금속 3D 프린팅으로 금속 부품을 더 가볍게 만들기

경량 금속 부품을 만드는 것은 자동차 및 항공우주와 같은 고성능 산업의 성배입니다. 이것이 제조업체가 향상된 부품 성능으로 더 가벼운 금속 부품을 설계 및 제조하는 새로운 방법을 찾기 위해 지속적으로 노력하는 이유입니다. 3D 인쇄 , 복잡한 디자인을 생성할 수 있는 능력을 갖춘 는 경량 금속 구성요소에 대한 증가하는 요구에 대한 솔루션이 될 수 있습니다.

제조업체에서 경량 금속 부품을 추구하는 이유는 무엇입니까?

항공우주 및 자동차와 같은 산업은 연료 소비 효율성을 최적화하고 생산 비용을 절감하며 유해한 배출에 대한 엄격한 규제 표준을 충족해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 부품을 더 가볍게 만드는 방식인 경량화는 이러한 문제를 해결하는 한 가지 솔루션입니다.

가벼운 부품은 차량과 항공기의 경량화를 의미하므로 연료 소비가 줄어들고 배기 가스가 감소합니다. 금속 경량화는 리드 타임이 길고 복잡한 형상을 생산할 수 있는 경제적으로 실행 가능한 방법이 없기 때문에 기존 제조 방법으로 달성하기 어렵습니다. 높은 재료 낭비와 툴링 비용(사출 성형의 경우)도 금지 요소입니다.

3D 프린팅:금속 경량 솔루션

22 -낮은 지구 궤도로 들어가는 항공기 탑재량은 6200만 달러입니다. — 3D Systems에서 수행한 연구에 따르면 킬로당 거의 $3,000입니다. 항공기의 전체 중량에서 1kg을 빼면 비용 절감으로 이어지기 때문에 중량 생산이 최우선 과제가 됩니다. 마찬가지로 부품이 가벼울수록 부품을 생산하는 데 사용되는 재료가 줄어들어 다시 제조 비용이 절감됩니다.

3D 프린팅은 필요한 곳에만 재료를 사용하여 부품을 레이어별로 생성하는 제조 기술입니다. 기존 생산 기술과 달리 3D 프린팅은 복잡성을 자산으로 바꾸어 가볍고 복잡한 금속 부품을 비용 효율적으로 제조할 수 있는 기회를 제공합니다.

3D 프린팅 프로세스는 더 가벼운 금속 부품을 생산하기 위한 보다 비용 효율적인 옵션일 뿐 아니라 일반적으로 기존 제조 프로세스보다 빠릅니다. 도구가 필요 없는 기술인 적층 제조는 디지털 파일에서 직접 부품을 생성하여 제조 프로세스를 크게 가속화합니다.

일반적으로 분말 베드 융합 공정은 더 가벼운 금속 부품을 생산하기 위해 선택됩니다. 레이저의 도움으로 금속 분말 층이 함께 융합되어 기하학적으로 복잡한 경량 구조를 생성할 수 있습니다.

3D 프린팅으로 금속 부품을 더 가볍게 만드는 방법은 무엇입니까?

고급 디자인 소프트웨어 사용
가벼운 부품을 만들기 위해 3D 프린팅을 성공적으로 사용하는 것은 항상 디자인에서 시작됩니다. 3D 프린팅이 제공하는 자유로운 디자인 덕분에 이 기술은 제너레이티브 디자인, 토폴로지 최적화 및 격자 구축 소프트웨어를 비롯한 고급 디자인 소프트웨어와 원활하게 결합될 수 있습니다.

정교한 알고리즘을 사용하여 토폴로지 최적화 및 생성 설계 도구는 부품의 형상 및 재료 분포를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 매개변수 세트로 정의된 장소에 재료를 추가하거나 제거함으로써 이러한 도구를 통해 엔지니어는 무한한 설계 옵션을 탐색하고 주어진 부품의 가능한 최상의 경량 구조를 찾을 수 있습니다.

예를 들어, General Motors는 이미 이러한 고급 기술을 사용하여 차량당 평균 중량이 150kg 이상 감소한 차량 모델을 만들고 있습니다.


또 다른 예로, GE Aircraft용으로 토폴로지 최적화된 3D 프린팅 티타늄 브래킷을 사용하여 70%의 놀라운 무게 감소를 달성했습니다. Frustum의 토폴로지 생성 최적화 소프트웨어를 사용하여 엔지니어는 성능 요구 사항을 충족하기 위해 브래킷 내에서 가장 효율적인 재료 분포를 결정할 수 있었습니다.

설계 최적화는 또한 부품 수를 줄일 수 있음을 의미합니다. 여러 구조 구성 요소를 하나로 결합하여 더 가볍고 효율적인 부품을 생산할 수 있습니다. 에어버스는 이미 A380 항공기에 3D 프린팅으로 제작된 티타늄 액추에이터 밸브 블록을 장착했는데, 이 밸브 블록은 전통적으로 제조된 제품보다 무게가 35%나 적고 부품도 더 적습니다.

내부 격자 구조를 적용하는 것은 금속 부품의 무게를 줄이는 또 다른 설계 접근 방식입니다. 비구조적 솔리드 금속 부품은 격자로 재설계하여 전체 기능을 유지하면서 더 가볍게 만드는 이상적인 사용 사례입니다.

물성을 향상시키기 위한 재료 사용
3D 프린팅을 위한 새로운 재료는 지속적으로 진화하고 있으며 금속 경량화로 달성할 수 있는 한계를 더욱 확장하고 있습니다. 스캘로이 APWorks가 개발한 Scalmalloy는 알루미늄의 가벼움과 티타늄의 거의 동일한 비강도 및 연성을 결합한 금속 분말 합금입니다. Scalmalloy의 높은 강도 대 중량 비율로 인해 이 소재는 가벼우면서도 매우 강력한 기능 부품을 생산하는 데 사용할 수 있는 항공우주 및 자동차 산업에서 특히 인기가 있습니다.

금속 매트릭스 복합재(MMC) 또한 금속 경량화에 대한 큰 가능성을 보여줍니다. MMC는 금속과 다른 금속 또는 세라믹과 유기 화합물로 구성된 복합 재료입니다. MMC는 적층 제조의 새로운 재료이지만 이 기술은 고강도 및 강성을 특징으로 하는 이러한 고성능 경량 재료로 부품을 생산할 수 있는 새로운 기회를 제공할 수 있습니다. 예를 들어 Elementum3D는 금속 3D 프린팅을 위한 금속 및 세라믹 복합 재료를 개발하고 있습니다. 이 소재는 항공우주 또는 자동차 엔진 부품과 같은 강하고 가벼우며 내열성이 있는 금속 부품을 생산할 수 있을 것입니다.

금속 경량화의 가치 증가

금속 부품을 성공적으로 3D 프린팅하려면 금속 AM 기술과 재료의 가능성과 한계. 따라서 핵심 과제는 설계에 대한 전통적인 접근 방식을 재고하는 것이 아니라 적층 제조의 요구 사항을 염두에 두고 설계하는 것입니다.

금속 경량화에 대한 관심이 높아짐에 따라 고성능 산업 전반의 제조업체는 부품 무게를 최소화하면서 강도와 성능을 최대화하는 경쟁 목표의 균형을 맞춰야 하는 과제를 안고 있습니다.

3D 프린팅은 특히 고급 설계 소프트웨어 및 재료와 결합될 때 이러한 목표의 균형을 유지하는 데 이상적인 솔루션을 제공합니다. 확실히 우리는 금속 3D 프린팅으로 가능한 것의 표면을 긁기 시작했습니다. 그러나 더 빠른 리드 타임으로 경량 부품을 생성하는 동시에 생산 비용을 절감할 수 있는 가능성을 통해 제조업체는 더 좋고 더 가볍고 효율적인 제품을 시장에 출시할 수 있는 이점을 얻을 수 있습니다.

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