구리 및 구리합금은 높은 전도성, 열전도성, 내식성 등 우수한 물리화학적 특성을 갖고 있어 전력산업, 열관리시스템, 원자력발전소, 항공우주산업 등에 널리 사용된다. 고강도, 내마모성, 내식성 구리 합금은 자동차 부품 및 생활 필수품에 사용됩니다.
본 논문에서는 적층 가공(AM)에 사용되는 구리 및 구리 합금 원료 분말의 종류와 제조 방법을 소개하고, 국내외 구리 기반 부품에 대한 AM 기술 현황을 요약합니다. 다양한 AM 방식의 프로세스 흐름과 장단점을 강조하고 부품 품질에 영향을 미치는 기술적 어려움과 해당 솔루션을 분석했습니다. 구리 기반 부품의 AM 기술 개발 방향도 논의됐다.
AM 기술은 부품의 3D 모델에 대한 계층화된 슬라이싱 및 개별 데이터를 기반으로 재료를 층별로 축적하여 부품을 준비하는 새로운 방법입니다. 전통적인 제조 방법에 비해 AM 기술은 높은 설계 자유도와 짧은 생산 주기 등의 장점을 갖고 있어 모양이 복잡하고 가볍거나 다기능 그라데이션이 있는 3D 프린팅 부품에 적합합니다.
원자화된 구리 및 구리 합금 분말
분무화 방식은 금속 용융물을 기계적 수단을 통해 150μm 미만의 입자로 분쇄하는 방식입니다. 다양한 원자화 공정을 통해 얻은 금속 분말의 미세 구조는 구형, 스펀지형, 구형 및 박편형 등 다양합니다.
코팅분말
코팅분말은 구리분말 표면에 다른 금속이나 합금을 코팅하여 전도성, 연성 등의 특성을 향상시키는 것입니다. 예를 들어, 그림 2는 다양한 구성 요소를 보여줍니다.
구리 및 구리합금 적층 제조 공정
주요 AM 공정에는 SLM(선택적 레이저 용해), EBM(전자빔 용해), BJ(바인더 젯), PEP(분말 압출 인쇄)가 포함됩니다.
1. 선택적 레이저 용융(SLM)
SLM은 레이저 빔을 사용하여 분말 재료를 층별로 녹여 조밀한 부품을 형성합니다. 높은 치수 정확도와 빠른 증착 속도가 장점이지만, 분말 재료의 높은 구형성과 유동성이 요구됩니다.
2. 전자빔 용해(EBM)
EBM은 전자빔을 사용하여 금속 분말을 녹이기 때문에 복잡한 구조의 부품을 제조하는 데 적합합니다. SLM에 비해 EBM은 에너지 활용 효율이 높지만 장비 비용이 더 높습니다.
3. 접착제 분사(BJ)
BJ는 접착제를 분사하여 분말 입자를 서로 결합시킨 후 소결 처리를 수행합니다. 비용이 저렴하고 생산량이 높다는 장점이 있지만 프로세스가 여러 단계로 구성되고 작업이 복잡합니다.
4. 분말 압출 인쇄(PEP)
BJ는 접착제를 분사하여 분말 입자를 서로 결합시킨 후 소결 처리를 수행합니다. 비용이 저렴하고 생산량이 높다는 장점이 있지만 프로세스가 여러 단계로 구성되고 작업이 복잡합니다.
주요 적용 사례
AM 기술은 열교환기, 인덕터, 로켓 엔진 부품, 예술 등 다양한 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 예를 들어, NASA는 SLM 기술을 사용하여 인쇄된 냉각 채널이 있는 로켓 엔진 부품을 개발했습니다.
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