의 kg
• 주요 특징: 복잡한 내부 채널, 정밀 가공된 여러 개의 포트면.

서비스 업체의 견적 소프트웨어와 숙련된 엔지니어는 이를 다음과 같이 분석합니다.

비용 구성 요소	계산	예상 비용	클라이브의 노트
1. 기계 시간	18시간 인쇄 시간 @ $80/시간	$1,440	이것이 핵심 비용입니다. 여기에는 기계의 감가상각비, 전기세, 가스세, 필터 비용, 그리고 이익 마진이 포함됩니다. 시간당 요금은 사업의 생명선입니다.
2. 재료비	0.8kg 부품 무게 + 0.3kg 지지대 = 1.1kg. 약간의 손실을 가정하여 1.2kg의 분말을 kg당 $90에 사용하세요.	$108	분말 자체는 가장 큰 원인은 아니지만, 원자재 비용의 상당 부분을 차지합니다.
3. 설치 및 분리 작업	빌드 준비, 기계 설정, 냉각 및 부분 발굴에 2시간이 소요되며 시간당 $100입니다.	$200	숙련된 기술자의 시간은 소중합니다. 여기에는 인쇄 전과 후의 비인쇄 작업도 포함됩니다.
4. 열처리(응력 완화)	해당 부품은 용광로 작동 시간의 일부를 차지합니다. 18시간 사이클에 대한 비례 배분 비용입니다.	$150	이는 용광로의 모든 부품에 공통적으로 적용되는 비용이지만, 협상할 수 없는 단계입니다.
5. 지지대 제거 및 플레이트 절단	와이어 EDM으로 판에서 제거하는 데 1시간이 걸립니다. 복잡한 지지대를 제거하는 데 숙련된 수동 작업으로 4시간이 걸립니다. 가격은 시간당 100달러입니다.	$500	이는 종종 가장 과소평가되는 비용입니다. 부품이 복잡할수록 이 수치는 더 높아집니다.
6. XNUMX차 가공	3시간 동안 CNC 밀 포트를 마주보게 하고, 나사산을 뚫고 탭핑하고, 중요한 평탄도를 보장하는데 $120/hr가 소요됩니다.	$360	진정한 정밀성을 얻으려면 CNC 기계가 여전히 필요합니다. 3D 프린팅은 90% 정도 완성도를 높여줍니다.
7. 마무리 및 QC	CMM 기계를 이용한 비드 분사, 최종 세척 및 품질 검사에 1시간이 소요되며 비용은 시간당 100달러입니다.	$100	The 부품을 보장하기 위한 최종 점검 배송 전에 모든 사양을 충족해야 합니다.
소계		$2,858
이익 마진 / 간접비	일반적으로 계산된 비용에 20~30%가 추가됩니다. 25%를 적용해 보겠습니다.	$715	여기에는 판매, 관리, 임대료, 신기술에 대한 재투자 능력이 포함됩니다.
최종 견적 가격		~ $ 3,573	이는 단일하고 복잡한 금속 3D 프린팅 부품에 대한 현실적인 총비용입니다.

그렇다면, 금속 3D 프린팅이 비싸지 않은 경우는 언제일까요?

이런 숫자를 보면 산으로 달려가고 싶을지도 몰라요. 하지만 그 가격이 "비싼" 건 잘못 생각했을 때만 해당되는 이야기입니다.

금속 3D 프린팅은 비용이 많이 들지 않습니다. 만 부품을 만드는 방법.

• 불가능한 기하학: 드릴을 사용해서 매끄럽고 곡선형 내부 채널이 있는 유압 매니폴드를 만들 수 있을까요? 아니요. 여러 조각으로 가공하고, 직선으로 구멍을 뚫고, 불필요한 구멍을 그러브 스크류로 막은 후(누출 가능성이 있으므로), 볼트로 모두 조립해야 합니다. 3D 프린팅된 일체형 부품은 더 가볍고, 유동이 더 좋으며, 더 안정적입니다.
• 부분 통합: GE가 유명하게 재설계한 제트 엔진 연료 노즐은 원래 20개의 개별 부품으로 구성된 조립품이었습니다. 납땜 그리고 용접된 부품들을 사용했습니다. 그들은 이를 단일 3D 프린팅 부품으로 재설계했습니다. 25% 더 가볍고 5배 더 내구성이 뛰어났습니다. 단일 3D 프린팅 부품의 가격이 기존 20개 부품보다 더 비쌌을까요? 네, 그렇습니다. 하지만 20개 부품의 총합보다 비쌌을까요? ...을 더한 숙련된 노동의 시간 조립하다 검사할 수 있나요? 아니요. 엄청난 비용 절감이었어요.
• 극한의 경량화: 위성을 궤도에 발사할 때 1g당 수천 달러의 비용이 듭니다. 위상 최적화 소프트웨어를 사용하여 고체 블록과 동일한 강도를 가지면서도 재료를 60% 적게 사용하는 복잡하고 유기적인 모양의 브래킷을 설계할 수 있다면, 높은 인쇄 비용은 발사 비용 절감으로 충분히 상쇄될 수 있습니다.

금속 3D 프린팅은 오늘날 우리가 만드는 부품을 저렴하게 제작하는 방법이 아닙니다. 오히려 미래에는 불가능할 부품을 비용 효율적으로 제작할 수 있는 방법입니다.

다른 제조 방법으로는 물리적으로 달성할 수 없는 수준의 성능, 효율성 또는 안정성을 달성할 때 "저렴"해집니다.

마무리 생각: 사고방식 바꾸기

핵심은 금속 3D 프린팅 비용이 부품의 무게와는 거의 관련이 없다는 것입니다. 기계 제작 시간, 노동력, 그리고 3D 프린팅이 제공하는 탁월한 기하학적 자유도에 따라 결정됩니다.

"기계 가공보다 저렴하게 이 간단한 블록을 3D로 인쇄할 수 있을까?"라고 묻지 마세요. 답은 항상 '아니요'입니다.
대신 이렇게 질문해 보세요.

• "이 5가지 구성 요소를 하나의 더욱 안정적인 인쇄 부품으로 결합할 수 있을까요?"
• 여기에 내부 채널을 추가할 수 있나요? 금형 인서트 적응형 냉각을 사용하면 사이클 시간이 크게 단축됩니까?
• "강도를 희생하지 않고도 이 브래킷을 50% 더 가볍게 재설계할 수 있을까요?"

이런 질문을 던지기 시작하면, 금속 3D 프린팅의 높은 가격은 더 이상 비용으로 느껴지지 않고, 다른 어떤 곳에서도 얻을 수 없는 성능에 대한 전략적 투자처럼 느껴지기 시작합니다. 그리고 고위험 엔지니어링 세계에서 이러한 역량은 그 무엇과도 바꿀 수 없는 가치를 지닙니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

질문 1: 3D 프린팅된 금속은 "실제" 금속만큼 강합니까?
A1: 네, 물론입니다. 검증된 공정을 갖춘 전문 DMLS 또는 SLM 기계에서 생산된 부품은 기계적 특성(예: 인장 강도 (경도 및 강도)는 고체 블록이나 주형에서 가공된 부품과 동등하거나 때로는 그보다 더 뛰어납니다. 이 소재는 완전 밀도(>99.5%)를 자랑하며, 제트 엔진이나 의료용 임플란트를 포함한 가장 까다로운 응용 분야에 사용됩니다.

질문 2: 킬로그램당 비용을 기준으로 견적을 받을 수 있나요?
A2: 아니요. 그리고 그런 서비스를 제공하는 서비스는 주의해야 합니다. 보시다시피, 재료 분말은 총 비용의 극히 일부에 불과합니다. 무게를 기준으로 한 견적은 기계 인쇄 시간, 부품 복잡성(지원 및 인력을 결정함), 그리고 후처리 요구 사항과 같은 주요 요소를 완전히 무시합니다. 가볍고 복잡한 격자 구조는 무겁고 단순한 블록보다 훨씬 더 비쌀 수 있습니다.

Q3: 3D 프린트에 사용할 수 있는 가장 저렴한 금속은 무엇입니까?
A3: 일반적으로, 스테인리스 강 (316L이나 17-4PH와 같은) 재료가 가장 비용 효율적입니다. 파우더는 가장 저렴한 재료 중 하나이며, 비교적 인쇄하기 쉽고 잘 알려진 재료입니다. 따라서 티타늄이나 구리와 같이 반응성이 높고 인쇄하기 어려운 재료에 비해 고장 위험을 줄이고 기계의 시간당 비용을 약간 낮출 수 있습니다.

Q4: 앞으로 금속 3D 프린팅 비용이 더 저렴해질까요?
A4: 네, 하지만 점진적으로 진행될 것입니다. 기계 가격은 하락하고, 더 강력한 레이저를 통해 인쇄 속도는 빨라지며, 바인더 제팅과 같은 신기술 덕분에 대량 생산 비용이 절감될 것입니다. 하지만 안전하고 통제된 환경에서 금속을 용해하는 기본적인 물리 법칙과 광범위한 후처리 공정이 필요하다는 점을 고려할 때, 이 공정은 단순 부품의 경우 기존 방식에 비해 항상 프리미엄 제조 공정으로 남을 가능성이 높습니다. 고부가가치의 복잡한 부품을 제작할 수 있다는 점에서 비용 효율성이 지속적으로 입증될 것입니다.

추가 자료 및 자료

1. 3D 허브(현재 Protolabs): 금속 3D 프린팅 지식 기반. 다양한 금속 인쇄 기술을 자세히 설명하는 훌륭하고 잘 관리된 자료입니다. protolabs.com/resources/blog/introduction-to-metal-3d-printing/
2. EOS GmbH: DMLS 프로세스. 출처로 바로 이동하세요. EOS는 직접 금속 레이저 소결(DMS) 분야의 선구자입니다. 웹사이트에서 해당 기술과 소재에 대한 자세한 정보를 확인하실 수 있습니다. eos.info/ko/3d-프린팅-기술/dmls
3. 첨가제 제조 (AM) 잡지: 금속 3D 프린팅의 최신 발전, 응용 분야 및 비즈니스 사례를 다루는 업계를 선도하는 출판물입니다. additivemanufacturing.media
4. 스마트테크 분석: 사업 및 시장 측면에 관심이 있는 분들을 위해 SmarTech는 금속 산업의 비용 및 성장 추세에 대한 산업 보고서와 분석을 제공합니다. 첨가제 제조 시장. smartechanalysis.com

 

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