금속 3D 프린팅 후에 CNC 정밀 가공을 수행해야 합니까? - 지식

1. 기술의 핵심: 덧셈과 뺄셈 재료가 함께 작동하는 능력
CNC 정밀 가공과 금속 3D 프린팅의 주요 차이점은 제조 공정에서 함께 작동하게 만드는 것입니다.
다양한 형성 방법
금속 3D 프린팅은 금속 분말을 한 번에 한 층씩 녹여 물건을 만듭니다. 표면에는 일반적인 레이어 패턴과 용융 풀 흔적이 표시됩니다. 융착되지 않은 분말, 미세기공 등 미세구조에 문제가 있을 수 있습니다. CNC 정밀 가공은 공구 절단을 사용하여 재료를 제거하고 Ra0.8μm 이하의 거울 효과를 생성하며 치수 공차를 ±0.01mm 이내로 관리할 수 있습니다.
프로세스 능력의 한계
3D 프린팅에는 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어 형상적응형 냉각 채널, 격자 무게 감소 구조, 다양한 각도의 공동과 같이 기존 방법으로는 만들기 어려운 복잡한 구조를 만들 수 있습니다. 예를 들어, 특정 항공 엔진 블레이드는 3D 프린팅을 사용하여 내부를 비우게 만들어 구조의 강도를 유지하면서 무게를 40% 줄였습니다.
CNC 가공의 이점: 평면 및 원통과 같은 일반적인 형태에 대한 보다 효율적인 가공이 가능하며 남은 지지 구조를 처리할 필요가 없습니다. 예를 들어, CNC 밀링은 특정 자동차 변속기 샤프트의 표면 거칠기를 Ra0.4μm로 만들어 고속 회전에 필요한 내마모성을 충족했습니다.-
하이브리드 제조 트렌드
"3D 프린팅 + CNC 정밀 가공"이라는 하이브리드 방식이 업계 표준으로 자리잡고 있습니다. 예를 들어, 정밀 금형을 제작하는 회사는 3D 프린팅을 활용하여 3층의 내부 냉각 채널이 있는 금형 코어를 만듭니다. 그런 다음 CNC 가공을 사용하여 냉각 프로세스를 30% 더 효율적으로 만들고 배송 시간을 14일에서 5일로 단축했습니다.
2. 산업 수요: 표면 거칠기에 대한 다양한 기준
산업마다 표면 품질에 대한 요구가 뚜렷하며 이는 CNC 정밀 가공의 필요성에 직접적인 영향을 미칩니다.
항공우주 분야
부품은 가혹한 조건(고온, 고압, 높은 응력)을 견딜 수 있어야 하며, 표면 결함으로 인해 피로 균열이 발생할 수 있습니다.
일반적인 예는 특정 유형의 로켓 엔진 노즐을 3D 프린팅할 때 CNC 가공으로 밀봉 표면의 거칠기를 Ra12μm에서 Ra0.8μm로 줄이는 것입니다. 이로 인해 고온에서의 밀봉 수명이 50배에서 200배로 연장됩니다.
프로세스 선택: 밀봉 표면 및 결합 표면과 같은 주요 부품은 CNC 정밀 가공되어야 합니다. 비-내력 표면은 인쇄된 질감을 유지하여 무게를 줄일 수 있습니다.
의료용 임플란트 분야
필수 요구 사항: 표면 거칠기는 뼈 세포 부착 및 박테리아 증식 가능성에 영향을 미칩니다.
티타늄 합금 고관절 보철물은 뼈가 성장할 수 있도록 Ra1.5–2.5 μm의 표면 품질을 가져야 합니다. 3D 프린팅을 이용해 의수를 제작하는 회사가 있습니다. 그런 다음 표면을 Ra0.8μm로 더 매끄럽게 만들기 위해 화학 연마와 CNC 연마를 조합합니다. 이는 인쇄로 만들어진 미세 다공성 구조를 유지하여 신체와 생물과의 호환성을 향상시킵니다.
올바른 공정 선택: 기능성 표면은 CNC 정밀 절단이 필요한 반면 구조 표면은 인쇄된 질감을 유지할 수 있습니다.
가전제품의 세계에서는
표면의 매끄러움은 제품의 외관과 광학적 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다.
일반적인 시나리오에서 CNC 가공은 3D-프린팅된 휴대폰 카메라 마운트의 표면 거칠기를 Ra3.2μm에서 Ra0.05μm로 낮췄습니다. 이로 인해 마운트는 레이저 통신 시스템에 필요한 가시광선을 85%에서 92%까지 더 많이 반사하게 되었습니다.
공정 선택: 광학 표면은 CNC 정밀도로 가공되어야 하는 반면 구조 표면은 인쇄된 질감을 유지할 수 있습니다.
에너지 및 금형 산업: 표면 품질은 부식에 대한 저항성과 작업 용이성 사이의 균형을 맞춰야 합니다.
3D-프린팅된 자동차용 사출 성형 코어는 형상적응형 냉각 채널을 만드는 데 사용되었습니다. 그런 다음 표면을 덜 거칠게 만들기 위해 Ra15 μm에서 Ra6.3 μm로 샌드블라스팅했습니다. 이로 인해 금형의 수명이 100,000회에서 500,000회로 늘어났습니다.
공정 선택: 접촉하지 않는 표면의 경우 샌드블래스팅과 같은 저렴한{0}}방법을 활용할 수 있습니다. 접촉하는 표면의 경우 CNC 정밀 가공이 필요합니다.
3. 비용{1}}효과성: 프로세스 선택의 경제적 논리
CNC 정밀가공 활용 여부를 결정하려면 기술적 타당성, 납기, 생산비용 등을 꼼꼼히 따져봐야 한다.
기술적 타당성 평가
구조적 복잡성: 제품에 CNC로 제조하기 어려운 기능(예: 내부의 교차 구멍 또는 얇은{0}}벽 구조)이 있는 경우 3D 프린팅이 유일한 선택일 수 있습니다. 예를 들어, 3D 프린팅은 특정 비행기 엔진의 완전 연소실을 만들어 기존 용접 방법에서 발생할 수 있는 응력 집중 문제를 방지합니다.
정확도 요구 사항: 공차 요구 사항이 3D 프린팅이 수행할 수 있는 것(예: ± 0.01mm)보다 높은 경우 CNC 정밀 가공이 필요합니다. 예를 들어, 고정밀 기어용 블랭크는-3D 프린팅을 통해 제작되고, CNC 연삭은 치형 정확도를 IT8 수준에서 IT5 수준으로 높입니다.
배송주기 최적화
긴급 주문의 경우 3D 프린팅을 활용하면 금형 개발 단계를 건너뛰고 '디자인 프린트 납품'에 빠르게 대응할 수 있다. 예를 들어, 한 신에너지 자동차 회사는 3D 프린팅을 사용하여 프로토타입 배터리 팩 브래킷을 만들었습니다. 설계부터 조립까지 전체 과정은 단 48시간밖에 걸리지 않았습니다.
배치 크기가 큰 경우(1000개 이상) 배치 생산 시 CNC 가공이 더 저렴할 수 있습니다. 표준 부품 제조 회사는 알루미늄 합금 연결부의 CNC 일괄 처리를 사용하여 3D 프린팅보다 단일 품목을 60% 저렴하게 만들 수 있습니다.
총 배송 비용 통제
CNC 가공을 사용할 때는 프로그래밍, 클램핑, 금형 테스트와 같은 암묵적인 비용을 고려해야 합니다. 반면에 3D 프린팅은 도구 비용과 설계 반복 위험을 낮출 수 있습니다. 예를 들어, 3D 프린팅을 사용하면 복잡한 구조 부품을 한 번에 만들 수 있어 도구 및 공정 경로를 변경하는 데 필요한 시간을 70%까지 줄일 수 있습니다.
재료 활용률: CNC 가공은 일반적으로 재료의 50%~70%를 사용하는 반면, 3D 프린팅은 90% 이상을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 3D 프린팅은 CNC 밀링보다 비용이 40% 저렴한 특정 티타늄 합금 품목을 만듭니다.