금속 3D 프린팅과 MIM(금속 사출 성형)을 사용해야 하는 경우

상업용 3D 프린팅의 붐은 프로세스에 대한 여러 가지 일반적인 오해를 불러일으켰습니다. 예를 들어, 많은 사람들은 적층 제조 공정에서 플라스틱만 사용할 수 있다고 믿습니다. 실제로 엔지니어는 금속을 사용하여 3D 인쇄 부품을 만들 수도 있습니다.

금속과 관련된 프로젝트의 경우 엔지니어는 금속 사출 성형(MIM)과 금속 3D 프린팅의 장단점을 숙지해야 합니다. 두 프로세스를 자세히 살펴보면 금속 3D 프린팅이 놀라운 범위의 이점을 제공한다는 것을 알 수 있습니다. 다음은 엔지니어를 위한 주요 차이점과 주요 고려 사항입니다.

금속 사출 성형(MIM)

금속 사출 성형(MIM)은 플라스틱 사출 성형과 분말 야금을 결합하며 공급원료 준비, 성형, 결합 제거 및 소결의 4단계가 필요합니다.

먼저 금속 미세 분말을 열가소성 물질 및 왁스 바인더와 결합한 다음 작은 펠렛으로 과립화합니다. 그런 다음 이 펠릿을 가열하여 금형 캐비티에 주입합니다. 성형 후 금속 분말에서 바인더가 제거되어 "갈색 부분"이 생성되어 소결 단계로 이동합니다. 퍼니스 사이클은 일반적으로 여러 단계를 포함합니다. 갈색 부분을 비교적 낮은 온도로 가열하여 남아 있는 바인더를 모두 태운 다음 금속의 녹는점에 가까운 온도에서 소결합니다. 금속 분말은 최종 제품을 생산하기 위해 조밀화됩니다.

응용 프로그램

엔지니어는 다른 프로세스로는 효율적으로 제조할 수 없는 특히 작거나 복잡한 부품을 생산해야 할 때 MIM을 사용합니다. MIM으로 부품을 만드는 데 하나의 몰드만 필요하기 때문에 이 프로세스도 매우 반복 가능하며 크기, 모양 및 강도가 균일한 부품을 생산합니다.

MIM 부품은 자동차에서 항공우주에 이르기까지 주요 상업 및 산업 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 일반적인 응용 분야에는 안경 부품의 경첩, 시계 케이스, 노트북 경첩 및 정밀 의료 기기가 있습니다.

혜택

MIM은 작고 복잡한 부품을 대량으로 생산하는 효율적인 방법입니다. 완성된 부품은 표면이 매끄럽고 크기에 비해 상대적으로 강하며 밀도가 95% 이상인 경우가 많습니다. MIM은 분말 형태로 분해될 수 있고 소결에 적합한 다양한 재료와 호환됩니다. 이들은 대부분 강철입니다.

제한 사항

불행히도 금속 사출 성형에는 주로 MIM 부품을 생산하는 데 필요한 금형으로 인해 많은 제한이 있습니다. MIM 몰드는 $50,000에서 $100,000 사이의 비용이 들 수 있으며, 이는 소량 생산 실행의 경우 엄청나게 비쌀 수 있습니다. 종종 MIM은 생산 수명 주기가 긴 연간 볼륨이 50,000개가 넘는 경우 재정적으로 합리적입니다.

또한 금속 사출 성형은 엔지니어에게 상당한 설계 과제를 안겨줍니다. 금형 설계는 쉽게 변경되지 않으며 모양과 관련하여 여전히 상당한 제한이 있습니다. 예를 들어, 부품은 캐비티 밖으로 배출되어야 하므로 큰 돌출부를 가질 수 없습니다. 벽 두께는 디바인딩으로 인한 또 다른 설계 문제를 제시합니다. 부품 벽이 너무 두꺼우면 중간에서 왁스를 추출하는 것이 불가능할 수 있습니다. 설계자와 프로젝트 관리자는 프로젝트에 금속 사출 성형을 사용하려는 경우 이러한 고려 사항을 염두에 두어야 합니다. 그렇지 않으면 나중에 제조 과정에서 값비싼 조정을 해야 할 수 있습니다.

금속 3D 프린팅

금속 3D 프린팅은 MIM을 포함한 다른 프로세스가 따라올 수 없는 많은 이점을 제공합니다. 금속 3D 프린팅의 한 종류는 금속 분말에서 부품을 생산하는 프린팅 공정인 DMLS라고도 하는 레이저-파우더 베드 퓨전(L-PBF)입니다.

이 과정에서 챔버는 산화를 최소화하기 위해 아르곤과 같은 불활성 가스로 준비됩니다. 금속 분말의 얇은 층을 빌드 플랫폼 상단에 뿌린 다음 레이저로 분말을 작은 부분으로 함께 녹입니다. 부품이 완전히 만들어질 때까지 프로세스가 반복됩니다. 부품이 냉각된 후 과도한 분말이 제거됩니다. 거기에서 부품의 응력이 완화되고 빌드 플레이트에서 분리된 다음 필요한 경우 열처리됩니다.

응용 프로그램

L-PBF 공정으로 만든 부품은 산업용 애플리케이션 및 고성능 최종 사용 엔지니어링 부품에 이상적입니다. 일반적인 사용 사례에는 제트 엔진, 터빈 블레이드, 의료 장비 및 발전기가 있습니다. 이 프로세스는 증가하는 금속 합금 목록과 금 및 백금과 같은 일부 귀금속과도 호환됩니다. 금속 바인더 분사 및 금속 압출과 같이 규제가 적고 중요한 성능 요구 사항이 있는 응용 분야에 더 적합한 다른 금속 3D 인쇄 프로세스도 있습니다.

혜택

엔지니어는 높은 강도와 ​​내구성, 내화학성 및 고유한 설계 기능에 대한 액세스가 필요한 특수 부품을 생성해야 할 때 금속 3D 프린팅을 사용합니다. 금속 사출 성형과 달리 금속 3D 프린팅은 엔지니어에게 많은 설계 자유를 제공합니다. Metal 3D 프린팅은 금형을 사용하지 않으므로 엔지니어는 특정 모양 제한에 얽매이지 않으며 부품의 설계를 변경하는 것은 컴퓨터에서 설계를 업데이트하는 것만큼 간단합니다. 디자인을 더 복잡하게 만드는 것은 추가 생산 비용에 기여하지 않습니다.

제한 사항

즉, 금속 3D 프린팅에는 고유한 문제가 있습니다. 엄격한 제조 조건과 필요한 공정 제어로 인해 빌드 크기가 제한됩니다. 또한 산업 등급 기계의 금속 3D 프린팅 시작 비용은 재료 비용을 고려하기 전에 수백만으로 치솟을 수 있습니다. 그러나 높은 가격표는 타의 추종을 불허하는 설계 유연성과 뛰어난 기계적 강도를 원하는 엔지니어에게 가치 있는 투자가 될 수 있습니다.

금속 3D 프린팅 시작하기

금속 사출 성형은 크기에 비해 놀라울 정도로 강한 작고 복잡한 부품을 만드는 데 적합합니다. 그러나 금속 3D 프린팅은 많은 주요 영역에서 이 프로세스를 능가합니다. 금속 3D 프린팅은 더 많은 디자인 다양성을 제공하며 이 프로세스로 만든 부품은 고강도, 내구성 및 내화학성을 위해 최적화될 수 있습니다.

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