DMLS(직접 금속 레이저 소결) 및 티타늄 밀링을 사용한 기능성 금속 프로토타입 제조

DMLS(직접 금속 레이저 소결) 및 티타늄 밀링을 사용한 기능성 금속 프로토타입 제조

빠른 답변

 복잡한 형상을 위한 직접 금속 레이저 소결(DMLS)과 엄격한 공차 및 표면 마감을 위한 정밀 티타늄 CNC 밀링을 결합하여 생산 성능에 맞는 기능성 금속 프로토타입을 만드는 것이 가장 좋습니다. 이 하이브리드 접근 방식은 기존 툴링의 비용이나 리드 타임 없이 설계 자유도와 생산 수준 정확도를 제공하므로 항공우주, 의료 및 EV 구성 요소에 널리 사용됩니다.

항공우주, 의료 기기, 로봇 공학, 전기 자동차 분야의 제품 개발 주기는 계속해서 단축되고 있습니다. 엔지니어에게는 시각적 모델 이상의 것이 필요합니다. 생산 툴링을 시작하기 전에 강도, 적합성, 열 거동 및 제조 가능성을 검증하는 기능성 금속 프로토타입이 필요합니다.

DMLS(직접 금속 레이저 소결)와 티타늄 CNC 밀링이라는 두 가지 보완 기술이 이 문제를 해결합니다. DMLS는 기존 기계 가공으로는 달성할 수 없는 내부 채널, 격자 및 유기적 형태를 사용하여 거의 그물 형태의 부품을 제작합니다. 5축 티타늄 CNC 밀링은 생산 공차에 대한 중요한 기능을 마무리합니다. 이 조합은 고성능 애플리케이션에 사용되는 Ti-6Al-4V 부품에 특히 효과적입니다.

기능성 금속 프로토타입이 다른 이유

기능성 금속 프로토타입은 최종 부품의 기계적 특성, 치수 정확도 및 조립 동작을 복제합니다. 팀은 이를 사용하여 구조적 무결성, 결합 인터페이스 및 프로세스 타당성을 확인하는 동시에 후기 단계의 설계 변경을 줄입니다.

티타늄 프로토타입 제조의 실제 과제

Ti-6Al-4V(5등급)과 같은 티타늄 합금은 뛰어난 중량 대비 강도 비율과 내식성을 제공합니다. Wikipedia 데이터에 따르면 일반적인 밀도는 약 4.43g/cm3이고 가공 재료의 인장 강도는 일반적으로 900~950MPa 범위에 속하며 영률은 약 104~113GPa입니다. 이러한 동일한 특성으로 인해 제조상의 어려움이 발생합니다.

·  낮은 열전도율(약 6.7W/m·K, 강철의 약 7분의 1)로 열을 절삭날에 집중시킵니다. 업계 소식통에 따르면 절삭 열의 최대 80%가 칩이 아닌 공구로 전달되어 적절한 냉각 없이는 마모가 가속화되고 온도가 1,000°C 이상 올라갈 위험이 있습니다.

·  빠른 공구 마모 및 가공 경화에는 특수 초경 공구, 고압 ​​절삭유 및 보수적인 절삭 속도(일반적으로 5등급의 경우 30-60m/min)가 필요합니다.

·  복잡한 내부 기능(등각 냉각 채널, 토폴로지 최적화 격자)은 순수 감산 방법으로는 불가능하거나 엄청나게 비용이 많이 드는 경우가 많습니다.

공격적인 개발 일정으로 인해 반복 기간이 더욱 단축되므로 대응력이 뛰어난 하이브리드 공급업체가 중요해졌습니다.

DMLS가 실제로 작동하는 방식

DMLS(레이저 파우더 베드 융합의 한 형태)는 일반적으로 20~60μm의 얇은 금속 분말 층을 펴고 CAD 슬라이스에 따라 고출력 파이버 레이저로 선택적으로 녹입니다. 빌드 플레이트가 낮아지고 새 레이어가 적용되며 거의 그물 모양의 부품이 완성될 때까지 주기가 반복됩니다.

업계 데이터 시트 전반에 걸쳐 보고된 일반적인 Ti-6Al-4V DMLS 결과는 최종 인장 강도가 1,100~1,200MPa를 초과하는 경우가 많으며, 열처리된 값은 가공 최소값(일반적으로 >930MPa)을 충족하거나 초과하고 상대 밀도는 99%를 초과하는 것으로 나타났습니다. 레이어 방향, 레이저 출력 , 스캔 속도 및 지원 전략은 잔류 응력, 다공성 및 이방성에 직접적인 영향을 미치므로 매개변수 최적화가 필수적입니다.

인쇄 후 부품은 일반적으로 마무리 가공 전에 응력 완화 열처리, 지지대 제거 및 선택적인 열간 등압 성형을 거칩니다. 이 시퀀스에서는 고체 빌렛으로 기계 가공이 불가능한 항공우주 브래킷, 의료 기기 및 EV 구조 부품용 기능성 티타늄 프로토타입을 생산합니다.

티타늄 CNC 밀링이 필요한 정밀도를 제공하는 경우

CNC 밀링은 엄격한 치수 제어와 우수한 표면 품질을 요구하는 기능의 벤치마크로 남아 있습니다.

·  정밀 보어, 베어링 시트 및 밀봉 표면

·  스레드 인터페이스 및 중요한 결합 기준점

·  5축 플랫폼에서 기하학적 공차가 ±0.01mm까지 낮음

견고한 공작 기계, 최적화된 공구 경로, 고압 절삭유 공급 및 날카로운 코팅 초경 커터가 열과 칩 배출을 제어합니다. 5축 동시 가공은 설정을 줄이고 위치 정확도를 향상시키며 복잡한 티타늄 부품의 일관성을 유지합니다. 의료 기기 및 항공우주 인터페이스의 경우 이 단계에서는 프로토타입이 기능 테스트 또는 인증을 진행할 수 있는지 여부를 결정하는 경우가 많습니다.

두 가지 장점을 결합한 하이브리드 워크플로우

대부분의 고가치 티타늄 프로토타입은 실용적인 하이브리드 순서를 따릅니다.

1. DMLS는 재료 활용을 극대화하는 동시에 내부 채널, 격자 구조 및 유기적 윤곽을 캡처하여 그물 모양에 가까운 형상을 구축합니다.

2. 응력 완화 열처리는 미세 구조를 안정화하고 잔류 응력을 감소시킵니다.

3. 지지 구조물을 제거하고 부품을 청소합니다.

4. 5축 CNC 기계 가공은 보어, 나사산, 실링 면 및 기준점과 같은 중요한 치수만 ±0.01mm 이하로 마무리하는 동시에 표면 거칠기를 일반적인 기본 Ra 5~15μm 범위에서 생산 수준으로 향상시킵니다.

5. CMM, GD&T 검증 및 표면 측정을 통한 최종 검사를 통해 규정 준수 여부가 확인됩니다.

이 접근 방식은 EV 프로토타입 가공, 항공우주 경량 구조 및 복잡한 의료 도구에 자주 지정됩니다. 순수 빌렛 가공의 높은 구매-플라이 비율을 방지하는 동시에 첨가제 전용 부품의 인쇄된 공차와 표면 제한을 극복합니다.

생산 표준에 맞는 품질 관리

일관된 결과는 모든 단계의 프로세스 규율에 따라 달라집니다. 레이저 매개변수 및 빌드 방향은 초기 최적화 후에 잠깁니다. 가공 중 절삭 데이터, 절삭유 압력 및 공구 수명 모니터링은 티타늄의 전형적인 빠른 마모를 방지합니다. 중요한 구성 요소는 초도품 검사, 전체 CMM 보고서 및 표면 거칠기 검증을 받아 프로토타입이 최종 생산 부품처럼 작동합니다.

일반적인 응용 분야

·  항공우주 기능성 프로토타입(경량 브래킷, 열 관리 구성 요소, UAV 구조)

·  복잡한 기하학과 정밀한 인터페이스를 모두 요구하는 복잡한 의료 도구 및 기기

·  토폴로지 최적화의 이점을 활용하는 구조 노드, 모터 마운트 및 경량 섀시 요소를 위한 EV 프로토타입 가공

다왕정밀과 파트너십을 맺어야 하는 이유

26년의 정밀 제조 경험, 400개 이상의 CNC 기계(ROEDERS 및 Mazak 5축 센터 포함) 및 확립된 DMLS 지원을 통해 Dawang Precision은 티타늄, 알루미늄, 스테인리스강 및 인코넬을 위한 통합 하이브리드 솔루션을 제공합니다. 당사의 엔지니어들은 프로세스 선택, 공차 조언, 재료 안내 및 비용 기회를 다루는 제조 가능성 검토를 위한 무료 설계를 24시간 이내에 제공합니다.

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