하이브리드 제조 기술은 적층 제조의 미래입니까?

[이미지 제공:DMG Mori]

적정 및 전통적(뺄셈) 제조는 종종 스펙트럼의 반대쪽 끝에 설정되어 있지만 이것이 사실입니까? 제조 기술이 발전함에 따라 하이브리드 제조의 이점이 분명해졌습니다. 적층 및 절삭 가공 기능을 모두 갖춘 하이브리드 제조 시스템은 업계의 판도를 바꿀 수 있습니다. 이 시나리오에서 적층 및 감산 기술은 경쟁 방법과는 거리가 멀고 실제로 서로를 크게 보완하고 향상된 원스톱 제조를 위한 다양한 기회를 열 수 있습니다.

하이브리드 제조란 무엇입니까?

뺄셈과 덧셈 기술을 함께 사용하는 것은 새로운 개념이 아닙니다. 예를 들어, 3D 인쇄 부품 후처리에는 일반적으로 더 높은 정확도와 더 부드러운 표면 마감을 달성하기 위한 CNC 가공이 포함됩니다. 그러나 두 가지 방법을 결합하는 또 다른 방법이 있어 이를 하이브리드 제조라고 합니다.

하이브리드 제조에 대해 이야기할 때 가법과 감산의 결합을 언급합니다. 동일한 기계 내에서 제조 공정 .

하이브리드 제조는 두 기술의 가장 가치 있는 기능인 적층 제조의 기하학적 복잡성과 빼기 방법의 높은 정밀도를 활용합니다. 즉, 한 번의 작업으로 부품을 추가로 생성하고 가공할 수 있어 생산 프로세스가 가속화됩니다.

물론 이것은 모든 하이브리드 구성요소의 설계가 적층 및 감산 제조 요구 사항을 모두 고려하여 이루어져야 함을 의미합니다.

양쪽 세계의 장점 결합

하이브리드 제조 시스템의 한 응용 분야는 금속 부품의 소량 생산입니다. 이 목적으로 제작된 기계는 일반적으로 3D 인쇄와 같은 추가 기능이 추가된 CNC 밀링 시스템을 사용합니다. 예를 들어 노즐.

금속 3D 프린팅이 제공하는 설계 복잡성에도 불구하고 금속 부품은 부분적으로 거친 표면 마감을 극복하기 위해 광범위한 후처리가 필요합니다. 그리고 CNC 가공은 복잡한 형상을 생산하는 데 한계가 있지만 높은 정밀도를 제공합니다.

Imperial Machine &Tool Co.는 하이브리드 제조 기술을 개발한 회사 중 하나입니다. 여기에서 AM 시스템은 복잡한 최종 사용 금속 부품을 생산하는 데 사용되며 치수 정확도를 위해 CNC로 가공됩니다.

하이브리드 기술 – 시장에 출시된 제품

직접 에너지 증착(DED) 이러한 하이브리드 솔루션에 사용할 수 있는 적층 제조 방법 중 하나입니다. DED는 재료가 노즐을 통해 빌드 플랫폼에 증착될 때 레이저 또는 전자 빔으로 재료를 녹이는 방식으로 작동합니다. 그런 다음 증착된 재료를 CNC 밀링하여 더 나은 표면 조도와 더 엄격한 공차를 얻을 수 있습니다. 또는 부품을 먼저 밀링한 다음 추가 기능을 추가하여 더 복잡한 모양을 생성할 수 있습니다. DED 기술은 대형 금속 부품을 생산하고 주요 부품을 수리하는 데 이상적인 옵션입니다.

미국에 본사를 둔 Hybrid Manufacturing Technologies는 2013년 AMBIT™라는 하이브리드 증착 및 밀링 시스템을 최초로 개발했습니다. AMBIT 시스템의 가장 독특한 특징은 자동화된 전환 프로세스를 통해 새 부품을 생산하거나 기존 부품을 수리하기 위해 모든 CNC 기계에 추가할 수 있는 특허받은 증착 헤드입니다.

여기에서 회사의 AMBIT 시스템을 확인하십시오.

DMG MORI는 하이브리드 제조 분야의 또 다른 핵심 업체입니다. LASERTEC 65 3D 하이브리드 기계는 5축 재료 증착 노즐을 제공하여 매우 복잡한 금속 부품을 생산할 수 있습니다. 미국에 기반을 둔 Optomec도 언급할 가치가 있습니다. 이 회사는 독점적인 LENS 기술을 기반으로 하는 두 가지 하이브리드 솔루션을 제공합니다. 첫째, 최신 하이브리드 적층 기계 시리즈(LENS 850-R 시스템)가 대형 금속 부품에 적합하고 두 번째로 표준 CNC 플랫폼에 통합할 수 있는 공작 기계 시리즈입니다.

하이브리드 제조의 이점

이러한 종류의 하이브리드 제조의 이점은 여러 가지입니다. 첫째, DED 기술의 높은 증착 속도와 3D 인쇄된 부품을 완성하는 데 즉시 사용할 수 있는 CNC 밀링 덕분에 금속 부품 생산의 리드 타임이 빨라져 출시 시간이 단축됩니다.

둘째, DED 하이브리드 제조 시스템은 분말 베드 융합 공정에서 허용하는 것보다 더 큰 크기로 매우 정밀하고 조밀한 금속 부품을 제작합니다. 또한, 이러한 시스템은 일반적으로 지지 구조 없이 어떤 방향으로든 부품을 만들 수 있는 다축 암을 특징으로 합니다.

DED 하이브리드 시스템의 또 다른 장점은 서로 다른 금속을 사용할 수 있다는 것입니다. 같은 부분에 사용됩니다. 예를 들어, 하이브리드 시스템은 한 금속 블록을 가공하는 것으로 시작한 다음 적층 제조를 사용하여 다른 블록으로 전환할 수 있습니다. 종종 클래딩은 이 방법으로 수행됩니다.

레이저 소결은 CNC 밀링과 결합하여 하이브리드 분말 베드 공정을 생성할 수도 있습니다. Matsuura Machinery Corp. 는 "금속 레이저 소결 하이브리드 제조" 기계의 LUMEX 시리즈를 제공하는 이러한 시스템의 주요 제조업체입니다.

선택적 레이저 소결과 최대 20개의 도구(LUMEX Avance-60)를 수용할 수 있는 가공 플랫폼을 결합하여 LUMEX 시스템은 후속 마무리 없이 부품을 생산할 수 있습니다. 시스템에 포함된 머시닝 스핀들은 또한 인쇄되는 내부 구조에 도달하여 매우 정확한 부품을 생성할 수 있습니다. 이것은 부품이 먼저 인쇄된 다음 마무리로 보내지는 적층 제조만으로는 불가능합니다.

Matsuura에 따르면 이 하이브리드 기술은 기존 방법에 비해 금형 및 금형의 제조 비용을 절반으로 줄일 수 있기 때문에 금형 제작 산업에 특히 유용합니다. 그러나 다른 산업에서도 파우더 베드 하이브리드 기술을 활용하여 무게를 줄이고 기능을 개선한 고부가가치 부품을 만들 수 있습니다.

또한 복잡한 등각 냉각 채널이 있는 금형을 적층 제조한 다음 분말 베드 하이브리드 AM 기계로 가공할 수 있으므로 사출 금형 실행 속도가 50% 빨라지고 공구 수명이 30% 이상 향상됩니다.

응용 프로그램

항공우주 및 자동차 산업은 하이브리드 제조 기술을 개척하고 있지만(이러한 산업은 일반적으로 반복되는 매우 복잡한 부품의 일회성 또는 소량 배치가 있음), 하이브리드 제조는 다양한 의료 응용 분야에 실행 가능한 솔루션이 될 수 있습니다.

하이브리드 제조 시스템은 아직 의료용으로 특별히 개발되지 않았지만 의료 부품을 3D 프린팅한 후 이를 가공하는 것은 이미 업계에서 널리 사용되는 프로세스입니다. 그러나 하이브리드 제조의 출현으로 고정밀 환자 맞춤형 보철물과 치과 임플란트를 훨씬 더 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있게 되었습니다.

그러나 하이브리드 적층 제조는 수리 및 유지 보수 작업 분야에서 훨씬 더 유리할 수 있습니다. 한 가지 예는 하이브리드 제조 기술의 하이브리드 시스템을 사용하여 터빈 블레이드를 수리한 GE입니다. 하이브리드 제조 덕분에 터빈 블레이드의 마모된 기능과 손상된 부품은 표면에 새로운 재료를 도포한 다음 정밀한 공차로 기계가공하여 수리할 수 있습니다.

이렇게 하면 처음부터 새 부품을 생산할 필요가 없을 뿐만 아니라 부품을 수리하는 데 필요한 단계 수도 줄어듭니다. 어떤 경우에는 하이브리드 시스템이 더 나은 전력 효율성을 위한 기능을 추가하여 블레이드의 루트 형태를 수정할 수도 있었습니다. 이것은 주조와 같은 전통적인 제조 방법만으로는 비용 효율적이지 않습니다.

앞으로의 길

하이브리드 제조는 아직 개발 초기 단계에 있지만, 제조 산업에 제공할 수 있는 이점은 짧은 리드 타임에서 그렇지 않으면 생성할 수 없는 복잡한 부품에 이르기까지 끝이 없습니다. 이 분야에서 많은 연구가 수행되고 있습니다. 예를 들어, Loughborough University는 금속 및 폴리머 시스템을 위한 하이브리드 및 다중 시스템 AM을 개척하고 있습니다. 궁극적으로 하이브리드 기술은 산업용 게임 체인저가 되어 보다 지속 가능한 일체형 제조를 위한 길을 열 수 있습니다.

기타:

하이브리드 및 다중 시스템 AM, AM 자동화 등:Loughborough University의 Ian Campbell 교수 인터뷰