금속 적층 제조: 현대 생산을 이끄는 최첨단 트렌드

WFL 밀턴(Millturn)용 레이저 클래딩 헤드가 머신의 B축 스핀들에 직접 장착됩니다. 사진 제공: WFL 밀턴 테크놀로지스.

적층 제조(AM)는 3D 부품을 층층이 쌓아 올리는 기술로 지속적으로 진화하고 있습니다. 한때 플라스틱 프로토타입 제작 도구로 주로 쓰였으나, 금속 부품 프린팅 등장으로 제조 설계 및 생산 세계에 더 큰 영향을 미치기 시작했습니다. 간단히 말해, 이 기술은 기존 가공 장비로는 까다롭거나 불가능한 복잡한 윤곽 설계(예: 사출 금형 내 컨포멀 냉각 채널) 제작이 가능합니다. 제너레이티브 디자인(generative design) 같은 개념을 적용해 구조적 무결성을 유지하거나 향상시키면서 중량 감량을 위한 부품 설계 최적화도 가능합니다.

하지만 AM은 가공을 보완하는 기술이지 대체하는 기술은 아닙니다. 흥미롭게도 이 점을 가장 명확히 보여주는 것이 점점 더 많은 머신 툴 빌더가 절삭 장비 플랫폼에 적층 기능을 추가하고 있다는 사실입니다.

거의 모든 AM 제작 부품은 어떤 형태의 후처리 공정이 필요합니다. 밀링, 드릴링, 탭핑, 터닝뿐만 아니라 연삭, 폴리싱 등이 포함될 수 있습니다. 적층과 절삭을 한 플랫폼에서 결합하면 공정 중 작업물(WIP)과 적층 제작 부품 완성에 필요한 자본 장비를 없앨 수 있습니다. 또한 AM으로 대형 가공 부품에 작고 복잡한 피처를 추가할 수 있습니다. 또는 수리 작업으로 마모된 부품에 소재를 덧쌓아 가공해 OEM 사양으로 복원할 수도 있습니다.

아래 영상들이 이러한 적용 사례를 보여줍니다. 예를 들어 레이저 클래딩 같은 AM 공정이 터닝-밀링, 5축 머신 등 다양한 가공 플랫폼에 추가되었습니다. 온라인 동반 영상에는 전자 예가 나옵니다: WFL M80X 밀턴에서 레이저 헤드가 B축 밀링 스핀들에 장착되어 대형 부품에 소재를 적층합니다. 선택적 피처의 레이저 경화도 가능합니다.

마작(Mazak) 인테그렉스(Integrex) i-400SAM의 경우 긴 피드스크류 부품에 피처를 추가하는 데 적층을 사용하는데, AM 레이저 증착 헤드(이 모델엔 빔 직경이 다른 3가지 사용 가능)가 머신의 B축 밀링 스핀들에 장착되지 않고 전용 피벗 유닛에 설치되며, 사용하지 않는 레이저 헤드는 머시닝 센터의 ATC 캐러셀에 공구처럼 보관됩니다.

다른 영상은 수리 작업 사례를 보여줍니다. 5축 통타이(Tongtai) AMH-630이 머신의 밀링 스핀들에 장착된 AM 레이저 클래딩 헤드로 터빈 블레이드 마모 팁에 인코넬(Inconel) 718 소재를 증착한 후 가공해 OEM 지정 윤곽 형상을 남깁니다.

이 하이브리드 애플리케이션용 소프트웨어도 하드웨어와 함께 진화하고 있습니다. 오토데스크 퓨전(Autodesk Fusion) 360과 파워밀(PowerMill) 소프트웨어로 마작 바리아시스(Variaxis) J-600/5XAM 하이브리드 머신에서 세코 툴즈(Seco Tools) 초경 및 세라믹 공구를 사용해 인코넬 625 블리스크(blisk)를 생산하는 과정을 보여주는 영상이 있습니다. 큰 빌릿에서 시작해 블리스크를 깎아내는 대신, 허브부터 시작해 블레이드를 적층으로 성장시키고 가공해 형상과 크기를 만듭니다.

그렇다면 적층 기능이 있는 멀티태스킹 머신을 어떻게 프로그래밍할까요? 길지만 유익한 영상이 블레이드가 AM으로 생성된 후 지멘스 NX CAM으로 피니시 가공되는 회전 부품의 프로그래밍 과정을 단계별로 안내합니다.

중요한 오프라인 시뮬레이션은 어떨까요? CG테크(CGTech)의 베리컷(Vericut) 적층 모듈은 동일한 NC 코드로 하이브리드 머신의 적층 및 전통 가공(밀링, 터닝) 능력을 시뮬레이션합니다. 레이저 파라미터, 캐리어 가스 흐름, 금속 분말을 작업 및 소재별로 읽어 제어하고, 적층 중 머신과 부품 간 충돌 가능성을 감지합니다(다른 영상에서 설명).

물론 다양한 다른 머신 플랫폼에도 AM 헤드 추가가 가능합니다. 예를 들어 3D 하이브리드 솔루션즈(3D Hybrid Solutions)는 레이저 파우더 용융, 아크 와이어 용융, 고속 콜드 스프레이 금속 분말 등 다양한 증착 방식의 금속 3D 프린팅용 애드온 헤드를 공급합니다. 이 아이디어가 미 해병대 승인을 받았다는 관련 기사도 있습니다.

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