CNC 머시닝 대 3D 프린팅:귀하의 작업에 가장 적합한 옵션은 무엇입니까?

Stereolithography 발명가이자 3D Systems 설립자인 Charles Hull은 1986년에 3D 프린터 판매를 시작했습니다. 몇 년 후 Stratasys의 Scott Crump는 융합 증착 모델링 기술을 상용화했습니다. 다른 기업들도 곧 뒤를 이었습니다. 얼마 지나지 않아 전 세계의 기업가들이 이러한 "신속한 프로토타이핑" 기계를 구입하고 3D 프린팅에만 집중하는 회사인 "서비스 사무소"를 열었습니다.

오늘날, 한때 최첨단 용어였던 각 용어는 대부분 쓸모가 없습니다. 적층 제조는 더 이상 프로토타이핑에 국한되지 않습니다. 그리고 서비스 부서는 전자 제조업체에게 자리를 내주고 소유자와 관리자는 3D 프린팅이 CNC 기계 가공 및 기타 전통적인 제조 프로세스를 보완하며 도구 상자의 또 다른 도구가 되었다고 주장합니다(매우 강력한 도구임에도 불구하고).

강점과 약점 보완

운영 부사장인 Greg Reynolds가 특정 프로젝트에 사용할 제조 기술을 결정하는 것은 부품 복잡성을 비롯한 다양한 요인에 따라 달라진다고 설명하는 로스앤젤레스 기반 Stratasys Direct Manufacturing의 경우입니다.

"적층 제조는 특히 금속이 관련된 경우 기존 공정에 비해 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다. 이 목록에서 가장 높은 것은 부품 통합입니다. 여러 부품을 가공한 다음 함께 볼트로 조이거나 용접하는 대신 금속 3D 프린팅을 사용하면 어셈블리를 단일, 종종 훨씬 더 가벼운 공작물로 생산할 수 있습니다. 내부 통로, 복잡한 스윕 표면 및 기타 유기적 모양, 얇은 벽 격자 구조와 같은 기능이 함께 제공됩니다. 이들 각각은 매우 비용이 많이 들거나 기계로 가공하는 것이 완전히 불가능합니다. 그러나 첨가제의 경우 매우 쉽습니다."

반면에 브래킷, 샤프트, 하우징 및 기타 "덩어리진" 구성 요소와 같은 더 단순하고 모놀리식한 부품은 공장에서 프로토타입 부품을 만들든 수천 개의 생산 실행을 하든 기계 가공 영역에 단단히 남아 있습니다.

그리고 3D 프린팅은 정확도 면에서 가공과 경쟁할 수 없기 때문에 공차가 엄격하고 표면 마감이 매우 매끄러운 부품도 CNC 선반이나 머시닝 센터에 더 적합합니다.

그 때문에 많은 플라스틱 부품과 거의 모든 금속 부품은 주요 부품 기능을 마무리하고 대부분의 3D 프린팅 프로세스의 골칫거리인 지지대를 제거하기 위해 제작 후 기계 공장으로 이동해야 합니다.

3D 프린팅:복잡한 형상, 복잡한 기능에 적합

Heidenhain Corp의 공작 기계 사업 개발 이사인 Gisbert Ledvon은 "부품 정확도와 표면 마감이 최우선 순위가 아닌 소량 생산의 경우 3D 프린팅이 확실한 방법입니다."라고 말했습니다. 매우 복잡한 형상과 3D 프린팅이 그렇지 않으면 제조하기 어려운 기능을 생성할 수 있는 곳. 2차 가공이 필요할 수 있지만 이러한 종류의 부품은 금속 적층 제조를 통해 점점 더 많이 생산되고 있습니다.”

플라스틱 사출 금형이 한 예라고 Ledvon은 말합니다. 기존의 주형 제작과 마찬가지로 주형 베이스 또는 삽입물 전체에 스위스 치즈와 같은 일련의 냉각 구멍을 뚫는 대신 레이저 금속 분말 베드(LPBF) 기계는 전체 주형을 인쇄하고 이를 준수하는 전략적으로 배치된 냉각 채널로 채울 수 있습니다. 금형 캐비티를 둘러싸고 있습니다. 그는 그 결과 다른 방법보다 훨씬 더 빠른 주기 시간과 더 높은 부품 품질을 가진 금형을 얻을 수 있다고 말했습니다.

여기서도 금형 캐비티 및 기타 중요한 표면을 마무리 가공하기 위한 2차 작업이 필요합니다. Ledvon과 Reynolds가 모두 지적한 바와 같이, 금속 적층 제조는 주조 또는 단조에 필적하는 표면 마감을 남깁니다.

두 전문가 모두 이러한 부품과 기타 부품을 3D 프린터에서 CNC 기계로 옮기려면 강력한 고정 전략이 필요하다고 말합니다. "3D 프린터에 머시닝 센터와 통합되는 일종의 팔레트 시스템이 있으면 이상적일 것입니다. 이렇게 하면 많은 시간과 골칫거리를 절약할 수 있기 때문입니다."라고 Ledvon은 말합니다.

3D 프린팅된 부품을 잡는 것은 주물을 잡는 것과 유사하다고 Reynolds는 덧붙입니다. 참조할 고정된 기준점이 없는 경우가 많다는 점입니다. “주물과 마찬가지로 거의 그물 모양에서 가공 공정을 시작하기 때문에 먼저 0점을 밀링하거나 선삭한 다음 거기에서 진행해야 합니다. 작업마다 다르지만 전반적으로 치수 제어는 3D 인쇄 부품의 경우 확실히 더 어렵습니다.”

속도에 대한 요구를 충족시키는 CNC

CNC 머시닝 캡의 또 다른 특징은 속도입니다. CNC 선반과 머시닝 센터가 막대나 빌렛에서 재료를 빠른 속도로 찢을 수 있는 반면 레이저 기반 금속 및 폴리머 3D 프린터는 속도가 매우 느리기 때문에 대부분의 부품을 생산하는 데 몇 시간이 걸리고 더 큰 부품을 생산하는 데도 며칠이 걸립니다.

그러나 레이저는 재료를 결합하는 유일한 방법은 아닙니다. 적층 제조는 7가지 고유한 기술과 수많은 파생물을 자랑하며 그 중 일부는 최근 몇 년 동안 매우 빠르게 발전했습니다. 예를 들어 Markforged와 같은 3D 프린터 제조업체는 대량의 "녹색" 부품을 인쇄한 다음 소결할 수 있는 바인더 분사기를 개발했습니다. 수십 년 된 금속 사출 성형 공정을 모방합니다. 그리고 MakerBot 및 모회사 Stratasys의 것과 같은 융합 증착 모델링 프린터는 Scott Crump의 초창기보다 훨씬 빨라졌을 뿐만 아니라 이제 특정 금속을 인쇄할 수 있습니다.

마찬가지로 Chuck Hull의 광조형 공정은 UV 광원으로 한 줄 한 줄 힘들게 추적하는 대신 한 번에 전체 광중합체 수지 층을 경화시키는 디지털 조명 처리를 포함하도록 확장되었습니다.

이러한 폴리머 프린터와 기타 폴리머 프린터는 이전보다 훨씬 더 정확하며(기계가공보다 훨씬 덜 정확하지만) 소위 "증기 연마" 장비와 함께 사용하면 탁월한 표면 마감을 생성할 수 있습니다.

그런 다음 Stratasys의 선택적 흡수 융합이 있습니다. 현재는 친환경 PA11 나일론으로 제한되어 있지만 접촉하는 폴리머 분말의 융점을 낮추는 독점 잉크를 사용하여 부품을 인쇄합니다. 적외선 열원에 노출되면 이 영역이 융합되어 완전한 기능의 부품을 생산합니다. Reynolds는 "부품이 1개이든 1,000개이든 상관없이 빌드 속도는 동일합니다."라고 말합니다. "이는 대량 생산에 이상적으로 적합하며 선택적 레이저 소결(SLS)만큼 부품에 열을 가하지 않기 때문에 재료 무결성이 일반적으로 더 우수합니다."

트리밍 생산 시간

툴링은 3D 프린팅과 전통적인 제조 간의 또 다른 중요한 차이점입니다. 전자는 완전히 디지털 프로세스이기 때문에 기존 제조 프로세스에 필요한 지그, 고정구 및 기타 도구(2차 처리에 사용되는 도구 제외)가 필요하지 않습니다.

이는 수많은 이점을 제공하며, 가장 확실한 것은 일부 또는 모든 툴링 비용을 제거하는 것입니다. 그러나 도구를 제조하는 데 필요한 리드 타임도 있고 준비가 되면 공작 기계에 설치하고 프로그램 0을 선택한 다음 CNC 프로그램을 증명합니다. 반면에 3D 프린터는 CAD 모델에서 완성 부품까지 단 몇 시간 만에 완성할 수 있습니다.

Reynolds는 자동화가 다른 유형의 제조에서도 더 큰 역할을 하고 있지만 최근 디케이킹 및 서포트 제거와 관련하여 3D 프린팅이 더욱 자동화되었다고 말합니다.

그럼에도 불구하고 주어진 부품을 생산하는 방법을 선택하는 것은 복잡한 결정이며 작업 수량, 부품 형상, 정확성과 표면 마감, 어떤 재료로 만들어졌는지, 기타 여러 요인에 따라 결정됩니다.

두 가지 기술 중 하나를 결정하려고 하는 금속 세공인은 즉시 견적을 위해 Stratasys 웹사이트에 부품을 업로드하고 가장 빠르고 효과적인 방법을 찾을 수 있습니다.

"언젠가 자신의 3D 프린터에 대한 투자를 고려했을 수도 있고 너무 비싸거나 성능이 충분하지 않다고 생각하는 사람들을 위해 다시 한 번 살펴보도록 권장합니다."라고 그는 말합니다. CNC 선반 및 머시닝 센터를 사용하는 것은 부품을 만드는 또 하나의 방법일 뿐입니다."

간단한 설문조사:적층 제조 기술

적층 제조는 기계가공 및 보다 전통적인 제조 공정을 보완하기 위해 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

귀하의 비즈니스에 적층 제조의 이점은 무엇입니까?