3D 프린팅
산업 제조
최근 몇 년 동안 적층 및 절삭 가공은 전 세계적으로 눈에 띄는 영향을 미쳤습니다. 기술 발전으로 인해 많은 산업 분야에서 다양한 부품을 독창적으로 생산함으로써 이익을 얻고 있습니다.
적층 및 감산 제조 구현 방법에는 차이가 있지만 적용 모드가 겹치기 때문에 둘 다 서로 의존합니다. 그러나 프로토타입이나 부품을 제조하는 데 사용되는 프로세스는 생산량 및 제품 개발 단계와 같은 다른 요인에 따라 달라집니다.
이 유익한 기사는 적층 제조와 절삭 가공을 비교하는 경향이 있습니다. 또한 두 가지 제조 프로세스, 장단점, 주요 응용 프로그램 간의 주요 차이점을 강조합니다.
일반적으로 3D 프린팅으로 알려진 적층 제조는 기본 재료의 레이어에 재료를 증착하여 3D 물체를 생산하는 산업용 컴퓨터 제어 프로세스입니다.
이 방법의 주요 핵심은 재료를 함께 추가하여 새 개체를 만드는 것입니다. 또한 적층 가공은 인쇄 공정에 따라 다양한 재료를 사용합니다. 이러한 재료는 또한 금속 합금, 열경화성 폴리머, 복합 재료 및 열가소성 수지 사이에 있습니다.
또한 AM 기술의 적용은 항공 우주 및 의료 산업에서 시작되었지만 이제는 다른 산업으로 확장되었습니다. 또한 자동차, 석유, 가스 및 중장비와 같은 최종 산업은 그 범위가 계속 확장되고 있는 예입니다.
일반적으로 적층 제조를 분류하는 표준은 공정을 7가지 범주로 나누고 다음을 포함합니다.
이것은 고체 층을 형성하기 위해 분말 베드에 선택적으로 바인더를 증착하는 것을 포함하는 적층 제조 공정입니다. 또한 이러한 유형의 3d 프린팅 공정에 사용되는 재료는 입자 형태여야 하며 금속, 모래 및 세라믹을 포함해야 합니다.
또한 바인더 분사는 롤러를 사용하여 가루 재료를 빌드 플랫폼에 고르게 퍼뜨립니다. 공정의 다음 단계는 분말 재료에 바인더 접착제를 선택적으로 증착하는 것입니다. 그런 다음 롤러는 접착제로 이전 레이어 위에 다른 파우더 레이어를 펼치고 전체 개체가 형성될 때까지 프로세스를 반복합니다.
이 방법은 3D 개체를 구성하는 복잡한 프로세스입니다. 그리고 사용되는 재료는 일반적으로 분말 또는 금속 와이어입니다. 재료는 빔이나 레이저와 같은 집중된 에너지원을 통해 녹은 다음 건물 플랫폼에 정확하게 부어집니다. 액체는 경화되어 층을 형성하고 이 과정은 최종 단계까지 반복됩니다.
이 과정은 글루건을 사용하여 작동합니다. 이 기능은 코일을 통해 재료를 프린터로 발사합니다. 노즐 팁은 열로 재료를 녹인 다음 빌드 플랫폼에 레이어별로 배치하여 물체를 응고시키고 형성합니다. 이 유형은 몇 가지 제한 사항이 있지만 가장 비싼 적층 제조 형태입니다.
PBF에는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering), SLS(Selective Laser Sintering), SHS(Selective Heat Sintering), EBM(Electron Beam Melting) 및 DMLM(Direct Metal Laser Melting)과 같은 다양한 AM 공정이 포함됩니다. 게다가 이 방법은 레이저, 빔 또는 프린트 헤드를 사용하여 3D로 재료의 미세한 층을 녹이고 융합합니다. 나중에 제품에서 여분의 분말을 뿜어냅니다.
적층 방법의 두 가지 주요 시트는 적층 물체 제조(LOM) 및 초음파 적층 제조(UAM)입니다. UAM은 얇은 금속 시트를 초음파 용접으로 결합하는 반면 LOM은 접착 코팅된 종이 시트를 원본 재료로 사용하여 시각적 및 미적 모델링 개체에 가장 적합합니다.
VAT 광중합은 액체 수지 포토폴리머의 통에 물체를 생성합니다. 광중합 공정은 이제 자외선 조명의 도움으로 미세 수지 층을 경화시킵니다. 그런 다음 이 광선은 거울을 사용하여 물체를 향하게 합니다.
이 방법은 왁스를 사용한다는 점만 제외하면 바인더 젯팅과 같습니다. 작업은 파우더 베드에 접착제를 사용하는 대신 물체를 만들기 위해 유사한 재료 레이어링을 따릅니다. MJ는 건물 플랫폼에 왁스를 증착합니다. 대부분의 생산자는 MJ가 더 저렴하고 더 나은 정확도로 고품질 표면 마감을 제공하기 때문에 MJ를 선호합니다.
다음은 적층 제조의 장점 중 일부입니다.
이름에서 알 수 있듯이, 절삭 가공은 대상 부품을 제거하여 새 제품을 만드는 것을 수반합니다. 게다가 금속, 플라스틱 또는 나무로 된 단단한 블록의 일부를 잘라낼 수도 있습니다. 좋은 예는 금속이나 플라스틱에 구멍을 뚫는 밀링 머신입니다.
또한, 이 제조 기술을 통해 최종 사용 재료의 설계, 프로토타이핑 및 제조가 가능합니다. 또한 특정 기계적 특성 또는 마감을 얻기 위해 소량 및 대량 생산에 완벽한 옵션입니다. 금속 또는 수지와 같은 알루미늄, 황동, ABS, Delrin, 나일론, PEEK, PVC, 플렉시 유리, PCA, 폴리프로필렌 및 목재와 함께 작동합니다.
또한, 강도, 유연성, 내화학성 또는 기타 유전 특성을 위한 재료를 사용하여 감산 제조 기술의 설계를 일치시키는 것이 더 쉽습니다.
절삭 가공의 일반적인 유형에는 절단, 기계 가공 및 연마가 포함됩니다. 아래는 각각의 세부사항입니다.
이 프로세스는 레이저를 사용하여 다양한 재료를 절단하여 모양을 만듭니다. 또한, 이 과정에서 파생된 재료는 산업 및 예술 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
레이저 절단 공정에서 CNC(Computer Numerical Control) 및 광학 장치는 재료에 강력한 레이저 빔을 전달하는 데 도움이 됩니다. 모션 제어 시스템은 재료를 절단할 때 CNC가 원하는 패턴을 따르도록 합니다. 그 후 기화 또는 고압 제트 가스로 고품질 표면 마감을 보장합니다.
CNC 가공은 사전 프로그래밍된 컴퓨터 소프트웨어가 산업용 도구 및 기계를 안내하는 생산 유형입니다. 이 절삭 가공 유형은 단 하나의 명령 세트로 3차원 절단 작업을 완료합니다.
그러나 CNC 시스템을 켜기 전에 정의된 치수 작업을 수행하는 방법을 적절한 장비 및 기계에 지시하는 필요한 절단을 소프트웨어에 프로그래밍해야 합니다.
CNC 기계가 동시에 둘 이상의 방향으로 절단할 때 더 큰 오류 가능성에도 불구하고 수치 시스템 내의 코드 생성기는 종종 메커니즘이 CNC 프로그래밍에서 결함이 없다고 가정합니다. 가공 프로그램으로 알려진 일련의 입력은 수치 제어 시스템에서 도구의 배치를 결정합니다.
연마 공정에는 연마재를 사용하여 재료의 일부를 연마하거나 브러시로 제거하는 작업이 포함됩니다. 연마재는 재료를 갈아서 연마하거나 연마하는 거친 물질입니다. 또한, 지속적인 마찰을 통해 재료 부품을 제거하거나 표면을 매끄럽게 할 수 있습니다. 연마제를 단단한 표면에 부착하거나 액체에 현탁액으로 추가할 수도 있습니다. 효율성을 높이려면 제거하려는 재료보다 단단해야 합니다.
EDM은 원하는 모양을 얻기 위해 방전을 사용하는 감산 제조 기술입니다. 스파크 가공, 스파크 침식, 다이 싱킹, 와이어 연소 또는 와이어 침식이라고도 합니다.
또한 유전체 액체로 분리되고 전압이 가해지는 두 전극(공구 및 공작물 전극) 사이에서 빠르게 반복되는 일련의 전류 방전을 사용하여 작동합니다. EDM 공정의 절정은 공작물에서 재료를 제거하는 것입니다. 또한 이 과정에서 공구와 공작물도 물리적으로 접촉하지 않습니다.
적층 제조 공정은 재료를 레이어별로 추가하여 제품을 만드는 반면, 감산 제조는 고체 재료의 일부를 제거하여 제품 부품을 만듭니다.
적층 및 감산 제조 공정에는 프로토타입 및 제품을 개발하는 방식이 있지만 생산 방식은 다릅니다.
다음은 적층 가공과 절삭 가공의 주요 차이점 중 일부입니다.
적층 제조와 감산 제조를 비교할 때 재료 옵션은 적층 제조와 절삭 제조의 주요 차이점 중 하나입니다. 적층 제조 공정에 사용할 수 있는 재료의 범위는 좁습니다. 또한, 이 공정의 재료는 대부분 플라스틱 파생물입니다. 여기에는 세라믹, 생화학, 열가소성 수지, 금속 및 수지가 포함되며 적층 제조 공정에 사용되는 기타 재료도 있습니다.
반면에, 절삭 가공은 단 하나의 단단한 재료로 시작합니다. 또한 이 재료는 유리, 금속, 플라스틱, 목재, 복합 재료 또는 플라스틱 파생물일 수 있습니다.
적층 제조와 절삭 가공 사이의 복잡한 설계의 경우 적층 제조가 이상적이며 덜 복잡한 설계에는 절삭 가공이 가장 적합합니다. 그러나 복잡한 디자인을 대량으로 생산해야 하는 경우에는 절삭 가공 방식이 유리합니다.
적층 제조에 사용되는 기계와 비교할 때 빼기 기계가 더 정확합니다. 또한 적층 가공을 통해 높은 정확도를 얻기 위해서는 프린팅 후 가공을 해야 합니다.
적층 제조를 사용하여 만든 제품은 표면에 작은 구멍이 있는 경우가 많습니다. 또한, 이러한 기공은 종종 구조적 약점을 유발하고 의료 분야에서 사용되는 제품에 대한 식품 오염 또는 감염을 유발할 수 있습니다. 따라서 적층 공정으로 제조된 제품은 더 나은 제품 특성과 외관을 얻기 위해 세척 및 마무리가 필요합니다.
반면에 CNC(Computer Numerical Control) 가공을 사용하여 감산 공정을 통해 제조된 제품은 더 강한 부품을 생산합니다. 또한 이러한 부품은 적층 가공을 사용하여 생산된 부품보다 내구성이 뛰어나고 마감 처리가 우수합니다.
표면 마감 옵션은 또한 절삭 가공과 적층 가공을 비교할 때 고려해야 할 요소입니다.
적층 가공은 분말 베드 퓨전과 결합할 때 표면 조도가 좋지 않습니다. 종종 부분적으로 융합된 분말과 증착 층이 제품에 나타나 표면이 거칠어집니다.
또한 표면이 거친 제품은 피로도가 낮고 파손되기 쉽습니다. 표면가공이나 쇼트피닝을 하면 표면이 더 부드러워지지만 내부표면과 작은 특징을 고려하지 않는 경우가 많다.
반대로 CNC 절삭 가공은 더 부드러운 마감과 더 나은 공차를 생산합니다.
배치 크기와 설계 사용 사례는 적층 제조 공정의 속도를 결정합니다. 또한, 3D 프린팅이 3D 프린팅을 통해 소량 생산에 필요한 전체 시간과 프로토타이핑을 더 빠르게 만든다는 점에서 3차원적 제조에 비해 적층 제조의 장점 중 하나입니다. 그러나 3D 프린팅을 사용하여 단일 부품을 프린팅하는 데는 서브트랙티브 제조에 비해 시간이 더 오래 걸립니다. 게다가 3D 프린팅은 플라스틱 부품의 대량 생산에 비해 빠르지 않습니다.
| 적층 제조 | 감산 제조 | |
| 재료 옵션 | 주로 플라스틱, 플라스틱 파생물, 생화학, 수지 및 일부 금속과 같은 좁은 범위의 재료와 함께 작동 | 그것은 다음을 포함하여 더 넓은 범위의 재료를 사용합니다. 석재, 유리, 목재, 폼, 금속 및 플라스틱 |
| 달성 가능한 복잡성 | 복잡하고 복잡한 설계 개발 시 5축 CNC 가공보다 우수 | 단순한 지오메트리와 함께 사용하기에 이상적입니다. |
| 정확도 | 이 공정을 사용하여 생산된 제품은 기존 공정보다 정확도가 떨어집니다. 가장 정확한 적층 제조 공정은 0.100mm의 허용 수준을 가집니다. | 보다 정확한 치수의 제품을 생산합니다. 공차 수준이 0.025mm인 경우 |
| 완성품의 속성 | 이 기술을 사용하여 생산된 부품에는 구조적 약점이 있을 수 있습니다. 그 이유는 레이어링을 통해 생산이 이루어지기 때문에 일부 속성이 손상됩니다. | 생산된 부품은 내열성이 우수하고 구조적으로 건전합니다. |
| 표면 마감 선택 | 마무리는 이 기술을 사용하여 생산된 부품의 중요한 측면입니다. | 이 방법을 사용하여 생산된 부품은 마감 처리가 필수가 아닙니다. |
| 속도 | 시제품 및 배치 생산이 적을 때 더 빠르고 저렴합니다. | 프로토타입에 큰 부품이 있거나 생산 배치가 큰 경우 더 빠르고 저렴합니다. |
정밀 적층 제조 장비를 구입하고 설치하는 데는 상당한 비용이 듭니다. 이로 인해 기계에 대한 투자가 적층 제조 비용의 가장 큰 원인이 됩니다.
적층 제조의 경우 툴링 비용은 총 생산 비용의 5%를 차지하며 절삭 가공에 비해 적층 제조의 장점 중 하나입니다.
또한, 레이어별 인쇄는 적층 제조 공정을 다양한 제품에 매우 적합하게 만들어 비용을 절감합니다. 한편, 절삭 가공 공정마다 공구를 설계하는 것이 중요합니다.
두 가지 방법의 고도로 자동화된 특성으로 인해 인건비는 총 비용의 작은 부분을 차지합니다. 적층 및 절삭 가공 모두에서 부품을 단순화하면 노동력을 줄이는 데 도움이 됩니다.
또한 단순화에는 필요한 부품 수를 줄이기 위해 제품을 재설계해야 합니다. 이러한 재설계는 또한 생산, 조립 및 후처리 비용을 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 일반적으로 3차원 적층가공에서 인건비는 생산비의 10% 미만을 차지합니다.
적층 제조에 사용되는 재료는 종종 감산 제조에 사용되는 재료보다 비용이 더 많이 듭니다. 국제 비용추정 및 분석 협회에 따르면 적층 가공용 재료는 감산 가공용 재료보다 중량 기준으로 8배 더 비쌉니다.
또한 정확한 재료 및 적층 공정을 사용하여 적층 제조의 정확한 비용을 결정합니다.
제조된 부품은 종종 최종 상태에 도달하기 위해 후처리가 필요합니다. 이것은 종종 금속 부품의 광택을 향상시키기 위해 세척 또는 연마를 포함합니다. 또한, 특히 정밀 기계 시스템을 사용하여 적층 제조된 제품은 잉여 재료를 제거해야 합니다.
무엇보다 후가공 비용은 제조공정이 비슷하고 불가피하다.
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이 제조 공정은 대량 생산에 이상적이며 적용 대상은 다음과 같습니다.
하이브리드 시스템은 절삭 가공에 비해 적층 가공의 장점을 극대화하는 경향이 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 또한, 이들은 절삭 가공의 장점과 적층 가공의 다양성을 결합합니다. 특수 기계는 두 시스템을 모두 처리하며 고장난 부품 수리에 적합합니다. 하이브리드 제조를 사용하면 복잡한 부품을 적층한 다음 밀링 도구를 사용하여 마무리할 수 있으므로 복잡한 부품을 쉽게 생산할 수 있습니다.
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세계는 폐기물을 줄이는 쪽으로 기울어져 적층 제조를 더 나은 선택으로 만들고 있습니다. 또한 적층 제조는 레이어링을 통해 완제품을 만드는 자연 과정을 모방합니다. 그것은 감산 제조보다 낭비가 적습니다. 또한 더 빠르고 복잡한 디자인을 더 잘 생성합니다.
사출 성형은 적층 제조입니까 아니면 감산 제조입니까?사출 성형은 적층 제조입니까? 아니요, 사출 성형은 적층 가공도 아니고 절삭 가공도 아닙니다. 대신 대량 생산을 돕는 제조 공정입니다. 또한 여기에서 생산은 용융된 재료를 금형에 주입하여 발생합니다. 이 몰드는 의도한 완제품의 모양을 가질 것입니다.
3D 프린팅
산업혁명 이후로 제조 기술은 발전을 멈추지 않았습니다. 기업은 항상 더 빠르고 저렴하거나 더 나은 생산 방법을 찾고 있습니다. 지난 수십 년 동안 맞춤형 부품을 제조하기 위한 가장 신뢰할 수 있는 프로세스 중 일부는 적층 제조 또는 절삭 제조라는 두 가지 측면에 속했습니다. 재료에는 플라스틱, 열가소성 수지, 철, 강철, 탄소 등이 포함될 수 있습니다. 재료에서 물체를 만드는 데 적층 제조 및 감산 제조 공정이 모두 사용되지만 동일하지는 않습니다. 그렇다면 적층 가공과 절삭 가공의 차이점은 무엇입니까? 적층 제조란 무엇입니까?
최근 몇 년 동안 제조 분야의 발전으로 인해 솔루션이 너무 많아 제조업체가 자신에게 가장 적합한 솔루션을 식별할 때 엄청난 수의 솔루션이 즉시 압도될 수 있습니다. 이러한 발전으로 인해 효율성, 생산성 및 수익성이 향상되었지만 구매 프로세스의 복잡성도 증가했습니다. 하지만 궁극적으로 제조에는 두 가지 기본 유형만 있으며, 이는 프로세스의 시작점이 훨씬 더 좋습니다. 적층 제조, 빼기 제조, 작동 방식, 각각을 사용해야 하는 시기에 대해 이야기해 보겠습니다. 적층 제조 적층 제조부터 시작하겠습니다. 적층 제조는 부품 및