빔 쉐이핑으로 적층 제조의 다음 시대로 진입하기

2025년 4월 15일 | 읽기 시간: 5분

금속 적층 제조(AM) 산업은 새로운 국면에 접어들고 있습니다. 이제 생산성과 효율성 향상은 더 이상 기존의 가우시안 빔 프로파일의 한계에 얽매이지 않게 될 것입니다. 대신, nLIGHT AFX® 레이저 혁신 기술을 기반으로 한 동적 빔 성형 기술이 기존 장벽을 허물고 가능성의 지평을 새롭게 정의할 것입니다.

EOS 및 AMCM 금속 솔루션을 사용하는 적층 제조(AM) 업체들에게 있어, 이번 혁신은 단순한 기술적 개선을 넘어 경쟁 우위를 제공하는 요소입니다. 빔 성형 기술은 생산성 향상, 공정 안정성 강화, 그리고 적용 가능한 소재의 범위를 넓혀줍니다. 그렇다면 이 기술은 어떻게 작동하며, 왜 중요한 것일까요? 함께 살펴보겠습니다.

빔 쉐이핑 혁명: 더 많은 레이저 그 이상

업계에서는 오랫동안 적층 제조 시스템의 레이저 수를 늘려 생산성을 높이고자 노력해 왔습니다. 이는 제작 속도를 높이는 반면, 운영 비용과 유지보수 복잡성을 증가시킵니다. 그러나 빔 쉐이핑은 소유 비용 증가 없이 레이저 효율성을 높이고 프로세스 창을 확장하는 대안적인 접근 방식을 제공합니다.

EOS는 nLIGHT AFX® 레이저를 탑재한 EOS Metal Solutions를 통해 이 과제에 대응하고 있으며, 이를 통해 다음과 같은 이점을 제공합니다:

7개의 전환 가능한 빔 프로파일로 더 높은 처리량을 지원하여 부품 품질 저하 없이 제작 속도가 최대 2배 빨라집니다.
약 85µm의 가우스 프로파일에서 최대 250µm의 링 프로파일에 이르는 스폿 크기로 탁월한 레이저 유연성을 제공하여 에너지 분포를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

EOS는 단순히 레이저 수를 늘리는 데 그치지 않고, 레이저를 보다 효율적으로 활용하는 데 주력하고 있습니다. 즉, 열을 더 고르게 분배하여 용융 풀을 더욱 안정적으로 만들고, 스패터를 줄이며, 소재의 가공성을 향상시키는 것입니다. 이러한 적응형 접근 방식을 통해 제조업체는 일관성과 품질을 유지하면서 생산성을 높일 수 있으며, 이는 항공우주, 방위 산업 및 산업용 공구 제조 분야에서 매우 중요한 요소입니다.

금속 3D 프린팅에서 빔 쉐이핑의 주요 이점

품질 저하 없이 생산성 향상: 연구에 따르면 빔 쉐이핑이 실질적인 생산성 향상을 가져온다는 사실이 확인되었습니다. 인코넬 718에 대한 연구에 따르면 가우시안 빔에 비해 제작 속도가 23% 증가했으며, 316L 스테인리스강 가공은 해치 거리가 길어지고 스캔 속도가 빨라져 속도가 두 배나 빨라졌습니다.
공정 안정성 향상 및 스패터 감소: 파우더 베드 융합 레이저 빔(PBF-LB) 적층 가공에서 가장 큰 문제 중 하나는 파우더 베드를 오염시키고 필터 수명을 단축시키는 스패터 발생입니다. 프라운호퍼 IAPT의 연구에 따르면 링형 빔 프로파일을 사용하면 그을음과 스패터가 75% 감소하여 더 깨끗한 제작물과 재료 낭비가 줄어드는 것으로 나타났습니다.
용접하기 어려운 재료 가공: 빔 쉐이핑은 니켈 기반 초합금, 공구강, 일부 알루미늄 합금 및 내화성 금속을 포함하여 이전에는 가공이 어려웠던 소재의 가공을 가능하게 합니다. 이를 통해 고급 재료 특성이 중요한 항공우주, 방위 및 산업용 툴링 분야에서 새로운 응용 분야를 개척할 수 있는 길을 열었습니다.
일관된 파트 품질과 후처리 감소: 용융 풀을 안정화함으로써 빔 쉐이핑은 부품 간 변동성을 최소화하고 미세 구조를 더 잘 제어할 수 있습니다. 316L 스테인리스 스틸에 대한 뮌헨 공과대학교의 연구에 따르면 링 빔 프로파일은 공정 창을 크게 확장하여 고밀도 부품을 유지하면서 유연성을 높일 수 있는 것으로 나타났습니다. 또한 후처리 단계가 줄어들어 생산 비용을 직접적으로 낮출 수 있습니다.
분말 및 필터 수명 연장을 통한 비용 효율성: EOS가 IN718에 대한 자체 연구를 통해 확인한 바와 같이 , 빔 성형 기술을 적용함으로써 분말 손실을 최대 70%까지 줄이고 응축수 발생을 60% 감소시켜, 재료 활용도를 직접적으로 높이고 유지보수 주기를 단축할 수 있었습니다. 이는 EOS 고객에게 소모품 비용 절감, 가동 중단 시간 단축, 고가 금속 분말의 효율적 활용을 의미하며, 결과적으로 더 빠른 투자 회수를 가능하게 합니다.

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EOS 고객에게 중요한 이유

EOS 및 AMCM 금속 솔루션을 사용하는 제조업체의 경우, 빔 성형 기술을 도입하면 고가의 다중 레이저 시스템을 도입할 필요 없이 생산 주기를 단축하고, 재료 효율을 높이며, 전반적인 비용을 절감할 수 있습니다.

"nLIGHT AFX 레이저의 최첨단 기술을 바탕으로, EOS Metal Solutions는 적층 제조의 미래를 새롭게 정의하고 있습니다. 우리는 소재 혁신의 한계를 넓혀가며, 생산 속도를 획기적으로 높이고, 과거에는 불가능하다고 여겨졌던 수준의 정밀도를 달성하고 있습니다."
EOS 금속 제품 관리 부문 책임자 세바스찬 베커

또한, 원활한 통합은 EOS 고객에게 중요한 이점입니다. 빔 쉐이핑은 기존 EOS 워크플로우 내에서 작동하도록 설계되었으므로 광범위한 재검증 없이 구현할 수 있습니다.

이를 통해 기존 지식과 인프라를 활용하면서 생산성을 높이고 부품 품질을 개선하는 방향으로 쉽게 전환할 수 있습니다.

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적층 제조의 빔 쉐이핑에 관한 EOS 백서에서는 이 획기적인 기술에 대한 심층적인 인사이트, 모범 사례, 연구 결과를 제공합니다. 생산성, 공정 안정성 또는 소재 기능 개선을 원하는 경우 빔 쉐이핑은 AM의 차세대 진화입니다.

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