금형 3D 프린팅에서 마르텐사이트 스테인리스강의 장점은 무엇입니까?

一, 기술적 타당성: 연구실에서 제조라인으로의 이동
1. 재료 시스템의 완벽한 적용 범위
이제 금속 3D 프린팅은 일반적으로 금형 제작에 사용되는 모든 재료에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, LPBF(레이저 분말층 용융) 기술은 H13 공구강, P20 금형강, 1.2709 마르텐사이트강을 포함한 일반적인 금형 재료를 프린팅할 수 있습니다. 공정 설정을-미세하게 조정함으로써 인쇄된 부품의 경도, 인성, 내마모성과 같은 중요한 측정값이 단조 재료의 사양과 일치하거나 초과했습니다. 예를 들어, 한 회사는 LPBF 기술을 사용하여 H13 강철로 주형 구멍을 만들었습니다. 열처리 후 경도는 52HRC까지 향상되었으며, 열피로 수명은 일반 가공에 비해 40% 길어졌습니다. 500,000회 이상의 사출 성형 사이클을 처리할 수 있습니다.
금속 3D 프린팅은 특정 재료 분야에서 특별한 이점을 갖는 것으로 나타났습니다. 사람들은 전도성이 높고 부식에 강한 소재를 원했기 때문에 회사는 구리- 기반 합금 인쇄 공정을 개발했습니다. 이 공정은 최대 380W/(m·K)의 열전도 계수를 가지며 이는 기존 베릴륨 구리 금형보다 25% 더 높습니다. 사람들은 가벼운 소재를 원했기 때문에 알루미늄 합금과 티타늄 합금 프린팅 기술을 사용하면 구조의 강도를 유지하면서 금형 중량을 30~50% 줄일 수 있습니다.
2. 구조적 복잡성의 무제한적 발전
전통적인 금형 제작은 절삭 가공의 기하학적 한계로 인해 제한됩니다. 복잡한 구조를 만들기 위해서는 분할, 접합, 용접 등의 방법을 사용해야 하는데, 이는 금형의 정확성을 떨어뜨리고 수명을 단축시킵니다. 금속 3D 프린팅은 복잡한 형상, 특히 형상적응형 냉각 채널, 통기성 강철, 도트 매트릭스 충전과 같은 새로운 형상을 즉시 만들 수 있습니다.
예를 들어, 기존의 드릴링 방법으로는 직선 또는 단순한 선-모양의 수로만 만들 수 있습니다. 반면, 3D 프린팅은 나선형, 나뭇가지, 생체모방 잎맥 모양과 같은 불규칙한 수로를 만들 수 있어 냉각 효율을 40% 이상 향상시킬 수 있습니다. 자동차 도어 프레임 장식 스트립용 몰드에 위상 최적화된 근관 설계를 사용한 후, 한 조각을 만드는 데 걸리는 시간은 120초에서 75초로 단축되었고 수율은 89%에서 98%로 향상되었습니다. 통기성 강철을 만드는 기업들은 다공성 레이어 프린팅 기술을 이용해 0.04mm 조리개를 정밀하게 관리할 수 있게 됐다. 이를 통해 금형의 배기 효율이 3배 향상되었으며, 가스가 갇힐 때 발생하는 웰드라인, 기포 등의 문제가 수정되었습니다.
3. 표면의 품질과 정확도를 지속적으로 개선합니다.
초기 금속 3D 프린팅은 층간 결합력이 충분히 강하지 않고 표면이 너무 거칠기 때문에 금형 제작의 고정밀 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪었습니다.{1}} 하지만 이 문제는 기술적 진보 덕분에 해결되었습니다. 현재 고급-금속 3D 프린팅 기계는 ± 0.05mm의 치수 정밀도와 1.6 μm 이하의 Ra 표면 거칠기를 갖는 부품을 만들 수 있습니다. 연마, 샌드블래스팅 및 기타 단계와 함께 사용하면 표면을 거울처럼 매끄럽게 만들 수 있습니다.
예를 들어 Mantle의 TrueShape 기술은 "3-축 CNC 가공+도면 및 인쇄+소프트웨어 설계"의 조합을 사용하여 금형 캐비티를 매우 정확하게 만듭니다. 이 공정에서는 표면 거칠기 Ra가 0.8μm에 불과한 H13 강철 금형 캐비티를 인쇄합니다. 이는 먼저 연마할 필요 없이 바로 고광택 사출 성형에 활용할 수 있음을 의미합니다. 또한 이 기술을 사용하면 금형 표면에 내마모성 코팅을 적용할 수 있는 다중-재료 복합 인쇄가 가능합니다. 이렇게 하면 기존 방법보다 금형의 수명이 3배 이상 길어질 수 있습니다.
2, 산업 실무: 아이디어 테스트부터 대규모 활용까지
1. 자동차 금형: 비용과 효율성의 이중 혁명
금속 3D 프린팅은 아이디어 검증 단계를 넘어 자동차 금형 영역에서-대규모로 사용되는 단계로 발전했습니다. 자동차를 만드는 한 회사는 LPBF 기술을 사용하여 엔진 실린더 헤드용 금형을 제작합니다. 형상적응형 냉각수 유로 설계 개선 시 사출 성형 사이클은 37.2% 단축되고, 품목별 원가는 22% 절감됩니다. 더욱 인상적인 점은 이 기술이 금형이 열릴 때까지 기다리지 않고도 금형을 '일회{7}} 성형할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 신제품 개발에 소요되는 시간을 6개월에서 2개월로 단축하고 시장에서의 반응 시간을 대폭 단축합니다.
금속 3D 프린팅은 경량 금형 제작에도 적합합니다. 모 신에너지 자동차 회사에서는 알루미늄 합금 프린팅 기술을 이용해 배터리 트레이 금형을 제작하고 있습니다. 금형의 강도는 그대로 유지하면서 금형 무게는 45% 감소하고, 사출 성형에 사용되는 에너지는 18% 절감되었습니다. 금형은 200,000회의 사출 성형 주기를 거쳤으며 잘 작동하고 신뢰할 수 있습니다.
2. 의료용 금형: 원하는 대로 정확하게 만드는 가장 좋은 방법
의료계에는 매우 구체적이고 개별화된 금형이 필요하며, 금속 3D 프린팅이 이를 위한 가장 좋은 방법입니다. 정형외과용 임플란트용 금형을 만드는 회사에서는 코발트 크롬 합금 인쇄 기술을 사용하여 "환자별" 금형을 만듭니다. CT 스캔을 통해 환자의 뼈 데이터를 가져와서 바로 금형의 디지털 모델이 만들어집니다. 3D 프린팅 후 금형의 정확도는 0.02mm 이내로 정확하여 환자의 신체에 정확히 맞습니다. 이 기술은 5000개 이상의 수술에 사용되었으며, 수술 후 환자가 회복하는 데 걸리는 시간을 30% 단축하고 합병증 발생률을 1% 미만으로 줄였습니다.
금속 3D 프린팅은 의료 기기 금형 분야에서도 뚜렷한 이점을 가지고 있습니다. 어떤 회사에서는 티타늄 합금 프린팅 기술을 이용하여 심장 스텐트 금형을 제작하고 있습니다. 금형 캐비티의 표면을 최대한 매끄럽게 만들어 스텐트의 표면 거칠기 Ra를 0.2μm 이하로 낮추면 혈전증의 위험이 크게 낮아집니다. 이 금형은 FDA의 인증을 받았으며 세계 최초의 3D-프린팅 심장 스텐트 금형입니다.
3. 항공우주 금형: 고성능-재료를 최대한 활용
항공기 산업에는 고온을 견딜 수 있고 매우 강하며 매우 가벼운 금형이 필요합니다. 금속 3D 프린팅은 이를 수행하는 새로운 방법입니다. 어떤 회사에서는 니켈- 기반 합금 프린팅 기술을 사용하여 항공기 엔진 블레이드용 금형을 제작하고 있습니다. 격자형 충진 구조를 최적화하여 금형 중량을 35% 절감하였으며, 1200도의 고온에서도 안정성을 유지합니다. 금형은 2000회의 열주기 테스트를 거쳤으며 성능은 일반적인 주조 금형보다 훨씬 뛰어납니다.
금속 3D 프린팅은 위성 부품용 금형 제작에도 매우 효과적입니다. 한 회사는 알루미늄 합금 인쇄 기술을 사용하여 위성 브래킷 금형을 만듭니다. 토폴로지 최적화 설계를 사용하여 금형의 무게를 60% 줄이면서도 무게를 유지할 수 있어 로켓 발사 비용이 절감됩니다. 이 금형은 10개 이상의 위성을 만드는 데 사용되었으며, 잘 작동하고 일관되게 작동합니다.