덧셈과 뺄셈 제조의 차이점 - 2020 - 다른 사람

제조는 실질적인 가치를 추가하여 실제로 원재료 또는 스크랩을 원하는 제품으로 변환하는 생산의 중요한 단계 중 하나입니다. 광범위한 재료를 포괄적인 방식으로 처리해야 하는 요구 사항을 충족하기 위해 여러 제조 공정이 존재합니다. 더 나은 표면 품질과 더 많은 기능이 내장된 소형 제품에 대한 요구가 증가함에 따라 제조의 신속한 개발이 가능해졌으며 결과적으로 오늘날의 시장 요구를 더 잘 충족시키기 위해 재료를 효율적으로 처리할 수 있는 다양한 정교한 공정이 발전했습니다. 제조 범위도 점진적으로 확장되어 오래된 산업 부문에서 첨단 제품 또는 서비스 기반 회사에 이르는 광대한 영역을 포괄하여 요구 사항에 적절하게 기여했습니다.

다양한 지지자들은 모든 제조 공정을 체계적으로 분류하려고 시도했습니다. 그러나 많은 경우에 그러한 분류는 새로 개발된 프로세스를 명확하게 포함하지 못합니다. 모든 관련 프로세스를 고려할 때 제조는 다음 5개 그룹으로 분류할 수 있습니다.

캐스팅 프로세스: 여기에서 원료를 녹여 미리 만들어진 공동에 붓고 응고시킵니다. 따라서 캐비티의 역 형상을 갖는 제품이 얻어진다. 이 오래된 프로세스는 복잡한 모양을 생성하거나 매끄러운 표면을 만들 수 없기 때문에 구성 요소에 기본 모양을 제공하는 데 적합합니다. 모든 주조 및 성형 공정(샌드 몰드, 다이 캐스팅, 사출 주조 등)은 이 기본 원칙을 따릅니다.

가입 절차: 여기에서 둘 이상의 솔리드 구성요소를 일시적으로 또는 영구적으로 결합할 수 있습니다. 결합은 용융을 통해 유착을 형성하거나 다른 기계적 요소를 사용하여 수행할 수 있습니다. 용접, 리벳팅, 솔더링, 브레이징, 커플링, 맞춤 접합, 접착 접합, 체결, 분할 접합, 너클 접합 등은 접합의 우산에 속합니다. 분해 과정도 이에 해당합니다.

수정 절차: 여기서 재료 특성 또는 기본 모양은 요구 사항에 더 잘 맞도록 다양한 수단으로 변경할 수 있습니다. 단조, 압연, 드로잉, 압출 등과 같은 다양한 성형 공정이 형태 변형에 사용됩니다. 반면 열처리, 극저온 처리, 코팅 등은 구성 요소의 특성을 수정하는 데 사용됩니다.

추가 프로세스: 여기에서 반고체 형태의 재료 층이 다른 층 위에 추가되어 필요한 기능과 향상된 정확도를 가진 진정한 3차원 구성요소를 직접 구축합니다. 따라서 후처리가 필요하지 않습니다. 그러나 이러한 프로세스는 작은 크기의 구성 요소에 적합합니다. 3D 프린팅, 스테레오 리소그래피, 선택적 레이저 소결 등과 같은 신속한 프로토타이핑 프로세스는 적층 원리를 따릅니다.

빼기 프로세스: 이름에서 알 수 있듯이 여기에서 레이어 재료는 단단한 공작물에서 제거되어 최종적으로 의도한 제품을 생산합니다. 따라서 물질적 낭비가 발생합니다. 가공 또는 금속 절단 공정은 빼기 원리를 따릅니다. 그 예로는 터닝, 성형, 밀링, 드릴링, 연삭, 래핑, 연마 제트 가공, 방전 가공, 레이저 빔 가공 등이 있습니다.

표:적층 가공과 절삭 가공의 차이점

덧셈과 뺄셈 철학: 두 가지 철학 모두 향상된 치수 정확도와 정밀한 공차로 진정한 3차원 구성 요소 또는 기능을 생성하는 데 사용됩니다. 그러나 접근 방식이 다릅니다. 적층 제조는 의도한 기능을 가진 제품을 최종적으로 만들기 위해 설계에 따라 재료를 층층이 하나씩 추가하는 원리를 따릅니다. 따라서 프로세스는 높이가 0인 상태(재료 없음)에서 시작하여 층이 증착됨에 따라 점차 높이가 높아집니다. 재료는 일반적으로 반고체 형태로 증착되며 이전 층이 완전히 건조되면 다음 층이 추가됩니다. 이와는 대조적으로, 절삭 가공 철학에서는 원하는 구성 요소를 최종적으로 얻기 위해 고체 블록의 원하는 위치에서 레이어 재료를 제거합니다. 따라서 프로세스는 단단한 원자재 블록으로 시작하고 의도된 기능을 만들기 위해 재료를 제거합니다. 재료는 사용된 공정에 따라 여러 가지 방법으로 제거할 수 있습니다(고체 칩 형태의 전단, 용융 및 기화, 이온화, 스퍼터링 등).

작동 물질의 융점: 적층 공정을 사용하면 작업 재료를 녹이거나 가열하여 플라스틱으로 만들어야 합니다. 융점이 더 높은 재료는 플라스틱(반고체)이 되기 위해 더 많은 열을 소비하여 이전 레이어 위에 추가할 수 있습니다. 따라서 플라스틱이나 PMMA와 같은 저융점 재료에 선호됩니다. 그러나 녹는점은 재료가 고체 형태로 제거되거나 이온화에 의해 제거되기 때문에 공제법으로 엔지니어링 재료를 가공하는 데 있어 중요한 요소가 아닙니다. 용융 및 기화에 의해 재료가 제거되는 이러한 열 에너지 기반 NTM 공정에서 빔 에너지 강도는 항상 재료의 융점보다 과도하게 높게 유지됩니다. 예를 들어, EDM에서 국부적인 온도는 10,000°C를 초과하여 3422°C(티타늄의 녹는점, 모든 금속 중 가장 높은 녹는점)보다 훨씬 높습니다.

체적 밀도 조작: 적층 공정의 가장 큰 장점은 층을 증착하는 동안 작업 재료의 밀도를 변경할 수 있다는 것입니다. 여기에서 20 – 100% 범위의 밀도를 채택할 수 있으며 전체 재료 부피를 제어된 방식으로 변경할 수 있습니다. 이것은 어떤 면에서는 재료 소비를 줄일 수 있고 다른 면에서는 대부분 벽 강도를 희생하지 않고 구성요소 무게를 상당히 줄일 수 있습니다. 작업 전반에 걸쳐 작업 재료의 밀도가 동일하게 유지되기 때문에 이러한 시설은 빼기 공정으로 얻을 수 없습니다. 따라서 기본 시작 재료 블록이 선택되면 구성 요소의 무게를 줄일 수 없습니다.

재료 낭비: 적층 공정을 사용하면 설계(CAD와 같은 컴퓨터 기반 설계)에 따라 이전 레이어 위에 얇은 재료 층이 추가됩니다. 따라서 캐비티 또는 슬롯과 같은 기능이 있는 경우 해당 위치에 재료가 증착되지 않습니다. 디자인에 따라 레이어에 재료를 반복적으로 증착하면 궁극적으로 의도한 3D 개체가 생성됩니다. 더 이상의 사후 처리가 수행되지 않습니다. 따라서 물질적 낭비가 발생하지 않습니다. 빼기 공정을 사용하면 기본 원료에서 과잉 재료가 점차적으로 제거됩니다. 그러나 이러한 제거는 사용된 공정에 따라 다양한 형태(예:고체 칩, 용융 및 기화, 이온화, 스퍼터링 등)로 발생할 수 있습니다.

적합성: 지금까지 기술의 최대 발전으로 플라스틱 및 PMMA와 같은 선택적 재료에 적층 공정이 적합합니다. 또한 더 큰 개체를 처리할 수 없습니다. 시스템 용량은 일반적으로 2kg으로 제한됩니다. 그러나 빼기 프로세스는 다양한 재료를 처리할 수 있습니다. 특정 기계적, 전기적 및 열적 특성(예:경도, 취성, 전기 전도도, 융점 등)은 특정 공정의 가공성에 제한을 가하지만 이러한 제한은 다른 공정을 사용하여 극복할 수 있습니다. 이러한 프로세스는 또한 더 큰 개체를 효율적으로 처리할 수 있습니다.

복잡한 모양과 속이 빈 부품의 생산: 적층 프로세스에서 CAD 도면은 먼저 얇은 레이어로 슬라이스되고(레이어 두께는 원하는 치수 정확도와 표면 마감에 따라 다름) 재료가 레이어별로 추가됩니다. 따라서 슬라이싱 및 후속 재료 증착 단계에서 복잡한 모양을 고려할 수 있으므로 후처리가 필요하지 않습니다. 완전히 밀폐된 캐비티와 같은 내부 중공 부품을 생성할 수도 있습니다. 빼기 프로세스는 복잡한 모양을 생성하는 데 한계가 있습니다. 완전히 밀폐된 캐비티를 만들 수 없습니다.

산업적 측면: 적층 공정은 층 증착 시간 및 이후 건조 시간이 관련되어 시간 소모적입니다. 그러나 복잡한 모양과 고정밀(예:프로토타입)을 가진 작은 크기의 물체를 제작하는 동안 특히 생산량이 매우 적은 경우 시간과 비용 효율적일 수 있습니다. 엄격한 작업실 환경 제어도 많은 경우에 요구됩니다. 특정 영역에서는 가법 공정이 감산 공정의 적합한 대안으로 떠오르고 있지만, 단순한 형태의 대형 물체를 대량 생산하는 경우에는 감산 공정이 경쟁자를 압도할 수 있습니다.

이 기사에서는 적층 가공과 절삭 가공을 과학적으로 비교합니다. 저자는 또한 주제에 대한 더 나은 이해를 위해 다음 참조를 검토할 것을 제안합니다.

1. 금속의 적층 제조:L. Yang, K. Hsu, B. Baughman, D. Godfrey, F. Medina, M. Menon 및 S. Wiener의 기술, 재료, 설계 및 생산(1 ^st 에디션, Springer).
2. 적층 제조:A. Gebhardt 및 J. Hötter(1 ^st )의 프로토타입 및 제조를 위한 3D 인쇄 판, Hanser).
3. Newman et al. (2015); 적층 및 감산 제조 기술을 위한 공정 계획 CIRP 연대기; 권. 64 (1); 467-470페이지.