금속 부품을 3D프린팅으로 만들 수 있느냐고 물으시면 답은 「됩니다」입니다. 다음 질문이 더 중요합니다. 그게 맞느냐입니다.
대부분의 금속 부품은 CNC가 쌉니다. 금속 3D프린팅은 장비도 소재도 비싸고, 뽑은 뒤에 열처리와 후가공이 붙습니다.
그런데도 쓰는 이유가 있습니다. 깎을 수 없는 형상이 있기 때문입니다.
먼저 형상을 봅니다
이 질문 하나로 대부분 정해집니다. 공구가 닿느냐입니다.
CNC는 회전하는 공구로 재료를 깎아냅니다. 공구가 못 들어가는 곳은 가공이 안 됩니다.
| 형상 | CNC | 3D프린팅 |
|---|---|---|
| 블록·플레이트·축 | 빠르고 정확 | 쓸 이유 없음 |
| 단순 브라켓 | 유리 | 비쌈 |
| 내부에 유로가 지나감 | 나눠서 가공 후 접합 | 일체형으로 출력 |
| 격자·라티스 구조 | 불가능 | 가능 |
| 깊은 언더컷 | 방전 가공이 붙음 | 그대로 출력 |
| 여러 부품을 하나로 합침 | 어려움 | 가능 |
아래 3가지 중 하나에 해당하면 3D프린팅을 볼 값이 있습니다. 아니면 CNC가 맞습니다.
내부 유로가 있을 때
금형 냉각 채널이나 열교환기처럼 부품 안으로 액체나 기체가 지나가는 경우입니다.
CNC로 만들려면 부품을 쪼개서 각각 가공한 뒤 붙여야 합니다. 접합부가 새거나 약해질 위험이 있습니다.
3D프린팅은 곡선 유로를 형상대로 뽑습니다. 냉각 효율이 올라가는 설계가 가능해집니다.
유로가 있는 부품은 안에 유로가 있는 부품, 3D프린팅으로 만드는 경우에 정리했습니다.
무게를 줄여야 할 때
속을 격자로 채워 강도를 유지하면서 무게만 덜어냅니다. 항공이나 로봇처럼 움직이는 부품에서 값을 합니다.
CNC로는 이 구조를 만들 수 없습니다. 깎아내는 방식이라 안쪽에 격자를 남길 방법이 없습니다.
경량화가 성능으로 이어지는 사례는 드론 부품은 무게가 곧 성능입니다에 있습니다.
여러 부품을 하나로 합칠 때
조립품 5개를 한 덩어리로 다시 설계하면 조립 공정과 체결 부품이 사라집니다. 새는 곳도 줄어듭니다.
부품 수를 줄인 사례는 카본파이버 FDM 로봇팔, 부품을 91% 줄인 사례에서 플라스틱 쪽으로 다뤘습니다. 금속에서도 원리는 같습니다.
수량을 봅니다
형상이 3D프린팅으로 갈 이유가 없다면 다음은 수량입니다.
| 수량 | 유리한 방법 |
|---|---|
| 1~10개 | CNC |
| 10~수십 개 | CNC (세팅 비용이 나뉩니다) |
| 수백 개 이상 | 주조 또는 단조 |
주조는 형틀을 먼저 만들어야 합니다. 그 비용을 수량으로 나누므로 많이 만들수록 유리해집니다.
여기서 3D프린팅이 다른 방식으로 끼어듭니다. 부품을 직접 뽑는 것이 아니라 주조 원형을 뽑는 방법입니다. 레진으로 원형을 만들어 정밀 주조에 넣으면 형틀 없이 소량 주조가 됩니다.
실제 사례는 SLA 주조 원형으로 금속 부품 20개를 만든 사례에, 원형 제작 방법은 주조 원형을 레진으로 만드는 경우에 정리했습니다.
소재로 걸리는 경우
쓸 수 있는 금속이 방법마다 다릅니다.
| 소재 | 3D프린팅 | CNC |
|---|---|---|
| 알루미늄 | 가능 | 쉬움·저렴 |
| SUS(스테인리스) | 가능 | 쉬움 |
| 티타늄 | 가능 | 어렵고 비쌈 |
| 인코넬 | 가능 | 매우 어려움 |
| 공구강 | 가능 | 가능 |
깎기 어려운 소재일수록 3D프린팅이 상대적으로 유리해집니다. 티타늄이나 인코넬은 CNC로 가공하면 공구 마모가 심하고 시간이 오래 걸립니다. 이때는 형상이 단순해도 3D프린팅이 경쟁력을 가질 수 있습니다.
실제 제작 금액은 금속 3D프린팅, 깎을 수 없는 형상 (사례 3건)에 있습니다.
금속 말고 다른 답이 있는 경우
금속으로 만들던 부품을 고성능 플라스틱으로 바꾸는 경우가 늘고 있습니다.
| 조건 | 검토할 소재 |
|---|---|
| 내열 200°C 안팎 | ULTEM·PEEK |
| 강성이 필요하다 | 탄소섬유 복합 |
| 가벼워야 한다 | 탄소섬유 복합 |
| 절연이 필요하다 | 엔지니어링 플라스틱 |
무게와 비용이 함께 내려갑니다. 금속을 대체한 사례는 ULTEM·PEEK 3D프린팅, 금속 대신 쓸 때에, 섬유 강화 소재는 섬유를 섞은 소재는 언제 쓰나에 정리했습니다.
항공기 부품을 플라스틱으로 바꿔 비용을 크게 줄인 사례도 있습니다. FDM C-17 부품, 비용을 88% 줄인 사례를 보시면 됩니다.
금속 3D프린팅은 뽑고 끝나지 않습니다
여기가 견적에서 자주 어긋나는 곳입니다. 출력 뒤에 공정이 이어집니다.
- 서포트 제거 — 금속이라 잘라내야 합니다
- 열처리 — 내부 응력을 풀어야 치수가 안정됩니다
- 표면 처리 — 출력 직후 표면은 거칩니다
- 정밀면 가공 — 끼워 맞춤 면은 CNC로 마무리합니다
4번이 자주 필요합니다. 3D프린팅으로 전체 형상을 만들고, 정밀도가 필요한 면만 깎아 마무리하는 방식입니다. 두 방법을 섞어 쓰는 셈입니다.
플라스틱 쪽 CNC 비교는 CNC와 3D프린팅, 어느 쪽이 맞는지 정하는 기준에 있습니다.
판단 순서
- 공구가 닿는 형상인가 — 닿으면 CNC를 먼저 봅니다
- 내부 유로·격자·일체화가 필요한가 — 하나라도 맞으면 3D프린팅
- 수백 개를 넘는가 — 넘으면 주조를 봅니다
- 깎기 어려운 소재인가 — 티타늄·인코넬이면 3D프린팅이 유리할 수 있습니다
- 꼭 금속이어야 하는가 — 고성능 플라스틱으로 되는지 확인합니다
5번을 마지막에 두었지만 실제로는 먼저 물어보시는 편이 낫습니다. 금속을 안 써도 되면 비용이 크게 내려갑니다.
