지원 감소
지속 가능성을 위한 AM
2021년 9월 16일 | 읽기 시간: 5분 | 작성자: 호 케이 렁
산업용 3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조(AM)는 재료 효율성, 에너지 소비 감소, 현지화된 생산, 맞춤화 및 설계 최적화, 재활용 가능성, 툴링 요구 사항 감소 등의 측면에서 지속 가능한 것으로 간주됩니다. AM은 본질적으로 이러한 지속 가능성 이점을 가지고 있지만 많은 과제가 남아 있습니다.
DMLS("Direct Metal 레이저 용융")의 세계에서 인쇄 공정 중 지지 구조의 필요성은 여전히 가장 큰 과제 중 하나입니다. 첨단 열 관리의 도움으로 레이저 출력을 조정하여 서포트 구조의 수를 줄일 수 있습니다. 지지 구조는 금속 레이어가 적용될 때 돌출되거나 복잡한 피처가 변형되거나 무너지는 것을 방지하는 데 필수적입니다. 지지 구조는 성공적인 인쇄 공정에 매우 중요하지만 재료, 후처리 및 에너지 소비 증가로 인한 비효율과 낭비를 초래하기도 합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구자와 제조업체는 전체 인쇄 프로세스를 최적화하기 위해 보다 효율적인 지원 구조를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 가장 효율적이고 혁신적인 접근 방식 중 하나는 실시간 모니터링 및 제어 시스템을 구현하여 인쇄 프로세스 중 문제를 식별하고 해결함으로써 실시간 조정을 위한 폐쇄 루프 시스템을 구축하는 것입니다.
EOS Smart Fusion
EOS Smart Fusion 는 실시간 모니터링과 적응형 공정 조정을 통해 최소한의 서포트로 부품을 프린트할 수 있도록 지원하는 폐쇄 루프 피드백 제어 솔루션입니다. 최소한의 서포트로 부품을 프린팅할 수 있도록 제조업체에 맞춤화된 지능형 열 관리 방법으로 개발되었습니다. 이를 통해 제작 시간, 후처리 시간 및 재료 낭비를 줄일 수 있습니다. 고해상도 근적외선 카메라를 통한 공정 인사이트를 위해 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 광학 단층 촬영을 기반으로 하는 Smart Fusion 는 실시간으로 에너지 투입량을 기록하고 측정하여 개별 빌드 레이어를 보다 정확하게 분석할 수 있도록 지원합니다.
시중에 나와 있는 다른 타사 소프트웨어와 함께 기본 빌드에 대해 Smart Fusion 의 전제를 테스트하기 위해 싱가포르에 위치한 연구 파트너인 A*STAR의 첨단 재제조 및 기술 센터(ARTC)와 함께 연구를 진행했습니다. 개선 사항을 정량화할 수 있는 결정적인 데이터를 제공하는 것이 목표였습니다. 지속 가능성에 미치는 영향을 검증하고 적층 제조를 제조의 미래로 규정하는 것은 실증적인 데이터를 통해서만 가능합니다.
이 방법론은 다양한 무지지 프린팅 소프트웨어의 기술 스카우트 및 시장 조사로 시작됩니다. 이 연구에서는 구성 요소를 성공적으로 인쇄하기 위해 강력한 지지 구조가 필요한 것으로 알려진 스테인리스 스틸 316L 소재를 선택했습니다.* 그런 다음 각진 쿠폰과 폐쇄형 임펠러를 제작하고 치수 정확도를 정량화하는 등 다양한 접근 방식을 통해 비교했습니다. 임펠러는 오버행의 마이크로그래프를 캡처하기 위해 단면이 절단되었고, 각진 쿠폰은 표면 거칠기와 다공성을 평가하기 위해 단면이 절단되었습니다. 마지막으로 EOS 탄소 배출량 계산기를 사용하여 탄소 배출량 비교 분석을 수행하여 다양한 접근 방식 간의 차이점을 조사했습니다. 모든 결과는 다음 표와 그림에 강조 표시되어 있습니다.
EOS 표준 |
EOS와 함께 Smart Fusion |
OEM 대상 소프트웨어 A |
|
---|---|---|---|
각진 쿠폰 오버행 | xx | xxx | x |
치수 정확도 | xx | xxx | x |
표면 거칠기 | xx | xxx | x |
다공성 # | xx | xxx | x |
탄소 발자국 | x | xxx | 데이터 없음 |
인쇄 시간 | x | xxx | xx |
지원 볼륨 | x | xxx | xx |
표준 프린트, 표준 프린트를 사용한 Smart Fusion 및 이 연구에서 "소프트웨어 A"라고 하는 상용 서포트 감소 타사 소프트웨어와 통합된 다른 OEM 장비의 세 가지 접근 방식을 비교 및 평가하기 위해 EOS M 290 을 기준으로 사용했습니다. Smart Fusion 은 상용 소프트웨어와 기존 인쇄 임펠러를 모두 능가하여 서포트 볼륨 활용도에서 처음으로 부품을 올바르게 제작하는 데 성공했습니다.
소프트웨어 A 기반 프린트는 임펠러를 성공적으로 프린트하기까지 최소 4번의 시도가 필요했습니다. Smart Fusion 을 사용하면 전체 처리 시간이 크게 단축되어 최소한의 서포트 부피와 우수한 치수 정확도로 부품을 제작할 수 있었습니다(그림 X 참조). Smart Fusion 로 제작한 각진 쿠폰을 비교한 결과 표면 거칠기가 개선되고 다공성이 감소한 것으로 나타났습니다(그림 Y 참조). 놀랍게도 Smart Fusion 을 사용하면 쿠폰 CAD 모델과 가장 유사한 가장 낮은 오버행 각도를 구현할 수 있었습니다.
비교 평가 결과는 EOS의 실질적인 이점을 정량화하고 강조합니다 Smart Fusion. 기존 금속 프린팅에 비해 서포트 부피가 38% 감소하고 인쇄 시간이 무려 62% 단축되어 거의 하루 종일 소요되는 것으로 나타났습니다. 결과적으로 각 부품의 생산 비용이 76% 절감됩니다! 또한 인쇄 시 CO2 배출량을 62% (29kgCO2-eq에서 11kgCO2-eq로) 줄이고 후처리 과정에서 배출량을 84% (187kgCO2-eq에서 30kgCO2-eq로) 크게 줄여 지속 가능성 및 탄소 발자국 감소에 대한 요구에 부응하고 있습니다( Smart Fusion ).
지능형 열 관리를 통해 금속의 적층 가공 잔류 응력을 변경할 수 있는 소프트웨어를 제공하는 Smart Fusion . 재료 손실을 최소화하고 처리 시간을 단축함으로써 비용을 절감하고 생산의 지속 가능성을 높일 수 있습니다. 당사의 목표는 고객 및 파트너와 협력하여 이 솔루션을 테스트, 구현 및 최적화함으로써 적층 가공의 이점을 충분히 활용할 수 있는 경쟁 우위를 제공하는 것입니다.
기술이 계속 발전하고 채택이 증가함에 따라 EOS는 제조의 미래를 형성하기 위해 시장의 요구에 맞춰 지속 가능성을 최우선으로 하는 최첨단 적층 제조 솔루션을 지속적으로 개발할 것입니다.
더 자세히 알고 싶으신가요? 주저하지 마시고 EOS와 Smart Fusion 에서 적층 가공을 통해 지속 가능한 제조를 실현할 수 있는 방법에 대해 심도 있는 토론을 진행해보세요!
* 스테인레스 스틸 316L은 현재 Smart Fusion 에서 테스트 단계에 있습니다. 따라서 현재 표준화된 프로세스는 없습니다.