TRUMPF, LMF(레이저 메탈 퓨전) 기술의 산업화

레이저 메탈 퓨전(LMF) 적층 프로세스는 양산에 대한 준비가 완료되었다.

다니엘 리히텐슈타인(Daniel Lichtenstein)
적층 가공 영업 및 마케팅 개발 매니저

TRUMPF 적층 가공 사업의 영업 및 마케팅 매니저인 다니엘 리히텐슈타인씨와 LMF의 어플리케이션과 프로세스 체인에 대해 이야기를 나누었다.

다니엘 리히텐슈타인은 새로운 적층 가공 사업의 개발을 맡고 있으며, 토비아스 바우어는 TRUMPF에서 새 부서를 이끌고 있다.

MM: LMF는 어떤 어플리케이션 분야에서 특히 매력적입니까?

스펙트럼은 매우 넓습니다. 등각 냉각 기능을 가진 복잡한 형상의 공구 및 금형 제작에서 크라운 및 브리지 생성을 위한 치과 산업의 응용 프로그램에 이르기까지 모두 가능합니다. 항공 산업과 터빈 제작 등 까다로운 어플리케이션에도 많은 잠재력이 있습니다. 공급자들도 적층 가공에 관심을 갖기 시작했으며, 많은 분야에서 흥미롭게 지켜보고 있습니다.

MM: 항상 그런 것은 아니었죠.

경량 구조: 무게를 줄인 마운팅 브라켓은 특히 항공기 제작 분야에 유용하다. 재료는 오로지 힘 전달 라인을 따라 적층되었다.
의학 분야: 개별 임플란트는 신속하게 사용할 수 있으며 조직 내 성장을 촉진하는 구조를 사용하는 등 생물학적 기능 통합이 우수하다.

1999년에 우리는 프라운호퍼 연구소 ILT와 함께 레이저 메탈 퓨전이라고 하는 selectively fusing metals(선택적 금속 용융)을 시작했습니다. 여기서 얻은 경험을 첫 번째 LMF 기계인 TrumaForm을 개발하는 데에 활용하였습니다. 이 기계는 2003년에 출시되었지만, 산업용 적층 가공 솔루션의 초기 단계였고 시기적으로 너무 이른 감이 있었습니다. 여전히 R&D 어플리케이션과 몇 가지 틈새 어플리케이션에 집중되어 있어 우리는 그 동안 개발에 전념했습니다.

MM: 2014년에 TRUMPF 가 다시 LMF에 관여하게 된 이유는 무엇입니까?

3D 프린팅 산업이 계속 발전하고 있어, LMF가 진입하기 좋은 시점이 되었습니다. 고객들은 이제 프로토타입 이상의 것을 생산할 수 있기를 바라며, 양산품에 콤포넌트를 사용할 수 있기를 원하고 있습니다. 또 실제 산업에서 실행할 수 있는 솔루션을 기대하고 있습니다. 이 지점이 우리가 파고드는 부분입니다. 우리는 고객이 까다로운 콤포넌트를 경제적으로 제작할 수 있는 공작기계 솔루션을 제공하고 있으며, 독일 디칭엔 본사에 LMF 프로세스의 지속적인 발전을 위한 부서를 설립하였습니다. 이에 필요한 모든  자원은 생산 현장을 포함하여 모두 한 지붕 아래에 모여 있습니다. 당사의 개발작업은 현재 및 미래의 기계에 초점을 맞추고 있습니다. 각 분야의 전문가인 어플리케이션 엔지니어팀을 관련 분야에 투입하여 고객의 특정 요구 사항에 대응하고 있습니다.

LMF 작동 방식

이른바 “coater(코터)”는 저장 용기에 들어 있는 분말을 제작 실린더에 적용한다. 이후 레이저가 제품 형상을 따라 첫 번째 분말층을 녹이고, 이어서 제작 실린더가 하강한다. 콤포넌트가 완성될 때까지 이 프로세스가 반복된다. 코터가 저장 실린더로 돌아올 때마다 파우더 베드 또는 제작된 부품과 충돌하지 않고 신속하게 원위치가 되도록 코터가 기울어진다. 콤포넌트의 품질을 유지하기 위해, 챔버의 모든 공정이 보호 가스 아래서 이루어진다.

MM: 고객들은 LMF를 어디에 사용할 수 있습니까?

재료 절약: 적층 가공은 절삭가공에서 발생하는 재료 손실을 방지한다.
유연성: 적층 가공은 절삭 툴을 사용하지 않고 유연하게 컴포넌트를 생산할 수 있다.

운영자는 금속 3D 프린팅을 이용하여 3D CAD 모델에서 직접 콤포넌트를 제작할 수 있습니다. 공구나 장비를 먼저 제작해야 하는 기존의 프로세스에 비해 훨씬 유연하게 작업할 수 있습니다. LMF는 기존 프로세스에서 얻을 수 없는 기하학적 디자인 자유도를 제공합니다. 특히, 구성 요소를 뼈 모양과 같이 생체 공학적으로 설계할 수 있어서, 궁극적으로는 경량 항공기 설계의 길을 열었습니다. 기계적 품질이 동일하거나 더욱 개선되면서도 무게를 30 ~ 50% 정도 줄이는 것이 가능합니다. 다른 산업 분야에서는 커스터마이징(주문제작)이 큰 장점입니다. 예를 들면 치과 환자의 보철물 수정이나 임플란트를 짧은 시간에 제작할 수 있으며, 보석 제작자들은 LMF를 이용하여 독보적인 작품을 비교적 쉽게 제작할 수 있습니다.

MM: 미래의 제조 산업에서 3D 프린팅이 아니면 방법이 없습니까?

3D 프린팅을 하룻밤 사이에 제조 혁명을 일으킬 ‘성배’라고 생각해서는 안 됩니다. 프린팅 프로세스 자체뿐만 아니라, 업스트림과 다운스트림 프로세스를 주시하는 것도 중요합니다. 작업이 일주일 걸리는데, 부품 하나를 하룻밤에 프린팅 하는 것은 의미가 없기 때문입니다.

MM: 어렵다는 말처럼 들리는데요?

전혀 그렇지 않습니다. 이미 프로세스 체인을 마스터한 기업은 LMF를 통해 진정한 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. 이것은 우리가 적층 가공으로 진입할 수 있도록 고객을 돕고자 하는 이유입니다. 고객의 특정 콤포넌트를 적층 가공을 시작하기 위해서는 LMF 기술을 사용하여 고객과 함께 응용 프로젝트를 진행하는 것으로 시작합니다. 당사는 LMF 기계 외에도 3D 소프트웨어와 해당 기술에 적합한 파우더 재료를 제공하고 있습니다.

MM: TRUMPF는 고객에게 어떤 LMF 기계를 제공하고 있습니까?

TRUMPF의 TruPrint 1000은 “레이저 메탈 퓨전(laser metal fusion)”이라고 불리는 분말기반 레이저 용융에 의한 소형 금속부품 생산기계이다. 금속 파우더와 레이저 광으로 사실상 모든 기하학적 구조의 구성요소를 신속하게 생산할 수 있다. 매우 복잡한 형상도 CAD 설계에서 최고 품질의 실제 구성 요소로 간단하게 만들 수 있다.

TruPrint 1000은 2015년 말에 시장에 출시되었습니다. 이 기계는 매우 컴팩트하며, 주먹만한 크기의 부품(직경 100mm x 높이 100mm)을 경제적으로 생산할 수 있습니다. TruPrint 3000도 이미 선보였습니다. TruPrint 3000은 직경 300mm, 높이 400mm로 생산 영역이 더 크고 강력한 레이저를 더 많이 구비하고 있는 것이 특징입니다. 그 외에도 훨씬 높은 생산성 수준을 갖춘 기계를 연구하고 있습니다. 이를 위해서는 더 많은 재료를 안정적으로 처리하기 위해 여러 개의 레이저와 예열된 제작 챔버가 필요합니다.

이 프로세스 체인을 정복한 업체들은 LMF로 진정한 경쟁 우위를 확보하게 된다.