금속 3D 프린팅이 어떻게 고정밀 금형 성형을 달성할 수 있나요?-

一, 기술 원리: 마이크로 용융 풀에서 매크로 정확도, 정밀 제어까지
금속 3D 프린팅의 주요 아이디어는 고에너지 열원을 사용하여 금속 분말을 층층이 녹이는 것입니다.- 이를 통해 디지털 모델에서 실제 부품으로 바로 전환할 수 있습니다. 예를 들어, 레이저 선택적 용융(SLM) 기술의 공정 흐름에는 네 가지 주요 단계가 있습니다.
분말 살포: 양방향 스크레이퍼 메커니즘은 금속 분말을 작업대 전체에 균등하게 퍼뜨립니다. 코팅의 두께는 5~50μm 사이에서 매우 정밀하게 조절될 수 있으며 이는 마이크로미터{3}}수준 정확도의 기초를 제공합니다.
레이저 스캐닝: f-세타 렌즈는 200W 파이버 레이저의 고에너지 빔-에 초점을 맞춰 직경이 100μm 미만인 지점을 만듭니다. 분말은 미리 정의된 경로를 따라 3000mm/s의 속도로 녹고, 녹은 풀의 너비는 지점 직경의 약 2~3배입니다.
층별 적층: 각 층이 용융된 후 작업대가 한 층의 높이만큼 내려가고, 층별 적층에 의해 3차원 고체 형성이 이루어질 때까지 분말을 놓는 용융 과정이 반복됩니다-.
분위기 제어: 성형 챔버를 산소 함량이 0.1% 미만인 불활성 가스로 채워 두십시오. 이렇게 하면 금속의 산화가 방지되고 재료의 성능이 안정적으로 유지됩니다.
층별로 녹이는 이 방법을 사용하면 기존 방법으로는 작업하기 어려운 금형 내부에 복잡한 모양을 만드는 것이 가능합니다. 예를 들어, Platinum BLT-S400 장비는 멀티-레이저 협업 스캐닝을 통해 성형 크기 400 × 300 × 400mm 3에 대해 최소 형상 크기를 100μm 이내로, 원래 표면 거칠기 Ra를 8μm 이내로 제어할 수 있습니다. 이는 매우 높은 정확도로 금형을 제작하기 위한 하드웨어 지원을 제공합니다.
2, 기술을 활용하여 정확도를 높이는 네 가지 주요 방법
1. 열을 고르게 퍼뜨리는 것부터 정확한 온도 제어까지 이어지는 유연한 냉각 채널
일반적인 금형 냉각 시스템은 직선 구멍이나 드릴링 기술을 사용하며 냉각수 회로의 배열이 제한됩니다. 이로 인해 금형의 온도 분포가 고르지 않게 되어 제품 변형 및 수축 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 금속 3D 프린팅 기술은 이러한 장벽을 넘어섰습니다. 토폴로지 최적화 설계를 통해 금형 캐비티의 형상에 완벽하게 맞는 형상적응형 냉각 채널을 금형 내부에 만들 수 있습니다.
Platinum Technology는 BLT-18Ni300 금형강과 3D 프린팅을 사용하여 냉각수 채널 직경을 2~3mm, 수채널 간격을 5~8mm로 만듭니다. 이를 통해 냉각액이 고온 영역에 직접 영향을 미칠 수 있습니다. 실험 데이터에 따르면 개선된 냉각 시스템은 기존 공정에서 15~20도였던 금형 표면 온도 차이를 5도 미만으로 줄이고, 사출 성형 주기를 15~30% 줄이며, 제품 수율을 10% 이상 향상시킬 수 있음을 나타냅니다.
2. 경량구조 : 자재를 없애는 것부터 구조를 좋게 만드는 것까지
기존 방식으로 금형을 만들 때는-기계적 가공을 통해 불필요한 재료를 제거합니다. 이로 인해 리소스가 소모되고 복잡한 내부 구조를 만드는 것이 어려워집니다. 금속 3D 프린팅은 토폴로지 최적화 방법을 사용하여 금형을 강하게 유지하면서 필요하지 않은 요소를 정확하게 제거할 수 있어 경량 설계로 이어집니다.
예를 들어, 3D 프린팅 기술을 이용해 자동차 부품용 금형을 제작한 후 무게는 35%, 재료비는 28% 절감됐다. 동시에 경량 설계로 금형 무게가 줄어들고, 금형 교체 시간이 40% 단축되며, 생산 효율성이 크게 향상됩니다. 비-하중-을 지지하는 부분을 격자 구조로 채워 강성을 잃지 않으면서 무게를 더욱 줄일 수 있습니다. 이것은 금형을 더 가볍게 만드는 새로운 방법입니다.
3. 복잡한 기능 통합: 하나의 구조에서 여러 기능으로
금속 3D 프린팅에는 여러 기능적 구조를 금형에 결합할 수 있는 계층형 제조 기능이 있습니다. 예를 들어, 사출 금형에서는 이젝터 메커니즘, 슬라이더, 냉각수 회로 및 기타 부품을 하나의 부품으로 결합하여 조립을 더 쉽게 만들고 잘못될 가능성을 줄일 수 있습니다. 의료용 금형 시나리오에서 3D 프린팅을 사용하면 12개의 부품이 필요했던 금형을 단 2개의 부품으로 만들 수 있습니다. 이를 통해 금형을 조립하는 데 걸리는 시간을 8시간에서 1.5시간으로 단축하고 치수 공차를 ±0.02mm 이내로 유지했습니다.
4. 소재 혁신: 범용 합금에서 맞춤형 소재까지
금속 3D 프린팅은 스테인리스강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 니켈- 기반 합금을 비롯한 다양한 재료에 사용할 수 있습니다. 또한 분말의 구성을 변경하여 재료의 특성을 변경할 수도 있습니다. 예를 들어, 항공우주 산업에서 니켈- 기반 합금인 인코넬 718로 만든 금형은 매우 거친 작업 조건에 필요한 650도의 높은 온도에서도 견고함을 유지하고 부식에 저항할 수 있습니다. 의료 분야에서는 티타늄 합금의 다공성(30~70% 변경 가능)과 기공 크기(200~600μm)를 관리하면 임플란트와 인간의 뼈가 더 잘 작동하여 수술을 더 성공적으로 수행할 수 있습니다.
3, 후가공을 위한 기술-: 거친 성형부터 완벽한 정확성까지
금속 3D 프린팅의 원래 성형 정밀도는 마이크로미터 수준이지만, 금형 표면 품질, 치수 정확도 등에 대한 엄격한 표준을 충족하려면 후처리 기술을 추가해야 합니다.-
열처리는 잔류응력을 제거하고 재료의 미세구조를 개선하는 과정이다. 몇 가지 예로는 용액 어닐링 및 시효 처리가 있습니다. 예를 들어, H13 공구강의 경도는 1050도에서 용체화 처리하고 620도에서 시효 처리하면 38HRC에서 52HRC까지 갈 수 있습니다. 내마모성도 훨씬 좋아졌습니다.
표면 처리: 표면을 좋게 하기 위해 샌드블래스팅, 연마, 전기 도금 및 기타 방법이 활용됩니다. 기계적 연마를 통해 특정 정밀 금형 케이스의 표면 거칠기가 Ra8μm에서 Ra0.4μm로 감소되었습니다. 이는 광학 등급 제품의 사출 성형 표준을 충족했습니다.
정밀 가공: 엄격한 크기 공차로 중요한 품목을 CNC 밀링 또는 EDM 가공합니다. 예를 들어, 특정 커넥터 금형은 3D 프린팅과 CNC 복합 제조를 모두 사용하여 제작되며, 결합 간격은 세계 최고 수준인 0.005mm 이내로 유지됩니다.