3D 프린팅의 직접식 쾌속 툴링(Direct Rapid Tooling) 금형분야응용
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | IT 작성일 : 2018.02.23 11:04:32 조회 : 1455 키워드 : 4차산업혁명,3D프린팅,직접식쾌속툴링,금형분야응용
(질문배경)
3차원 프린팅 공정 제품들의 적용분야로 초기부터 적용되어 왔으며, 3차원 프린팅 공정과 제품 대량 생산을 연결시킬 수 있는 3차원 프린팅 기술의 금형 산업분야 적용에 대하여 살펴 보자. 금속을 레이저(Laser)나 전자빔(E-beam) 등 고에너지 열원을 이용하여 직접 절단 및 적층, 소결, 클레딩, 용융시켜 금형을 직접 제작하는 직접식 쾌속 툴링(Direct Rapid Tooling) 방식이다.
(Direct Rapid Tooling: 형상적응형 사출/열전도성 금형 )
(3D 프린팅의 직접식 쾌속 툴링 금형분야응용)
직접식 쾌속 툴링 방식에서는 3차원 형상에 대한 적층 경로에 따라 고에너지 열원으로 금속 재료를 직접 절단 및 적층, 소결, 클레딩, 융착하여 금형을 직접 제작한다. 그러므로 간접식 금형 제작 방식에서 소요되었던 패턴의 제작과 이 패턴을 이용한 역전공정에 소요되는 시간과 비용이 소요되지 않는다. 금형 제작에 적용된 직접식 쾌속 툴링 공정들을 기반 공정별로 분류하여 나타내었다. 적층부 표면의 측면 단차(Stair Step)가 발생과 적층부의 수축 및 내부 잔류응력에 의한 금형 후변형 등에 의하여 직접식 쾌속 툴링 공정으로 제작된 금형을 실제 제품 생산에 적용하기 위해서는 금형면의 후가공(Post-processing)이 필수적으로 요구된다. 또한, 직접식 툴링 공정으로 금형 전체를 제작할 경우, 기계가공으로 금형을 제작하는 시간보다 제작시간이 증가하게 된다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 금형의 기저부는 기계가공으로 생성하고 기능성을 가진 금형 형상부는 직접식 쾌속툴링 공정으로 적층한 후, 금형면의 최종 형상은 후가공 공정을 이용하여 생성하는 하이브리드 쾌속툴링(Hybrid Rapid Tooling) 공정에 대한 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 하이브리드 쾌속툴링 공정이 개발된 초기에는 이 공정을 이용하여 박판성형 금형 및 사출성형 금형을 직접 제작하는 연구가 많이 수행되었다. 그러나 최근의 하이브리드 쾌속툴링 공정이 사출성형 금형에 적용 예는 그림 과 같은 형상적응형 냉각채널(Conformal cooling channels)을 가진 균일 냉각 사출성형 금형과 경사기능 재료(FGM: Functionally Graded Material) 개념을 이용한 균일/고속 냉각 금형인 열전도 사출성형 금형(Thermal Conductive Mould)을 들 수 있다. 이 금형들
의 경우 균일 냉각을 통하여 사출성형 제품의 변형을 최소화하고 냉각 시간 감소를 통한 사출성형 공정의 생산성 향상을 도모할 수 있다. 하이브리드 쾌속툴링 공정이 박판성형 금형에 적용된 예는 핫 스템핑(Hot Stamping) 금형의 균일/고속 냉각을 유도하기 위한 형상적응형 냉각채널을 가진 핫 스템핑 금형, 고장력 강판의 성형용 박판성형 금형의 수명향상을 위한 하드페이싱된 박판 성형 금형 및 기존 금형의 국부적 형상 변화를 통한 중/대형 금형의 재생산(Remanufacturing) 등이 있다. 열간단조/열간압출등 열간 체적 성형 금형과 다이케스팅 금형 분야에 공동으로 적용할 수 있는 하이브리드 쾌속툴링 공정 기술은 그림과 같은 열간 체적 금형과 다이케스팅 금형의 고온 수명을 향상시킬 수 있는 하드페이싱 기술을 들 수 있다. 하이브리드 쾌속툴링 공정이 사출성형 금형, 박판 성형 금형, 체적 성형 금형 및 다이케스팅 금형에 모두 적용될 수 있는 응용 기술로는 금형 보수(Restoration) 기술이 있다.
(Direct Rapid Tooling: 하드페이싱 적용 금형 )
Tip
3D printing 기술은 기존의 산업적 응용을 넘어서 현재 제조업의 혁명을 가져올 차세대 기술인 3D 프린팅의 직접식 쾌속 툴링 금형분야응용을 알아 두자.
<참고자료>☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
www.3dpkorea.co.kr/wp-content/uploads/2015/11/ksme-3dprinting.pdf
<전문용어>
3D printing 기술, 직접식 쾌속 툴링 금형분야응용