적층 제조와 전통적 제조가 어떻게 상호 보완적인 프로세스인지

3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조는 3D 개체 스캐너 또는 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 제품을 만드는 프로세스로, 디자인을 만들기 위해 재료 블록에서 레이어를 제거합니다. 예를 들어, 금속 막대를 조각으로 자르는 것은 전통적인 제조 공정의 매우 간단한 예입니다. 그러나 3D 프린팅의 광범위한 인기와 더 적합한 금속의 가용성으로 인해 제조업체는 생산 라인에 두 프로세스를 모두 적용하기를 기대하고 있습니다. 목표는 완벽한 제품 마감을 제공하기 위해 보완 공정으로 적층 제조와 전통적인 제조를 결합하는 것입니다.

아래에서는 적층 제조의 이점과 적층 제조와 기존 제조를 함께 사용하여 고품질 제품을 만드는 방법에 대해 설명합니다.

적층 가공의 인기 증가

많은 기계공, 제작자 및 제조업체는 재료 낭비 감소와 같은 많은 이점을 제공하기 때문에 최근 몇 년 동안 적층 제조를 점점 더 많이 활용하고 있습니다. 여기에서는 이러한 장점 중 일부를 더 자세히 설명합니다.

빠른 프로토타입 및 예비 부품 설계에 가장 적합

3D 프린팅의 점진적인 발전으로 Boeing, GE, Siemens와 같은 대형 제조업체는 복잡한 프로토타입 디자인을 쉽게 만들 수 있습니다. Siemens는 적층 제조 기술을 사용하여 다양한 제품을 위한 예비 부품을 만들고 경우에 따라 수리 시간을 90%로 단축합니다. 또한 Siemens는 필요한 만큼만 인쇄하므로 과잉 생산 및 기타 물류와 관련된 비용이 절감됩니다.

재료 낭비 감소

우주 항공 부품을 생산하기 위해 큰 티타늄 블록으로 작업하면 최대 90%의 폐기물이 발생합니다. 제조업체가 잔여물 재활용을 고려하지 않는 한 단순히 폐기물 관리 측면에서 운영 비용이 더 많이 추가될 뿐입니다. 필요한 정확한 모양으로 재료를 레이어별로 추가하는 3D 프린팅의 고유한 기능은 디자인을 만들기 위해 과도한 재료를 제거해야 하는 빼기 제조 방법에서 종종 발생하는 재료 낭비를 줄입니다.

제작 시간 단축

적층 제조 공정으로 만들어진 다양한 금속 부품은 제작에 소요되는 시간이 획기적으로 단축되기 때문에 비용이 저렴합니다. 도구, 금형 또는 금형을 사용하지 않고도 복잡한 형상을 쉽게 생산할 수 있습니다. 부품이 기계 외부에서 인쇄되기 때문에 격자나 벌집과 같은 복잡한 구조를 설계하는 데 시간이 덜 걸립니다.

많은 기술적 이점이 있음에도 불구하고 적층 제조는 기존 제조 기술을 완전히 대체할 수 없습니다. 적층 제조로 생산된 부품은 원하는 표면 조도를 얻기 위해 여전히 기계가공이 필요할 수 있습니다. 따라서 많은 제조업체에서 두 프로세스를 모두 활용하는 하이브리드 모델을 고려하고 있습니다.

하이브리드 모델:적층 제조 및 기존 제조를 보완 공정으로 활용

하이브리드 제조는 CNC 머시닝과 적층 제조를 결합한 프로세스로, 제조업체는 3D 프린팅 기술을 도구로 사용하여 설계 범위를 확장하는 동시에 원하는 제품을 테이블에 제공하기 위해 기존 CNC 프로세스에 기대고 있습니다.

그렇다면 때때로 보완 공정으로 적층 가공과 전통적인 제조를 결합해야 하는 이유는 무엇입니까? 적층 제조는 복잡한 기하학적 모양을 빠르고 쉽게 생성할 수 있지만 3D 프린터로 생산되는 부품은 종종 그물 모양에 가깝기 때문에 CNC 가공보다 정밀도가 떨어집니다. 반면에 전통적인 제조 방법으로는 복잡한 모양을 만드는 것이 훨씬 더 어렵지만 이러한 방법을 사용하면 더 엄격한 공차를 유지할 수 있고 원하는 제품 표면 마감을 보다 쉽게 ​​만들 수 있습니다.

아래 표는 두 방법의 장단점을 요약한 것입니다.

하이브리드 제조는 두 제조 공정의 장점을 모두 활용하며 적층 및 감산 공정을 순서대로 적용하는 것을 포함합니다. 예를 들어, 레이저 또는 전자 빔을 사용하여 재료가 노즐을 통해 빌드 플랫폼에 증착될 때 재료를 녹이는 DED(Directed Energy Deposition)와 같은 적층 제조 방법을 초기에 수행하여 부품을 생성할 수 있습니다. 그런 다음 부품을 CNC 가공하여 원하는 표면 조도와 공차를 얻을 수 있습니다.

기존 제조 공정과 결합할 수 있는 다른 인기 있는 적층 제조 방법은 다음과 같습니다.

• 파우더 베드 퓨전: 레이저 또는 전자빔을 사용하여 재료 분말을 녹이고 융합하여 3D 부품을 형성합니다. 이 프로세스는 DED와 유사하지만 재료를 증착하는 방식이 다릅니다.
• 금속 바인더 분사: 특히 대용량 응용 분야에서 흔히 볼 수 있는 액체 결합제는 얇은 분말 층에 도포되어 본질적으로 함께 접착되어 한 층씩 물체를 만듭니다.

이 모든 프로세스는 안전한 거리에서 제한된 수의 사람들에 의해 프로그래밍되고 작동되는 단일 하이브리드 기계를 사용하여 수행할 수 있습니다. 단일 기계를 사용하여 하이브리드 제조를 구현함으로써 단일 설정에서 제품 또는 부품을 인쇄하고 가공할 수 있으므로 오류 가능성이 줄어듭니다.

하이브리드 머신 사용의 다른 이점은 다음과 같습니다.

• 장비에 대한 자본 지출 감소
• 더 빠른 리드 타임
• 필요한 인벤토리 저장 공간 감소, 바닥 공간 절약
• 생산되는 부품 내부를 기계로 가공하여 우수한 품질 관리를 가능하게 하는 기능

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