의료용 금속 사출 성형(MIM) 부품에서 316L과 17-4PH 비교

316L과 17-4PH는 의료 부품에 일반적으로 사용되는 스테인리스강 등급입니다. 두 소재 모두 금속 사출 성형에 적합합니다. 두 소재 모두 작고 복잡한 스테인리스강 부품에 널리 사용됩니다. 하지만 서로 대체할 수 있는 소재는 아닙니다.

실제 의료 기기에서 완벽한 의료 부품은 단순히 소재 선택만으로 결정되지 않습니다. 부품의 형상, 환자 접촉 여부, 멸균 방법, 표면 마감, 기계적 하중, 2차 가공, 그리고 부품이 전체 기기에 어떻게 결합되는지도 고려해야 합니다.

그렇다면 어떤 소재가 적합하며 어떤 것을 선택해야 할까요? 자세히 살펴보겠습니다.

한눈에 보는 316L과 17-4PH 스테인리스강

기본적인 차이는 다음과 같습니다.

특성	316L 스테인리스강	17-4PH 스테인리스강
스테인리스강 종류	오스테나이트계	마르텐사이트계 석출 경화형
UNS 등급	S31603	S17400
크롬 (Cr)	16.0–18.0%	15.0–17.5%
니켈 (Ni)	10.0–14.0%	3.0–5.0%
몰리브덴 (Mo)	2.0–3.0%	—
구리 (Cu)	—	3.0–5.0%
니오븀 + 탄탈럼 (Nb+Ta)	—	0.15–0.45%
탄소 (C)	≤0.03%	≤0.07%
밀도	≈8.00 g/cm³	≈7.78–7.80 g/cm³
탄성 계수	≈193 GPa	≈196–197 GPa
인장 강도	≥485 MPa (소둔 ASTM A240 기준)	≥1310 MPa (H900 ASTM A564 기준)
0.2% 항복 강도	≥170 MPa (소둔 ASTM A240 기준)	≥1170 MPa (H900 ASTM A564 기준)
연신율	≥40%	≥10% (H900)
경도	≤95 HRB / ≤217 HB	≥40 HRC / ≈388 HB (H900)
내식성	탁월	양호에서 매우 우수
강도를 위한 열처리	석출 경화 불가	예 - H900, H1025, H1075, H1150 등
자기 특성	소둔 상태에서 일반적으로 낮은 자기 반응	자성
일반적인 의료상 장점	내식성, 세척 용이성, 연성, 전해연마	높은 강도, 경도, 컴팩트한 하중 지지 설계
일반적인 의료 용도	부식에 노출되는 부품, 소형 수술 부품, 유체 접촉 부품	구조용, 잠금용, 클램핑용 및 하중 지지 부품

316L이 의료용 MIM에서 널리 사용되는 이유

316L은 오랫동안 의료 제조에 사용되어 왔으며, 여기에는 충분한 이유가 있습니다.

크롬, 니켈 및 몰리브덴 함량 덕분에 일반 부식뿐 아니라 공식 부식과 틈새 부식에도 강한 내성을 보입니다. 17-4PH와 비교하면 일반적으로 부식에 더 강한 소재입니다.

의료 부품에서는 이것이 중요합니다.

수술 기구는 반복적인 세척, 소독 및 멸균 과정을 거칠 수 있습니다. 내시경 부품에는 잔여물과 수분이 고일 수 있는 매우 작은 함몰부, 슬롯, 톱니 또는 피벗 구조가 있을 수 있습니다. 일부 부품은 체액이나 세척 화학물질과도 접촉합니다.

이러한 경우 표면 상태와 내식성은 부차적인 문제가 아닙니다. 이는 설계의 일부입니다.

바로 이러한 경우에 316L이 매우 적합합니다.

의료 기기에서 316L이 적합한 분야

금속 사출 성형에서 316L은 부품이 작고, 형상이 복잡하며, 부식에 민감하고, 반복 생산되는 경우 특히 유용합니다.

일반적인 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

복강경 그라스퍼 턱
생검 겸자 부품
내시경 기구 부품
소형 수술 도구 부품
치과 기구 부품
유체 처리 부품
소형 하우징 및 기능성 의료 부품
특정 로봇 수술 기구 부품

복강경 겸자를 예로 들어 보겠습니다.

이 부품에는 톱니, 작은 구멍, 피벗 형상, 곡선 프로파일, 홈, 얇은 부분이 포함될 수 있습니다. 봉재에서 모든 형상을 기계 가공하면 특히 생산 수량이 늘어날수록 비용이 높아질 수 있습니다.

금속 사출 성형으로 해당 형상의 상당 부분을 최종 형상에 가깝게 성형할 수 있습니다.

그런 다음 피벗 보어, 맞물림 표면 또는 기타 중요 형상에 더 엄격한 제어가 필요하면 필요한 부분에만 2차 CNC 기계 가공을 추가할 수 있습니다.

기하 형상은 MIM으로 만들고 CTQ 형상은 기계 가공으로 처리하는 이러한 조합이 부품 전체를 하나의 공정에 억지로 맞추는 것보다 더 실용적인 경우가 많습니다.

17-4PH가 더 적합해지기 시작하는 경우

내식성이 여전히 중요하지만 부품이 더 높은 기계적 하중도 견뎌야 한다고 가정해 보겠습니다.

이 점에서 17-4PH가 흥미로워집니다.

17-4PH는 석출경화형 스테인리스강입니다. 적절한 열처리 사이클 후에는 316L보다 실질적으로 더 높은 강도와 경도를 얻을 수 있습니다. 최종 특성은 선택한 시효 조건에 크게 좌우됩니다.

쉽게 말해, 같은 양의 금속으로 훨씬 더 높은 기계적 성능을 얻을 수 있습니다.

소형 의료 메커니즘에서는 이것이 큰 이점이 될 수 있습니다.

17-4PH의 이점을 얻을 수 있는 의료 부품

17-4PH는 다음과 같은 부품에 적합한 후보가 될 수 있습니다.

수술 기구 잠금 부품
고하중 턱 부품
작동 링크
기계식 래치
소형 레버
구동 부품
로봇 수술 도구 메커니즘
기구 구조 부품
마모 또는 경도 요구 사항이 있는 부품

재사용 가능한 수술 기구 내부의 작은 링크를 상상해 보세요.

이 부품은 조직에 직접 닿지 않을 수도 있습니다. 하지만 외과의가 손잡이를 닫을 때마다 이 부품은 메커니즘을 통해 힘을 전달합니다.

여기서 설계에 대한 질문이 달라집니다.

이제는 최대 내식성이 우선순위가 아닐 수 있습니다. 우선순위는 다음과 같을 수 있습니다.

이 작은 부품은 반복되는 사이클 동안 필요한 하중을 견디면서 너무 빠르게 휘거나 마모되지 않을 수 있을까요?

이는 유체 접촉 부품과는 매우 다른 용도입니다.

그리고 17-4PH가 더 나은 해답일 수 있습니다.

열처리는 17-4PH를 어떻게 변화시키나요?

이것이 이러한 합금 간의 가장 큰 실질적 차이 중 하나입니다.

316L은 석출경화형 스테인리스강이 아닙니다. 나중에 시효 처리를 통해 강도를 크게 높일 계획이라면 일반적으로 316L을 선택하지 않습니다.

17-4PH는 다릅니다.

최종 기계적 특성은 열처리를 통해 조정할 수 있습니다. H900, H1025 또는 H1150과 같은 조건은 강도, 경도, 연성 및 인성의 서로 다른 균형을 제공합니다. 일반적으로 더 낮은 시효 온도에서는 더 높은 강도를 얻는 반면, 더 높은 온도 조건에서는 일부 강도를 낮추는 대신 인성과 연성이 향상됩니다.

의료기기 엔지니어라면 또 다른 결정을 내려야 합니다. 정말 최대 경도가 필요한가요?

때로는 그렇습니다.

때로는 재료 데이터시트에서 H900이 매력적으로 보이지만, 실제 부품에는 강도와 인성의 다른 균형이 더 유리할 수 있습니다.

따라서 도면에 단순히 17-4PH라고만 기재해서는 안 됩니다. 필요한 재료 상태도 중요합니다.