기술 개요:금속 3D 프린팅이 필요한 경우

처음부터 금속 적층 제조는 비전통적인 상향식 접근 방식과 그 능력을 둘러싼 소문으로 엔지니어와 기술 애호가의 관심을 끌었습니다. 수년간 감산 공정을 통해 안정적으로 생산된 부품에 적층 제조를 사용하는 것이 정말 유리합니까? 이 기사에서는 이 질문에 대해 논의하고 금속 3D 프린팅이 부품 생산에 적합한 선택이 될 수 있는 경우와 그렇지 않은 경우를 지적합니다.

금속 3D 프린팅(DMLS):프로세스 개요

CNC 가공과 같은 기존 제조 기술은 일반적으로 제품을 성형하기 위해 재료를 제거하는 절삭 공정인 반면 금속 3D 프린팅 기술은 적층 공정입니다. 가장 일반적이고 대중적인 금속 3D 프린팅 기술 중 하나는 직접 금속 레이저 소결(DMLS)입니다.

일반적인 DMLS 프로세스는 3D 설계 CAD 파일 데이터를 매우 얇은 레이어로 분할하여 각 레이어에 대한 2D 모델을 효과적으로 생성하는 것으로 시작됩니다.

기계는 고출력 광학 레이저를 사용합니다. 빌드 챔버 영역 내부에는 재료 디스펜싱 플랫폼과 빌드 플랫폼이 있으며 빌드 플랫폼 위로 새 분말을 이동하는 데 사용되는 롤러가 있습니다. 이 기술은 집속된 레이저 빔을 사용하여 금속 분말을 국부적으로 녹여서 고체 부분으로 융합합니다. 부품은 레이어별로 추가로 구성됩니다.

금속 3D 프린팅을 선택해야 하는 경우

금속 3D 프린팅은 기존 기계 가공에 비해 고유한 장점이 있습니다. 여기에서는 CNC 가공보다 금속 3D 프린팅을 고려할 가치가 있는 몇 가지 사례를 나열했습니다.

디자인이 복잡합니다

디자인의 복잡성과 자유로움과 관련하여 금속 3D 프린팅은 기존 방식보다 훨씬 뛰어납니다. 많은 복잡한 디자인은 3D 프린팅만큼 쉽게 기존 기술로 제조할 수 없습니다. 아래 예를 살펴보세요

이러한 유형의 복잡한 설계는 5축 CNC 기계를 사용해도 기존 기술로 가공하기가 매우 어려울 수 있습니다.

여기의 또 다른 이점은 복잡성 비용이 낮다는 것입니다. 전통적인 제조 방식을 통해 복잡한 기계 부품을 만들려면 특히 복잡한 부품을 조립할 때 정밀도와 기술이 필요합니다. 조립하기 전에 각 구성 요소를 만드는 대신 한 프로세스에서 전체 조각을 만드는 3D 프린팅의 경우는 그렇지 않습니다. 따라서 복잡성에 대한 추가 비용이 없습니다.

금속 프로토타입이 시급합니다

필요한 부품 수가 1~5개 정도로 적거나 프로토타이핑의 경우 금속 AM이 훨씬 유리합니다. 추가된 각 단위에 대해 비용이 거의 동일하므로 부품에 필요한 만큼 변경이 가능합니다. 프로토타입 제작에 사용할 수 있습니다. 3D 프린팅을 사용하여 프로토타입을 만들고 필요한 기능이 충족될 때까지 프로토타입을 업데이트합니다. 제품을 양산하기 전의 중요한 단계입니다. 또한 나머지 제조 공정 중에도 사용하여 요구 사항에 보다 잘 부응할 수 있는 고유한 제품을 만들 수 있습니다.

또한 CNC 가공 부품보다 금속 3D 프린트를 얻는 것이 더 빠를 수 있습니다. CNC 가공은 일반적으로 재료를 비축하고, 기계를 설정하고, 올바른 툴링을 얻는 데 더 많은 시간이 필요합니다. 결과적으로 첫 번째 부품을 손에 넣는 데 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 3D 프린팅의 경우 기존보다 복잡한 DMLS의 경우에도 램프 업이나 툴링 없이 주문형으로 부품을 인쇄하고 배송할 수 있으므로 기존 기술에 비해 리드 타임이 단축됩니다. 감소된 리드 타임과 보다 효율적인 프로토타이핑 프로세스의 조합으로 처리 시간이 단축됩니다. 이것이 메탈 3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나입니다.

가벼우면서도 내구성이 뛰어난 구성 요소를 원함

항공 우주 및 의료 산업은 자연적으로 가벼우면서도 내구성이 뛰어난 부품을 필요로 합니다. Inconel 718, AlSi10Mg, Cobalt-chromium과 같은 초합금은 기존의 가공된 합금에 비해 가벼운 것으로 알려져 있습니다. 이러한 합금으로 부품을 제조하면 자연스럽게 상대적으로 가볍습니다. 예를 들어, GE의 유명한 LEAP 엔진 제품군용 3D 인쇄 연료 노즐은 독립 공급업체에서 제공하는 20개의 개별 부품으로 만들어졌지만 DMLS(직접 금속 레이저 소결)를 사용하여 25% 더 가볍고 25% 더 가벼운 단일 부품 구성 요소가 되었습니다. 원래 부품보다 5배 더 강력합니다. 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오.

재료 낭비를 피하고 싶습니다

3D 프린팅은 레이저 아래(또는 압출기 등)를 통과하는 재료만 소비되기 때문에 자원 효율성이 매우 높습니다. 반면 기존 CNC 가공은 재활용해야 하는 칩과 작은 금속 조각을 남깁니다. 제조업체가 설치 비용을 정당화하기 위해 주어진 제품을 많이 생산할 필요가 없다는 사실 또한 낭비를 줄입니다.

금속 3D 프린팅 선택의 단점

금속 3D 프린팅이 기존 기술에 비해 갖는 장점 외에도 후자를 선호하는 것이 권장되는 몇 가지 고려 사항이 있습니다.

거친 표면 마감

3D 프린팅은 추가 공정이므로 표면이 CNC 가공만큼 매끄럽지 않고 원하는 표면 질감을 생성하기가 쉽지 않습니다. 따라서 표면 질감이 중요한 경우 CNC 가공을 대신 고려해야 합니다. 그럼에도 불구하고 지지 구조를 제거하고 마감을 개선하며 미학을 개선하는 데 사용할 수 있는 후처리 기술이 많이 있으며 그에 따라 비용도 증가합니다.

덜 강한 부분

적층 기술 자체로 인해 금속 3D 인쇄 부품은 단단한 금속 블록으로 가공된 부품만큼 강할 수 없습니다. 최종 강도는 디자인, 크기 및 재료에 따라 다르지만 일반적으로 금속 3D 프린트의 압축 강도는 CNC 가공 부품보다 평균 40-50% 낮습니다.

고가의 연속 생산

CNC 가공을 통해 대량 생산하는 것이 저렴합니다. 대량 생산은 여전히 ​​업계 전반에 걸쳐 큰 결정 요인이며 3D 프린팅이 뒤처지고 3D 프린터가 물체를 조립할 수 있는 속도가 기존 조립 라인과 비교할 때 종종 뒤떨어지는 부분입니다.

제한된 빌드 볼륨

큰 부품 크기가 필요한 경우 항상 CNC 가공을 사용하는 것이 좋습니다. 예를 들어, DMLS로 얻을 수 있는 최대 부품 크기는 250 x 250 x 325mm이고 CNC 가공의 경우 2000 x 800 x 1000mm입니다. 크기 비교는 제한된 파우더 베드 크기로 인해 거대한 부품을 제조하는 데 3D 프린팅이 불가능하다는 것을 분명히 보여줍니다.

제한된 재료 선택

사출 성형 및 CNC 가공과 같은 기존 제조 옵션은 높은 재료 선택을 제공할 수 있습니다. 금속 3D 프린팅의 경우 재료 선택이 더 낮습니다. 이는 필요한 부품에 특정 재료가 필요한 경우 제한 요소가 될 수 있으며 제품에 어떤 기술적 특성을 갖기를 원하는지 결정할 때 고려해야 합니다. 현재 Xometry에서는 DMLS를 지원하는 5개의 금속/합금 분말을 보유하고 있지만 필요한 부품에 다른 재료가 필요한 경우 기존 가공 공정 외에 다른 옵션이 없습니다.

요약

금속 3D 프린팅이 모든 면에서 기존 제조 기술을 대체한다고 말할 수는 없습니다. 이 두 가지 모두 빛나는 부분은 장점이 있고 그렇지 않은 부분은 단점이 있기 때문입니다. 다음은 두 기술의 장점에 대한 간략한 요약입니다.

준비된 디자인이 있는 경우 즉시 견적 엔진에서 CNC 가공 및 DMLS 3D 인쇄에 대한 견적을 받아 가격과 리드 타임을 비교하십시오.