유체 매니폴드는 2개 이상의 액체용 파이프나 수관을 연결해주는 부품입니다. 이 부품은 개념은 간단하지만 해당 시스템에서는 중요한 역할을 합니다. 유체 매니폴드의 성능을 높임으로써 전체 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 기존 제조 방식에는 제약이 잇어서 이러한 방식으로는 유체 매니폴드가 최적화되지 않는 경우가 종종 있습니다. 무게와 부피가 너무 커지거나 테두리가 날카로워지거나 흐름 영역에 액체가 고여 있거나 누출에 취약한 연결 부위가 많아지는 등의 문제가 흔히 발생합니다.
금속 적층 제조(AM)를 이용하면 기존의 제조 시스템에서는 할 수 없었던 방식으로 유체 매니폴드를 최적화하는 것이 가능합니다.
AM을 통해 부품들을 최적화하면 모놀리식 설계를 통해 조립 작업이 없어지고 유기적인 박막 형태의 제작이 가능하며 최종 부품의 무게와 부피가 줄어듭니다. 이러한 성능는 수관이 많이 포함되어 있는 부품들이 깨끗한 환경에 빽빽하게 채워져 있고 빠르게 움직이는 것이 특징인 반도체 설비와 같은 활용 분야에 특히 도움이 될 수 있습니다.
종래의 제조 시스템을 위한 기존의 설계는 이러한 기술의 한계 속에서 작동하도록 만들어지기 때문에 비효율적일 때가 종종 있습니다. 그렇게 때문에 처음부터 최적화된 AM 매니폴드를 설계하는 곳이 좋습니다. 일반적으로 설계를 한두 번만 반복하면서 AM 매니폴드를 만들 수 있습니다.
AM 유체 매니폴드의 예
AM 유체 매니폴드는 여러 산업 분야에서 빠르게 움직이는 부품들의 유체 연결부에 사용됩니다. AM을 통한 최적화의 이점이 이 같은 성능 중심의 환경에서 핵심입니다. AM은 더 우수한 관성 효과를 위해 무게를 줄여주고 압력 하강과 교란이 더 잘 제어되도록 날카로운 모서리를 없애주며 연결부를 최소화하여 누출 위험을 낮춰줄 수 있습니다.
* 일반적으로 사용되는 금속의 소재특성
· 티타늄 등급 5/23
· 인코넬 718/625
· 알루미늄
· 스테인레스 스틸 316L
유체 매니폴드 활용 분야에서 AM을 사용할 경우 주요 이점
AM을 사용하는 이점들은 서로 밀접한 관련이 있는 경우가 많습니다. 제한된 공간에서 패키징을 하는 등 그 프로젝트의 주된 목적이 무엇이든 상관없이, 주된 목표를 넘어서는 성과가 구현되도록 설계 전략을 잘 짜서 여러 이점들을 묶는 것이 가능합니다.(예 : 경량화와 플로우 개선). 유체 매니폴드 활용분야에서 AM을 사용할 경우의 이점은 다음과 같습니다.
- 경량화
경주용 차량이나 반도체 설비와 같이 빠르게 움직이는 시스템을 구성하는 부품에서 특히 효과를 발휘하는 AM 설계 전략은 중량을 없애면서도 강도를 유지하거나 개선시킬 수 있습니다.
- 박막
AM을 이용하면 벽 두께를 0.3mm로 얇게 만들 수 있습니다. 부품의 벽을 더 얇게 만들면 부품의 무게와 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.
- 유기적인 형상
날카로운 모서리를 없애고 제조 중심의 형상을 성과 중심의 형상으로 조정하여 매니폴드 내부의 난류 및 정체 구역을 줄여줍니다.
- 부품 수 감소 및 기밀성 향상
적층 제조는 여러 부품으로 구성된 어셈블리를 더 적은 수의 구품이나 단일 부품으로 통합할 수 있게 해줍니다. 조립 작업을 줄이거나 제거함으로써 안정성과 부품 수명을 늘리는 데 있어서의 장애점들을 제거할 수 가 있습니다.
- 기능에 적합한 형상
종래의 제조 방식에는 몇 가지 한계가 있습니다. 이러한 기술을 이용한 생산을 위해 매니폴드를 설계 할 경우, 그에 따른 조정이 필요하고 때로는 부품이 필요 이상으로 공간을 많이 차지하거나 성능이 감소하는 경우도 있습니다. 적층 제조를 활용하면 매니폴드를 해당 기능 면에서 이론적으로 적합한 형태에 맞도록 설계하고 제작하는 것이 더 쉬워져서 결과적으로 성과가 향상됩니다.
워크플로 솔루션 및 모범 사례
- 적층 제조를 위한 설계 팁
적층 제조를 최대한 활용하려면 적층 제조에 적합한 설계가 중요합니다. 기존 설계를 AM 설계에 맞춰 수정하지 말고 처음부터 제약 조건과 이상적인 기능을 고려해 설계를 시작합니다. 처음부터 필요에 따라 소재를 추가하면서 원하는 형태와 기능을 만들어가는 것이 좋습니다. 이는 불필요한 소재를 제거하는 기존 방식과 완전히 다릅니다.
AM을 활용해 시스템을 전반적으로 간소화하려면 작업이 직행될수록 더욱 큰 그림을 마음 속에 생각하면서 구성품 내장이 필요한 경우 어떻게 내장할지 고민합니다. 그러면 조립 작업을 줄이거나, 무게를 경량화하거나, 성능을 높이는 등 여러 가지 효과로 이어질 수 있습니다. AM설계가 처음이라면 한국기술의 전문가에게 설계 검토를 요청하는 것도 좋은 방법입니다. 초기 단계에서 이러한 엔지니어들의 전문성을 활용하면 적층 제조에 따른 학습 곡선을 완만하게 만들어 후반부 수정 작업을 제거함으로써 프로젝트 속도를 높이는 데 효과적입니다.
2. 파일 준비
파일을 준비할 때는 프린트 프로세스와 후처리를 모두 고려하는 것이 좋습니다. 이후 작업에서 제약이 따를 수 있기 때문에 각 상황을 고려하여 계획을 세워야 하니다. 예를 들어 내부 부품에는 NC 작업을 진행할 수 없으므로 이 부품을 어떻게 설계할 수 있을지, 또는 이와 호환되는 파일을 어떻게 준비할지를 생각해야 됩니다. 특히 생산량이 많을 때는 설계 변경이 광범위한 파일 준비보다 유용한 경우가 많습니다.
서포트를 부품에 추가하려면 부품과 잠재적 서포트 구조 사이의 균형에 주의해야 합니다. 제거 가능 여부를 고려하는 동시에 지지할 수 있는 성능과 균형을 맞추어야 합니다. 또한 가능하다면 스스로 지지할 수 있도록 부품을 제조하는 것이 좋습니다. 소재는 물론이고 제거하는 시간까지 추가로 아낄 수 있기 때문입니다.
3. 프린팅 설정 및 매개변수
DMP(Direct Metal Printing) 솔루션 매개변수는 이미 검증까지 마쳐 사용자에게 기본적인 AM 전문성을 제공하여 AM 숙련도에 상관없이 모든 수준의 사용자에게 권장됩니다.
4. 후처리
일반적으로 세척하고 연마할 때는 액체 공정이 좋습니다. 액체 공정은 AM으로 제작된 유기 형상에 더욱 적합하기 때문입니다. 그 밖에도 후처리에서 피드백을 수집하여 찾아낸 인사이트를 사용하면 부품 설계 또는 파일 준비를 개선할 수 있다는 점에서 피드백 수집을 권유드립니다.
5. 솔루션 구성요소
DMP Flex 350 금속 3D 프린터는 대형 금속 유체 매니폴드를 제외하고 모든 경우에 적합한 솔루션 입니다.
소프트웨어
3DXpert는 기본적으로 제공하는 적층 제조 워크플로 소프트웨어로서 설계 및 파일 준비부터 프린팅 설정 및 매개변수에 이르기까지 모든 것을 해결합니다.
소재
- 티타늄 등급 5/23(각각 LaserForm Ti Gr5(A), LaserForm Ti Gr23(A)) : 높은 중량 대비 강도 비율, 우수한 내부식성
- 인코넬 718/625(각각 LaserForm Ni178(A), LaserForm Ni625(A)/(B)) : 고온 환경에서 강도 유지
- 알루미늄(LaserForm Alsi10Mg(A), Laser Alsi7Mg0.6(A), LaserForm AlSi12(B)) : 초경량
- 스테인레스 스틸 316L(LaserForm 316L(A)) : 일반적인 산업 소재, 우수한 내부식성, 용이한 연마
적층제조 솔루션 (주) 한국기술
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