3D프린팅으로 마감 처리까지 깔끔하게: 고강도 금속 시제품 제작 가이드
“기존 CNC 가공으로는 이 복잡한 내부 구조를 구현할 수가 없습니다. 금형을 제작하기엔 비용과 시간이 너무 부담됩니다.”
자동차 및 기계 산업 분야의 연구개발 현장에서 자주 마주하는 고민입니다. 혁신적인 아이디어를 기능성 프로토타입으로 구현하고자 할 때, 기존 제조 방식의 한계는 명확합니다. 특히 복잡한 내부 유로, 경량화를 위한 격자 구조, 맞춤형 부품 설계 등은 절삭 가공(CNC)으로 접근하기 어렵거나 불가능한 영역에 속합니다.
이러한 기술적 난제를 해결하는 가능한 대안으로 금속 3D프린팅 기술이 주목받고 있습니다. 적층 제조(Additive Manufacturing) 방식으로 금속 분말을 한 층씩 쌓아 올리며 녹여 붙이는 이 기술은, 설계의 자유도를 극대화하여 기존에는 구현하기 어려웠던 형상을 현실로 만들어낼 수 있습니다. 본 포스팅에서는 금속 3D프린팅을 활용한 시제품 제작의 전 과정과 특히 중요한 후처리(마감 처리) 공정에 대해 심도 있게 다루고자 합니다.
왜 금속 3D프린팅을 선택해야 하는가?
금속 3D프린팅의 가장 큰 장점은 복잡한 형상의 제품을 보다 자유롭게 제작할 수 있다는 점입니다. CNC 가공은 공구가 소재에 직접 닿아야 하므로 내부가 복잡하거나 깊고 좁은 형상을 깎아내는 데 제약이 따릅니다. 하지만 3D프린팅은 데이터 기반으로 형상을 구축하므로, 복잡한 내부 구조라도 정밀하게 제작할 수 있습니다.
이는 자동차나 기계 산업의 부품 개발 과정에서 성능 향상 및 설계 최적화에 유리하게 작용합니다. 예를 들어, 무게는 줄이면서도 강도를 유지해야 하는 브래킷이나 냉각 효율을 극대화해야 하는 매니폴드 부품을 제작할 때, 내부를 유기적인 격자 구조(Lattice Structure)로 설계하여 3D프린팅으로 출력하면 목표 성능을 효과적으로 달성할 수 있습니다. 또한, 소량 제작 시 금형을 제작하지 않고도 부품을 생산할 수 있어, 개발 주기를 단축하고 비용 효율성을 높이는 데 기여합니다. 강도 높은 기능성 프로토타입 제작이 필요하지만, 기존 방식의 한계에 부딪힌 경우 금속 3D프린팅은 적합한 솔루션이 될 수 있습니다.
금속 3D프린팅의 한계와 후처리(마감 처리)의 중요성
모든 기술이 그러하듯 금속 3D프린팅 역시 명확한 한계를 지닙니다. 가장 대표적인 것이 바로 표면 조도와 정밀도입니다. 금속 분말을 레이저나 전자빔으로 녹여 적층하는 과정에서 미세하게 녹아 붙은 입자들로 인해 표면이 다소 거칠게 출력됩니다. 이는 CNC 가공품의 매끄러운 표면 품질과는 차이가 있으며, 정밀한 공차를 요구하는 결합 부위 등에는 추가적인 가공이 필요할 수 있습니다.
따라서 전문적인 금속 3D프린팅 공정에서는 마감 처리로 불리는 후처리 과정이 필수적으로 수반됩니다. 성공적인 결과물은 단순히 프린팅에서 끝나는 것이 아니라, 체계적인 마감 처리를 통해 완성됩니다. 주요 후처리 공정은 다음과 같습니다.
1. 서포트 제거 및 쇼트 피닝
출력물이 조형 중 무너지지 않도록 지지하는 서포트 구조물을 물리적으로 제거합니다. 이후 미세한 입자를 고압으로 분사하는 쇼트 피닝(Shot Peening) 또는 샌드 블라스팅 작업을 통해 표면에 남은 분말을 제거하고 균일한 질감을 구현합니다.
2. 열처리
적층 과정에서 발생한 내부 응력을 제거하고 소재의 기계적 물성을 안정화 및 강화하기 위한 필수 공정입니다. 이를 통해 제품의 내구성과 신뢰도를 확보할 수 있습니다.
3. 추가 정밀 가공
볼트 체결을 위한 탭(Tap) 가공, 베어링이 삽입될 홀(Hole)의 정밀 가공 등 높은 정밀도가 요구되는 특정 부위는 CNC를 이용해 추가로 가공하여 최종 공차를 만족시킵니다.
이처럼 마감 처리는 금속 3D프린팅의 단점을 보완하고 장점을 극대화하여, 최종적으로 사용 가능한 수준의 부품을 만들어내는 핵심적인 단계입니다.
주요 금속 소재별 특징 및 적용 분야
어떤 금속 소재를 선택하는지에 따라 시제품의 강도, 내열성, 내식성, 무게 등이 달라지므로, 적용 분야와 요구 성능에 가장 적합한 소재를 선택하는 것이 중요합니다.
스테인리스 스틸 (Stainless Steel 316L)
우수한 내식성과 높은 강도를 겸비하여 일반적인 기계 부품, 배관 부품, 고정구 등 다양한 산업 분야에서 활용됩니다.
알루미늄 합금 (Aluminum AlSi10Mg)
가벼우면서도 강도가 높아 경량화가 필요한 프로젝트에 적합합니다. 특히 자동차 분야의 부품이나 열교환기 등 무게와 열 특성이 중요한 부품 제작에 주로 사용됩니다.
티타늄 합금 (Titanium Ti6Al4V)
높은 비강도(무게 대비 강도)와 뛰어난 내열성, 생체적합성을 갖춘 소재입니다. 고강도 부품이 필요한 환경에서 사용되며, 의료 분야나 정밀 부품 제작에 적용됩니다.
성공적인 금속 시제품 제작을 위한 고려사항
최상의 결과물을 얻기 위해서는 단순히 3D프린터의 성능에만 의존해서는 안 됩니다. 설계 단계부터 최종 마감 처리까지 전 과정을 고려한 전략적인 접근이 필요합니다.
이처럼 금속 3D프린팅은 기존 가공 방식으로는 구현하기 어려운 복잡한 형상을 가능하게 하며, 마감 처리 공정을 통해 실제 사용 수준의 품질을 확보할 수 있습니다. 특히 설계부터 후처리까지 전 과정을 이해하고 최적화하는 것이 시제품 제작의 완성도를 좌우합니다. 금속 3D프린팅 기반 시제품 제작에 대해 보다 전문적인 상담이 필요하신 경우, 한양3D팩토리로 문의해 주세요.
