금형 금속 3D 프린팅에서 공구강의 적용 전망은 무엇입니까?

一, 기술의 큰 진전: '기능 구현'에서 '성능 도약'으로
1. 복잡한 구조를 만드는 능력
기존 방식으로-금형을 만드는 데는 CNC 가공, 방전 가공(EDM)과 같은 방법이 사용되기 때문에 형상적응형 냉각수 채널 및 내부 보강 리브와 같은 복잡한 형상을 만들기가 어렵습니다. LPBF 기술은 금속 분말을 층층이 녹여 일체화된 복잡한 구조를 직접 인쇄할 수 있습니다. 예를 들어, 하이브리드 변속기 하우징용 금형을 제작할 때 Toyota는 Fraunhofer ILT의 갠트리 대형 LPBF 장비와 새로운 공구강 L{4}}40을 사용하여 나선형 냉각수 채널이 있는 금형 인서트를 제작했습니다. 이 구조는 금형의 온도를 40% 균일하게 하고, 금형 온도를 30% 빠르게 냉각시키며, 제품 수축률을 67% 줄이고, 수율을 98%까지 높입니다.
2. 재료 작동 방식 개선
3D 프린팅 공구강 제작 시 균열, 잔류장력 등의 문제를 해결해야 합니다. 폴란드 AGH 공과대학은 짧은 레이저 펄스 기술을 통해 H11 열간 공구강의 균열 밀도를 절반으로 줄였습니다. 또한 경도 변동 범위를 ±5HV로 유지하기 위해 잔류 오스테나이트 함량을 제어했습니다. Desktop Metal은 또한 금속 분말과 바인더의 혼합물을 고속으로 분사하여 D2 공구강의 프로토타입을 빠르게 만드는 SPJ(Single Shot Jet) 기술을 개발했습니다. 일반 LPBF보다 100배 빠르게 인쇄하고, 소재 밀도가 99.5%로 일반 단조 부품보다 내마모성이 뛰어납니다.
3. 물건을 만드는 다양한 방법의 혼합
3D 프린팅 공구강은 일반적으로 CNC 가공 및 쇼트 피닝과 같은 다른 기술과 함께 수행되어 "첨가 절삭"이라는 단일 공정을 만듭니다. 예를 들어 Yisu Company는 LPBF를 사용하여 형상 적응형 냉각 인서트를 포함한 금형의 핵심 기능 섹션을 프린팅합니다. 이 부품은 이후 Ra의 표면 거칠기로 CNC 정밀 가공됩니다.<0.4 μ m, which extends the life of the mold from 200,000 cycles to 500,000 cycles. This mode keeps the design freedom of 3D printing while still meeting the rigorous standards for accuracy and surface quality that molds need.
2, 업계 수요: "고급-맞춤화"에서 "애플리케이션 확장"까지
1. 자동차 산업: 경량화 및 업무 완수에 집중
자동차 금형 제작 비용은 전체 자동차 개발 비용의 30~40%를 차지하며, 그 과정은 6~12개월이 소요될 수 있습니다.. 3공구강을 D 프린팅하면 이 주기가 훨씬 단축됩니다. 예를 들어, B&J Specialty는 LPBF 기술을 사용하여 자동차 파이프라인용 몰드 인서트를 만듭니다. 이를 통해 냉각 사이클 시간이 1분에서 40초로 단축되고, 생산 효율이 30% 향상되며, 금형 수명이 25% 연장됩니다. 경량의 신에너지 차량에 대한 필요성이 증가함에 따라 배터리 팩 브래킷 및 모터 하우징과 같은 금형에 공구강 3D 프린팅을 사용하는 경우도 늘어날 것입니다.
2. 의료 분야: 구체적이고 개별화된 요구
의료용 금형은 생체적합성, 정확성 등 매우 까다로운 기준을 충족해야 합니다. 토폴로지 최적화 설계를 통해 공구강 3D 프린팅을 통해 가볍고 유용한 금형을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 한 치과 회사에서는 인쇄 정밀도가 2~5μm인 μ-LPBF 기술을 사용하여 눈에 보이지 않는 치과 교정 장치 금형을 만듭니다. 형상적응형 냉각 설계로 교정력 분포의 일관성이 40% 향상되었으며, 환자 적응율은 85%에서 98%로 향상되었습니다. 또한, 공구강을 사용한 3D 프린팅은 수술용 가이드나 임플란트용 금형과 같은-고부가가치 품목을 만드는 데에도 사용할 수 있습니다.
3. 가전제품: 빠른 반복 및 소규모 배치 제작
가전제품은 수명이 짧고 금형 업데이트가 자주 발생합니다. 공구강 3D 프린팅을 사용하면 "설계 프린트 테스트" 프로세스를 빠르게 진행할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 3C 제품 금형 공장에서는 LPBF를 사용하여 휴대폰 프레임 금형을 만듭니다. 이로써 배기부 개구부가 0.04mm로 통기성이 좋은 구조가 되었으며, 사출압력은 30% 낮아지고, 금형 수명은 40% 증가되었습니다. 이 기술은 기업이 시장 변화에 신속하게 적응하고 재고가 너무 많아 위험을 낮추는 데 도움이 됩니다.
3, 물질적 혁신: "단일 성능"에서 "다-기능 통합"으로
1. 새로운 공구강 만들기
재료 공급업체는 3D 프린팅의 작동 방식 때문에 특정 공구강 분말을 만들고 있습니다. 예를 들어, Fraunhofer ILT와 Toyota가 함께 개발한 L-40 공구강은 Cr, Mo, V와 같은 합금 원소의 양을 조정하여 높은 경도(HRC 52~55)와 우수한 인성 사이에서 적절한 절충안을 찾습니다. 이 소재는 600도의 매우 높은 온도에서도 80%의 견고성을 유지할 수 있어 고압 주조 금형과 같은 매우 거친 작업에 적합합니다.
2. 두 가지 이상의 재료로 이루어진 구조
공구강을 이용한 3D 프린팅은 하나의 재료를 사용하는 것에서 하나 이상의 재료를 사용하는 것으로 변화하고 있습니다. 예를 들어, 회사에서는 LPBF를 사용하여 금형을 인쇄할 때 구리의 열전도율이 높기 때문에 금형 캐비티 표면에 구리 합금 코팅을 적용하여 빠르게 냉각시킵니다. 본체에 공구강을 사용하여 견고함을 확인했습니다. 이 복합 구조 덕분에 금형 수명이 60% 더 길어지고 추가 인레이 작업이 필요하지 않습니다.
3. 스마트 소재 활용
센서를 공구강 3D 프린팅과 함께 사용하면 실시간-금형 모니터링 및 적응형 제어가 가능합니다. 예를 들어, 한 의료 회사에서는 LPBF-인쇄된 금형 내부에 온도 센서를 넣고 AI 알고리즘을 사용하여 사출 매개변수를 실시간으로 변경했습니다. 이로 인해 제품의 일관성이 50% 향상되었습니다. 미래에는 형상 기억 합금 및 자가 치유 재료와 같은 스마트 소재 덕분에 공구강 3D 프린팅 금형이 자가-조정 및 자가 수리-할 수 있게 될 것입니다.