3D 프린팅 티타늄: 기술 및 응용 분야

티타늄은 고강도에 대비하여 적은 무게, 우수한 생체 적합성, 그리고 극한 환경에 대한 내성이 탁월한것으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 특성 덕분에 항공우주 부품부터 의료용 임플란트에 이르기까지 다양한 분야에서 이상적인 재료로 활용되고 있습니다.

하지만 기존의 제조 방식은 재 낭비가 많고 설계 유연성이 부족하다는 한계가 있었습니다. 이 문제를 해결하는것이 바로 3D 프린팅 기술입니다. 적층 제조(Additive Manufacturing)는 재료를 한 층씩 쌓아가는 방식으로 복잡한 구조물을 손쉽게 제작하면서 재료 낭비도 최소화할수 있습니다.

본문에서는 티타늄 3D 프린팅에 사용되는 주요 기술과 산업별 응용 사례를 소개하고자 합니다.

출처: Advanced Science News – A new copper-titanium alloy enables 3D printing

티타늄 3D 프린팅 제조 기술

기존의 티타늄 금속 제조 공정은 제작 주기가 길고 에너지 소비가 높으며, 이로 인해 생산 단가가 비싸고 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 있습니다. 이에 반해 3D 프린팅은 고가의 티타늄 소재를 보다 효율적으로 생산하며 자원 활용도를 극대화할수 있습니다.

가장 널리 사용되는 기술은 선택적 레이저 용융(SLM) 입니다. SLM은 레이저로 티타늄 분말을 층층이 용융하여 고정밀 부품을 제작합니다. 이 방식은 용융 과정을 정밀하게 제어할수 있으며, 기존 가공 방식으로는 제작이 어려운 복잡한 형상도 구현할수 있습니다. 또한 전자빔 용융(EBM)은 전자빔을 이용해 티타늄 분말을 용융하며, 의료용 대형 부품 생산에 적합합니다.
바인더 제팅(Binder Jetting) 기술은 비용 효율적이고 대량 생산이 용이한 솔루션으로, 티타늄 부품 제작에 적합합니다.

자세한 금속 3D 프린팅 기술은 [금속 3D 프린팅의 일반적인 재료: 316L 스테인리스 스틸]에서 확인하실수 있습니다.

대표적인 티타늄 3D 프린팅 합금

Ti-6Al-4V (Grade 5)

가장 널리 사용되는 티타늄 합금으로, 전체 3D 프린팅 티타늄 합금 시장의 약 90%를 차지합니다.
강도 대비 중량비, 내식성, 생체 적합성이 뛰어나 항공우주, 의료 임플란트, 고성능 부품 등에 폭넓게 사용됩니다.

Ti-6Al-4V ELI (Grade 23)

Ti-6Al-4V의 고순도·연성 향상 버전으로, 뼈 이식물, 치과 기기 등 의료용에 특히 적합합니다.

Ti-5553

고강도·고내구성이 필요한 항공우주 및 국방 분야에 적합한 티타늄 합금입니다.

3D 프린팅 적용은 전문적·구조 부품 중심으로 이루어집니다.

Ti-6242

고온 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하여, 항공 엔진 부품 및 모터스포츠 분야에 사용됩니다.

Ti-3Al-2.5V (Grade 9)

용접성, 내식성이 우수하여, 파이프, 자전거 프레임 등 중간 강도와 내구성이 필요한 용도에 적합합니다.

티타늄 3D 프린팅 응용 분야

항공우주 산업

티타늄 3D 프린팅은 재료 절감과 경량화를 통해 항공 부품의 생산 효율을 크게 높입니다.

특히 Purchase-to-Fly Ratio(원자재 대비 완제품 비율)를 개선하여 원자재 낭비와 비용을 줄이는 데 크게 기여합니다.

자동차 및 모터스포츠 분야

티타늄 프린팅 기술은 브레이크 캘리퍼, 브래킷, 림, 기둥 등의 경량 고강도 부품 제작에 사용됩니다.

예를 들어, 부가티(Bugatti)는 SLM 기술을 이용해 약 45시간 동안 브레이크 캘리퍼를 3D 프린팅했으며, 기존 알루미늄 가공품보다 약 40% 더 가볍습니다.

고성능 자전거 제조

티타늄 프린팅 부품은 가볍고 강하며 지속 가능성이 뛰어나 프레임, 크랭크, 브레이크 핸들 등에 사용됩니다.

Ribble과 No.22와 같은 제조사는 3D 프린팅으로 공기역학적 최적화된 프레임을 제작하여 성능을 개선하고 부품을 통합하고 있습니다.

의료 산업

생체 적합성이 뛰어난 티타늄은 정형외과용 임플란트, 치과 기기, 외과 도구 등 다양한 의료용 부품 제작에 사용됩니다.

3D 프린팅을 활용하면 환자 맞춤형 디자인이 가능하며, 다공성 구조로 인해 뼈 조직 재생 및 임플란트 적합성도 향상됩니다.

JLC3DP의 티타늄 3D 프린팅 서비스

JLC3DP는 2025년에 티타늄 합금 제료를 활용한 금속 3D 프린팅 서비스를 공식 출시할 예정입니다.

업데이트 소식은 추후 공식 채널을 통해 안내드릴 예정입니다.

JLC3DP의 전문 금속 3D 프린팅 솔루션은 품질, 효율성, 혁신성의 완벽한 균형을 제공합니다.

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