금속 3D 프린팅 금형의 치수 오류를 제어할 때 어려운 점은 무엇입니까?

1. 소재의 수축 및 열응력으로 인한 치수 차이
3D 프린팅 과정에서 금속 재료는 고체-액체-고체 상변화를 겪습니다. 열팽창 계수와 수축률은 치수의 정확성에 영향을 미치는 주요 요소입니다. 예를 들어 자주 사용되는 재료를 사용하면 다음과 같습니다.

스테인레스 스틸(예: 316L): 냉각 수축률은 약 4%입니다. 모델링 단계에서 역보정을 하지 않으면 길이 100mm의 금형이 ±0.1mm 공차 범위를 벗어나는 96mm로 수축될 수 있습니다.
티타늄 합금(예: Ti-6Al-4V)은 약 2% 정도 수축하지만 열 응력이 더 빨리 축적되어 특히 얇은 벽이나 캔틸레버가 있는 건물에서 뒤틀림이 쉽게 발생할 수 있습니다.
난관 돌파: 실제 수축률을 찾으려면 Geomagic Control X와 같은 리버스 엔지니어링 도구를 사용해야 합니다. 또한 모델링 단계에서 "보정된 크기=설계 크기 ¼ (1-수축률)" 공식을 사용해야 합니다. 예를 들어 스테인레스 스틸로 만든 금형은 4.2% 더 커야 하고(100mm → 104.2mm), 티타늄 합금으로 만든 금형은 2.04% 더 커야 합니다(100mm → 102.04mm). 방향 보상 기술은 SLM 절차에서 Z축 수축률이 XY축보다 10% 더 높은 어려운 시나리오도 처리할 수 있습니다.

2. 공정 매개변수 개선: 에너지 밀도와 층 두께의 균형을 맞추는 기술
금속 3D 프린팅이 정확하려면 레이저 출력, 스캔 속도, 레이어 두께와 같은 특성을 조화롭게 제어해야 합니다. 매개변수를 변경하면 치수 문제가 발생할 수 있습니다.

에너지 밀도가 충분하지 않음: 레이저 출력이 너무 낮거나 스캔 속도가 너무 빠르면 분말이 완전히 녹지 않아 불완전한 융합 결함이 발생합니다. 이는 레이어 간의 바인딩을 약화시키고 개체의 크기를 덜 안정적으로 만듭니다.
높은 에너지 밀도: 레이저 출력이 5% 이상 변경되면 용융 풀이 세게 튀고 액체 금속이 녹지 않은 분말 위에서 둥근 입자로 변합니다. 이로 인해 표면이 고르지 않게 되고 크기가 변경됩니다.
레이어 두께 선택: 레이어 두께가 0.1mm이면 작업을 더 효율적으로 만들 수 있지만 패턴이 명확하고 거칠기 Ra가 5μm보다 큽니다. 0.03-0.05mm의 층 두께는 거칠기 Ra를 만들 수 있습니다.<3 μ m, but it will take more than three times longer to print.
사례 연구: 한 항공 회사는 SLM 기술을 사용하여 터빈 블레이드를 인쇄했습니다. 그들은 직교 실험을 사용하여 300W의 레이저 출력, 1200mm/s의 스캔 속도, 0.05mm의 레이어 두께 및 교차 스캔 경로(인접 레이어는 X/Y 축을 따라 스캔됨)와 같은 매개변수의 최상의 조합을 찾았습니다. 항공우주 규격을 준수하여 치수 공차를 ±0.05mm 이내로 효과적으로 관리하였습니다.

3. 장비의 정확성: 하드웨어 교정부터 동작 제어까지
크기 제어의 물리적 기반은 장비 정밀도입니다. 이를 달성하려면 기계 구조, 모션 시스템, 센서의 세 가지 영역이 함께 작동하여 개선되어야 합니다.

플랫폼의 수평성: 인쇄 플랫폼이 수평이 아닌 경우 레이어의 두께가 동일하지 않을 수 있으며 이로 인해 치수가 "한쪽은 두껍고 다른 쪽은 얇아"질 수 있습니다. 플랫폼의 5개 지점(4개 모서리 + 중앙) 간의 판독 차이가 0.05mm 이하인지 확인하려면 0.01mm까지 정확한 다이얼 게이지가 필요합니다.
리드 스크류와 가이드 레일 사이에 공간이 있습니다. 간격이 너무 크면 프린트 헤드가 너무 멀리 이동합니다. 10mm 움직이라고 하면 실제로는 10.02mm 움직입니다. 구멍 간격 오류를 찾으려면 작은 구멍(직경 5mm, 간격 20mm)이 많은 평판을 인쇄하고 좌표 측정 도구를 사용해야 합니다. 그런 다음 장치 소프트웨어의 "전자 기어비"를 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.
레이저 스폿 직경 보정: 스폿 직경을 잘못 설정한 경우(예를 들어 실제로는 0.1mm인데 프로그램에서는 0.08mm라고 표시되는 경우) "오버 버닝" 또는 "언더 버닝"이 발생할 수 있습니다. 10mm 길이의 직선을 인쇄한 다음 실제 너비를 측정하고 프로그램에서 말하는 것과 비교합니다. 0.02mm 이상이면 실수를 수정해야 합니다.
4. 지지 구조 설계: 강도와 제거 용이성 사이의 적절한 균형 찾기
지지 구조는 단순히 모델의 모양이 바뀌는 것을 방지하는 "골격"이 아니라 크기 오류의 원인이 될 수도 있습니다.

지지대 사이의 공간이 너무 많음: 매달린 부품(예: 5mm 캔틸레버)의 지지대 사이의 공간이 3mm를 초과하는 경우 인쇄 중에 항목이 처져 크기 변화가 발생할 수 있습니다.
가파른 지지 각도: 지지대와 부품 사이의 각도가 45도 미만인 경우 지지대를 떼어내면 특히 얇은-벽(두께)인 경우 부품의 모양이 쉽게 "당겨지고" 변경될 수 있습니다.<2mm).
지지대 하단의 강도가 충분하지 않음: 지지대 하단의 직경이 상단보다 50% 더 크지 않으면 장력이 고르지 않아 부품이 쉽게 기울어질 수 있습니다.
문제를 해결하는 새로운 방법:
토폴로지 최적화 방법을 사용하여 강력하지만 재료가 덜 필요한 경량 지지 구조를 만듭니다. 지지대를 제거하고 해머 타격으로 인한 왜곡을 방지하려면 초음파 절단 블레이드와 같은 정교한 도구가 필요합니다. 한 자동차용 금형 제조업체는 지지대 설계를 개선하여 벽이 얇은 부품의 치수 공차를 ± 0.2mm에서 ± 0.08mm로 향상할 수 있었습니다.{1}}

5. 환경 제어: 온도와 습도의 눈에 보이지 않는 영향
사람들은 일반적으로 환경 조건이 금속 3D 프린팅의 치수 안정성에 어떤 영향을 미치는지 생각하지 않습니다.

온도 변화: 작업장 온도가 5도 이상 변화하면(예: 낮에는 25도, 밤에는 18도) 장비가 팽창 및 수축하여 크기 변동이 발생할 수 있습니다. 22±2도를 유지하는 에어컨을 설치해야 합니다.
분말 수분 흡수 : 금속 분말의 수분 함량이 0.1%를 초과하면 인쇄 시 기공이 생겨 치수가 불안정해집니다. 뭉친 분말을 80메쉬 체에 넣고 80도 오븐에서 2시간 동안 건조시킨다.