전문가 인터뷰:Digital Alloys CEO Duncan McCallum은 Joule Printing과 금속 3D 프린팅의 미래에 대해 이야기합니다.

작년에 금속 3D 프린팅의 증가는 잘 문서화되었습니다. 새로운 플레이어가 빠른 속도로 시장에 진입함에 따라 Digital Alloys는 이러한 진화에 기여하는 회사 중 하나입니다. 2017년에 설립된 Digital Alloys는 고속 금속 적층 제조를 위한 특허 받은 Joule Printing 기술을 개발했습니다. 이 기술은 기존 제조에 필적하는 더 빠른 생산 속도, 더 낮은 비용 및 고품질 부품을 약속합니다. 올해 1,290만 달러의 시리즈 B 펀딩을 성공적으로 확보한 이 회사는 확실히 금속 3D 프린팅 시장을 혁신하는 방향으로 나아가고 있는 것 같습니다.

우리는 Digital Alloys의 CEO인 Duncan McCallum과 대화하여 Joule Printing과 금속 3D 프린팅의 미래에 대한 그의 생각에 대해 알아보았습니다.

디지털 합금은 최근 줄 인쇄 기술에 대한 두 가지 새로운 특허 소식으로 헤드라인을 장식했습니다. 기술이 어떻게 작동하는지 설명해 주시겠습니까?

먼저, 우리가 해결하고 있는 문제부터 시작하겠습니다. 프로덕션에 3D 프린팅을 사용하려는 경우 오늘날에는 좋은 옵션이 많지 않습니다. 이는 시스템이 너무 느리고 생산 비용이 너무 높으며 프로세스가 너무 복잡하기 때문입니다. 이로 인해 일관되게 고품질 금속 부품을 얻기가 어렵습니다.

저희가 이러한 문제를 해결하는 방법은 Joule Printing을 통한 것입니다. 이 기술은 분말 및 기타 재료에 비해 저렴한 와이어를 사용합니다. 와이어는 정밀 와이어 피드가 있는 정밀 모션 시스템에 배치됩니다. 그런 다음 와이어 끝을 인쇄 라인을 시작하려는 부분의 지점으로 이동하여 해당 부분에 닿도록 합니다. 그런 다음 와이어를 통해 접촉하는 부품에 전류를 흐르게 하여 와이어의 끝을 녹입니다. 물리학에서는 이것을 저항 가열 또는 줄 가열이라고 합니다. 이는 토스터의 코일과 같습니다.

줄 인쇄 기술의 장점은 무엇입니까?

줄 가열을 사용할 때 내부에서 금속을 가열하는 것입니다. 열 시간 상수가 없기 때문에 매우 낮은 에너지로 매우 빠르게 금속을 가열할 수 있습니다. 이것은 열역학적 속도 제한이 없음을 의미합니다. 우리는 정확하고 정확하게 움직일 수 있는 속도로 인쇄할 수 있습니다. 우리의 목표는 연말까지 시간당 5kg 또는 10kg입니다. 매우 빠른 속도와 낮은 원자재 비용으로 전체 생산 비용이 크게 절감됩니다.

또한 용융 풀에서 어떤 일이 일어나고 있는지 정확하게 측정할 수 있습니다. 용융 풀이 어디에 있는지, 얼마나 많은 금속이 용융되고 있는지, 얼마나 많은 열이 가해지고 있는지 정확히 알 수 있습니다. 우리는 이러한 모든 매개변수를 사용하여 실시간으로 제어하므로 긴밀한 폐쇄 루프 시스템이 될 뿐만 아니라 프로세스 데이터를 캡처하여 오프라인으로 분석할 수 있습니다.

결과적으로 금속을 인쇄할 수 있는 시스템이 탄생했습니다. 매우 빠른 속도와 고품질, 많은 응용 분야에서 기존 제조 방식보다 저렴할 만큼 저렴합니다.

Joule Printing은 시장에 나와 있는 다른 금속 AM 시스템과 어떻게 비교됩니까?

고려할 기술의 3가지 다른 범주가 있습니다. 가장 대중적인 첫 번째는 파우더 베드 퓨전(powder-bed fusion)이다. 파우더 베드 융합은 금속 가루를 얇게 펴서 레이저나 전자빔으로 녹입니다.

파우더 베드 융합의 문제는 분말이 매우 비싸고 공정에서 많은 양이 낭비되어 매우 높은 재료 비용을 초래한다는 것입니다. 또한 분말을 녹일 수 있는 속도에 제한이 있습니다. 위에서 아래로 가열하기 때문에 열이 분말을 통해 이동할 때까지 기다려야 합니다. 칠면조 요리와 거의 비슷합니다. 항상 몇 시간이 걸리는 과정입니다. 칠면조의 외부를 망칠 것이기 때문에 더 큰 열로 더 빨리 갈 수 없습니다. 마찬가지로, 파우더 베드 퓨전에서는 파우더를 기화시키면 됩니다. 전반적으로 이것은 부품을 만드는 데 상당히 비싸고 복잡한 방법입니다.

두 번째 카테고리는 바인더 젯팅(Binder Jetting)입니다. Binder Jetting 시스템은 속도 문제를 해결합니다. 낮은 등급의 분말을 사용하므로 가격은 저렴하지만 재료는 여전히 와이어보다 훨씬 비쌉니다. 시스템은 접착제를 층별로 분사하여 녹색 부품이라고 하는 것을 만듭니다. 녹색 부분은 일반적으로 20% 접착제입니다. 그런 다음 접착제는 화학 용액을 사용하여 제거하고 부품을 오븐에 넣고 소결해야 합니다. 이렇게 하면 전체 강도, 전체 밀도 금속에 도달하기 위해 부품을 20% 축소할 수 있습니다.

이 프로세스는 작고 얇은 부품(야구공보다 작음)에 매우 적합합니다. 그러나 부품 벽이 약 1센티미터보다 두꺼우면 부품으로 충분한 열을 전달할 수 없기 때문에 전체 밀도로 수축할 수 없습니다. 또한 두꺼운 벽을 20% 줄이려는 것은 치수의 큰 변화이므로 치수 정확도를 유지하기 어렵습니다. 결과적으로 이 기술은 벽이 1센티미터보다 두꺼운 부품이나 더 큰 부품에는 제대로 작동하지 않습니다.

사람들이 고려하는 세 번째 범주는 직접 에너지 증착, 특히 유선 기반 시스템입니다. 이러한 시스템은 와이어를 사용하지만 일반적으로 직경이 3mm인 굵은 와이어인 경향이 있습니다. 그런 다음 아크 용접과 같이 레이저, 전자빔 또는 아크로 와이어를 녹입니다.

이 시스템이 상당히 높은 인쇄 속도를 달성할 수 있지만 문제는 해상도입니다. 금속이 인쇄 라인으로 떨어지거나 분사되기 때문에 와이어보다 훨씬 더 두꺼운 인쇄 라인이 생깁니다. 즉, 거친 저해상도 부품만 인쇄할 수 있습니다. 또한 용융 금속이 떨어지거나 분사될 때 돌출된 영역을 인쇄하기 어렵기 때문에 부품 형상이 제한됩니다. DED 기계는 또한 금속을 녹이는 데 많은 전력이 필요하기 때문에 비용이 많이 드는 경향이 있습니다. 따라서 이러한 시스템은 일반적으로 기체 크기와 같은 매우 큰 부품에 사용되지만 고해상도 요구 사항에는 적합하지 않습니다.

줄 인쇄 기술의 원동력은 이 모든 문제를 해결하는 것이었습니까?

네. 속도, 생산 비용 및 품질 문제를 해결합니다.

속도, 비용 및 부품 품질 문제 외에 금속 3D 프린팅을 생산에 도입하려는 기업이 직면한 다른 과제는 무엇입니까?

어떤 기술이 어떤 애플리케이션에 가장 잘 맞는지 신중해야 하는 문제가 있습니다. 해결하려는 문제를 명확히 하고 해당 문제를 해결하기 위한 올바른 도구를 선택하는 것이 중요합니다.

재래식 제조와 비슷합니다. 모든 금속 부품이 같은 방식으로 만들어지지 않습니다. 어떤 것들은 기계로 가공되고 어떤 것들은 위조되거나 찍히거나 주조됩니다. 모든 문제에 대해 획일적인 접근 방식은 없습니다. 금속 3D 프린팅도 마찬가지입니다.

금속 3D 프린팅이 향후 5년 동안 어떻게 발전할 것으로 보십니까?

오늘날 금속 3D 프린팅이 약 20억 달러 규모의 산업이라면 5년 안에 300억 달러 규모의 산업이 될 것이라고 생각합니다.

이는 3D 프린팅의 3가지 큰 이점 때문입니다. 첫째, 도구를 만들지 않고도 설계에서 부품으로 바로 이동할 수 있기 때문에 많은 시간을 절약할 수 있습니다. 둘째, 기존 제조 방식으로는 할 수 없는 흥미로운 형상을 얻을 수 있습니다. 셋째, 올바른 응용 분야에 적합한 기술을 선택하면 생산 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

디지털 합금은 이 진화에서 어떤 역할을 할까요?

디지털 합금은 큰 역할을 할 것입니다. 우리는 매우 큰 범주의 부품에 대해 기존 제조 방식보다 저렴합니다. 이는 부품을 재설계하거나 다른 변경을 가하지 않고도 당사 기술을 사용하여 생산 비용을 절감할 수 있음을 의미합니다. 그리고 그것은 고객에게 매우 매력적입니다.

Joule Printing으로 어떤 산업을 목표로 하고 있습니까?

2020년 초에 프린터 출하를 목표로 인쇄 부품 공급업체로 출발했습니다. 첫 번째 애플리케이션에서는 기존 제조 방식에 비해 생산 비용을 절감할 수 있는 영역에 중점을 두고 있습니다. 티타늄, 공구강, 니켈 합금 및 스테인리스강과 같이 절단하기 어려운 금속으로 가공된 부품의 경우 특히 그렇습니다.

Joule Printing을 사용하면 스크랩과 러프 컷 가공을 제거하는 거의 그물 모양의 부품을 인쇄할 수 있어 많은 비용을 절감할 수 있습니다. 한 가지 예로 항공우주, 의료 기기 및 해양 산업에 사용되는 티타늄 부품을 들 수 있습니다. 두 번째 애플리케이션은 툴링입니다. 공구강은 절단하기가 매우 어렵기 때문입니다. 그러나 3D 프린팅을 사용하면 도구에 냉각 채널을 추가할 수 있습니다. 예를 들어 내부 냉각 채널이 있는 다이 캐스팅 인서트를 사용하여 도구를 더 빠르게 냉각하고 주기 시간을 단축할 수 있습니다. 이들의 고객은 자동차, 소비재 및 항공우주입니다.

적층 가공을 살펴보면서 가장 기대되는 트렌드가 있습니까?

프로토타이핑에서 생산으로의 이동. 그것이 현재 가장 큰 추세입니다.

디지털 합금의 미래는 어떤 모습입니까?

우리는 2019년에 첫 번째 공장을 건설할 예정입니다. 생산에서 일하는 것은 단지 기술에 관한 것이 아닙니다. 운영자를 고용 및 교육하는 방법, 공급망을 구축하는 방법, 품질 보증, 인증을 수행하는 방법, 규제 승인을 확인하는 방법 등을 알아야 합니다. 고객이 더 쉽게 따라할 수 있도록 먼저 이 작업을 수행합니다. 그 후 2020년 초에 프린터 배송을 시작할 계획입니다.

디지털 합금에 대한 자세한 내용은 에서 확인할 수 있습니다. https://www.digitalalloys.com/.