적층 제조(AM) 공정은 엔지니어가 격자 구조의 기능을 활용해 제품 성능을 향상시킬 수 있게 해줍니다. 격자 구조는 노드와 빔(스트럿)의 네트워크로 구성된 2차원 또는 3차원 미세 구조로, 무게를 획기적으로 줄이면서 구조적 무결성을 유지합니다.
고유한 특성(변형 모드, 소재 효율성 등)과 미학을 가진 수많은 격자 유형이 존재합니다. 이러한 격자 구조 중 다수는 자연적으로 발생하는 결정 구조에서 영감을 받았습니다. 그리고 본질적으로 작은 피처를 가지기 때문에 격자 구조는 기존 제조 방식으로는 만들기 어렵거나 거의 불가능합니다.
격자 구조의 도입은 엔지니어가 부품의 원하는 성능을 재고함으로써 설계 공간을 더 넓게 탐색할 수 있게 해줍니다.
격자 기술을 통해 전체 부품 질량을 90% 이상 줄일 수 있으며, 격자 파라미터를 부품의 물리적 하중에 정밀하게 조정함으로써 이를 달성합니다.
격자 구조의 이점은 예로부터 잘 알려져 왔습니다. 자세히 들여다보면 자연(뼈, 금속 결정학 등)과 현대 건축에서 격자 구조를 볼 수 있습니다. 에펠탑을 예로 들어보겠습니다. 탑의 금속 구조는 하늘로 솟아오르면서 자신의 무게를 효율적으로 지탱합니다. 단순한 격자와 유사하게, 이 자립 구조는 부피 기준으로 대부분이 공기입니다. 격자 구조로 가능한 높은 강도-중량 비율은 이 엄청난 건축적 성취를 가능하게 했습니다.
마찬가지로 제품 설계에서 격자 구조의 기계적 이점(높은 표면적, 우수한 충격 흡수, 충격 보호)은 제품 디자이너가 전통적 제조의 제약을 넘어 새롭고 종종 더 높은 성능의 제품을 만들 수 있게 합니다.
주어진 부품의 강도-중량 비율을 개선하는 데는 일반적으로 두 가지 경로가 있습니다. 기존 제조에서는 비핵심 영역의 소재를 줄여 소재 사용을 최적화함으로써 달성합니다. 격자 구조를 통해서는 부품의 핵심 영역에서 소재를 제거할 수 있습니다. 격자 구조는 부품의 전체 강도를 낮추지만, 중량 절감으로 강도-중량 비율을 개선할 수 있습니다.
격자 구조는 가볍기만 한 것이 아니라 많은 양의 표면적을 제공합니다. 이는 열교환과 화학 반응을 촉진하는 제품에 핵심적인 이점입니다.
서버와 데이터 센터의 컴퓨터에 사용되는 열교환기를 생각해 보세요. 일반적으로 프로세서 성능은 발생하는 열량에 의해 제한됩니다. 목표는 칩에서 열을 빼내 대기로 방출하는 것이며, 보통 팬의 도움을 받습니다. 이 시스템의 전체 효율성은 방열판(칩에서 열을 끌어당기는 금속 조각)의 표면적과 연관됩니다. 격자 구조는 사용 가능한 표면적을 획기적으로 늘리거나, 복잡한 툴링 공정을 피함으로써 그만한 표면적을 더 저렴하게 생산할 수 있게 합니다. 사실 이 효율성 향상은 작은 피처와 큰 표면적이 적층 제조 없이는 만들기 어렵거나 거의 불가능한 많은 유형의 열교환기 응용 분야에서 실현될 수 있습니다.
격자 구조는 충격 에너지를 더 잘 흡수함으로써 낙하나 충돌로부터 제품을 보호하는 데에도 도움을 줍니다. 격자 구조는 제품(예: 풋볼 헬멧)에 통합되어 충격 응력을 줄이거나, 제품의 핵심 구성요소를 보호하는 희생적 특징으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 격자 구조를 전자 부품 안팎에 사용하여 흔한 우발적 낙하 같은 동적 이벤트로부터 보호할 수 있습니다.
적층 제조된 격자 구조는 기계적 소음(진동 등)을 제거하는 새로운 방법을 엔지니어에게 제공합니다. 이는 사용자에게 불편을 주고 기계 성능을 저하시킬 수 있습니다.
격자 구조는 낮은 강성과 큰 변형을 견디고 회복하는 능력 덕분에 진동 감쇠에 효과적입니다. 예를 들어 격자 구조를 중장비의 격리 패드에 통합하여 제조 시스템으로 들어가는 에너지 양을 줄일 수 있습니다. 격자 구조의 조정 가능한 특성 덕분에 엔지니어는 설계를 다듬어 특정 응용 분야에 맞출 수 있습니다.
적층 제조가 많은 새로운 제품 기회를 열 수 있다는 것은 사실이지만, 기능적 격자를 프린팅하기 전에 인지해야 할 설계 요소가 있습니다. 이것이 적층 제조를 위한 설계(DFAM)가 개입하는 지점입니다. DFAM은 설계 엔지니어가 프린팅된 부품이 설계 의도와 일치하도록 돕습니다.
중요한 DFAM 고려사항에는 격자 셀 구조, 셀 크기 및 밀도, 소재 선택, 셀 방향이 포함됩니다.
격자 구조의 반복되는 단위 셀은 수많은 크기, 형태, 성능 속성을 위한 문을 엽니다. 격자 구조의 본질적인 복잡성은 적층 제조 외에는 다른 방식으로 만들기 거의 불가능하게 만듭니다.
격자 구조로 설계를 해본 적이 없다면, 시작을 돕는 전문가의 도움을 받는 것이 좋습니다. 패스트 레디우스에서는 격자 구조를 활용한 더 나은 성능의 제품 개발부터 온디맨드 생산과 가상 창고를 통한 공급망 효율화까지 적층 제조의 총가치를 극대화하는 데 특화되어 있습니다. 적층 제조의 잠재적 가치에 대해 더 알고 싶거나 AM 공정을 위한 제품 설계를 시작하고 싶다면 오늘 연락하세요.
산업기술
격자 구조는 연결되었을 때 3차원 형태를 형성하는 반복 패턴입니다. 적층 제조 맥락에서 순응성(compliant) 격자 구조는 설계자들이 3D 프린팅 기술을 활용해 이전에 제작 불가능한 형태와 부품을 만들 수 있게 함으로써 흥미로운 제품 설계 가능성을 열어줍니다. 엘라스토머로 제작될 때 3D 프린팅 격자 구조는 높은 변형성을 가지며, 그 기계적 특성 덕분에 넓은 범위의 반응으로 조정 가능하고 다양한 산업에서 사용될 수 있습니다. 그러나 순응성 3D 격자 구조를 설계하려면 제조 전문성은 물론 적절한 소프트웨어 도구가 필요합니다. F
티타늄과 그 합금은 고강도, 경량, 우수한 내식성, 고저온에서 일반적으로 안정한 특성 덕분에 항공우주, 자동차, 방산, 스포츠 용품, 의료 분야 구조 용도에 널리 쓰입니다. 하지만 티타늄의 독특한 열적 특성 탓에 특정 용도엔 부적합하면서 다른 용도에선 탁월합니다. 티타늄은 극한 온도에서 여타 금속과 다르게 거동하므로, 그런 환경에 쓰기 전 티타늄의 열적 특성을 이해하는 게 중요합니다. 예: 티타늄은 고온에서 강도를 유지하지만 열을 쉽게 발산하지 않아 금속 내 열 축적을 유발할 수 있습니다. 하지만 일부 티타늄 합금은 극저온에서도 비
