적층 vs 절삭 제조: 생산의 미래 열기

적층 제조(3D 프린팅 등)가 특히 항공우주 같은 하이테크 산업에서 채택이 증가함에 따라, 스페이셜 제품 관리 이사 레이 백리(Ray Bagley)와 대화하며 이 매혹적인 트렌드에 대한 이해를 구축합니다.

이 인터뷰에서 레이는 수십 년간 제조 공정의 주축이었던 절삭 제조가 적층 제조와 어떻게 다른지, 후자가 새로운 이점과 과제 측면에서 무엇을 제공하는지 살펴봅니다.

인터뷰어: 먼저 적층 제조와 절삭 제조의 주요 차이점을 명확히 해 봅시다.

레이 백리: 절삭 제조에서는 재료 덩어리에서 시작하여 최종 형태에 도달할 때까지 비트별로 재료를 제거합니다. 제거는 밀링, 터닝, 드릴링, 침식, 연마, 망치와 정으로 할 수 있습니다.

적층 제조에서는 아무 것에서 시작하여 원하는 곳에만 비트별로 재료를 추가하여 최종 형태에 도달합니다. 많은 다양한 적층 기술이 있지만, 일반적으로 단일 머신은 그중 하나만 사용합니다.

절삭 제조 예시

인터뷰어: 구체적인 절삭 제조 예시를 제공해 주실 수 있나요?

레이 백리: 절삭 제조의 가장 일반적인 예는 가공입니다. CNC 밀에는 회전 공구가 있어 금속을 깎아냅니다. CNC(Computer Numerical Control의 약자)는 이를 컴퓨터로 프로그래밍할 수 있게 하여 멋진 형태를 만들고 반복적으로 수행할 수 있게 합니다. 밀링이 가장 일반적인 절삭 작업입니다.

고정 커터에 부품을 회전시키는 선반을 사용한 터닝이 절삭 제조의 두 번째로 일반적인 형태이며, 침식과 연마는 소량의 재료를 제거하는 데 사용됩니다. 많은 절삭 접근법과 방법이 있지만 밀링과 터닝이 가장 일반적입니다.

적층 제조의 이점

인터뷰어: 절삭 제조가 제공하지 않는 적층 제조의 주요 이점은 무엇인가요?

레이 백리: 절삭 제조에서 공기는 돈을 요합니다. 원래 재고에서 재료를 제거해야 하는 곳이면 어디든 사이클 타임이 소요되고 따라서 돈이 듭니다.

복잡성은 제거할 수 있는 것으로 제한됩니다. 어떤 조합의 절삭 방법으로도 만들 수 없는 형태를 설계하기는 꽤 쉽습니다.

적층 제조에서는 복잡성(그리고 빈 공간)은 무료지만 재료가 비쌉니다. 유기적 형태, 내부 통로, 격자 및 기타 많은 형태는 프린팅에 적합하지만 가공할 수 없습니다.

 

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인터뷰어: 각각을 사용하는 것이 언제 합리적인가요?

레이 백리: 적층 제조는 재료 대 전체 부피 비율이 낮은 희소한 설계(격자나 골격 같은)나 매우 복잡하고 가공하기 어렵거나 불가능한 형태에 가장 적합합니다.

절삭 제조는 재고에서 제거해야 할 재료의 양이 상대적으로 적을 때 더 좋습니다. 몇 개의 구멍이나 특징이 있는 블록은 일반적으로 프린팅보다 가공하는 것이 훨씬 저렴합니다.

적층 제조의 문제점

인터뷰어: 적층 제조가 더 널리 사용되기 위해 극복해야 할 장애물은 무엇인가요?

레이 백리: 예측 가능성과 제어.

예측 가능성

오늘날 3D 프린터를 구입하여 부품을 안정적으로 프린팅하기 시작하는 것은 어렵습니다. 프린팅을 위해 부품을 올바르게 준비하고, 서포트를 적용하고, 주요 결함 없이 성공적으로 프린팅하고, 후처리를 최소화하고, 결과물의 물리적 특성을 제어하는 방법을 배워야 합니다.

대부분의 사람들은 새로운 설계를 안정적으로 프린팅할 수 있게 되기 전에 엄청난 양의 실험이나 실패한 프린팅을 겪습니다. 이 전문 지식의 점점 더 많은 부분이 소프트웨어에 내장되어야 하며, 이는 새로운 머신이나 공정에 대한 생산적 사용에 도달하는 시간을 단축하고 기존 머신의 생산성을 높일 것입니다.

재료 제어

공정 및 재료 제어는 또 다른 과제입니다. Ti-6Al-4V 티타늄 블록을 구입하여 부품으로 가공하면, 그 재료의 기계적 특성에서 무엇을 기대할 수 있는지 높은 신뢰도로 알 수 있습니다.

하지만 동일한 재료를 분말 형태로 구입하여 부품을 프린팅하면, 프린팅 중 다중 용융 사이클, 기공 등을 고려할 때 최종 재료 특성이 극적으로 더 불확실합니다.

이러한 모든 공정 효과가 재료 특성에 미치는 영향을 특성화하고 표준화하는 것이 적층 제조를 제조 주류로 가져오는 열쇠입니다.