적층 가공(AM)으로도 알려진 3D 프린팅은 전통적인 산업 생산을 위한 "변형적인" 방법입니다. 전통적인 감산 제조 공정은 기존의 기하학적 모델 공작물을 사용하고 도구를 사용하여 재료를 점차적으로 절단, 연마 및 조각하여 최종적으로 필요한 부품이 되는 것을 말합니다. 3D 프린팅은 그 반대입니다. 3D 프린팅 장비의 도움으로 디지털 3차원 모델을 층층이 쌓고 금속 분말, 열가소성 재료, 수지와 같은 특수 재료를 지속적으로 적층하고 층층이 결합하여 최종적으로 3차원 전체를 형성합니다. . 3D 프린팅은 기계, 재료, 컴퓨터 비전, 소프트웨어, 전자 및 기타 분야를 포괄하는 학제간 기술이며 핵심 기술은 3D 프린터 제조에 있으며 재료, 소프트웨어, 디자인 등에 대한 특별한 요구 사항도 있습니다.
3D프린팅은 전통적인 제조 공정과 비교하여 복잡한 구조를 형성하고 제품 구현 주기를 단축하며 제품 강도가 높고 경량이며 재료 활용도가 높은 특징이 있지만 비용도 상대적으로 높습니다. 3D 프린팅 기술의 특징은 다음과 같습니다.
(1) 복잡한 기하학적 구조를 가진 부품을 제조하여 통합 생산을 달성할 수 있으며 구조의 복잡성으로 인해 추가 비용이 발생하지 않습니다. 설계자는 더 이상 전통적인 제조 공정에 얽매이지 않고 보다 자유롭게 부품을 만들 수 있습니다.
(2) 신제품 개발 및 실현 주기 단축. 기존 기술로 신제품을 개발할 때는 새로운 금형을 설계 및 제작하고 조립 공정을 확립해야 하는 반면, 3D프린팅은 금형이 필요하지 않고 공정이 짧다.
(3) 제품은 고강도 및 경량의 특성을 갖는다. 3D 프린팅 부품은 기존 기술로는 가공하기 어려운 벌집 격자 구조를 구현할 수 있으며 성능 확보를 전제로 중량을 크게 줄일 수 있다. 3D 프린팅의 빠른 응고라는 공정 특성을 기반으로 우수한 기계적 물성을 얻을 수 있어 강도 증가를 확보할 수 있습니다.
(4) 재료의 활용률이 크게 향상되었습니다. 재료가 겹겹이 쌓이기 때문에 생산 공정에서 재료 낭비가 거의 없으며 재료 활용률이 90% 이상에 이릅니다. (5) 설비비 및 재료비가 높다. 산업용 3D 프린팅 장비는 100~200만 위안에서 수천만 위안에 이르는 고가입니다. 또한 특수 공정으로 인해 3D 프린팅은 재료에 대한 특별한 요구 사항이 있으며 일반 재료를 조정해야 합니다. 그러나 재료의 연구개발이 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 3D프린팅의 발전이 어느 정도 제약을 받고 있다.
30년 이상의 개발 끝에 3D 프린팅 기술은 지속적으로 개선되어 3D 바이오프린팅, 유기물 프린팅, 금속 프린팅 등 다양한 프린팅 모드가 형성되었습니다. 금속 3D프린팅은 일반적으로 레이저와 전자빔 에너지원을 이용해 금속 분말을 녹여 금속 분말을 소결하고 쌓아 전체 구조를 형성한다. 전체 공정에서 금속 분말의 두 가지 입력 방법, 분말 확산 및 분말 공급이 있습니다. 다양한 분말 공급 방법에 따라 금속 3D 프린팅 공정 원리는 방향성 에너지 증착(분말 공급이라고도 함)과 분말 베드 선택적 용융(분말 확산이라고도 함)으로 나뉩니다. 분체도장이란 기재에 금속분말을 도포하여 얇은 층을 형성한 후 얇은 층의 특정 부위를 레이저로 용융시켜 융합하는 것을 말합니다. 파우더 스프레딩에 비해 파우더 피딩은 얇은 층을 형성하지 않고 파우더 노즐을 통해 기판 위의 레이저에 의해 형성된 용융 풀에 파우더를 직접 전달하고 소결하여 전체를 형성합니다. 주류 금속 3D 프린팅 기술은 크게 레이저 선택 용융 기술(SLM), 전자빔 용융 성형(EBM), 레이저 망 성형 기술(LENS), 전자빔 융합 필라멘트 증착 기술(EBF) 등으로 나눌 수 있습니다.
금속 적층 제조 기술, 장비, 재료 및 공정의 개발에는 세 가지 중요한 요소가 있습니다. 현재 이 세 가지 측면에서 여전히 개선의 여지가 있습니다. 3D 프린팅 기술의 적용 범위를 확대하기 위해 금속 적층 제조 기술은 저비용, 대형, 복합재료, 고정밀, 고효율 방향으로 발전하고 있다.
(1) 금속 적층 장비는 대형화, 전문화 방향으로 발전하고 있다. 대규모 구조 및 특정 분야의 인쇄 수요가 증가함에 따라 금속 3D 인쇄 장비는 대규모 및 전문 개발을 향한 추세가 되었습니다.
(2) 인쇄 가능한 원료가 계속 증가하고 복합 재료 인쇄가 나타나기 시작합니다. 현재 금속 3D프린팅에 사용되는 원재료의 종류는 비교적 적고 재료의 질도 높지 않다. 산업 분야에서 적층 제조가 지속적으로 보급됨에 따라 복합 재료 혼합 프린팅을 달성할 수 있는 금속 3D 프린팅에 대한 시장 수요가 점차 증가하고 있습니다. 또한 서로 다른 재료의 장점을 결합할 수 있는 여러 복합 재료의 동시 인쇄가 등장하기 시작했습니다.
(3) 새로운 금속 적층 제조 기술을 개발하십시오. 전통적인 금속 적층 제조 기술은 고비용 및 저효율과 같은 문제를 가지고 있으며, 그 중 저효율은 많은 분야에서 적층 제조가 전통적인 절삭 가공을 대체하는 것을 제한하는 핵심 요소 중 하나입니다. 레이저 출력의 증가, 인쇄경로의 최적화 등 향후 이 기술이 점진적으로 성숙해짐에 따라 적층가공의 생산율이 향상될 수 있을 것으로 기대된다.