｜ 툴 스틸 개요 (Material overview)

툴 스틸은 크게 탄소강, 합금강, 고속도강으로 구분되며,

경화 및 열처리가 가능해 금형, 다이, 절삭 공구 등 다른 재료를 성형하거나 절단하는 데 사용됩니다.

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툴 스틸의 마르텐사이트(martensite) 함량은 그 기계적 특성을 결정하는 핵심 요소입니다.

마르텐사이트는 오스테나이트 상태에서 급랭(퀜칭)될 때 형성되며,

경도, 내마모성, 충격 저항성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

대표적인 툴 스틸의 분류는 다음과 같습니다:

현재 Meltio에서 가장 자주 사용되고, 프린팅 빈도가 높은 툴 스틸은 H11입니다.

이 소재는 Meltio의 공식 적층 가능 소재로 분류되며,

자세한 물성 정보는 웹사이트의 데이터시트에서 확인할 수 있습니다.

이외에도 Meltio는 H12, H13, H17, P20, M7 등의 툴 스틸에 대한 적층 테스트를 완료한 상태입니다.

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｜ H11 툴 스틸

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H11은 가장 널리 쓰이는 공구강 중 하나로,

단조, 다이캐스팅, 압출, 플라스틱 금형 등 고온에서 반복되는 충격과 마모에 강해야 하는 공정에 주로 사용됩니다.

이 소재는 마모, 변형, 고온에 매우 강한 내성을 가지고 있어,

부품 전체가 아닌 일부 영역만 고성능이 필요한 경우에도 적합합니다.

H11은 용접성과 접합력이 뛰어나,

이러한 부위에 균일하고 단단한 코팅층을 형성하는 데도 효과적입니다.

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[적층제조 시 특징 및 열처리 과정]

H11은 3D 프린팅 중에 이미 경화된 상태(hardened state)로 적층되는데,

이 경우 가공이 어렵고, 연성이 낮아져 균열이 생기기 쉬운 상태가 됩니다.

그래서 일반적으로는 클래딩(표면 덧대기)이나 간단한 기능 부가를 제외하고,

적절한 열처리 과정이 꼭 필요합니다.

이상적인 열처리 순서는 다음과 같습니다:

• • 풀림(Annealing)

– 출력 직후, 빌드플레이트에서 제거하기 전에 적용해 내부 응력을 줄이고 가공을 쉽게 만듦

예: 아르곤 분위기에서 820℃까지 가열 후, 오븐에서 천천히 식힘

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• • 담금질(Quenching)

– 1025℃까지 가열 후 2시간 유지 → 공랭 방식으로 냉각

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• • 템퍼링(Tempering)

– 550℃까지 가열 → 1시간 유지 후 천천히 냉각 (2회 반복 권장)

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[출력 속도 및 기계적 특성]

H11은 가장 빠르게 출력되는 소재는 아니지만

(블루 레이저 기준 150g/h, 적외선 레이저 기준 141g/h)

산업 현장에서의 수요와 사용자 만족도가 매우 높은 재료입니다.

｜ H12 공구강

H12는 H11에 비해 내마모성이 더 뛰어나고, 고온 환경에서 장시간 사용 시에도 보다 안정적인 성능을 제공합니다.

다만, 그만큼 약간의 인성(toughness)은 희생됩니다.

탄소 함량이 조금 더 높고 크롬 함량은 줄어든 대신, 텅스텐이 추가되어 경도와 열적 안정성이 향상되었죠.

따라서 충격 강도나 연성보다는 고온에서의 내열성과 내마모성이 중요한 환경에 적합한 재료입니다.

H12는 고강도 강재를 가공하는 열간 성형용 공구, 유리나 고내열 플라스틱 성형용 금형,

소결 및 분말야금 공정에서 사용되는 다이(die) 등에 자주 쓰이며,

고온에서도 형태와 경도를 유지하는 것이 중요한 모든 상황에서 유용하게 사용됩니다.

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또한, H12는 고온 환경에서 연마성 마모가 심한 금형 작업에 가장 많이 선택되는 소재 중 하나입니다.

예를 들어, 내열성이 요구되는 난삭합금용 압출 인서트나, 고온 스탬핑에 사용되는 금형 부품 제작에 자주 활용됩니다.

｜ H13 공구강

H13은 내열성, 열 피로 저항성, 경도, 인성의 균형이 잘 잡힌 대표적인 열간 금형강으로,

전 세계적으로 가장 널리 사용되는 공구강 중 하나입니다.

H11, H12와 비교했을 때, H13은 바나듐과 몰리브데넘 함량이 더 높아 열충격에 강하고 반복적인 가열·냉각 사이클에서도 우수한 내마모 성능을 보여줍니다.

이런 특성 덕분에 H13은 급격한 온도 변화와 기계적 스트레스를 자주 받는 도구에도 잘 견디며, 치수 안정성이나 수명을 희생하지 않고 사용할 수 있습니다.

또한, 코어 핀이나 인서트처럼 반복적인 열 사이클을 겪는 부품에 많이 사용되는 대표적인 소재이기도 합니다.

균열이나 열균열에 강해 신뢰성이 높고, 다양한 열적·기계적 환경에서도 안정적인 성능을 발휘하기 때문에

글로벌 열간 금형용 소재 중 가장 널리 선택되는 스테디셀러라 할 수 있습니다.

P20은 사전 열처리된(pre-hardened) 공구강으로, 플라스틱 사출금형이나 저융점 합금용 다이캐스팅 금형에 많이 사용됩니다.

출고 시 이미 열처리(일반적으로 30~36 HRC 수준)가 되어 있기 때문에, 가공 후 별도의 열처리 과정 없이

바로 금형 제작에 사용할 수 있어

제작 공정을 빠르고 간편하게 할 수 있는 장점이 있습니다.

적당한 경도, 우수한 가공성, 그리고 괜찮은 인성을 고루 갖춘 P20은

고온이나 고마모 환경이 아닌, 중·대형 금형 베이스나 일반적인 금형 부품 제작에 매우 적합합니다.

보통은 플라스틱 사출 금형의 캐비티, 코어 인서트, 알루미늄·아연용 다이캐스팅 금형,

그리고 치수 정밀도와 가공 용이성이 중요한 금형 프레임 등에 활용됩니다.

물론, 고온이나 극한 마모 조건에는 적합하지 않지만,

일반적인 목적의 금형 제작에는 안정적이고 실용적인 선택지가 됩니다.

비용, 가공성, 그리고 기계적 성능 사이에서 균형 잡힌 특성을 제공하죠.

｜  M7 공구강

M7은 몰리브덴계 고속도공구강(HSS) 계열의 소재로,

더 널리 쓰이는 M2보다 탄소와 바나듐 함량이 높아 고온에서도 더 높은 경도와 날 유지력(edge retention)을 가집니다.

덕분에 고온 내성과 내마모성이 동시에 중요한 고성능 절삭공구에 특히 적합한 소재입니다.

M7은 적색 가열 온도(작업 중 공구가 붉게 달아오를 정도의 고온)에서도 경도를 유지할 수 있어

고속 가공 시에도 공구 마모를 줄이고 긴 수명을 기대할 수 있습니다.

일반적으로 M2보다 성능이 더 필요하지만, M42처럼 코발트 함량이 높은 강종은 가격이나 취성이 부담될 때

M7이 좋은 대안이 됩니다.

대표적인 용도는 트위스트 드릴, 엔드밀, 브로치, 리머, 펀치 등이며,

특히 높은 압축 강도와 내구성이 필요한 냉간 가공용 공구에 많이 사용됩니다.

다른 HSS 계열과 마찬가지로, M7도 경도와 인성 사이에서 균형 잡힌 특성을 가지고 있어

절삭 중 발생하는 충격이나 압력을 견디며 안정적인 가공 성능을 발휘합니다.

｜ 왜 Meltio의 공구강인가?

이러한 장점을 바탕으로 Meltio의 적층제조는 공구강 제작 방식을 혁신적으로 바꾸고 있습니다.

효율적이고 비용 대비 성능이 뛰어난 제조 솔루션을 찾고 있다면, Meltio가 해답이 될 수 있습니다.

｜공구강의 주요 활용 분야

▶  금형 및 툴링 산업

Meltio의 기술은 형상 근접 부품을 빠르게 생산할 수 있어, 주문형 제조 및 수리, 그리고 하이브리드 소재 적용에 적합합니다.

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▶  자동차 산업

성형 공정에서 빠른 반복 생산을 위한 공구 제작에 활용됩니다. 특히 열 피로 저항성이 뛰어난 소재를 제공해 단기 생산이나 시제품 제작 시 비용 절감에 효과적입니다.

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▶  우주항공 산업

내마모성이 뛰어난 고경도 공구(M7 등)를 제작해 정밀하고 고성능의 저량 생산 툴링에 적합합니다. 또한 경량화와 복잡한 형상 통합에도 유리한 솔루션을 제공합니다.

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▶  중공업 분야

공구 수명을 연장하기 위해 부분 보강이나 수리를 수행할 수 있으며, 교체 주기와 대형 공구의 비용을 줄일 수 있습니다. 극한 환경에서도 견딜 수 있는 고온 작업용 공구강 제작에 효과적입니다.

*W-LMD 기술은 미세조직이 뛰어나고 밀도가 99.998%에 달하는 부품을 생산할 수 있어, 주조 제품의 특성을 능가하고 단조 수준에 필적하는 품질을 제공합니다.

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｜공구강을 활용한 고도화된 적층제조 기술

고성능 공구강을 정밀하고 일관되게 프린팅할 수 있다는 것은,

납기 단축, 원자재 절감, 설계 자유도 확보를 원하는 제조업체에 새로운 가능성을 열어줍니다.

H11으로 부품을 보강하거나, H12로 고내열 금형을 제작하거나, P20을 활용해 금형 인서트를 최적화하든,

Meltio의 기술은 이들 공구강의 잠재력을 최대한 활용할 수 있도록 도와줍니다.

Meltio는 계속해서 다양한 소재를 시험하고 검증하고 있으며,

이를 통해 산업 전반에 실질적인 성능 향상과 비용 절감 효과를 제공하는 적층제조 솔루션을 확대해 나가고 있습니다.

이는 강도, 내구성, 유연성을 희생하지 않으면서도 제조 효율을 극대화하는 길입니다.

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