중공 구조 주얼리 제작을 통한 SLM방식 스테인리스(SUS316L) 3D 프린팅 공정 조건 연구

Abstract

이 연구의 목적은 금속 3D프린터가 금속공예나 주얼리 분야에서 활용되기 위해 각 용도에 맞는 공정조건을 도출하는 것이다. 분말적층용융(PBF) 방식의 금속 3D 프린팅 방법 중 하나인 선택적 레이저용융(SLM) 공정은 금속분말을 레이저로 용융시킨 후 다시 굳히는 과정을 반복하며 적층 시키는 제조방식으로서 정교하고 복잡한 형상을 가진 제품을 만들 수 있는 장점을 지닌다. 그러나 적층 과정 내발생하는 급격한 가열 및 냉각은 공극 형성 및 미세구조 변화를 야기하는데, 이는 난발과 같은 부분의강도 및 내구성을 저하시키는 주요한 원인이 될 수 있다. 연구방법은 스테인리스강 SUS316L 분말을이용하여 다양한 레이저 출력과 주사 속도를 조절해 에너지밀도를 변화시켜 바뀐 값에 따른 상대밀도값을 도출하는 방식으로 진행되었다. 이후 경도 및 인장시험을 통해 강도와 연성을 확인하였으며, 이를 통해 주얼리 작업에 최적화된 강도와 연성을 갖는 공정조건을 수립하였다. 연구결과 주조의 어려움으로 그동안 스테인리스를 사용한 주얼리는 디자인에 제한이 많았으나 PBF방식의 장점을 활용하여서포트 없이 트러스들이 중공 구조를 이루어 기존의 정밀주조로는 제작이 어려운 주얼리 형상을 SLM 공정으로 출력할 수 있었다. 파우더기반인 SLM출력방식의 특성상 광택이 없는 출력물의 표면은 스레인리스 합금으로 경도가 높았으나 주얼리의 폴리싱도구를 통해 표면처리가 가능하였고 도출된 공정조건을 통해 제작된 난발로 큐빅 지르코니아와 같이 경도가 높지 않은 스톤도 기존의 세공 도구를 사용하여 세팅할 수 있음을 확인하였다.