3D FDM 프린팅으로 전체 금속 부품을 얻는 방법

이미지 1:고탄소강 Filamet™으로 제작되고 소결된 모델. 출처:버추얼 파운드리

Virtual Foundry는 위스콘신에 본사를 두고 있는 미국 회사로 용융 금속 부문의 뛰어난 전문가들이 설립했으며 2014년부터 3D FDM 금속 인쇄용 필라멘트 및 액세서리 범위를 개선하고 성장시키기 위해 지속적으로 노력해 왔습니다. 처음에 그들은 황동, 구리 또는 청동의 비율이 높은 필라멘트를 제조할 수 있었지만 소결 후 구조에는 금속의 특성이 포함되지 않았습니다. Kickstarter 캠페인을 통해 The Virtual Foundry는 순수한 금속과 동일한 속성을 달성하기 위해 필라멘트를 발전시키고 재료 범위를 확장할 수 있는 충분한 지원을 받았습니다(316L 스테인리스 스틸, 고탄소 철, 6061 알루미늄 및 텅스텐). 모든 유형의 Filamet ™은 기본 금속과 생분해성 및 생태학적 폴리머(PLA)로 구성됩니다. 이 소재에는 노출된 금속 입자와 인쇄 중에 방출될 수 있는 휘발성 용매가 없습니다. 이러한 재료는 인쇄 속성이 PLA와 유사하기 때문에 인쇄가 매우 간단하여 3D FDM 프린터 사용자가 고가의 산업용 3D FDM 금속 프린터를 구입할 필요 없이 이러한 필라멘트로 부품을 만들 수 있습니다. Filamet™ 소재의 주요 장점 중 하나는 DMLS 기술로 가능한 것과 유사한 속성을 달성하지만 특정 제한 사항이 있다는 것입니다. PLA가 제거된 이 필라멘트로 인쇄된 조각을 소결해야 하기 때문에 조각은 다공성, 부피 손실 및 비등방성을 갖습니다. DMLS 3D 프린터는 매우 세밀하고 레이어 높이가 0.02mm이며 후처리가 필요 없이 완전히 견고한 부품(주물과 유사)을 인쇄할 수 있습니다. Filamet™ 3D FDM 인쇄에 비해 유일한 단점은 재료, 제조 비용입니다. 그리고 프린터 자체.

이미지 2:소결되지 않고 소결된 청동 Filamet™으로 만든 콘. 출처:버추얼 파운드리

인쇄된 부품을 완전히 금속으로 만들려면 오븐에서 소결해야 합니다. 소결은 압축된 금속 분말로 형성된 물체를 기반으로 고체 부품을 제조하는 과정으로, 용융 온도보다 낮은 온도에서 열처리가 적용되지만 저항 방식으로 금속 입자를 결합할 수 있을 만큼 충분히 높으면 결과적으로 완전히 단단한 블록. Filamet™으로 인쇄한 후 조각을 소결하여 필라멘트의 일부인 PLA를 제거해야 합니다. 소결은 개방형 환경이나 진공 또는 불활성 환경의 오븐에서 수행할 수 있습니다.

열린 환경에서 소결

개방 환경에서 소결하기 위한 소결용 코코넛 껍질 석탄, 내화 용기(도가니) 및 Al₂ 오₃ 내화성 분말이 필요합니다. 이 과정은 최상의 결과를 위해 조각의 거친 가장자리를 샌딩하는 것으로 시작됩니다.

먼저 도가니 표면에 여유 공간을 남겨두고 내화성 분말로 도가니를 채워야 합니다. 그런 다음 공작물을 내화성 분말에 담가야 하며 공작물의 표면과 도가니의 벽 및 상부 및 하부 사이에 최소 15mm의 간격을 두어야 합니다. 내화성 분말은 압축되어서는 안 됩니다.

이때 소결하고자 하는 재료에 따라 도가니 표면의 빈 공간을 소결탄으로 채우거나 도가니를 로에 넣어야 한다.

이미지 3:소결 과정. 출처:버추얼 파운드리

진공 또는 불활성 환경에서 소결

진공 또는 불활성 환경에서 소결하려면 도가니(조리 용기)와 내화 분말이 필요 . 조각은 조각을 도가니 내부에 놓고 내화성 먼지로 덮어 소결을 위해 준비합니다. 이때 조각과 도가니 표면 사이에 최소 10mm의 먼지가 있어야 합니다. 그런 다음 도가니를 오븐에 넣습니다.

Virtual Foundry는 개방된 환경이나 진공 또는 불활성 환경에서의 소결에 대해 다음과 같은 권장 온도 표를 제공합니다.

표 1:재료 및 최대 소결 온도.

사용자는 이러한 시간과 온도가 지침일 뿐이며 예를 들어 사용하는 오븐 모델과 같은 여러 측면에 따라 달라질 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 표에 포함되지 않은 필라멘트 범위 필라멘트는 실험적인 것으로 간주되므로 제조업체는 소결에 대한 데이터를 가지고 있지 않습니다.

필라멘트 Filamet™으로 3D 프린팅된 부품을 소결하기 위한 요구 사항을 충족하는 용광로가 없는 경우 당사에 연락하시면 당사 시설에서 소결의 가능성과 조건에 대해 알려드리겠습니다.

Filamet™ 범위의 모든 필라멘트를 소결(개방 환경 또는 진공 또는 불활성 환경에서)한 후, 모든 금속 부품은 전기 전도도와 같은 금속의 실제 특성을 가지고 샌딩 및 광택 또는 접합을 통해 후처리됩니다. 용접으로; 그러나 PLA 손실로 인해 특정 다공성 및 부피 감소가 있습니다. 사용자는 또한 최종 제품의 기계적 특성이 인쇄된 부품이 소결 온도에서 유지되는 시간과 직접적인 관련이 있다는 점을 고려해야 합니다. 최종 제품이 가루처럼 부서지기 쉬운 경우 소결 시간이 충분하지 않은 것입니다. 인쇄물의 표면이 주름진 피부와 유사하게 보이면 과도하게 소결된 것입니다.

후처리:샌딩 및 광택

일단 소결된 조각은 금속과 같은 방식으로 샌딩 및 광택을 낼 수 있지만 일련의 표시를 따릅니다. 물 사포를 사용하면 샌딩 중에 느슨한 입자가 마찰열로 인해 틈에 달라붙기 때문에 인쇄 라인 및 기타 작은 변형을 제거할 수 있습니다. 사포나 3M 방사형 디스크를 사용하는 경우 모서리와 같이 가장 섬세한 부분이 변형되지 않도록 주의하면서 입자 120(3M 방사형 디스크의 경우 80)으로 샌딩을 시작하는 것이 좋습니다. 전체 표면이 샌딩되면 다음 입자의 사포를 사용하는 식으로 6 또는 7(3M 방사형 디스크의 경우 4배) 증가할 때까지 반복해야 합니다. 최종 연마로 이동하기 전에 특정 광택을 얻을 수 있는 3000방 사포를 사용하는 것이 좋습니다. 마지막으로 조각을 플란넬 천으로 닦으면 광택을 낼 수 있습니다. TVF는 더 빠르고 효율적인 연마를 위해 연마 디스크와 연마 왁스가 있는 회전 도구를 사용할 것을 권장합니다. 폴리싱 디스크에 약간의 폴리싱 왁스를 바르고 조각을 변형시킬 수 있는 과도한 열을 발생시키지 않도록 조각 전체에 걸쳐 일정한 움직임으로 광택을 냅니다. Filamet™으로 제조된 부품을 샌딩 및 광택 처리하는 것 외에도 열 적용으로 조각, 용융, 용접 및 매끄럽게 할 수 있습니다.

이미지 4:광택이 나는 구리 통. 출처:버추얼 파운드리

3D FDM 프린팅으로 전체 금속 부품을 얻는 방법을 확인하면 Virtual Foundry 금속 필라멘트의 도움으로 이 프린팅 기술이 정복해야 하는 소수의 부문, 특히 일부 지점에 도달할 수 있었다고 결론을 내릴 수 있습니다. 산업.

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