래피드 프로토타이핑 및 파운드리

3D 프린팅이 모래 및 매몰 주조에 미치는 영향

3D 프린팅은 더 빠른 프로토타이핑을 가능하게 하는 많은 발전 중 하나입니다.

디자이너, 기업가 또는 발명가는 아이디어를 얻고 그것을 실현하는 프로세스를 시작합니다. 처음에 아이디어는 스케치와 계획, 연구 및 디자인으로 이루어 지지만 디자이너의 초점은 물리적 개체를 만드는 것입니다. 목업이나 프로토타입을 들고 비전이 실현되는 것을 보는 것 외에는 대안이 없습니다. 프로토타이핑을 통해 디자이너는 자신의 아이디어에 자신감을 갖고, 생산 결함을 해결하고, 투자자나 고객의 마음을 사로잡을 수 있습니다.

물건을 세상에 처음 출시하는 동안 창작자는 지적 재산권 문제, 최종 비용 분석, 기계적 및 미적 문제, 투자자, 고객 또는 시장 기대치를 통해 신제품을 관리해야 합니다. 좋은 프로토타이핑을 실행하면 이러한 모든 문제를 탐색할 여지가 생깁니다.

다행스럽게도 컴퓨터 리드 프로토타이핑이 빠르게 증가하면서 이 프로세스의 기술적 세부 사항이 단순화되어 제작자가 가능한 최고의 제품을 생산할 수 있게 되었습니다.

시제품 제작의 역사

컴퓨터 지원 기술이 등장하기 전에는 모든 금속 주조 프로토타입이 손으로 디자인한 패턴으로 제작되었습니다. 초기 디자인 단계 후에 장인 패턴 제작자는 그림을 3차원 조각으로 렌더링합니다. 모래 주조의 경우 이러한 패턴은 일반적으로 나무로 만들어졌지만 때로는 금속이나 세라믹으로 만들어졌습니다. 일부 패턴은 인베스트먼트 주조 공정을 위해 왁스로 렌더링되었습니다. 이러한 느슨한 패턴은 최종 개체의 첫 번째 일반 렌더링이었습니다.

이러한 패턴은 최종 제품과 유사해 보일지라도 프로토타입과 동일하지 않습니다. 패턴은 종종 금속 주조 공정 중 수축을 보상하기 위해 최종 모델보다 약간 더 큽니다. 그것들은 또한 단면으로 분리되어 스윕 주형을 위한 단순한 기하학적 윤곽으로 생성되거나 수축하는 금속의 변형을 보상하거나 모래 주형에서 제거할 패턴에 대한 드래프트를 제공하도록 설계된 이상한 각도를 가질 수 있습니다.

일반적으로 프로토타입 주조에 필요한 모래 주형을 만들기 위해 주조 공장의 전문 성형가에게 패턴이 제공됩니다. 성형 단계는 패턴을 모래에 누르는 것만큼 간단하지 않은 도전적인 단계였습니다. 주형자는 주물의 구분선을 새기고 용융 금속이 주형을 균일하고 완전하게 채우고 결함 없이 냉각될 수 있도록 필요한 채널과 구멍을 배치해야 했습니다. 이러한 채널에는 스프루 또는 액체 금속이 부어지는 입구가 포함됩니다. 용융 물질의 흐름 속도를 제어하는 ​​다양한 크기의 채널인 게이트; 액체 금속이 금형의 한 영역에서 다른 영역으로 흐르도록 하는 러너; 및 라이저, 주조물보다 더 오래 뜨거운 상태를 유지하는 대용량 풀이므로 냉각 및 수축 시 주조물에 액체 금속을 공급하여 구멍 형성을 방지할 수 있습니다.

이 패턴메이커와 몰더 모두의 고된 작업으로 금속 프로토타입이 주조됩니다.

주조 공장 작업자가 깨끗한 금속 주물을 풀고 나면 원래 설계자가 이를 평가할 수 있습니다. 미학, 무게, 마감, 핏이 명확해집니다. 그것이 단지 장식적인 물체가 아니라 기계적 응력을 처리하도록 설계된 것이라면 설계자는 명시된 허용오차까지 물체를 로드하여 엔지니어링을 확인하고 그 이상으로 물체를 테스트할 것입니다. 주조 공장에서는 프로토타입을 파괴하여 테스트할 수도 있습니다. 주조물은 조각으로 절단되어 내부의 변형이 있는지 확인합니다.

디자인을 제조에 도입하면 투자와 수익도 더 명확해집니다. 디자이너나 발명가는 프로토타입 단계를 사용하여 전체 생산 실행을 위한 예산을 책정하고 효율성을 찾을 수 있습니다.

이런 식으로 프로토타입에 대해 생각한 후 디자인의 변경이 필요할 수 있습니다. 수정이 크든 작든, 일반적으로 장인 패턴 제작자와 나중에 금형 제작자를 위해 다시 몇 시간의 작업을 수행해야 했습니다.

프로토타이핑은 길고 비용이 많이 드는 과정이었습니다.

디지털화 및 컴퓨터 지원 설계

래피드 프로토타이핑의 등장으로 작업 모델을 훨씬 쉽게 만들 수 있습니다. 또한 물리적 개체가 처음 필요할 때를 지연시킵니다.

청사진과 기술 스케치는 모두 수작업으로 이루어졌습니다. 이제는 CAD 프로그램(Computer Assisted Design)을 통해 디지털화됩니다. 프로토타이핑 프로세스를 통해 디지털 CAD 파일을 여러 번 변경하는 것은 매우 간단하지만 과거 청사진은 다시 그리는 데 노동 집약적이었습니다.

CAD 도면은 제조 실행 및 최종 제품의 복잡하고 잘 상상된 시뮬레이션으로 변환될 수 있습니다. 이는 디지털 프로토타이핑 단계로, 펜과 종이로 가능했던 것보다 초기 프로토타입처럼 작동하는 완전한 컴퓨터 모델을 생성합니다. CAD 파일은 제조 및 생산 정보가 있는 컴퓨터 프로그램에서도 사용할 수 있습니다. 설계자가 객체와 함께 CAD 파일을 주조 공장으로 보내면 야금학자는 금속 특성 및 성형 공정에 대한 방대한 데이터베이스가 있는 프로그램을 사용하여 스케치를 평가하고 가능한 문제를 예측할 수 있습니다. 한 번 프로토타이핑을 통해 발견했을 수 있는 문제는 첫 번째 금속이 부어지기 전에 발견할 수 있습니다.

이러한 프로그램은 주조 공장에 도움이 되며 패턴이 주조 공장에 도착하기 전에 가장 견고한 주조를 생성할 장소에 스프루, 게이트, 러너 및 라이저를 배치하는 데 도움이 됩니다.

그러나 아무리 복잡하거나 잘 상상하더라도 여전히 추상화입니다. 사람들은 종종 디자인을 제대로 이해하기 위해 실제 프로토타입이 필요합니다.

목업 및 사전 제작 프로토타입

3D 인쇄의 등장으로 제조업체에 연락하기 훨씬 전에 어떤 규모로든 모형을 신속하게 만들 수 있습니다. 이제 디자이너가 자체적으로 첫 번째 프로토타입을 사내에서 제작하는 것이 일반적입니다. 미니어처든 스케일링이든 디자이너는 프로젝트의 모형을 들고 어떻게 모든 것이 합쳐지는지 확인할 수 있습니다.

3D 프린팅은 빠르게 변화하는 "반복적 디자인"의 새로운 스타일의 일부입니다. 3D 모델은 하루 안에 인쇄, 비평, 변경 및 재인쇄할 수 있습니다. 복잡한 패턴 제작 및 금속 주조 공정에 비해 빠르고 저렴합니다.

주조 공장에서 신속한 프로토타이핑은 새롭고 참신한 방식으로 금형에 압착할 패턴을 만드는 데도 도움이 됩니다. 레이저 유도 가공은 금속으로 패턴을 제작할 수 있습니다. 3D 프린팅은 매몰 주조를 위한 패턴을 직접 생성할 수 있으며, 이는 짧거나 복잡한 실행에 효율적일 수 있습니다.

프로덕션 프로토타입

결국, 프로토타입은 적절한 크기와 적절한 재료로 만들어져야 하고 제조업체에서 짧은 생산 실행을 주문해야 합니다. 디지털 기술의 도래는 이제 패턴 제작자와 성형가가 각각 컴퓨터 프로그램의 안내를 받아 프로토타이핑 단계를 가속화한다는 것을 의미합니다. 그러나 모든 것이 변경된 것은 아닙니다. 느슨한 나무 패턴은 일반적으로 모래 주조 생산 실행의 첫 번째 프로토타입(또는 매몰 주조의 경우 왁스 패턴)에 대해 여전히 생성됩니다. 이러한 작업 모델은 항상 그래왔듯이 만들어지고 테스트될 것입니다.

주조 공장은 여전히 ​​파괴적인 테스트를 수행합니다. 금속 세공인은 결함이 없는지 또는 결함이 합의된 허용 오차 내에 있는지 확인하기 위해 일부 주물을 절단하거나 코어로 가공합니다. 주조 공장이 확신을 갖게 되면 샘플을 고객에게 보낼 것입니다. 그런 다음 고객은 의도한 대로 캐스팅을 완료하고 작동시킵니다. 작동 중인 프로토타입이 의도한 대로 보이고 작동합니까? 예상 부하를 처리할 수 있습니까?

새로운 발명에서 혁신가는 디자인이나 재료를 수정하기 위해 여러 차례의 작업 프로토타입이 필요할 수 있습니다. 더 많은 표준 부품의 경우 작업 프로토타입이 전체 생산 실행 비용을 지불할 고객이나 투자자를 찾는 개념 증명이 될 수 있습니다.

이러한 프로토타이핑 실행의 속도는 초음파 및 x-레이와 같은 기술의 도착으로 향상되었습니다. 주조소는 이제 비파괴적인 방법과 파괴적인 방법으로 테스트할 수 있습니다. 기술자는 주물을 절단하지 않고 금속의 건전성을 확인할 수 있습니다. 이것은 더 적은 수의 프로토타입을 만들 수 있고 여전히 생산 라인에서 완전한 교정을 제공할 수 있음을 의미합니다. 주조소에서 비파괴 방식으로 검사한 항목은 검사, 마무리 및 부하 테스트를 위해 주조소에서 고객에게 보낼 수 있습니다. 따라서 신속한 프로토타이핑은 새로운 비파괴 테스트 옵션을 통해 제공되므로 프로덕션 프로토타이핑 실행에 대한 투자를 줄일 수 있습니다.

비공개 계약 및 특허

래피드 프로토타이핑의 영향을 받는 것은 기술적인 문제뿐만 아니라 지적 재산권의 문제이기도 합니다. 디자인이 디자이너의 작업장을 떠나 제조의 세계로 이동하자마자 IP가 관심사가 됩니다.

제품이 최초의 제품이라면 발명가는 일반적으로 특허를 제출할 계획입니다. 많은 상황에서 생산 프로토타입이 테스트되기 전에 특허를 제출하는 것은 현명하지 않습니다. 프로토타이핑에 들어가는 작업과 이후의 디자인 테스트 모두 특허 출원을 변경할 수 있는 결함을 포착할 수 있습니다.

특허는 출원 시 공개됩니다. 신속한 프로토타이핑은 모든 사람의 생산 주기를 가열합니다. 결함이 있는 특허는 특허를 기준으로 사용하여 자체 연구 및 개발에 빠르게 착수할 수 있는 경쟁자에게 창의적인 사료가 될 수 있습니다. 따라서 특허에 대한 프로토타입 제작이 끝날 때까지 기다리는 것은 비용과 지적 재산권을 동시에 보호하는 경우가 많습니다. 발명가는 일반적으로 복잡한 특허 프로세스에 돈을 쓰고 싶어하지 않고 경쟁을 통해 다시 해야 하기 때문입니다.

이 프로세스로 인해 발명가는 프로토타이핑 프로세스의 누군가가 자신의 디자인을 복사하여 먼저 시장에 출시할 수 있다는 취약한 느낌을 받을 수 있습니다. 따라서 평판이 좋은 제조업체와 좋은 관계를 유지하고 명확한 비공개 계약으로 보호되는 디자인을 갖는 것이 중요합니다.

더 나은 디자인을 위한 신속한 프로토타이핑

이러한 주의의 다른 측면은 제한된 테스트 시장이나 베타 테스터에게라도 제품을 출시하려는 비즈니스 충동입니다. LinkedIn 설립자 리드 호프만(Reid Hoffman)은 "제품의 첫 번째 버전이 부끄럽지 않다면 너무 늦게 출시한 것입니다."라고 말한 것으로 널리 인용됩니다.

신속한 프로토타이핑은 디자이너가 시장에 출시하기 전에 더 나은 제품을 실현하는 데 도움이 됩니다. 이 단계의 용이함은 사이렌 노래가 될 수 있지만, 이는 디자이너가 출시 전에 완벽한 제품을 만들기 위해 계속 땜질하게 만듭니다. 개발이 제품을 정제하고 완성하는 작업을 끝낼 필요는 없다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 주물의 수명은 설계 및 프로토타입 제작으로 시작될 수 있지만 스타일, 재료, 주조 방법, 기계적 능력, 크기 또는 기능을 약간 변경하는 여러 세대의 제품이 생성되는 경우가 많습니다.

이전 게시물:금속 주조 설계금속 주조 공정다음 게시물:금속 주조 방법