금속 3D프린팅 응력제거 열처리와 변형 관리 방법

 

본문

금속 3D프린팅 출력물은 출력이 끝났다고 바로 최종품이 되는 경우가 많지 않습니다.
대부분의 금속 출력물은 열처리, 와이어 커팅, 서포트 제거, 표면처리, 세척, 검사 등의 후처리 과정을 거칩니다.

그중에서도 응력제거 열처리는 금속 3D프린팅에서 매우 중요한 후처리 공정입니다.

응력제거 열처리란 무엇인가

응력제거 열처리는 출력물 내부에 남아 있는 잔류응력을 줄이기 위해 일정 온도에서 일정 시간 유지한 뒤 냉각하는 공정입니다.
소재와 요구 물성에 따라 온도, 시간, 분위기, 냉각 조건이 달라집니다.

이 공정의 목적은 출력물의 변형과 균열 위험을 낮추고, 후속 가공 과정에서 형상이 안정적으로 유지되도록 하는 것입니다.

잔류응력이 생기는 이유

금속 3D프린팅 PBF 공정에서는 레이저가 금속 분말을 국부적으로 녹입니다.
용융된 영역은 빠르게 식으면서 수축하고, 주변 영역과 온도 차이를 만들게 됩니다.

이러한 급격한 가열과 냉각이 레이어마다 반복되면 출력물 내부에는 잔류응력이 축적됩니다.
잔류응력은 출력 중 변형, 출력 후 뒤틀림, 절단 후 휨, 균열 발생의 원인이 될 수 있습니다.

와이어 커팅 전 열처리가 중요한 이유

출력물은 빌드 플레이트에 고정된 상태로 출력됩니다.
빌드 플레이트는 출력물을 잡아주면서 변형을 어느 정도 억제합니다.

하지만 와이어 커팅으로 빌드 플레이트에서 분리하면 고정되어 있던 응력이 한꺼번에 풀릴 수 있습니다.
이때 출력물이 휘거나 균열이 발생할 수 있습니다.

따라서 많은 경우 와이어 커팅 전에 응력제거 열처리를 진행해 내부 응력을 낮춘 뒤 분리하는 전략을 사용합니다.

균열 예방에도 도움이 됩니다

잔류응력이 높은 상태에서 서포트 제거, 절단, 가공, 샌드블라스팅이 진행되면 균열이 발생할 가능성이 높아질 수 있습니다.
특히 얇은 부품, 긴 부품, 복잡한 격자 구조, 큰 단면 변화가 있는 제품은 더 민감합니다.

응력제거 열처리는 이러한 균열 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

모든 소재에 같은 조건을 쓰면 안 됩니다

응력제거 열처리 조건은 소재별로 달라야 합니다.
Ti6Al4V, IN718, 스테인리스강, 코발트크롬 합금은 각각 다른 열처리 특성을 가집니다.

또한 의료기기나 항공부품처럼 규격과 검증이 중요한 제품은 열처리 조건을 임의로 바꾸면 안 됩니다.
소재 규격, 장비 조건, 요구 물성, 인허가 문서, 시험 결과를 함께 고려해야 합니다.

응력제거 열처리 시 확인 항목

확인 항목내용

소재	Ti6Al4V, IN718 등 소재별 조건 확인
온도	응력제거 목적에 맞는 온도 설정
유지 시간	부품 크기와 소재에 따른 시간 확인
분위기	진공, 아르곤 등 산화 방지 조건 확인
냉각 조건	급랭 또는 서냉 여부 확인
공정 순서	와이어 커팅 전후 순서 확인
품질 기록	열처리 이력과 성적서 관리

정리

금속 3D프린팅 후 응력제거 열처리는 출력물의 변형과 균열을 줄이고, 후속 공정 안정성을 높이기 위한 중요한 공정입니다.
특히 와이어 커팅 전에 진행하는 응력제거 열처리는 절단 후 휨과 균열 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다.

다만 열처리 조건은 소재와 제품 요구사항에 따라 달라져야 하며, 임의 조건 적용보다는 검증된 조건과 문서화가 중요합니다.

금속 3D프린팅 출력불량 분석, 의료기기 시제품 제작, 시험규격 검토, 적층제조 공정 검토가 필요한 경우 댓글 또는 이메일로 문의해 주세요.