분말 잔류물이 부품 성능에 어떤 영향을 미치나요?

一, 분말 잔류물의 물리적, 화학적 특성: 미세한 결함과 거시적 결함 사이의 연관성
분말 잔류물은 제조 과정 전반에 걸쳐 완전히 제거되지 않은 고체 입자로 구성됩니다. 구성, 크기, 모양 및 분포는 모두 부품이 얼마나 잘 작동하는지에 직접적인 영향을 미칩니다. 금속을 사용한 3D 프린팅의 세계에서 남은 분말에는 서로 융합되지 않은 금속 입자, 산화물 함유물 또는 위성 분말(큰 입자에 달라붙는 작은 입자)이 있을 수 있습니다. 예를 들어 전자빔 용해(EBM) 공정에서 Ti6Al4V 분말을 15회 사용한 후 입자 표면의 산화물 코팅이 두꺼워졌습니다. 이로 인해 부품 내부에 융합 결함이 발생하고 응력 처리 능력이 69배 저하되었습니다. 이 작은 결함은 부품을 반복적으로 로드할 때 균열의 원인이 되어 수명이 크게 제한될 가능성이 높습니다.
전자 제품 제조 분야에서 납땜 플럭스의 탄산염 및 탄화물을 포함하여 PCBA(인쇄 회로 기판 조립품) 표면의 무기 잔류물은 절연 저항을 낮추고 누설 전류를 증가시킬 수 있습니다. 실험에 따르면 잔류 농도가 0.1mg/cm² 이상이면 솔더 조인트 사이의 누설 전류가 3배까지 증가할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이로 인해 습한 환경에서 금속 표면이 부식되어 접촉 불량이나 개방 회로 오류가 발생할 수 있습니다. 로진 및 그리스와 같은 유기 잔류물은 절연 코팅을 생성하여 전기 연결이 작동하기 어렵게 만들고 계속되는 문제를 일으킬 수 있습니다.
2, 분말 잔류물이 부품 성능에 영향을 미치는 방식: 다중-규모 결합 효과
1. 기계적 성능 저하: 피로와 파손의 숨겨진 촉매제
분말 잔류물은 재료의 미세 구조를 변화시켜 기계적 특성을 변화시킵니다. LPBF(레이저 분말층 용융) 공정에서 잔여 스플래시가 퍼지는 방식은 스캐닝 접근 방식과 밀접하게 연관되어 있습니다. 연구에 따르면 공기 흐름 방향(예: S-270도)으로 스캐닝하면 분말 베드에 스패터가 30% 증가하여 용융 풀에 다공성 또는 불완전한 융합 결함이 발생하여 구성 요소의 밀도가 감소할 수 있는 것으로 나타났습니다. 실험 데이터에 따르면 기공 부피 비율이 0.5%인 316L 스테인리스강 부품의 피로 한계는 결함이 없는 부품에 비해 40% 감소합니다.
파우더를 반복해서 사용하면 파우더의 특성이 변경되어 부품의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 17-4PH 스테인리스 스틸 분말을 15회 사용한 후 분말의 입자 크기 분포가 좁아지고(D10이 20.8μm에서 25.3μm로 변경됨) 위성 분말이 감소하고 유동성이 15% 증가했습니다. 인장강도는 크게 변하지 않았지만, 고사이클 피로수명은 20% 증가했습니다. 재활용 파우더를 더욱 고르게 도포하고 국부적인 결점을 보완했기 때문이다. 그러나 분말이 매우 산화된 경우(예: Ti6Al4V 분말) 단단하고 부서지기 쉬운 산화물 층이 형성됩니다. 그러면 이 층이 균열이 퍼지는 가장 좋은 방법이 됩니다.
2. 덜 신뢰할 수 있는 기능: 이는 전자 및 생물의학 과학에서 흔히 발생하는 문제입니다.
전자 제품 생산에서 분말 잔여물의 위험성은 "시한폭탄"과 같습니다. 항공기 전자 장비의 문제를 조사한 결과 0.3μm의 먼지 입자가 0.5μm의 홈 간격을 가진 집적 회로 표면에 침전되어 핀홀 결함이 발생하고 2000시간 작동 후 장치가 고장나는 것으로 나타났습니다. 의료용 장갑 외부에 남은 활석 가루(1~10μm 입자)에도 알레르기를 일으킬 수 있는 박테리아나 라텍스 단백질이 있을 수 있습니다. 임상 연구에 따르면 0.5mg/g 활석 가루가 함유된 장갑을 사용하면 의료진의 알레르기 반응 위험이 2%에서 15%로 높아지며 심각한 경우 아나필락시성 쇼크로 이어질 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.
3. 공정 간섭: 시스템 수준에서 질소 발생기에 대한 파우더 베드의 영향
분말 잔여물은 제조 공정을 방해하여 부품의 작동 성능을 저하시킬 수도 있습니다. 세라믹을 조각하거나 밀링할 때 가이드 레일 시스템에 첨가된 산화알루미늄 먼지(경도 HV2000)가 가이드 레일 표면을 사포처럼 긁습니다. 이렇게 하면 거칠기 Ra가 0.2μm에서 1.0μm로 증가하여 처리 정확도가 50% 감소합니다. 질소 발생기에서 탄소 분자체를 분쇄한 후, 분말은 흡착탑의 흐름 채널도 차단합니다. 이렇게 되면 질소 순도가 99.99%에서 95%로 낮아지게 되는데, 이는 전자칩을 만들기에 충분하지 않은 수준이다. 이로 인해 제품 폐기율이 30% 증가합니다.
3, 통제 전략 및 기술 프론티어: 수동적 제거에서 능동적 예방까지
1. 공정 최적화: 남은 생산원을 줄입니다.
스캐닝 전략 설계: LPBF 공정에서 S-45도 또는 S-180도 스캐닝 방향을 사용하면 튀는 증착을 줄이고 남은 파우더 베드의 양을 40%까지 줄일 수 있습니다.
가루 관리 : 미세한 가루가 너무 많아 가루가 뭉치는 것을 방지하기 위해(<20 μ m), you can use screening (such a 150 μ m sieve) and air flow classification to control the size of the particles. For instance, one airline cut the amount of 3D printed powder from 15% to 8%, and the parts' porosity went down from 0.8% to 0.2%.
환경 제어: 전자 작업장을 ISO 클래스 5(클래스 100) 표준에 따라 깨끗하게 유지하면 PCBA 표면에 남아 있는 오염 물질의 양을 90%, 고장률을 75%까지 줄일 수 있습니다.
2. 효율적인 청소 기술: 손으로 하는 것부터 기계를 사용하는 것까지
폭발로부터 안전한 청소 방법: Tuobo 첨가제 TCB 시리즈 시스템은 불활성 가스로부터 보호하면서 대형 3D 프린팅 작업물의 내부를 자동으로 청소하도록 설계되었습니다. 분말 회수율은 98%이며, 수작업 시간을 90% 줄여줍니다.
2025년에 출시된 커피 머신에는 고주파 진동을 사용하여 파이프 부착물을 제거하고 머신에 머무르는 커피 가루의 양을 3%에서 0.5%로 낮추는 이 기술이 적용되었습니다.
나노 레벨 검출: 레이저 회절 방법(정확도 0.1μm) 또는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 분말의 잔류 형태를 분석합니다. 이는 프로세스 최적화를 위한 데이터 지원을 제공합니다.
3. 신소재: 잔류감도 저하
잔류물이 적은 분말 설계: 분말을 분배하는 동안 튀는 현상을 줄이기 위해 매우 구형이고 흐름이 잘 되는 분말(예: 가스 분무 316L 스테인리스 스틸 분말, 유동성을 평가하는 홀 유량계 25s/50g)을 만듭니다.
생분해성 코팅: 사탕수수 섬유는 의료용 장갑 코팅에 사용됩니다. 이 섬유는 물에서 부풀어오르기 때문에 분말 잔류물 누출을 20% 줄이고 알레르기 위험을 줄일 수 있습니다.
동적 압력 추출: 캡슐 커피 제조 시 물의 흐름을 개선하기 위해 분할된 압력 조절을 활용하여 커피에 남아 있는 미세 분말의 양을 15% 줄입니다.