[금속 3D프린팅] SLM 316L 스테인리스 스틸

316L 스테인리스 스틸 금속 3D프린팅 포트폴리오

설계, 출력, 후처리, 활용 사례까지 한 번에 정리

이번 포트폴리오는 

금속 3D프린팅 소재 중에서도 

활용도가 아주 높은 

316L 스테인리스 스틸(316L Stainless Steel)을 

중심으로 정리했습니다.

316L은 기존 316 스테인리스보다 

탄소 함량이 더 낮은(L = Low Carbon) 저탄소 

오스테나이트계 스테인리스입니다. 

탄소(C)는 약 0.03% 이하 수준으로 관리되며, 

크롬(Cr) 약 16–18%, 

니켈(Ni) 약 10–13%, 

몰리브덴(Mo) 약 2–3%가 주요 합금 원소입니다.

이 조성 덕분에 316L은

• 염화이온이 많은 환경
  (바닷물, 염분, 화학 플랜트 등)에서도 강한 내식성을 보이고

• 용접 후에도 입계 부식에 비교적 강하며,

• 의료용 임플란트·수술 기구에도 널리 쓰일 만큼 
  생체 적합성이 좋은 소재로 알려져 있습니다.

그래서 316L은 해양 구조물, 화학 플랜트, 

식·제약 설비, 의료용 임플란트·수술기구 등에서 오랫동안 검증된 재료입니다.

 3D프린팅(AM) 관점에서 본 316L의 기계적 특성

기존 공정(단조/압연) 316L과 비교

일반적으로 

전통적 공정(단조/압연)으로 제조된 316L는 

아래와 비슷한 범위의 기계적 특성을 갖는 것으로 알려져 있습니다.

• 인장강도(UTS): 약 485–620 MPa

• 항복강도(0.2% YS): 약 170–310 MPa

• 연신율(늘어나는 비율): 약 40–60%

즉, 강도는 충분히 높으면서도 연성이 좋아 

연속적인 변형과 충격에 비교적 잘 버티는 소재입니다.

금속 3D프린팅(레이저 PBF, SLM/DMLS) 316L

레이저 파우더 베드 융합(Laser Powder Bed Fusion) 방식, 

즉 SLM/DMLS로 출력한 316L은 공정 조건에 따라 다르지만, 

여러 자료에서 대략 다음 범위의 수치를 보고합니다.

• 인장강도(UTS): 약 590–650 MPa

• 항복강도(YS): 약 480–550 MPa

• 연신율: 약 35–50%

특징을 정리하면:

• 전통적인 316L에 비해 항복·인장강도가 상당히 높은 편입니다.

• 대신 조건에 따라 연신율이 다소 떨어지거나, 충격 인성이 낮게 나오는 연구도 있습니다.

즉, 3D프린팅 316L = 강도는 매우 우수하지만, 

설계·후처리·빌드 방향을 신중하게 잡아야 하는 재료라고 이해하시면 좋습니다.

316L에 적합한 금속 3D프린팅 방식과 설계 포인트

대표 방식: SLM / DMLS (Laser Powder Bed Fusion)

316L은 금속 3D프린팅 중에서도 레이저 파우더 베드 융합(L-PBF) 계열, 즉

• SLM (Selective Laser Melting)

• DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

에서 가장 널리 사용되는 소재 중 하나입니다. 

이 방식은 미세한 316L 금속 파우더를 얇은 층으로 깔고, 

레이저로 국부 용융·응고를 반복해 3D 형상을 쌓아 올립니다.

일반적인 장비 기준으로는:

• 레이어 두께: 약 0.04–0.08 mm 수준

• 최대 빌드 사이즈(316L): 약 390 × 390 × 290 mm급 장비가 상용 서비스에서 흔히 사용됩니다.

아이컨택이 제공하는 316L 금속 출력도 이러한 SLM 기반 공정을 사용합니다.

316L 금속 3D프린팅에서 설계 시 

꼭 챙겨야 할 포인트만 정리하면 다음과 같습니다. 

최소 벽 두께

일반적설인 설계 가이드에서 제시하는 316L 벽 두께는 대략 다음과 같습니다.

• 이론적 최소: 0.5–1.0 mm 수준(소형, 비구조 부품)

• 일반 서비스 권장: 최소 1.5 mm,

• 실제 구조 부품 권장: 2.0 mm 이상

저희가 제시 하는 기준 역시 

“시각적 샘플/장식 목적”
→ 1.5 mm 근처까지는 검토 가능

“기계적 하중·조립이 걸리는 구조부품”
→ 2.0 mm 이상 확보를 기본 추천

내부 채널 & 파우더 배출

316L SLM 공정에서는 내부 

채널·냉각관·매니폴드를 설계할 수 있다는 것이 핵심 장점입니다. 

 다만 다음 사항을 지켜야 합니다.

• 내부 채널 직경은 가능하면 2.0–3.0 mm 이상 확보

• 가급적 완전 원형보다는 물방울/타원형 형태가 처짐·서포트 문제를 줄이는데 유리

• 파우더가 갇히지 않도록 파우더 이스케이프 홀(분리 배출 구멍) 설계 필수

• 매우 긴 채널은 유체 저항·세척성까지 함께 고려

오버행 각도 & 서포트  

• 레이저 PBF의 일반적인 기준은 45° 이하의 오버행에서 서포트가 필요해지는 경우가 많습니다.

• 316L은 고온에서 용융되므로, 열응력·뒤틀림까지 고려해 서포트 전략을 세워야 합니다.

표면 거칠기 & 후가공

SLM 316L의 as-built(출력 그대로) 표면은 일반적으로

• Ra ≈ 3.2 ~ 12 µm 사이의 거칠기로 제시되는 경우가 많습니다.

따라서,

• 슬라이딩이 많은 부품,

• 씰링 면,

• 조립 시 맞물리는 정밀 면

등은 추가 가공(선반·밀링), 샌딩, 샷피닝, 전해연마, 폴리싱 등을 통해 Ra 1 µm 이하 수준으로 낮추는 것이 일반적입니다.

복잡한 내부 채널이 있는 냉각 구조물 / 금형 인서트

목적

• 사출 금형/다이캐스팅 금형의 사이클 타임 단축,

• 온도 분포 균일화,

• 열 피로 감소.

설계 포인트

• 제품 형상을 따라가는 컨포멀(Conformal) 냉각 채널

• 채널 직경 3–5 mm, 이스케이프 홀 2개 이상 확보

• 벽 두께: 2.5–3.0 mm 이상

실제 해외 케이스 스터디에서도, 금속 3D프린팅으로 코일형 냉각 채널을 구현해 부품을 더 컴팩트하게 만들고, 열 효율과 소비전력을 동시에 개선한 사례가 보고되어 있습니다.

격자 구조를 포함한 경량 브라켓 / 탑올로지 최적화 부품

목적

• 항공·우주·자동차 부품 등에서 강성은 유지하면서 무게를 크게 줄이는 것.

연구와 산업 사례에서는 

316L 금속 3D프린팅으로 격자 구조(lattice) + 탑올로지 최적화를 적용해 

30~60% 수준의 경량화를 달성하면서도 

충분한 강도를 확보한 사례들이 다수 보고됩니다.

맞춤형 의료용 임플란트 / 수술기구

316L은 오래전부터 임플란트 및 의료 기구용 소재로 사용되어 왔습니다.

• 구조용 정형외과 임플란트(플레이트, 스크류, 일부 관절 구성품 등)

• 수술용 기구(겸자, 지그, 가이드)

• 시험/연구용 맞춤형 인체 모형 파트

특히 3D프린팅과 결합하면, 환자 CT/3D 스캔 데이터 기반 맞춤형 형상으로 제작할 수 있다는 점에서 큰 장점이 있습니다.

주의 포인트  

• 실제 인체 삽입용 임플란트는 의료기기 인허가·멸균·표면 처리·추적 관리가 필수입니다.

• 316L 금속 3D프린팅은 연구·개발·시제품·수술 가이드·모델링용 목적으로 사용하는 것을 전제.
  
  

해양·화학·공정 설비용 내식 부품

316L의 특징인 Mo 합금 + 저탄소 조성은, 염화이온과 각종 화학 약품에 노출되는 환경에서 큰 강점이 있습니다.

적용 예

• 해양 구조물/선박용 밸브 바디, 임펠러, 커넥터

• 화학 플랜트의 배관 부품, 매니폴드, 센서 하우징

• 식·제약 설비용 클린 구조 파트, 세척 용이한 일체형 부품

3D프린팅을 사용하면,

• 기존에 용접/조립으로 이어 붙이던 형상을 단일 부품으로 통합할 수 있고,

• 내부 유체 흐름에 맞춘 곡선형 채널 설계로 압력 손실과 세척성까지 함께 개선할 수 있습니다.

316L 금속 3D프린팅의 장단점 & 체크리스트

✅ 장점 요약

1. 높은 설계 자유도

   • 내부 채널, 격자 구조, 복잡한 곡면 등 기존 가공으로는 어려운 형상을 구현 가능 
     

2. 우수한 내식성 + 충분한 강도

   • 염화 환경·화학 환경·의료 환경까지 폭넓은 어플리케이션에 대응

   • 3D프린팅 상태에서도 590–650 MPa 수준의 인장강도와 35–50%대 연신율이 보고됨.

3. 소량·맞춤 생산에 최적

   • 다품종 소량 생산, 커스터마이징, 디자인 반복 수정에 유리

4. 부품 통합 및 경량화에 강함

   • 여러 부품을 하나로 통합해 조립·용접 포인트, 누설 리스크 감소

   • 탑올로지 최적화·격자 구조를 통해 경량화와 고강도 동시 달성

❗ 단점 및 주의사항

1. 표면 거칠기와 후처리 비용

   • 기본 표면이 조도 Ra 3.2–12 µm 수준이라, 기능 면은 가공 또는 연마 필수인 경우가 많음

2. 재료·공정 비용

   • 분말 재료 가격, 장비 단가, 후처리까지 고려하면 기존 가공 대비 단가가 높을 수 있음

   • 다만 복잡 형상·부품 통합·금형 수명 향상 등 총비용 관점에서는 오히려 유리해질 수 있음

3. 기계적 성능의 방향성·공정 의존성

   • 빌드 방향(XY/Z)에 따라 강도·연신율이 달라지고, 공정·열처리 조건에 따라 값이 크게 변동함

   • 따라서 시험 데이터 기반 설계, 안전율 확보가 중요

4. 빌드 사이즈·형상 제한

   • 장비 빌드 볼륨(예: 390 × 390 × 290 mm) 안에 형상이 들어가야 하고,

   • 너무 얇은 벽, 과도한 오버행, 파우더가 빠져나갈 수 없는 내부 구조 등은 금지·조정 필요

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