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레이저 금속 용융 | TRUMPF

레이저 금속 융용 - 적층 제조 테크놀로지의 이점, 기능 원리 및 응용 분야

한국어로 "분말 베드를 기반으로 하는 레이저 융용"이라고 불리기도 하는 레이저 금속 융용(LMF) 테크놀로지는 적층 제조 프로세스로, 소재를 분말 베드에서 단계적으로 구축하는 프로세스입니다. 이를 위해 레이저는 금속 분말을 녹여 부품의 CAD 구조 데이터에서 설정된 정확한 위치에 씌웁니다. 때문에 이 프로세스를 금속 3D 프린팅 또는 3D 금속 프린팅이라고 부르며, 업계에서는 레이저 소결 및 레이저 용융 이라는 용어로 부르기도 합니다. 이 프로세스는 정교한 내부 터널과 빈 공간이 있는 구조적으로 복잡한 부품을 대량 생산하는 체제에 적합하며, 돌리고 깎아내는 기존의 재래식 제조 방식으로 이러한 부품을 생산하는 것은 아예 불가능하거나 제약이 많습니다. 산업용 3D 프린팅을 통해 안정성이 높은 동시에 가벼운 부품을 생산할 수 있습니다. 특히 경량 구조 또는 주문제작 임플란트 및 신체 장구 제조에 유리합니다. 더 나아가 레이저 금속 융용은 지속 가능한 제조 방식으로, 기존의 프로세스와 비교해 볼 때 톱밥을 전혀 생성하지 않기 때문에 잉여 재료가 생기지 않습니다. 20년 가까이 축적된 경험을 통해 TRUMPF는 분말 베드 프로세스에 사용되는 산업용 풀 패키지를 제공합니다. 기계와 서비스 및 디지털화 등이 한 패키지에 제공됩니다. 부품 식별부터 완제품까지, 그리고 더 나아가 전체 프로세스 체인까지 담당합니다.

기능 통합성

3D CAD 모형 사용자는 LMF를 통해 유연한 구조 또는 회전 가능한 구조 등을 직접 &생산할 수 있습니다.

윤곽에 맞는 냉각 유닛

LMF를 통해 윤곽에 맞는 냉각 유닛이 탑재된 부품을 제조할 수 있습니다. 이는 열이 발생하는 곳에서 직접 열을 제거합니다.

그리드 구조

적층 가공은 복잡한 배열의 부품을 정밀한 구조로 형성할 수 있습니다.

적층 가공용 디자인

자유로은 디자인: 3D 프린팅의 경우, 구조가 부품의 생산을 좌우한다는 부분은 기존 재래식 제조 프로세스와 다른 점입니다.

생산성

3D 프린팅은 준비 시간이 필요하지 않기 때문에 멀티레이저 옵션과 자동화 장치를 통해 생산 시스템의 효율성을 더 높일 수 있습니다.

효율

TRUMPF의 산업용 부품 및 분말 처리를 통해 생산 시스템의 경제성을 향상시키십시오.

청결성

밀폐된 상태의 분말 순환은 청결하고 안전한 생산 환경을 제공합니다.

레이저 금속 융용 프로세스에 대한 간단한 설명

레이저 금속 융용 프로세스 초기에는 부품의 가상 3D 모델이 사용되었습니다. 데이터 처리 과정에서 설계 데이터는 기계가 읽을 수 있는 작업 파일로 변환됩니다. 이 과정에서 기판에 있는 부품들의 위치가 지정되고 필요시 지지구조물이 설치됩니다. 부품은 프레스 프로세스를 위해 단일 층으로 분해되고(슬라이스) 그에 속하는 레이저 경로가 설정됩니다(해칭). 최종적으로 재료가 층층ㅇ이 겹쳐진 구조는 기판에서 발생되는 보호가스로 보호되는 처리실에서 완성됩니다. 처리실에는 예비 실린더, 구축 실린더, 배출 실린더가 한 축으로 연결되어 있습니다. 코팅기가 분말을 예비 실린더에서 구축 실린더로 밀어냅니다(1). 이어서 레이저는 첫 번째 분말 층을 부품 모양에 맞춰 그 아래 놓인 층에 단단히 융합시킵니다(2). 다음으로 제작 실린더가 한 층씩 내려갑니다(3). 즉, 부품은 분말 베드 방향으로 제작됩니다. 잉여 분말은 배출 실린더로 떨어집니다. 이 정차는 부품이 완전히 만들어질때까지 반복됩니다. 생산성을 높이기 위해 TRUMPF는 시스템에 동시에 작동하는 다수의 레이저를 사용합니다. 이 과정에서는 소위 멀티레이저 원리가 적용됩니다. 제조된 부품은 최종적으로 언패킹 스테이션에서 금속 분말이 제거되고, 이어서 부품이 팔레트에서 분리되면 서포트 구조가 제거되고 필요시 재료가 후가공됩니다.

기능 스케치를 통해 레이저 금속 용융(레이저 소결)의 기능 원리를 설명합니다.

금속 3D 프링팅의 기능 원리를 간략히 설명합니다.


"저희는 TruPrint 설비가 공정 전후의 주변장치와 관련한 토털 처리 절차를 보장할 뿐만 아니라 모니터링 솔루션도 포함하고 있다는 점을 높이 평가하여 이 설비를 구매하기로 결정했습니다."

Christoph Hauck
toolcraft 대표 이사

응용 및 사용 분야는 기술만큼 다양합니다.

티타늄으로 적층 가공된 단일 두개골 임플란트

두개골 임플란트

레이저 금속 융용은 의료 기기와 임플란트 제조 분야에서 높은 품질 수준과 안전 수준을 충족합니다. 8.45시간 동안 약 5천여 개의 층이 쌓여 티타늄 소재의 맞춤형 구개골 임플란트가 완성됩니다.

마운팅 앵글의 경량 설계는 TruPrint 1000을 통해 생성됩니다.

마운팅 앵글

항공 우주 산업 분야에서는 소재 내부 동력의 흐름이 가벼운 경량 구조가 가장 중요합니다. 이러한 소위 위상 기하학 최적화 디자인은 8시간 이내에 2,700개의 층으로 제작되는 항공기 도어용 마운팅 브래킷과 같이 분말 베드 프로세스를 통해 간단히 제조할 수 있습니다.

TRUMPF TruPrint 기계로 적층 제조된 유압 블록

유압 블록

표시된 유압 블록은 제어 밸브와 유압 실린더를 커플링하기 위해 사용됩니다. 이 부품이 레이저 금속 융용 방식으로 제조될 경우, 총 중량을 80%, 압력 손실을 93%까지 줄일 수 있으며, 이 과정에서 어떠한 기능의 손실도 일어나지 않습니다. 제조는 서포트 구조 없이 이루어지며, 11초 만에 완료됩니다.

주형 분배기

일반적인 방식으로 이 주형 분배기를 제조하려면 5개의 개별 부품이 필요할 것입니다.  분말 베드 기반의 레이저 융용의 경우 바로 완성된 부품을 제조합니다. 모양에 가깝게 복합 조절식 터널을 LMF 방식으로 간편하게 만들 수 있습니다. 더 나아가 고객은 사이클 시간 감소 및 불량률을 최소화한 제조 프로세스의 열 안정성라는 이점을 누릴 수 있습니다. 사진 속 주형 분배기는 70초 만에 제조되었습니다.

서브프레임

자동차 산업 분야에서는 복잡하고 기능성 있는 프로토타입이 별도의 툴 없이 분말 베드 기반의 레이저 금속 융용 방식으로 빠르게 제작됩니다. 디자인과 기하학적 구조가 최적화된 이 서브프레임의 적층 제조는 5시간이 소요되었습니다.

TruPrint 1000을 통해 제조된 치과 제품

의치판

치기공 분야에서도 마찬가지로 적층 제조의 다양한 이점을 얻을 수 있습니다. 생체 적합성을 지닌 원료를 층층히 쌓아 높은 정밀도로 복잡한 표시를 원하는대로 만들어 시간을 단축할 수 있습니다. 치아 크라운이 있는 이미지 속 덴탈 패드는 6시간 동안 약 1,200개의 층이 쌓여 제조되었습니다.

R&D 범위 부품

애플리케이션 또는 파라미터 개발의 경우 도식화된 제작 작업이 사용됩니다. 이 과정에서 긴 막대가 기판에서 인장 시편으로 분리된 후 가공됩니다. 이를 통해 부품의 안정성과 변형성을 테스트할 수 있습니다. 분리 및 절삭 이후 다른 정사각형 부품들은 최종적으로 미세한 결함이 있는지 현미경으로 테스트합니다. 두 가지 테스트는 모드 부품의 품질을 보장하기 위한 것입니다.

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어떤 제품이 레이저 금속 융용에 적합할까?

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본 주제에 흥미를 가질 수 있습니다.

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