금속 3D 프린팅:7가지 일반적인 오해에 대한 폭로

금속 3D 프린팅 기능 및 한계에 대한 이해 부족 핵심 과제 중 하나 기술 채택 확대. 기술을 둘러싼 오해는 불에 연료를 더할 뿐입니다.

오늘의 기사에서는 진실을 밝히고 사실로 무장하기 위해 금속 3D 프린팅을 둘러싼 일반적인 신화 중 일부를 해체할 것입니다.

1. 금속 3D 프린팅은 너무 비쌉니다.

AM(Metal Additive Manufacturing)은 소유하는 데 비용이 많이 드는 기술일 수 있습니다. 일부 금속 AM 시스템은 최대 백만 달러의 비용이 들 수 있으므로 대기업에서만 사용할 수 있습니다.

단, 일부 회사는 이러한 종류의 자본 투자가 소규모 회사 및 기계 공장에서는 불가능하다는 것을 인식하고 $200,000 미만의 가격대에서 3D 프린터를 특별히 개발했습니다. 이러한 시스템은 금속 3D 프린팅의 민주화를 목표로 하여 더 넓은 시장을 위한 기술의 잠금을 해제합니다.

금속 분말 베드 융합 기술을 민주화하고 있는 Xact Metal, LMI(Laser Melting Innovations), One Click Metal과 같은 회사가 그 예입니다.

대부분의 경우 이러한 회사는 장비 비용을 줄이기 위해 보다 비용 효율적인 구성 요소를 시스템에 장착했습니다. 예를 들어, LMI의 Alpha 140 3D 프린터는 CO2 레이저보다 저렴하고 손상되기 쉬운 다이오드 레이저를 사용합니다. 그리고 값비싼 스캐너 시스템 대신 Alpha 140에는 직교 운동 레이저 시스템이 장착되어 있습니다. 이러한 변화 덕분에 회사는 기계 가격을 €100,000 미만으로 낮출 수 있었습니다.

게다가 Desktop Metal 및 Markforged와 같은 다른 회사에서는 금속 3D 프린팅에 대한 새로운 접근 방식을 개발했습니다. 더 저렴하게 만들 수 있습니다. Desktop Metal의 Studio System과 Markforged의 Metal X 시스템은 모두 유사한 기술을 기반으로 하는 반면 플라스틱 필라멘트에 캡슐화된 금속 분말은 노즐을 통해 압출되어 녹색 부품을 생성한 다음 용광로에서 소결됩니다.

What 이 접근 방식은 더 저렴한 금속 사출 성형 재료로 인해 프린터 제조에 필요한 더 저렴한 구성 요소와 더 낮은 운영 비용으로 인해 더 저렴해졌습니다.

200,000달러 미만의 가격으로 Metal X와 Studio System은 모두 새로운 가능성을 촉발했습니다. 프로세스를 저렴하고 사무실 친화적이고 관리하기 쉽게 만들어 금속 3D 프린팅에서.

2. 대부분의 금속 AM 시스템은 비슷합니다.

또 다른 일반적인 오해는 모든 금속 3D 프린터가 비슷하다는 것입니다. 실제로는 각각 고유한 요구 사항과 기능을 가진 5가지 주요 금속 3D 프린팅 기술이 있습니다.

동일한 기술 그룹 내에서도 3D 프린터는 크게 다를 수 있습니다. 강력한 열원에 의해 금속 분말이 층별로 융합되는 공정인 금속 PBF(Powder Bed Fusion)를 예로 들어 보겠습니다. PBF의 핵심 아이디어는 동일하게 유지되지만 기술에 대한 몇 가지 매우 독특한 방식이 있습니다.

예를 들어, VELO3D는 독특한 리코터 메커니즘을 특징으로 하고 소프트웨어와 긴밀하게 통합된 분말 베드 퓨전 3D 프린터를 개발했습니다. 이것은 시스템에 지지 구조가 거의 없는 부품을 인쇄할 수 있는 고유한 기능을 제공합니다.

또 다른 예로, Aurora Labs는 PBF 금속 3D 프린터를 개발 중입니다. 이 프린터는 하루에 최대 1톤의 금속이라는 전례 없는 PBF 기술 속도로 부품을 인쇄할 수 있습니다.

전반적으로 금속 3D 프린팅 환경은 매우 복잡하고 추적하기 어려울 수 있습니다. 이 기술에 대해 자세히 알아보려면 Metal 3D 인쇄에 대한 최종 가이드를 확인하십시오.

3. 금속 3D 프린팅은 소량 생산에만 적합합니다.

금속 3D 프린팅은 실제로 소량의 부품을 생산할 때 선택하는 기술입니다. 그러나 그 능력은 여기서 끝나지 않습니다. 일부 금속 3D 프린터, 특히 바인더 젯팅 기술을 기반으로 하는 프린터는 중대형 부품 배치를 수용할 수 있습니다.

이를 보여주는 한 회사가 3DEO입니다. 금속 3D 프린팅 회사는 특허 받은 Intelligent Layering 기술을 개발하여 금속 부품의 반복 가능하고 자동화된 대량 생산을 가능하게 합니다.

3DEO의 추가 프로세스는 세 단계를 기반으로 합니다. 먼저, 기계는 표준 금속 사출 성형(MIM) 금속 분말의 얇은 층을 퍼뜨립니다. 그런 다음 전체 레이어에 바인더를 뿌립니다. 마지막으로 CNC 엔드밀을 사용하여 각 레이어에서 부품의 모양을 정확하게 정의합니다. 이 하이브리드 접근 방식을 통해 기술을 서비스로 사용하는 회사는 연간 250,000개 주문을 처리할 수 있습니다.

또 다른 예로 시간당 60kg 이상의 금속 부품을 생산할 수 있는 최대 12,000cm3/hr의 속도로 인쇄할 수 있는 바인더 분사 기계인 Desktop Metal의 생산 시스템이 있습니다. 이러한 속도는 시장에 나와 있는 대부분의 금속 3D 프린터보다 훨씬 빠르기 때문에 복잡한 금속 부품을 대량으로 생산하는 데 이상적입니다.

가공과 같은 기존 방법에 대한 잠재적인 대안으로서 이러한 방법은 업계가 더 빠른 금속 3D 프린팅을 위한 솔루션을 개발하고 있으며 이 기술을 대량 생산의 새로운 영역으로 끌어들이고 있음을 보여줍니다.

4. 고급 응용 프로그램은 금속 3D 인쇄에 대한 수요를 주도하는 유일한 응용 프로그램입니다.

Metal AM은 실제로 항공 우주 및 의료 산업의 고급 응용 분야에 처음으로 채택되었습니다. 그러나 보다 저렴한 금속 3D 프린팅 솔루션의 확산으로 응용 범위가 예비 부품, 기능적 프로토타입 및 맞춤형 도구로 확장되었습니다.

흥미롭게도 최근 EY 보고서에 따르면 3D 프린팅이 적층 생산된 몰드, 지그 및 고정 장치를 사용하여 기존 제조 공정을 개선하는 능력은 AM의 주요 이점 중 하나로 간주됩니다.

예를 들어, 도구 제조 회사인 Built-Rite는 Desktop Metal의 Studio System을 사내에서 사용하여 빠른 회전 금형 조립 부품을 생산하고 있습니다. Studio System은 금속 막대(금속 분말 및 폴리머 바인더)를 가열 및 압출하여 녹색 부품을 층별로 성형하고 부품을 사무용 용광로에서 소결합니다.

이 프로세스를 통해 Built-Rite는 부품을 아웃소싱할 때보다 90% 더 저렴하고 30% 더 빠르게 만드는 동시에 무게와 그에 따른 재료 사용을 40%까지 줄일 수 있습니다.

예비 부품 생산과 관련하여 금속 AM은 여러 주요 애프터 서비스 및 수리 비용 요인을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 창고.

분명히 금속 3D 프린팅의 이점은 값비싼 항공우주 및 의료 부품을 넘어 광범위한 저급 응용 분야의 기술이 되기 때문입니다.

5. 금속 3D 인쇄 부품은 기존 금속 부품보다 열등합니다.

많은 제조업체들이 금속 3D 프린팅 부품의 품질이 기존 제조 부품과 동일한 품질이 될 수 있는지 확신하지 못하고 있습니다. 이러한 오해는 주로 금속 3D 프린팅의 참신함 때문에 발생했으며, 이는 여전히 최종 사용 부품 생산에 대한 적합성을 입증해야 합니다.

실제로 기술 채택자들은 금속 3D 인쇄 부품의 품질이 기존의 대체품과 동등하거나 심지어 그 이상이라는 것을 이미 입증했습니다. 이것이 로켓 엔진, 열교환기 및 다양한 터빈 부품과 같은 중요한 시스템에서 금속 AM 부품이 사용되는 것을 점점 더 많이 보는 이유입니다.

적격한 금속 AM 워크플로우를 달성하는 것은 어려운 작업일 수 있지만 제조업체는 궁극적으로 더 나은 성능, 더 가볍고 더 효율적인 금속 구성요소의 이점을 얻기 위해 이 기술을 채택하고 있습니다.

6. 금속 3D 프린터는 작은 부품만 인쇄할 수 있습니다.

더 큰 금속 부품에 대한 수요가 증가함에 따라 더 큰 부품을 생산할 수 있도록 기술이 발전했습니다.

2020년에 대부분의 3D 프린터, 특히 파우더 베드 및 바인더 젯팅 기술을 기반으로 하는 프린터는 센티미터 단위로 측정되는 작은 부품을 만듭니다. 예를 들어, 금속 분말 층을 레이저나 전자빔으로 녹이는 PBF 기술의 경우 부품 내에 응력이 누적되어 큰 부품을 만들기 어렵습니다. 부품이 클수록 온도 변화가 커져 잔류 응력과 부품 변형 변화가 증가합니다.

직접 에너지 증착(Direct Energy Deposition) 및 와이어 아크 적층 제조(Wire Arc Additive Manufacturing)와 같은 다른 금속 AM 기술로 더 큰 부품을 생산하는 경우가 많은 이유입니다.

예를 들어, 금속 3D 프린터 제조업체인 Sciaky는 EBAM(전자빔 적층 제조) 기술로 구동되는 가장 큰 금속 3D 프린터를 제공합니다. Sciaky는 AM 시스템을 대규모 단조 및 주물에 대한 보다 빠르고 저렴한 대안으로 포지셔닝합니다.

3D 프린터 중 하나인 EBAM 150은 3708 x 1575 x 1575mm의 인상적인 제작 볼륨을 자랑합니다. .

EBAM은 전자빔을 사용하여 와이어 형태의 금속을 녹이는 용접과 같은 프로세스를 사용합니다. 이는 이 기술이 티타늄에서 인코넬 및 스테인리스 스틸에 이르기까지 다양한 용접 가능한 재료를 처리하는 데 적합하다는 것을 의미합니다.

Lockheed Martin은 EBAM 기술 사용자 중 하나입니다. 항공 우주 회사는 위성에 연료를 실은 고압 탱크를 위한 두 개의 거대한 돔을 만드는 데 이 기술을 적용했습니다. 이 기술을 통해 Lockheed Martin은 직경이 각각 116cm인 두 개의 돔을 2년이 아닌 3개월 만에 3D 프린팅할 수 있게 되어 리드 타임이 87%나 단축되었습니다.

금속 3D 프린팅의 기능 더 빠르고 유연한 방식으로 대형 부품을 3D 프린팅할 수 있는 가능성을 열어주는 작은 구성 요소를 뛰어넘습니다.

7. 금속 분말 재사용은 부품의 재료 특성에 부정적인 영향을 미칩니다.

오늘 논의할 마지막 오해는 레이저 기반 PBF 공정에서 분말 재사용 및 재활용이 재료 특성에 부정적인 영향을 미치고 열등한 부품으로 이어진다는 것입니다.

PBF는 인쇄가 완료된 후 녹지 않은 분말을 재활용하여 일정 비율로 새로운 분말과 혼합합니다. 그러나 재료 재활용에 회의적인 엔지니어들은 종종 최대 분말 사용 기간을 지정하고 AM 제공업체에 모든 오래된 분말을 폐기하도록 요구합니다.

그러나 여러 연구에 따르면 적절한 제어를 통해 분말을 재사용 및 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 기계적 특성에 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 레이저 기반 PBF가 보다 효율적이고 경제적인 AM 공정이 되도록 합니다.

예를 들어, 3D 프린팅 서비스 제공업체인 Stratasys Direct Manufacturing은 재활용이 니켈 기반 초합금으로 만든 부품에 미치는 영향에 대한 심층 연구를 수행했습니다. 재활용 재료로 3D 프린팅한 부품의 인장 및 항복 강도와 같은 다양한 매개변수를 측정한 결과, 재활용이 Inconel 718 및 Inconel 625의 실내 또는 고온 특성에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다는 연구 결과가 나왔습니다.

또 다른 연구에서 금속 3D 프린터 제조업체인 Renishaw는 재활용 티타늄 합금 Ti6Al4V ELI(초저 침투성) 분말을 사용하여 총 38개의 빌드를 실행했습니다. 회사는 연구 기간 동안 분말의 변화가 재료 매개변수 설정에 영향을 미칠 만큼 충분히 중요하지 않았으며 분말 폐기가 필요하다는 증거가 없다고 결론지었습니다.

금속 3D 프린팅에 대한 오해 극복하기

금속 3D 프린팅이 계속해서 발전함에 따라 이 기술을 주류로 만드는 방법 중 하나는 사람들에게 기술의 진정한 기능과 한계에 대해 교육하는 것입니다.

궁극적으로 최신 지식으로 무장한 금속 AM 산업은 산업화 경로를 따라 더 빠르게 이동할 수 있으며 더 넓은 시장과 응용 프로그램을 위한 기술의 잠금을 해제할 수 있습니다.