금속 3D 프린팅의 고유한 과제와 솔루션

금속 3D 프린팅에는 실질적인 도전과 기회가 있습니다. 걸림돌이 예상되는 위치와 이를 처리하는 방법에 대해 더 깊이 이해하십시오. 또한 시장의 방향을 바꿀 수 있는 새로운 기술에 대해 알아보세요.

금속 3D 프린팅의 미래가 도래했으며 진입 비용이 역풍을 맞을 수 있습니다. 제조업의 큰 소년들은 이 분야에 꽤 깊이 관여하고 있으며 소규모 전문점의 도움이 필요할 수 있습니다. 3D와 금속을 함께 채택하려면 무엇이 필요합니까? 새로운 엔지니어링 접근 방식을 수용하고 우선 금속 분말과 같은 새로운 재료에 익숙해집니다.

SpaceX는 그것으로 핵심 부품을 만듭니다. NASA, Boeing, Lockheed Martin 및 GE Aviation도 마찬가지입니다. 이들 및 기타 제조업체는 도시에서 도시로 우리를 운송하는 항공기에 사용하기 위한 3D 프린팅 금속 부품, 우주 비행사를 지구 근처 궤도로 데려오는 우주선, 빨간색 Tesla 로드스터를 소행성 벨트로 발사하는 로켓입니다. 의료 회사는 또한 사고 피해자를 위한 고관절 교체 및 두개골 수리 플레이트를 위한 3D 프린팅 임플란트로 적층 제조 게임에 뛰어들고 있습니다. 자동차와 소비재도 줄을 섭니다.

이러한 주요 항공우주 회사 중 하나에 하도급 제조업체인 경우 이 복잡한 기술에 수반되는 문제를 이미 이해하고 있을 것입니다. 우리의 일생 동안 기존 또는 많은 CNC 가공 및 제조 공정을 대체하지는 않지만 사용 가능한 제조 옵션의 판도를 바꾸고 있습니다.

숫자를 보십시오:시장 조사 기관인 IDTechEx는 3D 금속 인쇄가 2018년 약 25억 달러에서 2028년까지 120억 달러 규모로 성장할 것으로 예측합니다. 2016년 EY 연구에 따르면 설문에 응한 기업의 52%가 다른 재료보다 3D 인쇄에서 금속을 선택하는 것으로 나타났습니다. . 다음으로 가까운 재료인 폴리머는 수요의 31%를 차지했으며 6%는 세라믹을 인쇄하기를 희망했습니다.

보고서에서 EY는 "귀금속, 티타늄, 공구강, 스테인리스강 및 알루미늄 합금으로 제품을 인쇄할 수 있기 때문에 기업들이 [금속]을 선택합니다."라고 말합니다. “이미 금속 3D 프린팅을 사용하는 회사들 중에서 항공우주 및 자동차 회사라는 두 가지 산업의 회사가 목록에 있습니다. 이들 회사의 65%는 금속 3D 프린팅을 사용합니다. 이 높은 비율은 이러한 부문의 제품에 포함된 엄청난 수의 금속 부품 때문입니다.”

금속 3D 인쇄 부품 및 구성 요소를 기다리고 청소할 준비를 하십시오.

3D 프린팅 사업에 뛰어들기 전에 미리 준비하세요. 당연하게 들릴지 모르지만 이런 방식으로 부품을 만드는 것은 알루미늄 블록을 빼내거나 코발트 크롬 샤프트를 돌리는 것과 다를 바가 없습니다. 도구는 레이저, 재료는 금속 분말 더미, 고정 장치는 평평한 금속판입니다. 프로그램을 로드하고 사이클 시작을 누르면 몇 시간 또는 며칠 후에 부품이 준비됩니다. 거의.

문제는 다음과 같습니다. 금속 3D 프린팅을 사용한 빌드 속도는 기계 가공에 비해 눈에 띄게 느릴 뿐만 아니라 부품이 처리될 때 반드시 완성되지도 않고 완전히 정확하지도 않습니다. 직접 금속 레이저 소결, 전자 빔 용융 또는 선택적 레이저 용융으로 알고 있든 분말 베드 퓨전을 사용하는 일반적인 허용 오차는 약 +/- 0.005인치이며 인베스트먼트 주조(최상의 경우 약 125Ra 그림) ). 즉, 중요한 표면, 보어 구멍, 절단 나사 등을 정리하기 위해 일반적으로 기계 가공이 필요합니다.

또한, 파우더 베드 융합에는 가공 중 공작물을 지지하기 위한 비계와 같은 구조가 필요합니다. 즉, 이러한 지지대를 제거하려면 연삭, 비드 블라스팅 및 추가 가공이 필요할 수 있습니다.

3D가 왜 그리고 어떻게 영향을 미쳤는지에 대한 보다 근본적인 배경을 원하십니까? "제조 분야의 3D 프린팅 사례"를 확인하십시오.

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뜨거워요:금속에 대한 3D 프린팅 스트레스

열 스트레스도 고려해야 합니다. 레이저와 전자빔은 티타늄, 알루미늄, 스테인리스강, 코발트 크롬, 공구강 및 기타 수십 가지 합금의 입자를 2,700도를 초과할 수 있는 융점까지 가열합니다. 각 층이 완성되면 새로운 분말이 추가되고 공정이 다시 시작됩니다. 상상할 수 있듯이 이러한 반복적인 가열 및 냉각은 빌드 과정에서 제어해야 하는 엄청난 스트레스를 생성하고 열처리를 통해 빌드 후 어닐링해야 합니다.

많은 것을 생각하고 관리해야 합니다. 또한 3D 프린팅 전략을 추구하는 사람들은 확장성, 모델링, 레이어링 및 시뮬레이션을 살펴보아야 합니다.

확장성

꽤 최근까지 가장 큰 3D 금속 프린터는 토스터를 인쇄할 수 있을 만큼 크지 않았습니다. 오늘날 상업적으로 이용 가능한 기계는 카누 크기의 부품을 만들고 시간당 20파운드의 금속을 퇴적할 수 있습니다. 어떤 크기의 기계가 필요하고 어떤 기술이 가장 좋으며 예산은 얼마입니까? 학습 곡선을 제외하고 100만 달러 이상의 비용이 든다는 것을 알 수 있습니다.

모델링

적층제조업체가 직면한 가장 큰 장애물 중 하나는 부품 설계입니다. 엔지니어는 이 기술로 성공하려면 다르게 생각하는 법을 배워야 합니다. 즉, 이전에는 제조할 수 없었던 복잡한 형상과 "유기적 형태"를 수용해야 합니다. 물론, 다가오는 이상한 모양의 부품을 고정하는 방법을 알아내는 것은 기계공과 제조 엔지니어의 몫입니다.

레이어링

설계가 승인되면 3D 프린터 프로그래머 또는 작업자는 지지 구조를 설계하고 부품을 배치하고 제작하는 가장 좋은 방법을 결정해야 합니다. 좋은 소식은 이러한 목적으로 설계된 소프트웨어 프로그램이 많이 있다는 것입니다. 이 작업은 예전만큼 어렵지 않습니다.

시뮬레이션

베드가 분말로 채워져 있고 빌드 플레이트가 깨끗하며 금속이 녹을 준비가 되었습니다. 그러나 버튼을 누르기 전에 소프트웨어 시뮬레이션을 사용하여 빌드 프로세스를 평가하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 열 스트레스로 인해 못생긴 헤드가 뒤로 갈 수 있는 영역을 식별하고, 지지 구조가 필요한(또는 불필요한) 위치를 감지하고, 기존 부품 디자인이 3D 인쇄에 적합한지 확인하는 데 도움이 됩니다.

3D 인쇄 금속, 새로운 친구 폴리머를 만나보세요

3D 금속 프린팅 세계에서 파우더 베드 퓨전은 적어도 현재로서는 최고입니다. 낮은 비용($500,000 이상과 대조적으로 $120,000 범위), 더 높은 정확도 및 훨씬 더 빠른 빌드 속도를 약속하는 열 스프레이 및 압출 방식을 포함하여 몇 가지 새로운 기술이 분말 베드 영역으로 진출하고 있습니다. 이들 중 하나는 "잉크"가 폴리머 바인더와 혼합된 금속 분말로 만들어진다는 점을 제외하면 잉크젯 프린터와 매우 유사합니다.

부품은 소결을 위해 오븐에 배치되기 전에 "녹색" 상태로 만들어지며, 이는 수십 년 동안 사용된 금속 사출 성형 공정과 약간 다릅니다. 동일한 금속 분말을 사용하기 때문에 다른 첨가제 분말만큼 야금학적 정밀 조사를 받지 않습니다. 그리고 모든 금속 3D 프린팅 기술과 마찬가지로 밀도가 높은 부품을 생산합니다.

일부 최신 폴리머 프린터에 사용되는 "바인더 제트" 기술과 유사하게 제작 속도는 경쟁 제품보다 10~100배 더 빠릅니다. 기계 비용은 분말 베드 또는 하이브리드 공작 기계 비용의 일부입니다. 지지 구조가 거의 필요하지 않으며, 사용된 구조는 소결 후 쉽게 꺼낼 수 있습니다. 그리고 레이저 광선이 없고 바인더 재료를 경화시키기 위한 UV만 있고 금속은 사무실 직원에게 친숙할 프린터 친화적인 카트리지로 공급되기 때문에 건강과 안전에 대한 우려가 훨씬 적습니다.

Modern Machine Shop의 편집장인 Peter Zelinski는 "최종 사용 부품을 만들기 위해 금속 3D 프린팅을 채택하는 것은 일부 기계 가공 기업이 취한 단계이지만 모든 매장에서 할 수 있는 일은 아닙니다."라고 말했습니다. 기사 "저가 금속 AM의 도래?" "이제 저비용 금속 3D 프린팅은 상점에서 금속 부품에 대한 적층 및 감산 방법을 일상적으로 사용하게 됨을 의미할 수 있습니다. 또한 첨가제에 적합한 금속 부품의 범위가 확장될 준비를 하고 있다는 의미일 수도 있습니다.”

금속 3D 프린팅 또는 기타 적층 제조 공정에 대한 경험이 있습니까? 당신과 당신의 가게는 어땠나요?