금속 3D 프린팅이 기존 금형 제조 방법을 완전히 대체할 수 있습니까?

一, 기술적 관점에서 볼 때 적층 생산과 절삭 생산의 주요 차이점
"디지털 기반의 레이어별 용융 및 적층"은 금속 3D 프린팅의 모든 것입니다. 예를 들어, 레이저 선택적 용융(SLM)은 고-에너지 레이저 빔을 사용하여 특정 유형의 금속 분말만 녹입니다. 그런 다음 층별로 3차원- 형태를 구축하고 금형 없이도 복잡한 내부 공간, 형상적 냉각 채널 및 기타 구조를 직접 만듭니다. Platinum Technology는 신에너지 자동차 배터리 상자 금형을 위한 생체 모방 정맥- 모양의 수로를 만들어 사출 성형 주기를 35% 단축하고 냉각 효율을 40% 향상시켰습니다. 이는 표준 드릴링 및 밀링 방법으로는 수행하기 어렵습니다.
반면 전통적인 금형 제작에서는 "절삭 가공"(CNC 밀링 및 방전 가공 등)과 "동일 재료 성형"(주조 및 단조 등)을 사용합니다. 이러한 프로세스가 작동하는 방식은 금형 설계가 처리 가능성을 고려해야 함을 의미합니다. 예를 들어, 기존 다이캐스팅 금형에서는-냉각수 채널이 부러지거나 직선인 경우가 많습니다. 드릴 비트의 접근이 어렵고, 금형 구멍에 맞는 디자인을 만들기 어렵기 때문입니다. 이로 인해 냉각이 고르지 않게 되어 제품 변형이 8% 이상 발생하게 됩니다.
기술 대체의 가장 중요한 점: 3D 프린팅은 금형 구조(내부 교차 구멍, 얇은-벽 리브, 마이크로채널 등)가 복잡하여 기존 방법을 비현실적으로 만들거나 설계 변경을 신속하게 수행해야 할 때 사용할 수 있는 유일한 방법입니다. 예를 들어, 3D 프린팅은 의료 기기 쉘 몰드를 만드는 데 걸리는 시간을 6주에서 72시간으로 단축하고 재료 사용 비율을 25%에서 95%로 늘렸습니다.
2, 비용 구조: 소규모 배치 상황에서 비즈니스 턴어라운드
금형 개발 비용은 기존 금형 제작 총 비용의 60~70%를 차지합니다. 이러한 비용에는 전극 생산, 방전 가공, 와이어 절단 및 기타 공정에 필요한 장비의 마모와 인건비가 포함됩니다. 금속 3D 프린팅의 "디지털 모델 직접 성형"은 금형이 필요 없으며, 비용을 결정하는 주요 요소는 사용되는 분말 재료와 장비의 마모입니다.
1. 소규모 배치(1~100개)의 경우 3D 프린팅이 확실히 더 좋습니다.
사용된 재료의 양: 단조 및 블랭크 절단과 같은 전통적인 방법에서는 재료의 최대 70%가 낭비됩니다. 하지만 3D 프린팅에서는 남은 분말을 재활용할 수 있어 소재의 90% 이상이 사용됩니다. 예를 들어, 3D 프린팅은 특정 알루미늄 금속 다이캐스팅 금형의 재료 비용을 58% 절감합니다.-
처리 비용: 기존 금형을 함께 작동하여 처리하려면 여러 대의 기계가 필요하지만 3D 프린팅에서는 핵심 구조 성형을 수행하는 데 하나의 기계만 필요하므로 처리 비용이 40%~60% 절감됩니다.
주기 시간: 표준 금형 개봉 주기는 최대 6~8주가 소요될 수 있지만 3D 프린팅의 경우 3~5일 밖에 걸리지 않습니다. 이를 통해 R&D 주기를 70% 이상 단축할 수 있어 시험 생산 검증 단계에 적합합니다.
2. 대량 주문(1000개 이상)의 경우 전통적인 기술이 여전히 표준입니다.
단가: 생산량이 증가함에 따라 기존 금형의 공유 비용은 매우 빠르게 감소합니다. 예를 들어, 자동차 후드 금형이 많이 만들어지면 개당 가격이 3D 프린팅의 경우 2000위안에서 구식 방법의 경우 80위안으로 떨어졌습니다-.
정밀도 및 표면 품질: 기존 CNC 절단을 사용하면 0.8μm 평평한 표면을 얻을 수 있지만 3D 프린팅을 사용하면 3.2μm 평평한 표면을 얻으려면 연마, 샌드블래스팅 및 기타 단계를 거쳐야 하므로 비용이 더 많이 듭니다.
연간 금형 생산량이 500개를 넘으면 전통적인 방법을 사용하는 단일 부품의 비용이 3D 프린팅보다 낮아지기 시작합니다. 설계 변경의 위험을 고려하면(예를 들어 기존 금형을 변경하면 다시 열 수 있으며 초기 비용의 최대 30%~50%의 비용이 소요될 수 있음) 유연한 생산에서 3D 프린팅의 이점은 매년 약 1000개 제품이 생산되는 상황으로 확대될 수 있습니다.
3, 산업 생태학: 기술이 어떻게 협력하여 환경에 도움이 되고 어떻게 재건될 수 있는지
전통적인 금형 제작과 금속 3D 프린팅은 서로 경쟁하고 있지만 제로섬 게임은 아닙니다-. 대신, 이는 산업 환경을 "디자인 제조 서비스" 통합을 향해 추진하는 힘입니다.
1. 기술 결합: 덧셈과 뺄셈 방법으로 복합재 만들기
상위권에 있는 기업들은 '3D 프린팅+CNC 정밀가공'을 함께 활용해 단일 기술의 한계를 뛰어넘고 있다. 예를 들어 Platinum의 BLT-S450 장비는 6개-레이저 공동 인쇄를 수행할 수 있고 5개-축 머시닝 센터는 거울-수준의 정확도로 금형 캐비티를 수리할 수 있습니다. 이는 기존 금형의 표면 품질 요구 사항을 충족하면서 3D 프린팅의 복잡한 구조적 기능을 유지합니다.
2. 신소재: 기능적 구배와 복합재료
전통적인 금형에 사용되는 재료는 대부분 단일 합금입니다. 그러나 3D 프린팅은 각 작업에 고유한 방식으로 기능적으로 등급이 지정된 재료를 배치할 수 있습니다. 비행기 엔진 금형의 경우 3D 프린팅은 표면에 고{4}}경도 코팅(예: WC Co)을 추가합니다. 이는 코어를 견고하게 유지하고 "다양한 용도를 위한 하나의 재료"를 가능하게 하며, 이는 서로 다른 재료를 함께 연결하는 기존 방식보다 개선된 것입니다.
3. 서비스 모드: 기기 판매부터 솔루션 제공까지
"하드웨어 공급업체"는 장비 제조업체를 위한 "서비스 통합업체"로 이름을 변경하고 있습니다. 플래티넘이 함께 작동하는 '장비+재료+공정 데이터베이스' 시스템을 출시했다. 자체 제작한-티타늄 합금 분말 가격은 2020년 대비 50% 저렴했으며, 사물 인터넷 플랫폼을 통해 장비 결함에 대한 원격 진단 및 경고가 가능해 서비스 수익이 30% 증가했습니다.
4. 업계 표준: 급속한 성장에서 표준화된 개발까지
전통적인 금형 제작에서는 ISO 2768 금형 정확도 표준과 같은 전체 표준 시스템이 만들어졌습니다. 그러나 3D 프린팅 금형은 여전히 ​​정확도 승인을 받지 못하고 불량률을 제어하지 못하는 등의 문제를 안고 있습니다. 예를 들어, 의료용 임플란트 금형은 3~5년마다 FDA와 CE의 인증을 받아야 합니다. 이로 인해 3D 프린팅이 고급-분야로 확산되기가 더 어려워졌습니다.