[첨단 헬로티]

최근 적층조형(Additive Manufacturing)의 업계는 연평균 약 30%라고 하는 큰 폭의 성장을 달성하고 있다. 이러한 상황은 적층조형에 의한 최종 제품, 이른바 직접 조형(Direct Manufacturing)을 목적으로 한 기술의 이용이 증가한 것을 주된 원인으로서 들 수 있다.

1990년대에는 적층조형품의 대부분은 시제작품 제조에 이용되고 있었는데, 2017년에는 직접 조형에 의한 매출 비율이 33%에 달했다. 단기간에 시제작품 제조가 가능한 동시에, 적층조형법의 중요한 장점으로서 다음과 같은 점을 들 수 있다.

• 제품 요구 기능에 최적인 제조가 가능하고, 높은 설계자유도를 실현

• 예비 부품의 공급 리드타임을 단축

• 적층조형법에 의한 제조 프로세스는 금형 제조의 필요성이 낮아 특주 제품의 제조가 용이

• 수리의 경우는 비용과 시간의 절감이 가능

2017년의 총 시장 규모는 약 73억 달러로, 적층조형법에 의한 생산은 여전히 니치한 분야이다. 단, 독립조사기관 10사가 조사한 바에 의하면 앞으로 몇 년 간의 연간 성장률은 31%로 예상됐다. 이와 같이 적층조형법은 미래적으로는 분야를 초월한 생산 기술로서 매우 중요해질 것으로 생각된다.

현재 적층조형의 분야에서는 금속 부품의 적층조형 기술이 주목받고 있다. 그 중에서 일반적으로 가장 널리 공업적으로 사용되고 있는 방법은 레이저빔 용융법(이하 LBM)이다. 이 기술은 예를 들면 선택적 레이저 용융법(SLM) 혹은 직접 금속 레이저 소결법(DMLS)와 같은 상표로도 불리고 있다.

기타 금속 부품을 적층조형하기 위한 방법으로는 이하를 들 수 있다. 예를 들면 전자빔 용융, 금속결합제 분사, 압출법, 레이저 패딩용접, 레이저 분체 패딩용접 및 와이어 아크 적층조형법(WAAM) 등이다. 공구 제조에서도 현재 가장 효과적인 방법은 LBM이다.

대형 회계사무소 언스트앤영(Ernst & Young, 약칭 EY)의 보고에 의하면, 이들 금속가공 제조 방법의 총 수요는 앞으로 몇 년 간 점점 더 늘어날 것으로 예측되고 있다.

배경

적층조형은 정밀 공구의 제조에도 사용되고 있다. 기계가공을 위한 클램프장치나 제조 요건을 만족시키는 특별한 형상 등 지금까지 공구 제조 시에 생기는 제약은 적층조형에 의해 대폭으로 완화되고, 설계 자유도는 대폭으로 향상된다. 그 결과 공구의 제조 및 설계의 수정이 가능하고, 새로운 공구 개발로 이어진다. 특히, 기계적 특성, 경량설계에 의한 재료의 절약 또는 질량의 경감에 대한 개선 혹은 하이브리드 설계에 의한 비용 대 효과와 기능성 공존에 의한 최적화 가능성이 있다.

적층조형법의 기본 원리

적층조형에 의해 조형 부품은 요소 그대로 혹은 적층 모양으로 형성된다. 따라서 지금까지의 제거가공(Subtractive Methods)과 비교해 일반적으로 부품은 최종적인 윤곽에 가까운 형상으로 생성되고, 재료의 사용량이 적어진다. 적층 레이어에 의한 제조 원리는 부품을 가상적으로 절단해 분할하는 것이 기본으로 되어 있다. 각각의 가상 단면에 대응해 용융한 금속이 레이어로서 조형품 상에 전사되고, 각각의 레이어가 순서대로 적층되어 3차원 부품이 완성된다. 부품의 형상은 컴퓨터 데이터에서 직접 혹은 3D 스캐너를 통해 전사된다.

데이터 포맷에 대해 현재 널리 보급되고 있는 파일 서식은 STL(Surface Tessellation Language)이다. 그러나 AMF(Additive Manufacturing File)이나 3MF(3D Manufacturing Format) 등 부품의 색이나 재료 정보 등의 정보를 포함하는 다른 포맷의 개발이 추진되고 있다. 적층조형법의 원리를 그림 1에 나타냈다.

여러 가지 조형 방법의 적용 범위는 혼란을 일으키는 경우가 있다. 대부분의 제조회사는 타사와의 차별화를 도모하기 위해 특수한 가공 프로세스나 재질 명칭을 만들어냈다. 그러나 조형 프로세스는 기본적으로는 동일한 방법을 이용한다. 조형 부품은 디지털 데이터에서 요소별 또는 레이어별로 생성된다. 사용되는 재료도 동일하다. 이와 같은 이유로 각각의 적층조형법은 ISO/ASTM 52900(그림 2)에 의해 7종류의 조형 방법으로 분류된다.

적층조형은 여러 가지 용도로 사용된다. 적용 범위는 고속 프로토타이핑(Rapid Prototyping), 직접 제조(Direct Manufacturing) 및 래피드 툴링(Rapid Tooling)으로 나누어진다. 프로토타이핑은 주로 모델 및 프로토타입 제품을 제작하는 방법이다. 여기에는 기능이 제한된 조형 부품이 제조되는데, 특정 기능은 충분히 유지된다. 래피드 툴링은 금형 또는 형으로서 사용되는 최종 제품을 제조하기 위한 치공구 제작 등에 이용되는 적층조형법이다.

LBM은 최종 제품의 제조 중뿐만 아니라, 치공구 제조 분야에서도 자주 사용된다. LBM은 분말 적층 베이스의 방법으로, 분말은 레이저 광선을 사용해 선택적으로 용융되며 고밀도 부품을 제조한다. 부품의 아래층에서 위쪽을 향해 만들어진다. LBM의 원리를 그림 3에 나타냈다.

레이저에는 여러 가지 조사 방법이 있다. 일반적으로는 그림 4에 나타낸 패턴이 사용된다. 스탠더드 패턴 (a)는 파츠의 구석에서 시작해 단순한 벡터를 따라 레이어를 이동한다. 스트라이프 패턴 (b)는 조사돼야 할 표면은 각각의 스트라이프로 분할된다. 제3의 조사 패턴은 그림 5에도 나타냈는데, 체스보드 패턴 (c)라고 불린다. 여기서는 각각의 층은 통계적 분포에 기초해 정사각형의 구획으로 나누어지고, 용융된다.

사용되는 조사 패턴에 따라 부품의 구조는 큰 영향을 받는다. 스트라이프와 체스보드 패턴은 스탠더드 패턴과 비교해 일반적으로 고유 응력이 작아지는 장점이 있다. 부품 내의 열분포에 의해 일부 영역에 열이 집중하는 것이 방지된다. 그 결과, 부품 형상이 달라도 조사 시간은 일정하게 유지된다.

그리고 분말재는 열전도율이 대폭으로 저하되기 때문에 부품 내의 외부 윤곽과 내부 영역의 열전도 상태가 달라진다. 따라서 외부 윤곽과 내부 영역에서는 다른 파라미터가 설정된다. 용융되지 않은 분말의 대부분은 재이용되므로 재료의 손실은 적어진다.

대부분의 적층조형에서 조형용 챔버는 크기의 제약이 있다. 현 상황에서는 대부분의 LBM 프로세스용 조형 챔버의 사이즈는 최대 800×400×500mm3까지이다.

적층조형의 도입 초기 단계에서는 대부분의 시장에서 폴리머가 사용되고 있었는데, 현재는 금속이나 세라믹에도 적용되고 있다. LBM에 의한 상업 베이스의 가공 프로세스는 많은 종류의 금속이 사용되고, 최대 100%까지의 상대 밀도가 달성되고 있다고 생각된다. 시판 합금은 한정되어 있지만, 그 선정의 폭은 점차적으로 확대되고 있다. 사용되는 금속 재료 및 합금은 일반적으로 예를 들면 이하의 것을 포함한다.

• 순티탄, Ti6A14V

• 각종 스틸 : 316L (스테인리스강), 17-4PH(스테인리스강), 18Ni300(공구강)

• 알루미늄합금 : AlSi10Mg, AlSi7Mg, AlSi9Cu3, 스칸듐합금(Scalmalloy®), AlSi12CuNiMg

• 코발트크롬합금 : CoCrMo, CoCr

• 니켈기합금 : 하스테로이 X, 헤인즈 282(HAYNES 282), 인코넬 718, 인코넬 625 또한, 금, 은, 백금 등의 귀금속도 LBM에 의해 처리할 수 있다.

적층조형을 이용한 공구의 제조

지금까지의 제조 방법은 가공 시의 클램프 지그, 가공용 공구 및 제조 설비에 따라 공구 제조는 제약을 받았는데, 적층조형에 의해 이와 같은 제약이 해소되고 많은 장점 및 상당한 자유도를 기대할 수 있다. 조형 부품은 제조를 위한 공구나 지그는 거의 필요로 하지 않는다. 그 결과, 지금까지의 제조 방법으로는 얻을 수 없는 새로운 가능성이 펼쳐진다.

복잡한 형상 설계가 가능하고, 형상의 유연성을 높일 수 있다. 예를 들면 드릴은 나선 모양의 쿨런트 구멍이나 나선과 직선을 조합한 쿨런트 구멍을 뚫을 수 있다. 설계의 최적화에 의해 제품의 경량화도 가능하다. 기타의 활용 방법으로서 하이브리드 부품의 제조, 부품의 회전 밸런스 조정, 보다 정확한 재료 분포의 설정과 기존 부품의 수리 등을 들 수 있다.

이와 같은 우수한 특징은 이미 상당한 정도까지 LBM 기술을 사용해 실현할 수 있게 됐다. 그렇기 때문에 현재는 많은 절삭공구가 적층조형을 이용해 양산되고 있다.

기능 통합과 절삭공구의 최적화 사례로서 그림 6에 스로어웨이 팁식 드릴 QTD의 예를 나타냈다. 기존의 드릴 보디는 일정한 나선 피치의 홈 형상을 가지고 있으며, 보디 중심의 쿨런트 구멍에서 Y자 형상으로 쿨런트가 전면의 인서트에 분배된다.

이와 같은 쿨런트 공급 시스템은 툴 지름이 작아질수록 보디 중앙의 쿨런트 공급 구멍이 드릴 중심의 웨브 부분을 약하게 만들어 보디 강도가 떨어지므로 툴 성능은 저하된다. 또한, 쿨런트 구멍도 점점 더 작게 만들어야 해서 절삭날에 도달하는 쿨런트 유량은 감소한다. 적층조형법에 의해 지금까지보다 작은 구멍 지름의 쿨런트 구멍붙이 드릴을 제조할 수 있다. 쿨런트 구멍을 스파이럴 모양으로 배열하고 구멍 형상을 비원형으로 해서 쿨런트의 유량을 늘릴 수 있다. 적층조형법에 의한 드릴의 제조 공정에서는 LBM을 사용해 제조된 공구 보디 부분과 기존 공정으로 제조된 원통 섕크 부분을 적절하게 맞춰 접합된다.

LBM에 의한 경량화에 관해서도 이미 양산용 공구가 제조되어 있다. 예를 들면 외경 다듬질용 리머는 리머의 중량에 따라 가공 성능이 영향을 받을 가능성이 있다. 과대한 중량의 공구는 큰 이너셔 토크가 생기고, 절삭 속도가 제한된다. 공구에 사용하는 재료의 절감은 공구를 대폭으로 고속화할 수 있고, 또한 가공 정도가 향상되기 때문에 공구에 의한 생산성을 높이는 것에 공헌한다. 따라서 특히 소경 샤프트의 기계가공에서는 생산성의 향상이 달성된다. 외경 다듬질용 리머의 중량은 그림 7에 나타낸 리브 구조에 의해 지금까지의 방법으로 제작된 리머와 비교해 질량을 반 이하로 절감할 수 있다.

또한, 적층조형법은 기능성을 높임으로써 유압 클램프 기술에 응용할 수 있다. 척은 기계와 공구를 접속하는 역할을 하고, 여러 가지 요구에 대응이 필요하다. 정도, 공정 안정성, 신뢰성 및 비용 대 효과에 대해 적절한 조합을 찾아내는 것은 쉽지 않다. 이러한 과제의 해결에는 여러 가지 접근 방법이 있다. 특히 정도에 관해 유압 척은 홀더 본체와 확장 슬리브는 납땜에 의해 접합되기 때문에 척 사용 시의 열안정성이나 토크 전달력은 제한을 받아 왔다. 일반적으로 납땜에 의해 제조된 유압 척의 최대 동작 온도는 50℃가 된다. 척 내부의 오일 팽창계수는 스틸 보디의 팽창계수의 50배로, 보다 높은 온도 환경에서는 척 내부에 과잉의 압력이 발생, 납땜 접합부가 손상된다.

그림 8에 나타낸 적층조형법에 의해 제조된 하이 토크 척HTC는 끝이 가는 형상의 유압 척으로, 이용 범위가 확대되고 프로세스의 신뢰성은 향상된다. 적층조형으로 납땜에 의한 접합이 불필요하고, 확장 슬리브는 직접 압입할 수 있다. 그 결과, 사용 가능한 최고 온도가 상승한다.

적층조형에 의해 HTC의 보디 형상은 길고 끝이 가는 3°의 테이퍼로 제조할 수 있다. 지금까지는 이와 같은 끝이 가는 형상은 슈링크 척으로 한정되어 왔다. 예를 들면 홀더의 간섭이 생기기 쉬운 가공이나 액세스가 어려운 가공에서는 끝이 가는 형상에 의해 유압 척의 사용 범위가 확대된다.

이 끝이 가는 형상의 척에 의해 많은 케이스에서 롱 섕크의 특수 공구가 필요 없게 되는 장점도 있다. 표준 설계의 공구는 섕크 길이가 짧고 공구는 보다 저렴하며, 또한 고능률의 가공 조건을 설정할 수 있다. 그 결과 진동이 저감되어 표면 다듬질이 개선되고, 공구 수명을 더 늘릴 수 있다.

오늘날에는 이와 같이 양산용으로 적층조형을 이용해 새로운 설계 및 기능을 가진 최적의 공구를 제조할 수 있게 됐다.

공구 제조에 적층조형을 도입하기 위한 과제와 대응

층조형법은 새로운 부품의 설계 가능성을 여는 것뿐만 아니라, 앞으로 해결해야 할 과제가 있다. 특히, 적층조형된 부품은 표면 다듬질, 이방성 효과 및 치수 정도의 제약에 관한 개선이 필요하다. 층 모양으로 적층된 구조체의 특징으로서 z방향으로 단차가 생성된다. 구조체가 평평할수록 이 경향은 보다 두드러진다. 층의 두께를 얇게 하면 이른바 스텝 효과를 줄일 수 있는데, 이와 같은 스텝은 완전히 제거할 수 없다. 그 결과, 보다 높은 표면 품질이 요구되는 경우에는 후공정의 추가공 처리가 필요하다. 이 처리는 표면 평활화 혹은 코팅 처리의 어느 한 가지가 실시된다.

분말의 입자 지름도 표면 다듬질 특성에 영향을 미칠 가능성이 있다. 일단 분말이 용융하면 인접하는 분말도 용융하고, 기존 표면층에 부착하므로 부품의 추가공 처리가 필요하다. 각각의 요소 혹은 레이어가 동일한 방향으로 조형되면, 기계특성이나 미세 구조에 관해 이방성 효과가 생긴다. 이렇게 해서 z방향(조형 방향)의 강도는 일반적으로 가장 낮아진다. 또한, 층의 수가 많을수록 레이어 불량이나 분말의 공급 불량이 발생할 리스크는 커진다. 또한, 설비의 온도구배의 영향을 받기 때문에 균질한 조형을 위한 제조 범위는 한정된다.

또한, 조형 프로세스에는 몇 가지 제한이 있다. 조형 부품의 사이즈는 조형 챔버의 크기에 의해 제한되고, 조형 프로세스는 몇 개의 재료 특성에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 조형용 금속 재료는 용접과 주조에 적합해야 한다. 그 조건을 만족시켜야 비로소 LBM에 의한 조형이 가능해진다.

또한, 분말은 구상으로 특정 분포의 입도를 가진 것을 입수해야 한다. 쌍봉 분포의 입도를 가진 분말에 의해 양호한 충전 밀도를 확보할 수 있고, 입도 분포의 폭이 좁은 분체에 의해 유동성이 향상된다. LBM의 용융 폭은 최종 제품보다 훨씬 작아져 있다(일반적으로 102~104배). 이들의 국소적 고온 영역은 저온 하의 녹지 않은 분말과 직접 접촉하고 있다. 이와 같은 상황에서는 조형부에 온도구배가 생기고, 내부 응력이나 변형 혹은 불규칙한 미크로 구조의 생성 원인이 된다. 이러한 현상에 의해 부품의 치수 정도는 나쁜 영향을 받을 가능성이 있다. 

평탄한 표면은 용융 중의 온도 상승 및 온도구배에 의해서도 큰 영향을 받는다. 이른바 온도구배 메커니즘이 생기고, 조형된 부품의 이미 냉각된 부분은 아직 뜨거운 부분에 대해 부풀어 올라 부품 전체가 변형된다. 열변형을 상쇄하기 위해 조형장치를 미리 예열해 둘 수 있다. 이것에 의해 조형 프로세스의 신뢰성이 향상되고, 부품 품질과 치수 정도가 개선된다. 또한, 예열의 사용 시에는 일부 지지재는 불필요하다. 이것에 의해 조형 시간, 추가공의 부담 및 재료 소비량이 절감된다. 설정되는 예열 온도는 재료에 따라 다르며, 150~1,800℃ 사이에서 변화한다. 그러나 현 상황에서 공업적으로 이용 가능한 시스템은 예열 온도가 500℃인 것뿐이다.

이 프로세스는 달성 가능한 정도에도 영향을 미친다. 분말 입도와 레이저빔의 선폭에 의해 프로세스의 분해능은 제한된다. 지금까지 달성할 수 있었던 해상도, 즉 치수 정도 및 형상 정도는 일반적으로는 50μm보다 크다. 표면의 조도도 프로세스에 의해 영향을 받는다. 현 상황에서 LBM에 의해 달성할 수 있는 최소 면조도 Ra는 거의 10μm를 달성할 수 있다. 단, 표면의 요철은 부하를 받으면 노치 효과를 일으키기 때문에 동적 부하를 받는 표면 또는 부위에서는 이 정도의 면조도 값으로는 충분하다고 할 수 없다.

그리고 일반적으로는 조형할 수 없거나, 혹은 매우 많은 후처리 공정과 노력을 들여야 적층조형을 이용할 수 있는 부품 형상도 있다. 나사산, 정밀한 끼워맞춤 구멍과 맞춤면의 가공은 매우 높은 정도가 요구되며, 그렇기 때문에 높은 프로세스 분해능이 요구된다. 이와 같은 높은 요구 정도를 만족시키기 위해서는 최소한의 추가공 처리가 필요하다.

조형 방법과 조형 베이스 플레이트의 각도가 45°를 넘는 큰 오버행 조형에서는 지지 구조가 필요하다. 이러한 지지 구조에 의해 한편으로는 부품의 오버행 구조가 지지된다. 다른 편에서는 확실하게 조형부가 조형대에 접착된다. 이렇게 해서 접착하지 않은 영역이 고정되고 열을 방산시켜, 내재 응력 및 열응력을 방지하고 변형을 방지할 수 있다. 부품의 수리가 필요한 경우, 적층조형에 의한 수리는 평면에서만 실시할 수 있다.

적층조형법은 가공 정도의 제약뿐만 아니라, 조형 속도도 제약을 받는다. 표면 품질을 좋게 하기 위해서는 층두께는 가급적 얇게 해야 한다. 그러나 사용 가능한 레이저빔이 1개로 제한이 있는 싱글 레이저 시스템의 경우는 이와 같은 처리의 조형 속도는 저하된다. 복수의 레이저를 사용할 수 있는 시스템의 경우는 조형 속도를 높일 수 있지만, 시간당 코스트는 널리 사용되고 있는 싱글 레이저 시스템보다 많이 높아진다.

원칙으로서 적층조형으로 대량의 부품을 생산하는 경우, 기존의 대량 생산용으로 확립된 생산 기술의 제조 코스트에는 경쟁할 수 없다. 그럼에도 불구하고 적층조형법을 비용 효과가 높은 용도에서 사용하기 위해서는 적층조형에 의해 새로운 부가가치를 가져올 필요가 있으며, 이를 위한 많은 접근이 있다. 기계가공이 어려운 재료나 귀중한 재료를 가공하는 경우, 적층조형법은 재료 손실을 줄일 수 있기 때문에 기존의 기계가공 프로세스에 비해 비용 대 효과가 향상된다.

또한, 소량 생산이나 1회 한정의 생산이 필요한 경우는 특별히 제조해야 하는 공구나 금형의 삭감 또는 회피에 의해 적층조형법이 유효한 생산 방법이 되는 경우가 있다(그림 9 참조). 예를 들면 적층조형에 의해 설계 공수의 증가나 새로운 설계 가이드라인, 그리고 추가공 처리에 의해 코스트는 증가하지만, 그들은 부품의 고기능화에 의해 보충할 수 있다.

비용 대 효과는 대부분의 경우, 제조 단계 또는 부품 제조 후의 이용 단계에서 증가한다. 예를 들면 항공우주 산업용의 적층조형에 의해 제조된 고가의 경량 부품은 항공기 운항 중의 코스트를 대폭으로 절감하는 것이 가능하다.

비용 대 효과를 높이기 위한 다른 사례로서 고부하를 받는 부품의 내용 연수를 높이기 위한 소재 선택의 자유도 확대, 또한 시간이 걸리는 조립 공정의 삭감을 들 수 있다. 상황에 따라서는 기능의 통합에 의해 어셈블리의 수고가 대폭으로 감소된다.

기존의 제조 기술을 적층조형으로 완전히 대체하는 것은 현 상황에서는 생각할 수 없다. 적층조형법과 기존의 제조법을 조합함으로써 비용 대 효과와 기능을 최대한으로 이끌어낼 수 있다. 이와 같은 하이브리드 설계에 의해 기존의 방법에 의해 제조된 베이스 부품 상에, 특정의 기능을 가진 복잡한 부품을 저코스트로 부가적으로 조형할 수 있다.

그림 10은 하이브리드 설계의 한 예를 나타낸 것이다. 끝이 가는 형상의 유압 척인 하이 토크 척을 나타내고 있다. 공구 본체는 기존의 방법으로 제조되고, 척 끝단, 즉 기능 영역은 LBM 공정을 이용해 부가적으로 조형된다. 부품의 부가적으로 조형된 영역은 부품의 비용 대 효과에 영향을 준다. 이 부분이 클수록 사용하는 분말이 많아지고, 시스템의 가동 코스트는 커진다. 조형 부분의 차이에 따른 비교를 그림 10에 나타냈다.

척 a)에서는 척 부분 전체가 부가적으로 조형되어 있는데, 척 b)에 대해서는 끝단 윗부분만이 부가적으로 조형되어 있다. 이와 같은 제조 방법의 변경에 의해 적층조형을 위한 체적을 작게 하고, 필요한 분체를 적게 할 수 있다. 소요 조형 시간은 1회당 22시간에서 7시간으로 단축되고 장치의 가동 코스트 및 1일당 조형 횟수가 개선됐다. 전체적으로는 그 부품의 기능을 손상하지 않고 제조 코스트는 약 3분의 1로 감소하고 비용 대 효과가 향상됐다.

맺음말

적층조형법(Additive Manufacturing)은 제품 개발의 분야에서 중요한 가공법으로 되어 있다. 특히 공구 제조 분야에서는 적층조형 기술은 이미 양산 용도로 적용되고 있다. 공구의 제조에서는 경량 설계, 기능 부여 및 내부 밸런스의 최적화에 효과적이다. 스틸 부품도 조형할 수 있는데, 그 공정에서 강도에 관련된 열화는 생기지 않는다.

제조 조건도 이미 확립되어 있고, 양산가공에서 사용한 것이 실증되어 있다. 기존의 제조 기술과 비교하면, 코스트와 품질에 관해서는 아직 제약이 있지만, 적층조형법에 의해 제공되는 부가가치는 업계에서는 평가되어 일부에서는 양산용으로 채용되고 있다.

그러나 적층조형법은 여러 가지 점에서 개선이 필요하다. 높은 정도가 요구되는 평면 및 복잡한 부품은 기존과 동일하게 추가공 처리가 필요하다. 기계가공에 의한 추가공 처리는 시간이 걸리고, 그것을 대신하는 표면처리 방법으로서 공업적으로 효과적인 해결책은 없다. 그러나 복잡한 부품의 후처리를 가능하게 하는 레이저 연마와 같은 접근이 있다. 레이저 연마 중에 부품 표층의 얇은 경계층이 녹고, 표면 장력에 의해 표면이 매끄러워진다. 이와 같이 해서 재료를 제거하지 않고 기능 표면을 얻을 수 있다.

비용 대 효과에 관해서는 조형 속도를 향상시키는 것이 필요하다. 이 점에서 복수의 레이저에 의한 조사 혹은 새로운 고속 조사 및 조형법의 개발이 요구된다. 예를 들면 처음으로 장치를 제조한 메이커가 앞으로 12개의 레이저광에 의한 조사장치를 시장에 투입하겠다고 발표했다. 적층조형법의 적용 분야를 확대하기 위해서는 새로운 소재의 사용을 확실하게 인정하고, 소재의 사용 범위를 확대하는 것도 중요하다.

기존의 공정 관리의 최적화도 중요한 포인트가 된다. 예를 들면 기능학습 방법에 관해 얻은 지식은 새로운 부품의 프로세스 설계에 자동적으로 반영되어 프로세스 파라미터의 개선, 더 나아가 부품 품질의 개선에 기여해야 한다. 치수 정도에 관해서는 복잡한 시운전을 줄이는 접근도 가능하다.

이와 같이 해서 온도 분포 및 부품의 기계적 응답의 거동을 조형 프로세스 시뮬레이션을 사용해 제한부로 예측할 수 있다. 수집된 데이터를 사용해 부품이 설정된 치수 정도를 만족시키도록 부품의 변형을 예측해 설계하는 것은 어느 정도 가능하다.

적층조형법에 있어 필요한 기술 개발과 함께 새로운 제품의 개발에서, 그 잠재 능력을 이끌어내는 역할은 유저가 되는 기술자가 맡게 된다. 그러기 위해서는 디자인 단계의 수정이 필요하며, 부품의 설계 단계에서 부가가치가 창출되도록 적층조형을 위한 설계 가이드라인은 내제화돼야 한다.

지금까지 설명했듯이 현 시점에서는 적층조형법은 기존의 제조 기술을 대신하는 것이 아니라, 그들을 보완하는 데 도움이 된다고 할 수 있다. 특히 정밀 공구의 제조에 관해 지금까지 적층조형법은 부분적인 이용에 그쳤지만, 앞으로는 더 큰 가능성이 있다고 생각된다.

마이클 F.제이·크리스티안 자이델·더크 셀머