적층으로 제조된 격자 구조의 기계적 특성에 대해 배운 상위 3가지 사항

일리노이 대학교 어바나 샴페인(University of Illinois Urbana-Champaign)의 연구원 팀이 수행한 최근 연구에 따르면 적층 제조 부품의 성공 여부는 빌드의 성공 여부에 달려 있습니다.

최근의 발전으로 적층 제조(AM)는 빠른 생산 속도, 높은 공간 분해능 및 강력한 재료를 가능하게 했지만 아키텍처 격자 재료에 제공하는 설계 자유는 가장 매력적인 이점 중 하나로 볼 수 있습니다.

격자 구조의 기계적 특성을 이해하는 것은 AM의 잠재력을 여는 데 핵심적인 역할을 합니다. 연구에서 알 수 있듯이 3D 인쇄는 기계를 연결하고 "인쇄"를 누르는 것만큼 쉽지 않습니다. 격자 디자인과 적층 기술로 만든 부품은 기존 공정으로 만든 부품보다 우수하지는 않지만 때로는 우수하지만 이러한 부품의 확장성과 신뢰성을 보장하려면 적층 제조 엔지니어링과 전문 지식이 필요합니다.

최근 Fast Radius는 AM 격자 부품을 대규모로 반복적으로 만들 수 있는지 여부를 결정하기 위해 일리노이 대학과 협력했습니다. 격자 제조의 진정한 기능을 이해하기 위해 이 연구에서는 강도와 무결성을 테스트하기 위해 4가지 다른 격자 설계 유형과 3가지 다른 재료를 사용하여 50개 이상의 부품을 제조했습니다. Fast Radius는 이 연구를 지원하기 위해 제조 엔지니어링 전문 지식과 제조 능력을 제공했습니다. 이것은 적층 제조된 격자 구조를 테스트하고 검증한 지금까지 발표된 가장 큰 연구입니다.

전체 연구는 중요한 데이터와 통찰력으로 가득 차 있지만 엔지니어와 설계자가 주목해야 할 세 가지 주요 결과가 있습니다. 이러한 발견은 AM 부품의 정확도, 격자 속성의 기계적 거동 및 고장 분석의 필요성과 관련이 있습니다.

1) 생산 등급 적층 제조 장비에서 만들어진 격자 구조는 매우 정확합니다.

제조된 50개의 부품 각각에는 수백 개의 개별 기하학적 특징이 있었습니다. 팀은 정확성을 보장하기 위해 정교한 스캔 기술을 사용하여 해당 부품의 1,600개 이상의 특징을 측정했습니다.

결과: 이러한 인쇄된 부품을 측정한 결과 정확도가 산업 표준을 충족하는 것으로 나타났습니다. 이는 적층 제조 격자가 반복 가능하고 산업 등급 생산을 위해 확장할 수 있다는 아이디어를 강화합니다.

2) AM 부품의 기계적 특성이 예상대로 작동합니다.

격자를 사용하여 설계된 부품이 설계 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인하기 위해 부품의 강성 및 강도를 비롯한 기계적 특성을 테스트하고 측정했습니다.

결과: 일반적으로 테스트된 부품은 엔지니어링 이론 및 예측을 기반으로 예상한 방식으로 작동했습니다. 어떤 경우에는 특정 부품이 최대 7%까지 약해졌습니다. 인쇄된 부품의 이러한 고유한 특성을 이해함으로써 설계자는 부품 방향 및 지지와 같은 프로세스 변수를 고려하는 부품 형상을 조정할 수 있습니다.

3) 오류 분석은 AM 설계의 중요한 부분입니다.

특정 부품이 고장났을 때 팀은 부품이 고장난 방법과 이유를 분석할 수 있었습니다. 다양한 고장 메커니즘이 작용하는 것으로 확인되었으며 특정 고장은 형상, 방향 및 재료 속성에 따라 다릅니다.

결과: 격자 부분의 기계적 강도는 각 부분의 고유한 고장 메커니즘에 따라 다릅니다. 실패 메커니즘을 이해하면 엔지니어는 그에 따라 격자 설계를 선택할 수 있습니다.

격자 디자인의 강점을 이해하는 것은 적층 제조로 새로운 기회를 여는 첫 번째 단계입니다. 자체 프로젝트에 격자 디자인 구현을 시작하려면 '3D 인쇄 격자 이해:성능 및 디자인 고려 사항' 기사를 읽어보세요.

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