3D 프린팅은 금속 주조에 어떤 이점이 있습니까? 다음은 3가지 방법입니다

금속 주조는 금속 부품을 만드는 데 사용되는 가장 오래된 제조 방법 중 하나일 수 있지만 3D 프린팅의 혜택을 받을 수 있는 또 다른 분야이기도 합니다.

몰드, 코어 및 패턴과 같은 툴링 보조제 생산과 관련된 높은 비용으로 인해 3D 프린팅은 이미 금속 주조 공정용 툴링의 기존 생산에 대한 가치 있는 대안으로 입증되고 있습니다. 따라서 주조 공장은 경쟁력을 유지하기 위한 수단으로 3D 프린팅을 워크플로우에 점점 더 많이 채택하고 있습니다.

기존 한계 극복

주물 공장은 다이캐스팅, 샌드캐스팅 및 인베스트먼트 캐스팅이 가장 일반적으로 사용되는 여러 금속 주조 공정에 의존합니다. 그러나 금속 주조는 오랜 시간 동안 검증된 제조 방법이지만 다음과 같은 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

이러한 문제를 극복하고 경쟁 우위를 유지하려면 주조 공장에서 3D 프린팅이 필요한 금속 주조용 도구를 생산하는 혁신적인 방법을 찾아야 합니다.

3D 프린팅이 주조 및 패턴 제작 회사에 어떤 이점이 있는지

3D 프린팅이 전통적인 파운드리 방식의 종말을 의미하지는 않지만, 이 기술은 패턴, 코어 및 몰드 생성의 비용과 시간 소모적인 측면을 우회하는 데 도움이 될 수 있으며, 볼륨, 매우 복잡한 주조 및 프로토타입.

다음은 3D 프린팅을 기존 주조 공정에 통합하는 방법에 대한 몇 가지 예입니다.

#1 3D 인쇄 다이 생산

19세기로 거슬러 올라가는 다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 금형 캐비티에 부어 금속 부품을 생산하는 과정을 말합니다.

다이 캐스팅의 주요 과제 중 하나는 다이의 과열을 방지하고 캐스팅의 응고 과정을 제어하는 ​​데 사용되는 냉각 채널의 설계입니다.

기존 생산 방법의 경우 이러한 채널은 일반적으로 직선으로 가공되므로 냉각 프로세스가 느리고 균일하지 않습니다. 결과적으로 도구가 변형되고 수명이 크게 단축됩니다. 또한 부분적으로 열 방출이 부족하면 제조된 제품의 냉각 시간이 길어집니다.

그러나 이러한 제한 사항은 3D 프린팅에는 적용되지 않습니다. DMLS 또는 SLM과 같은 금속 3D 프린팅 기술을 사용하여 공구 제조업체는 복잡한 냉각 채널을 다이 설계에 통합할 수 있습니다.

따라서 다이캐스팅을 위한 3D 프린팅은 다음과 같은 많은 이점을 제공합니다.

#2 매몰 주조 패턴을 위한 3D 인쇄 고려

인베스트먼트 주조는 소모성 왁스 패턴과 세라믹 쉘을 사용하여 복잡하고 상세한 부품 디자인을 만듭니다. 전통적으로 이러한 패턴은 사출 성형됩니다. 그러나 사출 금형 비용은 $3,000~$30,00이며 리드 타임은 1~4주입니다. 이로 인해 소규모 시리즈 생산이나 일회성 제품에는 금형을 경제적으로 만들 수 없습니다.

이러한 이유로 파운드리 및 패턴 제작 회사는 매몰 주조에 적합한 재료로 패턴을 3D 인쇄하도록 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 광조형술은 수지의 얇은 층을 경화시키는 UV 레이저를 사용하여 패턴을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

매몰 주조에 3D 프린팅을 사용하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

많은 3D 프린터 제조업체는 PLA 및 ABS를 기반으로 하는 왁스, 주조 가능 수지 및 일부 열가소성 수지를 포함하여 주조용으로 특별히 3D 인쇄 가능한 재료를 개발했습니다.

이러한 재료는 일반적으로 광조형(수지) 및 FDM(플라스틱) 기술과 함께 사용되어 우수한 연소 특성으로 매우 정확한 패턴을 생성합니다.

#3 3D 프린팅 샌드 몰드 및 코어

모래 주조는 3D 인쇄로 변형되는 또 다른 금속 성형 기술입니다.

일반적으로 모래 주조 공정에는 모래를 주형으로 사용하여 용융 금속에서 물체를 만드는 것이 포함됩니다. 금형 캐비티는 디자인 패턴 주위에 손으로 모래를 채워서 만듭니다. 주물 설계에서는 주물의 내부 윤곽을 만들기 위해 주형에 코어를 배치해야 하는 경우가 많습니다.

3D 프린팅은 패턴 및 코어 제작 단계를 거치지 않고 CAD 파일에서 직접 샌드 몰드와 코어를 생성하여 이 프로세스를 단순화할 수 있습니다.

인베스트먼트 주조를 위한 3D 프린팅 패턴과 마찬가지로 3D 프린팅 샌드 몰드 및 코어는 도구가 필요 없는 자동화 프로세스입니다. 이것은 금속 주조 가격을 상승시키는 도구 및 인건비가 제거되었음을 의미합니다.

모래 주형과 코어는 일반적으로 바인더 제팅(Binder Jetting) 기술을 사용하여 3D로 인쇄되며, 이 기술은 모래를 한 층씩 접착하기 위해 바인더 에이전트를 선택적으로 증착하여 작동합니다.

이러한 방식으로 3D 프린팅은 소량 생산을 위한 빠르고 효율적인 방법을 제공합니다. 현재 샌드 3D 프린팅을 위한 바인더 제팅 시스템은 최대 4,000 x 2,000 x 1,000 mm의 대용량에 도달하여 대규모 샌드 코어 및 금형을 생산할 수 있습니다. 또한 3D 인쇄된 모래 주조 금형은 금속 주조의 가혹한 환경을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강합니다.

샌드 몰드 및 코어용 3D 프린팅의 다른 이점은 다음과 같습니다.

기업에서 금속 주조에 3D 프린팅을 사용하는 방법

금형과 같은 금속 도구를 직접 3D 프린팅하는 것은 아직 초기 단계이지만 3D 프린팅된 매몰 주조 패턴과 샌드 코어 및 주형은 이미 널리 사용되어 더 큰 견인력을 얻고 있습니다.

투자 패턴

예를 들어 3D 인쇄된 매몰 주조 패턴은 복잡한 디자인과 맞춤형 치과 제품으로 맞춤형 보석을 만들고 리드 타임을 단축하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 한 예로 맞춤형 반지를 전문으로 하는 캐나다 보석 회사 Vowsmith는 3D Systems의 왁스 3D 프린터를 워크플로에 통합하여 생산 및 배송 시간을 50% 단축할 수 있었습니다. 이 회사는 한 장의 인쇄물로 35~40개의 맞춤형 반지 패턴을 제작했으며 즉시 주조할 수 있었습니다.

모래 주조

샌드 캐스팅과 관련하여 파운드리 부문의 점점 더 많은 회사가 소규모 배치 생산 실행을 위한 툴링 비용을 절약하고 리드 타임을 단축하기 위해 샌드 3D 프린터를 설치하고 있습니다. 예를 들어, Hazleton Casting Company는 주문형의 기하학적으로 복잡한 맞춤형 모래 코어와 주형을 생산하기 위해 기존의 주조 작업 외에 로봇 모래 3D 인쇄 시스템을 사용하고 있습니다. 복잡한 코어 디자인의 경우 3D 프린팅을 사용하면 툴링 생산을 생략하여 최대 50%의 비용을 절감할 수 있습니다.

기존 도구

올해 초 패턴 메이킹 및 샌드 캐스팅을 전문으로 하는 파운드리인 Danko Arlington은 샌드 코어 및 금형을 직접 3D 프린팅하여 조달하기 어렵고 비용이 많이 드는 기존 툴링을 대체하는 데 주로 사용되는 대형 샌드 3D 프린팅 시스템에 투자했습니다.

유압 밸브 코어

또 다른 예는 복잡한 유압 밸브 코어를 만드는 어려운 작업을 위해 모래 3D 프린팅을 선택한 미국 기반 Prospect Foundry입니다. 코어의 복잡성으로 인해 생산이 금지되었던 과거에는 파운드리에서 이러한 작업을 중단해야 했습니다. 그러나 3D 프린팅을 통해 회사는 주문을 이행할 수 있을 뿐만 아니라 매우 낮은 불량률을 달성할 수 있었습니다.

3D 프린팅:금속 주조를 위한 보완 기술

3D 프린팅이 주조 공정을 대체할 수 있다는 믿음과 달리 다이캐스팅에서 인베스트먼트 주조, 샌드캐스팅에 이르기까지 기존 방법에 강력한 추가 기능으로 보는 것이 더 현실적입니다. 이점은 분명합니다. 비용을 증가시킬 수 있는 CNC 밀링 또는 기타 툴링이 필요하지 않습니다.

3D 프린팅은 매우 복잡하고 소량의 주조 작업에 이상적이며 패턴 및 몰드 생산에서 설계의 자유도와 비용 효율성을 높입니다.

즉, 3D 프린팅이 모든 주조 툴링 문제에 대한 답은 아니지만 이전에는 불가능했을 도전적인 작업을 수행할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

3D 프린팅, 특히 금속 3D 프린팅이 급속한 성장에 직면함에 따라 파운드리에서는 3D 프린팅으로 현대화를 계속하는 것이 중요합니다. 이는 기존 방법의 한계를 극복하고 끊임없이 변화하는 제조 환경에서 경쟁력을 유지하는 데 도움이 될 것입니다.