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그 어떤 까다로운 기회도 OK

짧은 소요시간. 소량 맞춤형 부품 생산. 기계 가공에서는 불가능한 복잡한 부품 및 기하학적 구조 구현. Stratasys의 기술과 전문성을 통해, 제조 분야의 당면 과제를 해결할 수 있습니다.

FDM 수용성 코어를 사용하여 합성 부품 생성

개요

합성 부품은 금형, 버크, 패턴, 코어 및 맨드릴에서 다양한 조합의 재료 및 레진계로 감기, 둘러싸기, 성형 및 배치하여 제조됩니다. 패턴을 가지는 속이 빈 합성 부품을 만드는 경우 제조상 문제가 있을 수 있습니다. 이 문제를 극복하는 한 방법은 공구 내강에서 작업하여 두 반쪽을 맞추거나(및 접합하거나) 단일 조각을 배치하기 위해 클램셸 금형을 사용하는 것입니다.

애플리케이션 개요

과거에는 속이 빈 합성 부품을 생산하기 위해 클램셸 공구를 사용하는 대부분의 회사가 CNC 기계를 사용하여 폴리우레탄 보드에서 패턴을 만든 다음 금형을 제작했습니다. 이 방식은 특히 도급업체에서 패턴을 기계 가공하는 경우 비용이 높고 리드 타임이 길었습니다. 이러한 이유로 많은 회사들이 FDM(Fused Deposition Modeling)을 사용하는 패턴 제작으로 전환했습니다. FDM Technology는 CAD 파일의 데이터를 사용하여 플라스틱 부품을 한층 한층 빌드하는 적층 제조 공정입니다. FDM은 훨씬 더 적은 시간과 비용으로 패턴을 제작할 수 있으므로 상당한 시간 및 비용 절감을 제공합니다.

그러나 패턴 제작을 개선한 후에도 속이 빈 합성 금형을 제작하는 회사는 시간이 많이 걸리는 배치 공정에 직면하고 있습니다. 패턴이 제작된 후에, 금형을 구축하고 이 방법으로 부품을 배치하는 데 약 3일이 걸립니다. 일반적으로 12시간 - 15시간의 직접 노동이 필요하며 나머지 시간은 경화에 소모됩니다.

새로운 접근 방식은 금형을 FDM 수용성 코어로 대체하여 소량 생산에 큰 개선을 가져옵니다. 수용성 코어는 금형 제작의 필요성을 없애고 부품을 배치하는 데 필요한 시간을 크게 줄여줍니다. 두 개의 성형 반쪽을 배치하고 부품을 각 반쪽에 맞춘 다음 두 반쪽을 하나로 결합하는 지루한 공정 대신에, 합성 섬유를 수용성 코어 주변에 감을 수 있습니다. 부품이 경화된 후 코어는 간단히 용해됩니다.

적층 제조 특성 때문에 FDM에서는 다른 코어를 사용하여 가능한 것보다 훨씬 더 복잡한 형상을 만들 수 있습니다. 많은 애플리케이션에서 설계 자유도가 커지면 성능애 개선되고 비용이 절감됩니다. FDM 수용성 코어는 복합 제조 공정의 부하를 충분히 견딜 수 있을 만큼 튼튼합니다. 또한 코어는 용액조에 넣기만 하면 간단히 녹기 때문에 코어 추출 동안 부품 손상의 위험이 없습니다.

공정 개요

FDM 수용성 코어를 제조하려면 표준 FDM 공정에 두 가지 변경이 필요합니다. 먼저 내부 구조가 거의 비도록 코어가 설계됩니다. 둘째로, 표준 FDM 부품의 강력한 열가소성 수지를 부품 서포트 구조의 구축에 일반적으로 사용되는 수용성 재료로 대체합니다. 코어는 두 가지 방식으로 설계할 수 있습니다. 한 가지 방법은 코어의 내부 용적을 최소화하는 내부 구조를 자동으로 만들기 위해 Fortus 빌드 준비 소프트웨어인 Insight에서 솔리드 3D 모델을 만들고 스파스 필 옵션을 사용하는 것입니다. 두 번째 방법은 CAD에서 코어 제거를 가속화하기 위해 용액의 흐름을 빠르게 하면서 복합 성형의 온도와 압력에서 코어를 안정적으로 유지하는 내부 구조를 만드는 것입니다. 이 두 가지 방법은 모두 재료 소모, 빌드 시간 및 세척 시간을 최소화합니다.

FDM 수용성 코어를 제조 공정에 통합하는 작업은 비교적 간단합니다. 복합 경화 및 코어 제거 전에 공정 변경이 필요하지 않습니다. 경화 주기도 변경되지 않지만 왜곡을 피하기 위해 온도를 제한해야 합니다. 일반적으로 FDM 코어를 가진 복합 부품은 250°F(121°C) 미만의 온도 및 50psi(345kPa) 미만의 압력에서 경화해야 합니다. 유일한 공정 변경 사항은 복합 부품이 경화된 후에 코어를 용액조에서 녹여 제거하는 것입니다. 이렇게 하려면 부품을 Stratasys WaterWorks 수용성 서포트 시스템에 넣습니다.

고객 사례

매 경주가 끝난 후 Joe Gibbs Racing(JGR) 엔지니어는 단 3일 내에 문제를 진단하고 해결책을 찾아 구현한 다음 다음 경주를 위해 자동차를 선적해야 합니다. 컨셉부터 산업용 부품 제작까지 포괄하는 JGR의 능력 덕분에 JGR은 3개 경주에서 선두를 차지했으며 MASCAR 서킷의 가장 경쟁력 있는 팀 중의 하나로 자리를 잡았습니다.

어느 일요일, JGR 자동차에서 타이어 펑크가 발생했으며 엔지니어는 타이어를 냉각시키는 공기를 공급하는 배출관에 문제가 있음을 확인했습니다. 과거에는 새 배출관 컨셉 디자인을 개발하고, FDM 시제품을 제작 및 평가하며 FDM 패턴을 사용하여 금형을 제작하고 합성 부품을 배치하는 데 한 주 이상이 걸렸습니다. 이러한 공정으로는 다음 경주 전 제 시간에 새 부품을 만들 수 없었습니다.

JGR은 배관 재설계에 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 FDM 수용성 코어를 사용했습니다. 월요일, JGR 엔지니어는 타이어를 냉각 상태로 유지하는 데 필요한 만큼 정확하게 타이어 비드에 공기를 제공하는 새 배출관을 설계했습니다. 그런 다음 엔지니어는 Stratasys Fortus 시스템을 사용하여 4시간 만에 컨셉 모델을 제작했습니다. 컨셉 단계에서 여러 반복을 완료하고 차량의 부속품을 확인한 후 엔지니어는 FDM 수용성 코어를 만들었습니다. 최종 탄소 섬유 부품이 복합 코어에 배치되었습니다. 부품이 경화된 후에는 수용성 코어가 용해되었습니다. 새 부품은 수요일에 사용할 준비가 되었으며, 다음 경주를 위해 선적되기 전에 차량에 조립할 시간이 충분했습니다.

JGR의 FDM 수용성 코어와 크램셸 공구 사용 비교


방법

비용

시간

작업

FDM 패턴 및 클램셸 금형

USD $350

3일

15시간

FDM 수용성 코어

USD $90

1일

2시간

절감

USD $260 (74%)

2일(66%)

13시간(87%)

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