산업기술
산업 제조
이 기사에서는 신속한 프로토타이핑에 대해 논의할 것입니다. , 기술, 관련 기술, 전체 프로세스 및 해당 응용 프로그램. Rapid Prototyping 정의부터 시작하겠습니다.
신속한 프로토타입 제작 (RP )는 CAD 데이터 소스에서 직접 물리적 개체를 제작하는 데 사용되는 관련 기술 호스트에 주어진 가장 일반적인 이름입니다. 이러한 방법은 레이어에 재료를 추가하고 결합하여 개체를 형성한다는 점에서 독특합니다.
이러한 시스템은 적층 제조, 3차원 인쇄, 솔리드 자유형 제조(SFF) 및 적층 제조라는 이름으로도 알려져 있습니다. 오늘날의 적층 기술은 밀링이나 터닝과 같은 기존의 절삭 가공 방법에 비해 많은 응용 분야에서 이점을 제공합니다.
Rapid Prototyping 기술의 기능은 다음과 같이 나열할 수 있습니다.
기본 프로세스
여러 가지 신속한 프로토타이핑 기술이 있지만 모두 동일한 기본 5단계 프로세스를 사용합니다. 아래 그림은 RP 기법의 개념적 표현을 보여줍니다. 단계는 다음 아래에 나열되어 있습니다.
먼저 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어 패키지를 사용하여 빌드 대상을 모델링합니다. pro/ENGINEER와 같은 솔리드 모델러는 AutoCAD와 같은 와이어 프레임 모델러보다 3D 개체를 더 정확하게 표현하는 경향이 있으므로 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 설계자는 기존 CAD 파일을 사용하거나 프로토타이핑 목적으로 명시적으로 생성하고자 할 수 있습니다. 이 과정은 모든 RP 빌드 기술에서 동일합니다.
다양한 CAD 패키지는 다양한 알고리즘을 사용하여 솔리드 개체를 나타냅니다. STL(stereolithography, the first Rap technique)의 일관성을 확립하기 위해 Rapid prototyping 산업의 표준으로 채택되었습니다. 따라서 두 번째 단계는 CAD 파일을 STL 형식으로 변환하는 것입니다. 이 형식은 "잘라낸 보석의 면과 같은" 평면 삼각형의 집합으로 3차원 표면을 나타냅니다.
파일에는 정점의 좌표와 각 삼각형의 바깥쪽 법선 방향이 포함됩니다. STL 파일은 플래너 요소를 사용하기 때문에 곡면을 정확하게 표현할 수 없습니다. 삼각형 수를 늘리면 근사치가 향상되지만 파일 크기가 커질수록 비용이 많이 듭니다. 크고 복잡한 파일은 사전 처리 및 빌드에 더 많은 시간이 필요하므로 디자이너는 유용한 STL 파일을 생성하기 위해 정확성과 관리 용이성의 균형을 맞춰야 합니다. STL 파일 형식은 보편적이므로 이 프로세스는 모든 RP 빌드 기술에서 동일합니다.
세 번째 단계에서 사전 처리는 빌드할 STL 파일을 프로그래밍합니다. 여러 프로그램을 사용할 수 있으며 대부분을 통해 사용자가 모델의 크기, 위치 및 방향을 조정할 수 있습니다. 빌드 방향은 여러 가지 이유로 중요합니다. 첫째, 빠른 프로토타입의 속성은 좌표 방향에 따라 다릅니다.
예를 들어 프로토타입은 일반적으로 x-y 평면의 z(수직) 방향에서 더 약하고 덜 정확합니다. 또한 부품 방향은 모델을 구축하는 데 필요한 시간을 부분적으로 결정합니다. z 방향으로 가장 짧은 치수를 배치하면 레이어 수가 줄어들어 빌드 시간이 단축됩니다. 사전 처리 소프트웨어는 빌드 기술에 따라 STL 모델을 0.01mm에서 0.7mm 두께의 여러 레이어로 슬라이싱합니다.
네 번째 단계는 부품의 실제 구성입니다. 다음 섹션에서 설명하는 여러 기술 중 하나를 사용하여 RP 기계는 폴리머, 종이 또는 금속 분말로 한 번에 한 층을 만듭니다. 대부분의 기계는 사람의 개입이 거의 필요 없는 상당히 자율적입니다.
마지막 단계는 사후 처리입니다. 여기에는 기계에서 프로토타입을 제거하고 지지대를 분리하는 작업이 포함됩니다. 프로토타입은 또한 사소한 청소 및 표면 처리가 필요할 수 있습니다. 샌딩, 씰링 및/또는 페인팅으로 모델의 외관과 내구성이 향상됩니다.
다양한 RP 기술이 개발됩니다. RP 과정에서 출발 물질의 형태에 따라 세 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다.
이 범주에서는 세 가지 RP 방법에 대해 설명합니다.
스테레오리소그래피 광화학 공정을 사용하여 모델, 프로토타입, 패턴 및 생산 부품을 레이어별로 생성하는 데 사용되는 일종의 3D 프린팅 기술입니다. 이 기술에서는 빛이 화학 모노머와 올리고머를 교차 결합시켜 폴리머를 형성하는 광화학 공정을 사용합니다.
스테레오리소그래피(SL)는 원래 Charles Hull이 개발한 특허 프로세스를 기반으로 1987년 후반에 3D system Inc.(Valencia, CA)에 의해 상업적으로 도입되었습니다. 이것이 최초의 RP 기술이었기 때문에 현재 다양한 시스템이 산업계에서 상업적으로 이용 가능합니다.
Cubital Limited는 이 RP 시스템을 개발했습니다. 이 과정에서 액체 고분자 수지 층이 자외선에 의해 경화됩니다. 이것은 플래시 또는 플러드 방식으로 레이어를 노출하여 수행됩니다. 다음 층을 위한 평평한 지지체를 제공하기 위해 밀링에 의한 흑색 토너의 정전 증착에 의해 유리 마스크 판을 현상함으로써 생성된 노출을 위한 경계 및 영역. 모든 층이 완성되면 프로토타입 부품을 씻어내어 수용성 왁스를 제거합니다. 큐비탈 포토폴리머 수지는 각 레이어를 제작하는 동안 완전히 경화됩니다.
이 기술을 사용하면 금속 방울을 유연하게 생성하고 정밀하게 제어할 수 있습니다. 정밀하게 제어된 금속 방울을 기반으로 하는 구성 요소 또는 잉곳의 순 회사 제조는 하나의 통합 작업에서 구조 구성 요소와 관련된 경제적 이점과 신속한 응고 처리로 인한 구성 요소 품질 개선의 약속으로 인해 산업적 관심을 얻고 있습니다.
이 범주에서는 두 가지 RP 방법이 논의됩니다.
적층 물체 제조 빌드 재료의 시트를 연속적으로 적층하고 열과 압력으로 접착한 다음 블레이드 또는 탄소 레이저로 원하는 모양으로 절단하는 덜 알려진 적층 제조 공정입니다.
Helisys, Inc.(캘리포니아주 토런스)의 적층 물체 제조(LOM) 공정은 원형 부품을 만들기 위해 가장 일반적으로 표백된 "정육점" 종이인 단단한 시트 재료를 사용합니다. 이 과정에서 LOM 기계는 롤에서 엘리베이터 플랫폼으로 얇은 재료 시트를 자동으로 배치합니다.
융합 증착 모델링 (FDM)은 용융 압출 방식을 사용하여 열 플라스틱의 필라멘트를 특정 패턴으로 증착하는 기술입니다. 3DP와 마찬가지로 FDM에는 빌드 플랫폼 위에서 X 및 Y축을 따라 이동할 수 있는 프린트 헤드가 있습니다.
FDM(Fused Deposition Modeling)은 Stratasys, Inc.(미네소타주 미니애폴리스)의 RP(Commercial Rapid Prototyping) 시스템에서 사용하는 기술의 이름입니다. Stratasys 시스템은 주로 개념 설계 단계에서 사용할 제품 개발 용어를 대상으로 합니다. 시스템은 간단한 조작을 사용합니다. 불활성 물질과 연기가 없기 때문에 FDM 공정은 사무실 환경과 매우 잘 어울립니다.
이 범주에서는 세 가지 Rapid Prototyping 방법에 대해 설명합니다.
선택적 레이저 소결 DTM Corporation(텍사스 오스틴)의 (SLS) 시스템은 원하는 부품 모양으로 분말 재료를 결합하기 위해 레이저를 사용하여 부품을 레이어별로 구축합니다. 이 과정에서 열가소성 분말 층이 펼쳐집니다. 그런 다음 고출력 레이저 빔을 사용하여 모델에 필요한 부분을 녹이고 냉각합니다. 그런 다음 롤러가 다음 레이어를 펼치고 이 과정을 반복합니다.
중심이 없는 파우더는 돌출된 기능을 지원하는 기능을 합니다. 최근에는 세라믹 및 금속 부품을 생산하기 위해 공정이 확장되었습니다. 이 공정은 완전한 결합을 위해 용광로에서 소결되어야 합니다. 과정은 간단합니다. 재료의 범위가 넓습니다. 시각적 한계는 부품이 다공성이어서 특정 용도에만 유용하다는 것입니다.
이 과정에서 얇은 분말 층에 바인더를 선택적으로 적용하여 분말 입자가 서로 달라붙어 3차원 물체를 제작합니다. 각 층은 분말의 얇은 코팅을 생성한 다음 잉크젯과 같은 메커니즘으로 결합제를 적용하여 형성됩니다. 레이어가 순차적으로 형성되고 서로 접착하여 3차원 개체를 생성합니다.
원하지 않는 바인더 방울은 노즐에서 전기적으로 변경하여 분말에 도달하기 전에 걷어낸 다음 노즐 아래에 있는 전극에 전위를 적용하여 스트림에서 편향시킵니다. 모두 나중에 형성되면 결합되지 않은 분말을 제거하고 부품을 오븐에서 구워 경화 및 강화합니다.
이 공정은 세라믹, 금속, 금속-세라믹 복합재 및 폴리머를 포함한 다양한 재료의 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 한계는 부적절한 표면 마감과 다공성입니다.
이러한 기술의 강점은 적절한 속도로 우수한 야금학적 특성을 가진 완전히 조밀한 금속 부품을 제조하는 능력에 있습니다. 고출력 레이저는 증착 헤드를 통해 레이저 빔의 초점에 동축으로 공급된 금속 분말을 용융하는 데 사용됩니다. 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄 등과 같은 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 특히 티타늄과 같은 반응성 재료가 중요합니다.
대부분의 시스템은 분말 공급원료를 사용합니다. 제작된 물체는 그물 모양에 가깝지만 일반적으로 마무리 가공이 필요합니다. 그들은 좋은 입자 구조로 완전히 조밀하고 고유 재료와 유사하거나 더 나은 특성을 가지고 있습니다. 초기 응용 프로그램은 사출 성형 도구의 제조 및 수리와 항공우주 응용을 위한 대형 티타늄 및 기타 이국적인 금속 부품의 제조에 집중되어 있습니다.
신속한 프로토타이핑 시스템은 아직 광범위한 제품의 부품을 빠른 속도로 생산할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 점점 더 많은 응용 분야에서 적층 가공을 활용하고 있으며 이제는 RP 공정으로 직접 만든 부품을 통합하고 있습니다. 오늘날 이러한 요구 사항은 일반적으로 의료 또는 항공 우주와 같은 고부가가치 애플리케이션에 사용되는 복잡한 형상을 가진 소량 품목입니다.
재료와 기술이 향상되고 기능이 더 널리 이해됨에 따라 직접 제조는 Rapid Prototyping에서 빠르게 성장하는 영역이 되었습니다.
더 넓은 범위의 애플리케이션을 더 빨리 해결하기 위해 RP는 기존 제조 프로세스를 더 빠르고 저렴하며 더 좋게 만들기 위한 출발점으로 자주 사용됩니다. 이를 달성하기 위해 Rapid prototyping은 두 가지 방법으로 사용됩니다. 즉, RP 시스템에서 직접 금형을 제작하거나 RP에서 생성된 부품을 소위 간접 또는 2차 공정을 통해 금형을 제작하기 위한 패턴으로 사용할 수 있습니다.
Rapid prototyping은 새로운 제품을 매우 빠른 속도로 모델링하는 데 사용됩니다. Jacob은 Rapid Prototyping의 다음 애플리케이션을 확인했습니다.
청사진 및 CAD 모델에서 시각화 도구는 제품의 일부 기능을 올바르게 식별하는 데 약간의 어려움이 있습니다. 이는 특히 제품에 막힌 구멍, 복잡한 내부 통로 및 복합 곡선 표면 등이 포함된 경우에 해당됩니다. 신속한 프로토타이핑은 최종 제품의 프로토타입이 검사 및 적절한 의사 결정에 사용할 수 있으므로 모든 기능을 감지할 수 있습니다.
제조 엔지니어와 관리자는 완전한 기능을 갖춘 프로토타입에서 변형률, 작동 온도 피로 등과 같은 특성을 확인할 수 있습니다. 따라서 제품이 완전한 제조 주기로 가기 전에 검증될 수 있습니다.
프로토타입이 만들어지면 설계자는 프로토타입의 물리적 한계 내에서 테스트를 수행할 수 있습니다. 예를 들어 유체 동적 흐름 테스트는 경화된 포토폴리머 재료의 프로토타입에 대해 수행할 수 있습니다. 테스트 중에 문제가 감지되면 모델에서 형상을 수정할 수 있으며 새 RP를 빌드하고 동일한 테스트를 사용하여 수행할 수 있습니다.
디자인 최적화는 상황을 더욱 개선할 수 있습니다. RP 기술을 사용하면 문제 없이 설계를 변경할 수 있습니다. RP Iteration을 통해 만족스러운 디자인을 달성한 디자이너는 제품의 다양한 파라미터를 변경하여 디자인을 최적화하고 가장 좋은 것을 테스트할 수 있는 기회를 갖게 됩니다.
RP Technologies의 방법을 사용하여 최적화된 프로토타입을 개발한 후에는 기능 테스트 모델(FTM)을 제작하는 것이 중요합니다. 이 모델은 아직 제작되거나 테스트되지 않았기 때문에 기능 테스트 요구 사항을 통과할지 여부는 알 수 없습니다. RP는 FTM에서 기능 테스트를 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 테스트 결과가 만족스러우면 도구 사전 제작 활동이 시작됩니다.
Rapid prototyping – 정의, 기술, 기술 및 응용 프로그램을 포함한 전체 개요에 대한 이 기사가 마음에 드셨기를 바랍니다.
산업기술
래피드 프로토타이핑이란 무엇입니까? 신속한 프로토타이핑은 3D CAD(Computer-Aided Design)를 사용하여 물리적 부품, 모델 또는 어셈블리를 빠르게 제작하는 것입니다. 부품, 모델 또는 어셈블리의 생성은 일반적으로 3D 프린팅으로 더 잘 알려진 적층 제조를 사용하여 완료됩니다. Rapid prototyping은 제품을 빠르게 평가하는 데 사용할 수 있는 것을 만드는 프로세스입니다. 엔지니어링 내에서 프로토타입은 제품의 초기 버전입니다. 기업은 신속한 프로토타이핑을 통해 기술을 테스트하고 분석할 수 있습니다.
단조란 무엇입니까? 단조는 해머링, 프레싱 또는 롤링을 통해 금속을 성형하는 제조 공정입니다. 이러한 압축력은 망치나 다이로 전달됩니다. 단조는 종종 냉간, 온간 또는 열간 단조가 수행되는 온도에 따라 분류됩니다. 다양한 금속을 단조할 수 있습니다. 단조에 사용되는 대표적인 금속에는 탄소강, 합금강, 스테인리스강이 있습니다. 알루미늄, 황동 및 구리와 같은 매우 부드러운 금속도 단조할 수 있습니다. 단조 공정은 최소한의 낭비로 우수한 기계적 특성을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 기본 개념은 원래 금속이 원하는 기하학적 모