금속 파우더를 활용한 고정밀 3D 프린팅 - 진공이 지원되는 제조 및 공정

금속 파우더를 활용한 고정밀 3D 프린팅 - 진공이 지원되는 제조 및 공정

산업용 3D 프린팅의 중요성은 점점 증가하고 있습니다. 또한, 적층 제조에서는 금속 파우더의 활용이 증가하고 있으며, 기술 용어로 자리 잡고 있습니다. 금속 파우더의 제조 및 공정을 위해서는 Busch (부쉬) 진공 펌프가 필수 공정 단계에 반드시 필요합니다.
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재료 순도를 위한 환경을 구축하는 진공

금속 파우더는 VIGA(Vacuum Induction Gas Atomization)공정(불활성 가스 분무법을 통합 진공 유도 용해)을 활용하여 제조되는 경우가 많습니다. 금속은 진공 유도 용광로에서 용용되기 시작합니다. 진공은 용융의 탈기를 담당하며 저내포성 고순도 금속의 형성을 보장합니다. Busch (부쉬)는 용광로에서 배기를 수행하기 위한 다양한 진공 기술을 제공합니다.

이후에는 액화 물질이 불활성 기체(예: 아르곤)와 노즐을 통해 고압으로 주입됩니다. 이러한 공정 중에는 미세한 구형 액적이 형성되며, 이는 냉각 시 파우더 입자로 변합니다. 그러한 구형 모양은 분말의 유동성을 보장하고 추가적인 가공을 용이하게 합니다.

파우더 베드의 정밀성

최근에는 3D 프린팅에서 금속을 활용하기 위한 완전히 새로운 기법이 제공되고 있습니다. 파우더 베드 공정을 사용하면 최고 수준의 정밀도를 달성할 수 있습니다. 이 공정에서는 µm 단위로 두께가 측정되는 금속 파우더 층의 표적 애플리케이션에 의해 층을 낮출 수 있는 컨테이너인 금속 파우더 베드에서 부품이 적층되어 생산됩니다.

컴퓨터 제어 레이저 또는 전자빔이 미세 입자 재료에 열을 가합니다. CAD 모델에 의해 정의될 때 파우더 입자의 포커스가 가해진 용융부가 부품을 생산합니다. 고체 구조는 느슨한 파우더에서 형성됩니다. 레이저가 완료되면 층이 아래로 내려갑니다. 다음 층이 아래 층에 적용되면서 새 파우더가 적용됩니다. 그러므로 적층 방식으로 작업 부품이 생산됩니다. 레이저와 전자빔의 고정밀성 덕분에, 후공정이 더 이상 필요하지 않습니다.

안정성을 위한 충돌 방지

전자빔은 자기장을 통해 신속하고 정밀하게 이동하는 초고속 입자로 구성됩니다. 진공은 빔 소스에서 작업 부품으로 이동하는 경로에서 전자빔 입자가 서로 충돌하지 않도록 해줍니다. 또한, 작업 부품이 안정적으로 가공되도록 하는 데에도 활용됩니다. 아래 방향에서 흡입력이 적용되어 파우더 입자에 고정력이 가해집니다. 이를 통해 새 파우더 층이 적용되는 동안 부품의 이동이 방지됩니다. Busch (부쉬)는 파우더 베드 공정에 최적화된 진공 펌프를 공급합니다.

파우더 분사에서, 금속 파우더는 노즐을 통해 레이저 빔으로 분사됩니다. 레이저에 의해 용융된 금속 파우더는 기판에 비드로 고정됩니다. 일반적으로 이러한 공정은 턴 틸트 테이블과 함께 사용됩니다. 부품은 고정 노즐 아래에서 베이스를 회전하고 젖혀 모양이 형성됩니다.

와이어 LMD(Laser Metal Deposition 아크 공정)에서는 파우더 대신 와이어가 레이저 빔으로 공급됩니다. 와이어는 금속 파우더보다 저렴하지만 공정의 정밀도가 떨어집니다.

아크 공정(와이어 아크 적층 제조, WAAM-Wire Arc Additive Manufacturing)은 기본적으로 일반적인 용접 공정입니다. 용접 솔기는 컴퓨터로 제어되며 모든 모양으로 연속적으로 형성됩니다. 이 공정에서는 상대적으로 저렴하고 신속하게 대형 물체도 생산할 수 있습니다. 그러나 작업 부품의 치수 정확도가 상대적으로 낮고 정의된 표면 마감의 재작업이 필요한 경우가 많습니다.


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