서론: 티타늄 합금 Ti6Al4V의 중요성
티타늄 합금 Ti6Al4V(TC4)는 가장 널리 응용되는 소재 중 하나로, 높은 강도, 낮은 밀도, 우수한 내식성 및 생체 적합성을 갖고 있다. 항공우주 분야에서는 Ti6Al4V가 엔진 부품, 구조 부품, 체결 부품 제조에 사용되며, 의료 분야에서는 임플란트와 수술 기구 제조에 사용된다. SLM(선택적 레이저 용융) 기술은 기존 공정으로는 구현하기 어려운 복잡한 구조를 제조할 수 있어 경량화와 고성능 일체형 설계를 실현할 수 있다.
1. Ti6Al4V 재료 특성
1.1 물리적 성능
밀도 4.43 g/cm³, 융점 1650-1670℃, 열전도율 6.7-7.2 W/(m·K), 선팽창계수 8.6×10⁻⁶/K, 탄성계수 110-115 GPa.
1.2 기계적 성능(단조 상태)
인장강도 900-1100 MPa, 항복강도 830-920 MPa, 연신율 10-15%, 경도 30-36 HRC, 피로강도 510-620 MPa.
2. 분말 특성 요구사항
입도 분포 15-45μm, 구형도 >90%, 유동성 휴지각 50%, 산소 함량 99.5%, 표면 거칠기 Ra 5-15μm(인쇄 상태). 인쇄 상태 인장강도 1100-1250MPa, 연신율 5-8%; 열처리 후 인장강도 950-1050MPa, 연신율 10-15%.
6. 실제 응용 사례
항공 엔진 브래킷: 토폴로지 최적화 설계로 중량 35% 절감, 인장강도 1050 MPa, 피로강도 600 MPa. 의료 임플란트: 다공성 표면 기공률 60%, 기공 크기 300-500μm, 골조직 성장 양호. 위성 브래킷 구조: 격자 충전 구조로 중량 50% 절감, 강성 요구 충족.
결론
티타늄 합금 Ti6Al4V의 SLM 인쇄는 분말 품질, 공정 파라미터 및 열처리 제도를 엄격히 제어해야 한다. 적절한 공정 최적화와 품질 관리를 통해 우수한 성능을 지닌 복잡한 구조 부품을 제조할 수 있다.