CNC 가공 부품 경량화의 비밀과 복합 재료

경량화는 환경 및/또는 경제적인 이유로 부품의 무게를 줄이는 과정입니다. 엔지니어는 부품을 코어링하거나 설계에 격자를 사용하거나 토폴로지 최적화를 활용하여 불필요한 재료를 제거하여 설계 수준에서 경량 부품을 달성합니다. 경량화의 또 다른 효과적인 방법은 중요한 기계적 요구 사항을 충족하는 더 가벼운 재료로 무거운 재료를 교체하는 것입니다. 더 가벼운 부품은 환경에 더 쉽고 비용 효율적이며 연료 효율성이 높으며 제품 팀에 더 많은 재료 옵션을 제공하는 경우가 많습니다.

경량화는 자동차, 항공 우주 및 건설 산업에서 매우 인기 있는 기술입니다. 가장 눈에 띄는 사용 사례 중 하나인 자동차 산업에서 경량화를 위한 일반적인 애플리케이션에는 엔진 블록, 섀시 및 기타 다양한 부품이 포함됩니다. 제품 팀이 격자와 같은 디자인 요소를 통해 경량화를 추구하지 않고 더 가벼운 재료를 통합하는 경우 강도나 내구성을 희생하지 않는 재료를 사용하는 것이 중요합니다. 복합 재료는 종종 청구서에 적합합니다.

복합 재료란 무엇입니까?

복합 재료는 특정 특성을 달성하도록 설계된 둘 이상의 재료의 이종 혼합물입니다. 복합 재료의 최종 특성은 궁극적으로 구성에 따라 달라지지만 일반적으로 복합 재료는 기본 재료 자체보다 강합니다.

복합 재료는 무게 측면에서 시중에 나와 있는 대부분의 고성능 균질 재료보다 강하기 때문에 경량화에 이상적입니다. 복합 재료의 가장 일반적인 구조는 결합 매트릭스에 의해 함께 고정된 섬유로 구성됩니다. 이러한 구성 요소는 함께 작동하여 각 구성 요소의 가장 강력한 측면을 결합합니다. 복합 재료의 강화 섬유는 하중을 전달하는 반면, 종종 폴리머로 구성된 주변 매트릭스는 섬유가 상대적 위치를 유지하도록 합니다. 결과적으로 어떤 경우에는 복합 재료가 강철보다 최대 10배, 알루미늄보다 최대 8배 더 강할 수 있지만 여전히 놀랍도록 가벼울 수 있습니다. 경량 복합 재료로 제작된 CNC 가공 부품은 연료 효율이 더 높고 운송 또는 설치가 더 쉽습니다.

고강도, 내구성 및 가벼운 무게 외에도 복합 재료는 설계 유연성을 높이는 경향이 있습니다. 복잡한 형상에 맞게 쉽게 성형할 수 있으므로 CNC 가공에 사용하기에 이상적입니다. 그리고 복합 재료에 사용할 수 있는 재료 조합이 너무 많기 때문에 설계자는 고유한 요구 사항에 맞는 맞춤형 CNC 복합 재료를 찾을 수 있습니다.

일반 합성 건축 자재

경량화에 가장 적합한 복합 재료의 두 가지 분류는 PMC(Polymer Matrix Composite)와 MMC(Metal Matrix Composite)입니다. 섬유 강화 폴리머라고도 하는 PMC가 가장 일반적이며 매트릭스에 폴리머 기반 수지를 사용하고 강화에 탄소 또는 유리 섬유를 사용합니다. MMC는 자동차 산업에서 경량화에 널리 사용되며 매트릭스에 알루미늄과 같은 금속을 사용하고 섬유 강화에 탄화규소를 사용합니다.

경량 복합 재료는 다양한 재료 조합으로 만들 수 있으므로 엔지니어는 재료 선택과 관련하여 다루어야 할 근거가 많습니다. 다음은 CNC 가공 부품의 경량화에 사용되는 세 가지 일반적인 복합 건축 자재입니다.

1. 탄소

탄소 섬유는 폴리아크릴로니트릴 기반(PAN) 탄소와 피치 파생 탄소의 두 가지 주요 품종으로 나뉩니다. 오늘날 시장에 나와 있는 탄소 섬유의 90%는 폴리아크릴로니트릴 기반이며, 이 섬유는 높은 강성과 모듈러스 값은 물론 인상적인 중량 대비 강도 값을 제공합니다. 탄소는 무게 감소 가능성이 높은 저밀도 복합 재료이기 때문에 경량화에 매우 적합합니다. 실제로 강철보다 50% 가볍습니다.

CNC 가공 탄소 섬유 복합 재료의 일반적인 응용 프로그램에는 항공 우주 및 자동차 산업의 프레임, 섀시 및 기타 구성 요소가 포함됩니다. 불행히도 비용은 탄소의 가장 중요한 한계입니다. 국제 엔지니어링 및 기술 연구 저널(International Research Journal of Engineering and Technology)에 따르면 강철보다 570% 더 비싸며, 이는 많은 제품 팀에서 엄청나게 비쌉니다. 또한 탄소 섬유는 내충격성이 낮아 엔지니어가 자동차 산업의 경량화를 위해 염두에 두어야 할 사항입니다.

2. 유리

유리 복합 충전재는 E-유리, C-유리, S-유리, R-유리 및 T-유리의 5가지 상업용 구성으로 제공됩니다. E-유리는 경량화를 위해 폴리머 매트릭스에 사용되는 가장 일반적인 유리 섬유이며 우수한 기계적 특성, 높은 전기 절연성 및 낮은 습기 민감성을 제공합니다. C-유리 섬유는 내화학성이 요구되는 부품에 가장 적합하지만 S-유리는 강도, 내열성 및 모듈러스가 더 높습니다.

유리 충전재는 여전히 경량화를 위한 복합 재료로 사용할 수 있지만 엔지니어는 유리 섬유 강화 부품이 탄소 섬유 강화 부품보다 무겁고 높은 강성이 요구되는 응용 분야에서 특별한 설계 조정이 필요하다는 것을 알아야 합니다. 제품 팀과 디자이너는 디자인 단계에서 이러한 요소를 염두에 두어야 합니다. 이러한 한계에도 불구하고 많은 제품이 탄소 섬유보다 훨씬 비용 효율적이기 때문에 유리 섬유를 사용합니다.

3. 알루미늄

알루미늄 기반 금속 매트릭스 복합재는 자동차 산업에서 경량화에 매우 인기가 있습니다. 일반적으로 알루미늄 합금은 일반적으로 사용되는 금속 중 가장 높은 강도 대 중량 비율을 가지며 우수한 전기 전도성을 제공하며 내식성이 높습니다. 게다가 알루미늄 합성물의 무게는 강철의 약 3분의 1입니다.

알루미늄이 MMC에 포함될 때 복합 재료는 강화되지 않은 알루미늄보다 높은 모듈러스, 낮은 열팽창 계수 및 높은 경도를 가질 수 있습니다. 자동차 산업의 일반적인 응용 분야에는 차량 프레임, 전기 배선, 바퀴, 엔진 부품 등이 있습니다. 불행히도 알루미늄으로 작업하면 제조 비용이 증가할 수 있습니다.

CNC 복합 재료 시작하기

추가 부피를 추가하지 않고 강력하고 유연하며 손상 방지 부품을 가공하려는 엔지니어에게 복합 재료는 경량화를 위한 완벽한 선택입니다. 폴리머 매트릭스 및 금속 매트릭스 복합 재료는 복합 재료의 두 가지 광범위한 범주를 나타내며 이러한 범주 중 하나에 속하는 복합 재료는 다양한 재료 조합으로 구성될 수 있습니다. 따라서 제품 팀이 프로젝트에 적합한 복합 재료를 선택하는지 확인하는 것이 어려울 수 있습니다.

Fast Radius와 같은 경험이 풍부한 제조 파트너는 제품 팀이 재료 선택 프로세스를 마스터하도록 도울 수 있습니다. 전문 디자이너, 엔지니어, 기계공 및 기술자로 구성된 당사 팀은 전체 제품 개발 프로세스를 통해 팀을 안내하는 데 수십 년의 경험을 가지고 있으므로 탁월한 부품이 올바른 재료에서 시작된다는 것을 알고 있습니다. 지금 문의하세요. 도와드리겠습니다.

CNC 가공을 최대한 활용하는 방법에 대한 자세한 정보는 Fast Radius 리소스 센터에서 관련 블로그 기사를 확인하십시오.

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