파운드리 산업에서 3D 프린팅 기술의 적용

I. 파운드리 산업 및 3D 프린팅 개발에 대한 보도

산업 재단으로서 Foundry Industry는 기계 제조, 자동차, 항공 우주 및 기타 부문에 금속 부품을 제공하는 데 중요한 역할을합니다. 그러나 전통적인 파운드리는 중요한 과제에 직면합니다. 복잡한 모양의 부품은 기존의 방법으로 생산하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 곰팡이 제조에는 긴 리드 타임과 높은 비용이 포함되어 새로운 제품 개발을 제한하고 소규모 배치 생산을 제한합니다. 생산 효율성은 빠르게 변화하는 시장 수요를 충족시키기 위해 노력하고 있습니다. 한편, 1980 년대 이래로 3D 프린팅 기술은 지속적인 혁신과 재료 확장을 통해 성숙해 왔습니다. 3D 모델 데이터를 기반으로하는 계층 별 재료 증착을 통해 전통적인 곰팡이가없는 매우 복잡한 설계를 가능하게하여 빠른 프로토 타이핑, 소규모 배치 생산 및 사용자 정의가 뛰어납니다. 스마트 제조 변환 시대에, 3D 프린팅을 파운드리 운영과 통합하면 효율성 이득 및 비용 감소를 통해 전통적인 제한을 극복하고, 고성능 부품을위한 제품 혁신을 주도하며 산업 현대화 가속화됩니다.

II. 기술 기반 : 3D 프린팅 대 발근 원칙

(3) 포괄적 인 3D 프린팅 기술

1. 주요 3D 프린팅 프로세스의 핵심 원칙

• 융합 증착 모델링 (FDM): 가열 된 노즐을 통해 열가소성 필라멘트를 녹여 부품 형상에 따라 층을 증착합니다. 장난감 및 가정 품목과 같은 간단한 플라스틱 프로토 타입에 일반적으로 사용됩니다.

• 스테레오 리소그래피 (SLA): 자외선을 사용하여 액체 광 폴리머 수지 층을 층별로 치료합니다. 보석 캐스팅 패턴 및 고정밀 툴링 프로토 타입에 이상적입니다.

• 선택적 레이저 소결 (SLS): 레이저/전자 빔을 소결 금속/세라믹/플라스틱 분말을 고체 부품으로 사용합니다. 항공 우주에서 널리 사용되는 엔진 부품과 같은 복잡한 금속 구성 요소를 생산합니다.

(process) 전통적인 파운드리 프로세스

1. 주요 파운드리 기술

• 모래 주조: 패턴을 사용하여 곰팡이 캐비티를 생성하고, 용융 금속을 부어, 응고 후 모래를 제거합니다. 예 : 자동차 엔진 블록 생산.

• 투자 캐스팅: 왁스 패턴 주위에 세라믹 쉘을 형성하고 왁스를 녹이고 금속으로 채 웁니다. 복잡한 형상이있는 항공 우주 터빈 블레이드에 이상적입니다.

• 곰팡이 의존성 제한 내부 채널/코어의 설계 유연성.

• 긴 금형 리드 타임 (몇 주에서 몇 달)은 신제품 출시를 제한합니다.

• 고정 비용이 높으면 소규모 배치 생산이 비 경제적으로 만듭니다.

III. 응용 프로그램 혁신 : 3D 프린팅은 파운드리 워크 플로를 변환합니다

(rev) 곰팡이 제조 혁명

1. 프로세스 및 장점

• 직접 금속 인쇄 (SLS) 또는 플라스틱 프로토 타입 캐스팅 (FDM)은 금형 리드 타임을 몇 주에서 일으로 크게 줄입니다.

• 전통적인 방법으로는 복잡한 냉각 채널과 컨 포멀 설계를 가능하게합니다.

• 중국 자동차 금형 제조업체는 금속 3D 프린팅을 사용하여 휠 금형의 배달 시간을 4 주에서 7 일로 줄여서 15% 결함 감소를 달성했습니다.

(core) 모래 금형/코어 첨가제 제조

1. 기술 세부 사항

• 코팅 된 모래가있는 바인더 제트 공정은 복잡한 형상을위한 정밀 금형/코어를 만듭니다.

• 예 : 냉각 통로가 통합 된 엔진 실린더 헤드 코어.

• ± 0.1mm 치수 정확도는 가공 요구 사항을 줄입니다.

• 맞춤형 다공성은 가스 포획과 같은 주조 결함을 최소화합니다.

• 3D 프린트 샌드 코어는 부드러운 내부 채널을 갖춘 항공기 엔진 연료 노즐을 생산하여 연료 효율을 8%향상 시켰습니다.

(d) 직접 금속 3D 프린팅

1. 프로세스 매개 변수

• 불활성 가스 환경 하의 레이저 분말 침대 퓨전 (LPBF)은 레이저 전력 (200-500W), 스캔 속도 (500-2000mm/s) 및 층 두께 (20-100μm)의 정확한 제어가 필요합니다.

• 90% 재료 효율로 네트 모양 티타늄 합금 성분을 생성합니다.

• 항공 우주 응용 분야의 격자 구조가 체중을 20% 감소시킵니다.

• osseoseointegration을위한 다공성 표면이있는 맞춤형 고관절 임플란트.

• 열 저항이 향상된 차세대 제트 엔진 용 연소실.

IV. 변형 영향 : 3D 프린팅 파운드 파운드리 진화

(anc) 효율 향상

1. 시간 절약

• 곰팡이 설계-생산주기는 자동차 캐스팅에서 8 주에서 2 주로 감소했습니다.

• 오토바이 엔진 차단 생산 시간은 모래 3D 프린팅을 통해 10 주에서 3 주로 줄입니다.

• 항공 우주 블레이드 제조주기는 직접 금속 인쇄를 사용하여 67% 감소했습니다.

(.) 비용 최적화

1. 곰팡이 비용 절감

• 소규모 배치 툴링의 경우 90% 비용 절감 (예 : 금속 금형의 경우 $ 5000 대 $ 50,000).

• 티타늄 합금 사용은 전통적인 캐스팅의 60% 폐기물에서 3D 프린팅에서 10%로 감소하여 1000 부에 대해 매년 250 만 달러를 절약했습니다.

(ation) 품질 및 혁신 도약

1. 성능 향상

• 최적화 된 냉각 채널을 통해 연소 챔버 온도 저항이 15% 증가했습니다.

• 자동차 서스펜션 부품 중량은 격자 구조로 12% 감소했습니다.

• 3D 인쇄 금형에서 ± 0.05mm 치수 반복성은 배치 균일 성을 보장합니다.

• 전자 빔 용융은 임계 항공 우주 부품에 대해 99.9%의 재료 밀도를 달성합니다.