금속 3D 프린팅 인증 가속화

항공우주, 국방, 의료기기처럼 엄격한 규제와 품질 기준이 적용되는 산업에서는 단순히 복잡한 금속 부품을 제작하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 중요한 것은 원하는 품질 수준의 부품을 반복적으로 생산할 수 있는 역량을 입증하는 것입니다.

이러한 이유로 적층제조(AM) 분야에서는 공정 역량은 기술 도입과 인증 여부를 판단하는 핵심 기준으로 자리 잡고 있습니다.

최근 3D Systems가 발표한 Titanium Process Capability 연구는 Direct Metal Printing(DMP, LPBF) 기술과 LaserForm® Ti Gr23(A) 소재가 티타늄 부품의 인증부터 양산까지 보다 안정적으로 이어질 수 있음을 입증합니다.

DMP는 3D Systems의 고도화된 LPBF(Laser Powder Bed Fusion) 금속 적층제조 기술로, 산소 농도를 매우 낮게 유지해 높은 신뢰성과 일관된 품질의 부품 생산을 가능하게 합니다.

인증의 출발점은 신뢰할 수 있는 공정

새로운 제조 공정에 대한 인증을 획득하기 위해서는 해당 공정이 요구 사양을 충족하는 부품을 일관되게 생산할 수 있음을 입증해야 합니다. 이 과정에서 부품 성능뿐 아니라 생산 이력 관리, 품질 일관성, 재현성 역시 중요한 평가 항목입니다.

3D Systems는 이러한 산업 요구사항을 반영해 티타늄 DMP 공정을 개발했습니다. 공정 특성 분석과 장비 검증, 소재 관리, 통계 기반 평가를 통해 안정적인 제조 체계를 구축했으며, 이번 연구를 통해 그 성과를 확인했습니다.

안정적인 품질을 위한 공정 설계

적층제조 공정의 안정성을 좌우하는 핵심 요소 중 하나는 생산 환경을 얼마나 정밀하게 관리할 수 있는지입니다.

3D Systems의 DMP 플랫폼은 진공 기반 챔버 구조와 고도화된 불활성 가스 제어 기술을 통해 산소와 수분의 영향을 최소화합니다. 이를 통해 분말의 화학적 특성을 안정적으로 유지하고, 빌드 간 기계적 물성 편차를 줄여 일관된 품질을 확보할 수 있습니다.

이는 장기적인 품질 안정성을 입증하는 중요한 근거가 됩니다.

넓고 안정적인 공정 운영 범위

이번 연구에서는 레이저 출력, 스캔 속도, 아르곤 가스 유량, 조형 크기 등 다양한 공정 변수에 대해 DoE(실험계획법)를 기반으로 검증을 진행했습니다.

그 결과, 검증된 공정 조건 범위 내에서는 변수 변화가 주요 품질 특성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었습니다. 이는 공정이 다양한 조건에서도 안정적으로 운영될 수 있음을 보여주며, 인증 과정과 실제 양산 과정에서 발생할 수 있는 품질 편차 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

ASTM 기준에 부합하는 인증 전략 지원

제조업체는 모든 인증 절차를 처음부터 새로 구축할 필요가 없습니다. 3D Systems가 제안하는 접근 방식은 ASTM F3434에서 제시한 위험 기반 인증 프레임워크와 부합합니다.

이 방법론은 장비 검증, 공정 검증, 제품 검증을 포함하며, 기존에 축적된 소재 데이터와 장비 검증 결과를 활용할 수 있도록 구성되어 있습니다. 이를 통해 중복 시험을 줄이고 인증 절차를 보다 효율적으로 진행할 수 있습니다.

식스시그마(6σ) 수준으로 입증된 기계적 성능

특히 주목할 만한 것은 기계적 성능 평가 결과입니다. Ti6Al4V Grade 23 부품 시험에서 다음과 같은 핵심 물성 항목 전반에 걸쳐 주요 기계적 물성 전반에서 식스시그마(6σ) 수준을 뛰어넘는 공정 역량이 확인되었습니다.

• 항복강도(Yield Strength)
• 인장강도(Ultimate Tensile Strength)
• 연신율(Elongation)
• 단면 수축률(Reduction of Area)

또한 시험 과정에서 규격을 벗어난 결과는 단 한 건도 발생하지 않았습니다. 이는 해당 공정이 핵심 산업 분야에 요구되는 높은 수준의 품질 일관성과 신뢰성을 안정적으로 제공할 수 있음을 보여줍니다.

추적성을 유지하며 분말 활용도 향상

규제가 엄격한 생산 환경에서는 분말 관리 역시 매우 중요합니다.

3D Systems는 분말의 화학적 특성을 일관되게 관리하는 체계를 운영하며, 생산 이력을 로트(Lot) 단위로 추적할 수 있는 체계를 운영하고 있습니다. 연구 결과에 따르면 분말 재사용 과정에서도 산소 농도는 규격 범위 내에서 안정적으로 유지되었으며, 이를 통해 품질과 규정 준수를 유지하면서도 생산 효율성을 높일 수 있는 것으로 나타났습니다.

인증에서 양산까지 더 빠르게

제조업체들은 인증 절차를 간소화하고 제품 출시 시점을 앞당길 수 있는 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다.

3D Systems는 검증된 공정 역량과 체계적인 분말 관리, 입증된 장비 성능, 그리고 10년 이상 축적해온 핵심 산업 분야의 생산 경험을 바탕으로 보다 안정적인 인증 및 검증 환경을 지원합니다.

이를 통해 기업은 인증 과정의 불확실성을 줄이고, 부품 승인에 대한 신뢰를 높이는 동시에 설계 단계부터 양산까지의 전환 기간을 단축할 수 있습니다.

더 자세히 알아보기

항공우주, 국방, 의료 등 높은 신뢰성이 요구되는 산업 분야에서 티타늄 적층제조 인증을 준비하고 있다면, Titanium Process Capability White Paper를 통해 3D Systems DMP 기술과 LaserForm® Ti Gr23(A) 소재가 제공하는 공정 안정성, 검증 데이터 및 품질 관리 체계를 자세히 살펴보실 수 있습니다.

또는 3D Systems 전문가와 상담을 통해 인증 및 검증 과정에서 필요한 요건과 최적의 접근 방안을 알아보실 수 있습니다.