금속 3D 프린팅과 CNC 가공을 가장 합리적인 방법으로 결합하는 방법은 무엇입니까?

一, 기술적 보완성: '반대'에서 '공생'으로의 논리적 변화
금속 3D 프린팅(예: SLM/DMLS 기술 사용)은 레이저를 사용하여 금속 분말을 층별로 녹여 복잡한 내부 구조를 한 번에 구축할 수 있습니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.
구조적 자유도의 획기적인 발전: 격자 구조, 형상적 냉각 채널, 고르지 않은 표면 및 일반적인 CNC 기계가 할 수 없는 기타 것들을 만들 수 있습니다. 예를 들어, 특정 유압 밸브 본체는 3D 프린팅을 통해 엇갈린 오일 회로를 갖게 되어 흐름 채널을 300% 더 복잡하게 만듭니다. CNC 가공에는 많은 클램프가 필요하며 밀봉을 확인하기가 어렵습니다.
적층 제조는 재료를 낭비하지 않으며 재료 활용률은 90%를 초과할 수 있으며 이는 CNC 가공의 50~70% 비율보다 훨씬 높습니다.
신속한 반복 능력: 디지털 모델을 변경한 후 다시 성형할 필요 없이 바로 프린팅할 수 있습니다. 이로 인해 새로운 제품을 개발하는 데 걸리는 시간이 몇 개월에서 며칠로 단축되었습니다.
그러나 3D 프린팅의 초기 정확도(± 0.04mm)와 표면 거칠기(Ra12.5 μm)로 인해 고정밀 조립 요구사항을 충족하기가 어렵습니다-. CNC 가공이 매우 중요해지는 시기는 다음과 같습니다.
크기 수정: 인쇄 중 수축 변형을 보완하려면 공작 기계 가이드 표면을 ± 0.02mm의 정확도로 밀링해야 합니다.
표면 마무리: 정밀 밀링으로 표면 거칠기를 주조 상태의 Ra12.5μm에서-Ra1.6μm로 높이고 경면 연마를 통해 표면 거칠기를 Ra0.2μm까지 높일 수 있습니다.
주요 특징 가공: CNC는 높은 정밀도로 끝면을 만들고 높은 정밀도로 나사 구멍을 만드는 등 모든 종류의 로컬 가공을 수행하는 데 탁월합니다.
2, 일반적인 사용 사례는 복잡한 구조와 정밀도 요구 사항을 모두 충족해야 하는 경우입니다.
1. 항공우주사업에서는 가벼움과 많은 무게를 견딜 수 있는 것 사이의 균형이 필요합니다.
한 항공우주 기업은 "3D 프린팅+CNC" 방법을 사용하여 엔진 연소실을 만듭니다.
3D 프린팅 프로세스: 니켈- 기반 고온-온도 합금인 Inconel 718에서 형상 적응형 냉각 채널을 사용하여 복잡한 형상을 프린팅합니다. 이로 인해 구조물이 35% 더 가벼워지고 최대 1200도의 온도를 견딜 수 있습니다.
CNC 공정: 밀봉 표면을 0.01mm의 평탄도로 초정밀 가공하여 고압 상황에서도 잘 작동하도록 합니다.-
효과 검증: 표준 주조 및 용접 방식에 비해 생산 주기가 60% 단축되고, 피로 수명은 2배 길어집니다.
2. 의료용 임플란트: 개인화와 생체 적합성의 혼합
티타늄 합금 정형외과 임플란트 제작 방법:
3D 프린팅: 환자의 CT 데이터를 사용하여 다공성 60~80%, 기공 크기 200~500μm의 다공성 대퇴 줄기를 인쇄합니다. 이것은 자연적인 뼈 소주의 모양을 모방합니다.
CNC 가공: 골수강에 닿는 원추형 결합 표면을 정밀 밀링하여 H7 수준 허용 오차를 충족하고 생물학적 고정을 달성합니다.
표면 처리: 샌드블라스팅과 아노다이징 처리로 표면이 거칠어지며, 이는 뼈 세포가 표면에 달라붙는 데 도움이 됩니다.
3. 산업용 금형: 복잡한 흐름 채널과 우수한 냉각 간의 적절한 균형
특정 금형 회사에서는 혼합 제조 솔루션을 사용합니다.
3D 프린팅은 3겹의 내부 냉각 채널이 있는 금형 코어를 동시에 만듭니다. 이를 통해 냉각 효과가 30% 향상되고 표준 블록 접합에서 발생하는 누출 문제가 해결됩니다.
CNC 가공: 플라스틱 부품을 쉽게 제거할 수 있도록 절단 표면을 Ra0.4 μm로 연마합니다.
원가비교 : 개당 원가가 42% 절감되었으며, 용접변형으로 인한 금형스크랩 걱정이 없습니다.
3, 프로세스 통합 경로: 설계부터 후처리까지 전체 프로세스 개선-
1. 설계 단계: 제조 공정의 한계에 따라 토폴로지를 최적화합니다.
DFAM(Design for Additive Manufacturing): 격자 구조 생성 방식을 이용해 강도는 유지하면서 무게는 절반으로 줄인 기술이다.
예약된 가공 여유: 조립 표면 및 구멍 배치와 같이 CNC 마무리가 필요한 요소에 대해 0.3~0.5mm를 따로 설정합니다. 이렇게 하면 인쇄 레이어 패턴이 정확도에 영향을 주지 않습니다.
지지 구조 최적화: 시뮬레이션 분석을 사용하여 CNC 도구를 여전히 쉽게 얻을 수 있도록 지원하면서 지지 수량을 줄입니다. 예를 들어, 특정 항공 브래킷에 대한 지지대는 가공되지 않은 표면에 배치되어 CNC 가공 시간을 30% 단축합니다.
2. 인쇄 단계: 함께 작업하여 설정을 조정하고 후처리를-수행합니다.
Choose spherical powder (flowability>30s/50g) 분말이 보다 균일하게 분포되도록 하고 다공성을 0.5% 미만으로 낮춥니다.
열처리 기술에는 650도에서 2시간 동안 응력 완화 어닐링과 열간 등압 성형(HIP)이 포함되어 밀도를 99.9% 이상으로 높입니다.
방향 제어: Magics 소프트웨어를 사용하여 요소 배치에 가장 적합한 각도를 찾아 걸기 구조물에 필요한 지지력을 줄입니다.
3. CNC 가공 단계: 5개-축 연결 및 스마트 보상
5{0}}축 머시닝 센터: Siemens 840D 시스템은 복잡한 표면을 한 번에 클램핑하고 가공하는 데 사용되어 위치 결정 실수를 방지합니다.
디지털 트윈 기술: Vericut 시뮬레이션을 사용하여 가공이 어떻게 변할지 예측하고 모델을 미리 조정합니다. 예를 들어, 시뮬레이션을 통해 주어진 터빈 블레이드의 윤곽 정확도가 ± 0.05mm에서 ± 0.02mm로 향상되었습니다.
기계 검사: Renishaw 프로브를 사용하여 가공 치수를 실시간으로 관찰하고 공구 마모로 인해 발생하는 실수를 수정합니다.
4. 표면처리 단계 : 기능화와 장식의 결합
샌드블라스팅 처리: 120메시 유리구슬을 사용하여 표면 거칠기를 Ra3.2μm로 만들어 코팅이 더 잘 붙도록 도와줍니다.
마이크로 아크 산화: 티타늄 합금 표면에 10μm 두께의 세라믹 코팅을 만듭니다. 이 필름은 경도가 1000HV이고 내마모성이 5배 더 높습니다.
PVD 코팅: TiN 코팅을 하면 표면이 더 단단해지며(2200HV) 황금빛 느낌을 줍니다.