금속 3D 프린팅 포스트-가공 비교: 귀하의 부품에 적합한 마무리 방법은 무엇입니까?

- 표면이 깨끗하고 외부 치수가 정확하며 조립 준비가 완료된 상태로 부품이 도착했을 때 부품은 완벽해 보였습니다. 3일 후 기능 테스트 중 적당한 부하에서 균열이 발생했습니다. 잘못된 디자인이나 인쇄 오류로 인해 발생한 실패는 아닙니다. 이는 스트레스 해소와 같은 중요한 후처리 단계-를 '시간 절약'을 위해 건너뛰었기 때문에 발생했습니다.

또 다른 경우에는 고객이 기본적인 기능 테스트만 필요한 프로토타입 부품에 대해 HIP에 대한 프리미엄을 지불했습니다. - 측정 가능한 이점 없이 예산에 40%를 추가했습니다.

금속 3D 프린팅으로 부품을 얻을 수 있습니다. 후{2}}처리를 통해 필요한 만큼 실제로 - 작동하는 부품을 얻을 수 있습니다. 하지만 사용 가능한 옵션이 너무 많아서 귀하의 부품에 실제로 - 필요한 옵션과 불필요하게 비용을 지불하고 있는 옵션이 무엇인지 어떻게 알 수 있습니까?

금속 3D 프린팅에서 후처리가-선택 사항이 아닌 이유

프린터에서 나오는 것은 시작에 불과합니다

-완성 금속 3D 프린팅 부품은 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 문제를 안고 있습니다.

표면 거칠기 Ra 6–20 µm (대부분의 응용 분야 요구 사항보다 훨씬 높음)

높은 잔류 응력(316L SLM 부품의 경우 400~600MPa)

내부 다공성 0.1~2%

이방성(Z-방향 강도는 대개 XY보다 15~30% 낮음)

제거해야 하는 지지 구조물

즉, 거의 100%의 금속 3D 프린팅 부품을 사용하려면 최소한 일부 후처리 금속 3D 프린팅 부품이 필요합니다. 이것이 바로 금속 3D 프린팅에 필요한 후처리가 클라이언트로부터 받는 가장 일반적인 질문 중 하나인 이유입니다.

게시물 건너뛰기의 숨겨진 비용-처리

스트레스 해소와 같은 중요한 단계를 건너뛰면 테스트나 서비스에서 부품 오류가 발생하는 경우가 많습니다. 경험에 따르면 재작업, 리콜 또는 지연된 프로젝트로 인해 처음에 올바르게 후처리를 수행하는 것보다 비용이 5~10배 더 많이 들 수 있습니다.- 예를 들어, 처리되지 않은 SLM 티타늄 부품은 일반적으로 적절하게 처리된 부품에 비해 피로 수명이 30~50% 더 낮습니다. 숙련된 모든 금속 3D 프린팅 공장의 전체 후처리 파트너는 동일한 말을 할 것입니다. 즉, 후처리를 건너뛰는 비용은-직접 수행하는 것보다 거의 항상 더 높다는 것입니다.

사후 처리에 대해 생각하는 방법-

후처리 결정은 최종 사용(디스플레이, 기능 테스트 또는 인증된 생산), 재료, 산업 규정, 예산/리드 타임이라는 네 가지 주요 요소에 따라 결정되어야 합니다.{1}}

표 1: -금속 3D 프린팅 후처리가 필요한 일반적인 문제-

후-가공 방법 - 응력 완화 및 열처리

그것이 무엇이며 일반적으로 첫 번째 단계인 이유

응력 완화에는 부품을 특정 온도로 가열하여 내부 응력을 완화시키는 작업이 포함됩니다. 이는 가장 일반적이고 기본적인-후처리 단계입니다.

일반적인 매개변수:

316L 스테인리스 스틸: 650도/2시간/로 냉각

Ti-6Al-4V: 730도 / 2시간 / 아르곤 보호

AlSi10Mg: T6 처리(용액 + 노화)

효과에는 잔류 응력 50~80% 감소 및 연신율 50~100% 향상이 포함됩니다.

열처리만으로 충분한 경우

일반적으로 산업용 기능성 부품에는 충분하며,3D 프린팅된 자동차 금속 부품및 일반 기계 부품. 일반적으로 HIP가 필요한 항공우주 인증 부품이나 의료용 임플란트 부품에는 충분하지 않은 경우가 많습니다.

부품을 망치는 일반적인 열처리 실수

알루미늄 합금 과열로 인해 입자 조대화 및 강도 손실(최대 15~25% 감소)이 발생합니다.

너무-빠른 냉각으로 인해 새로운 열 응력이 발생합니다.

티타늄에 불활성 가스 보호 기능이 부족하여 표면 산화가 발생합니다.

우리가 지원한 한 자동차 프로토타입 프로젝트에서는 AlSi10Mg의 부적절한 냉각 속도로 인해 전체 재인쇄가 필요한 예상치 못한 왜곡이 발생했습니다.

후-가공 방법 - 열간 등압 성형(HIP)

열처리가 할 수 없는 HIP의 기능

HIP는 고온(1000~1200도)과 등압(100~200MPa)을 동시에 적용하여 내부 공극을 붕괴시킵니다. 다공성은 0.5~2%에서 거의 0으로 떨어지고 피로 수명은 종종 2~4배 향상됩니다. HIP{10}}처리된 Ti-6Al-4V는 일반적으로 최대 35% 더 높은 피로 강도를 나타냅니다.

HIP가 필요한 사람과 그렇지 않은 사람

HIP는 항공우주 주요 구조물, 의료용 임플란트, 고압 부품에 필수적입니다.- 일반적으로 시각적 프로토타입이나 중요하지 않은-기능적 부분에는 필요하지 않습니다.

HIP 비용 및 리드타임 현실 점검

HIP는 일반적으로 기본 열처리에 비해 비용이 30~60% 추가되고 리드 타임이 3~7일이 추가됩니다. 설계 시 약간의 치수 수축(0.1~0.3%)을 고려해야 합니다.

표 2: 응력 완화, 완전 어닐링, HIP 빠른 비교

금속 3D 프린팅 후 후-가공 방법- CNC 가공

3D 프린팅과 CNC 가공이 따로 있는 것보다 함께하면 더 좋은 이유

금속 3D 프린팅 후 CNC 가공은 복잡한 내부 기능을 위한 적층 가공과 고정밀 결합 표면을 위한 절삭 가공이라는 두 가지 장점을 결합합니다.- 임계 치수를 ±0.1~0.2mm(-인쇄된 대로)에서 ±0.01~0.05mm로 개선할 수 있습니다.

일반적으로 인쇄 후 CNC가 필요한 표면

스레드, 밀봉면, 베어링 보어 및 정밀 위치 지정 기능에 CNC의 초점을 맞춥니다. 이 영역에 0.3~0.5mm의 가공 여유를 두고 설계합니다.

CNC용 설계-후-최초에 고려할 사항 인쇄

어떤 표면이 기능적인지, 외관적인지 항상 공급업체에 알리십시오. 이로 인해 인쇄 전략과 사후 처리 계획이 모두 변경됩니다.-

후-가공 방법- 표면 마감(연마, 블라스팅, 전해연마)

쇼트 블라스팅 - 표면 준비를 위한 보편적인 첫 번째 단계

유리 비드 블라스팅은 레이어 라인을 제거하고 균일한 베이스를 생성하여 Ra를 12~20μm에서 3~6μm로 줄이면서 가벼운 쇼트-피닝 이점을 제공합니다.

눈에 보이는 표면 및 엄격한 Ra 요구 사항을 위한 기계적 연마 -

미적인 프로토타입과 눈에 보이는 구성요소에 적합합니다. Ra 0.2–1.6 µm 달성 가능.

전해연마 - 의료 및 식품 등급 부품을 위한 전문가의 선택-

전해연마는 균일한 Ra 0.1~0.4 µm을 제공하고 미세-응력을 제거하며 표면을 부동태화합니다. 의료 및 식품{4}}접촉 애플리케이션에 필요한 경우가 많습니다.

연마 흐름 가공(AFM) - 내부 채널을 위한 솔루션

AFM은 열교환기 및 항공우주 부품의 복잡한 내부 통로를 연마하는 데 이상적입니다.

표 3: 금속 3D 프린팅 부품의 표면 마감 방법 비교

사후-처리 방법 - 부동태화 및 화학적 처리

패시베이션은 유리 철을 제거하고 스테인레스 스틸에 보호 산화물 층을 형성하여 내식성을 크게 향상시킵니다. 티타늄 및 니켈 합금은 산화물을 제거하기 위해 화학적 세척이 필요한 경우가 많습니다.

후-가공 방법 - 쇼트 피닝 및 기계적 표면 강화

쇼트 피닝은 피로 수명을 향상시키는 유익한 압축 응력을 도입합니다. 이는 항공우주 및 자동차 표준에 자주 지정됩니다. 레이저 쇼크 피닝은 중요한 부품에 더욱 깊은 효과를 제공합니다.

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업종-별 게시물-처리 요구사항

항공우주 및 국방

응력 완화, 기본 구조용 HIP, 결합 표면의 CNC 및 전체 NDT가 필요합니다. 항공우주 금속 AM 부품의 70% 이상이 HIP를 받습니다(Wohlers Report 2023).

자동차

프로토타입에는 일반적으로 기능면에 열처리 + CNC가 필요합니다. 생산 부품에는 엔진 구성 요소에 대한 HIP가 추가될 수 있습니다.

의료기기

임플란트, 전해연마 + 부동태화 및 광범위한 검증을 위해 HIP가 필요합니다. 의료 고객과의 작업에서 적절한 후처리는{2}}FDA 및 ISO 13485 감사를 통과하는 데 핵심이었습니다.

비용 및 리드타임

후처리는 일반적으로 전체 프로젝트 비용의 25~55%를 차지합니다. 마감 처리를 갖춘 투명 금속 3D 프린팅 제조업체는 비용과 리드 타임을 단계별로 세분화합니다.

사후 처리는-추가 기능이 아닙니다.-금속 3D 프린팅 서비스- 이는 인쇄된 형태를 안정적인 고성능 부품으로 변환하는 중요한 단계입니다.- 올바른 조합을 선택하면 프로젝트 성공과 비용이 많이 드는 실패의 차이를 의미할 수 있습니다.

다음을 위해3D 금속 인쇄 항공우주 부품또는 3D 프린팅 자동차 ​​금속 부품 프로젝트인 경우 완전한 후처리 권장 사항과 함께 무료 DFM 검토를 위해 파일과 요구 사항을 제출하세요.- 당사의 전체-서비스 팀은 인쇄부터 완제품까지 최적화되고 인증 가능한 결과를 제공합니다.

참고자료

MarketsandMarkets 2024: 2028년까지 금속 AM 시장 및 통합 후처리 시스템-예측

Wohlers 보고서 2023: 항공우주 AM의 HIP 채택률, NDT 사용 통계

ASTM A967 / ASTM B912: 패시베이션 및 전해연마 표준

ASTM F86: 금속 수술용 임플란트의 표면 처리 표준

AS9100D / NADCAP: 항공우주 AM 및 후처리 인증 요구사항-

ISO 13485 / FDA 21 CFR Part 820: 의료 기기 제조 후{3}}처리 품질 요구사항

EOS GmbH / Trumpf 기술 문서: -건축 자산 데이터 및 사후{1}}처리 지침