금속 LPBF Support Free에 대한 EOS의 연구2. 슈라우드 임펠러의 3D프린팅
2024년 7월 31일금속 LPBF Support Free에 대한 EOS의 연구2. 슈라우드 임펠러의 3D프린팅
2024년 7월 31일금속3D프린터의 서포트프리 : 과거, 현재, 미래
안녕하세요.
이번에 포스팅 드릴 내용은
금속 3D프린터 PBF방식의 서포트프리와 관련
독일EOS에서 발표된 가장 최근 내용입니다.
(22년 9월8일 작성)
해당 글은 (주)에이치디씨 소속인 Zin Design 이 번역 및 수정하였습니다.
작성자는 Michael Wohlfart / Additive Manufacturing
입니다.
Formnext 2021에서 서포트가 필요 없는 고정자 링.
내가 이 기사에서 오래된 콘텐츠를 재활용하는 이유를 스스로에게 물어볼 수 있습니다.
음, 제가 공유하고 싶은 이 응용 프로그램과 관련하여 매우 흥미로운 새로운 개발이 있습니다.
EOS 혁신 팀의 제 동료들은 서포트가 필요 없는 응용 프로그램에 대한 광범위한 평가판의 필요성을 없애고
까다로운 응용 프로그램을 한 번에 제대로 얻을 수 있는 기회를 극적으로 높이는 새로운 기술을 개발했습니다.
과거의 성공했지만 노동 집약적인 접근 방식을 미래의 가능성과 비교함으로써 지난 몇 년 동안 이루어진 진전을 강조하고 싶습니다.
기사의 끝으로 건너뛰고 가장 흥미로운 부분을 놓치는 것을 피하기 위해 과거에 대해 자세히 설명하는 대신
지원이 필요 없는 3D 프린팅의 흥미로운 미래부터 시작하겠습니다.
미래: 스마트 퓨전
EOS 혁신 팀이 개발한 열 관리 피드백 루프*인 Smart Fusion에 대해서는 너무 많이 쓰지 않겠습니다.
도전 과제는 무엇입니까?
서포트 구조 없이 각도가 13도까지 내려가는 240mm 직경의 고정자 링 인쇄.
돌출된 블레이드를 보여주는 고정자 링의 Magics 크로스컷.
서포트가 없는 고정자 링의 뒷면(Smart Fusion으로 제작, 제작판에서만 절단) [출처: EOS].
두 가지 다른 프로세스(40μm의 고성능 및 80μm 레이어 두께의 높은 생산성)에서도 가능합니다.
다양한 층 두께(왼쪽 부분 80μm, 오른쪽 부분 40μm)의 Smart Fusion으로 제작된 서포트프리 고정자 링[출처: EOS].
어떻게 작동합니까?
당사의 EOSTATE 노출 OT 모니터링 시스템은 지능형 열 관리에 사용할 수 있는 프로세스 방출을 기록합니다.
따라서 얕은 오버행에서 과열을 방지할 수 있습니다.
블랙박스인가요? 아니오, 에너지 조정은 매우 예측 가능하고
운영자는 수정 대역폭을 제한하기 위해 여러 매개변수를 제어할 수 있기 때문입니다.
프로세스가 느려지나요?
아니요! 서포트가 필요 없다고 설명되는 시중의 다른 솔루션과 달리 Smart Fusion은 생산성에 영향을 미치지 않습니다.
아래 그래프는 고정자 링을 세 가지 다른 구성으로 비교한 것입니다.
EOS의 표준 고성능 IN718 40μm 공정으로 45° 미만의 표준 서포트,
서포트가 없는 동일한 공정(“thermal on”) 및 세 번째로 옵션,
Smart Fusion(“thermal on”)을 사용하는 EOS의 IN718 고생산성 80μm 프로세스.
두 레이어 두께에서 서포트 부품과 서포트가 없는 프로세스 간의 빌드 시간 비교.
부품 속성: DownSkin 표면 거칠기는 이러한 얕은 각도에서 스테핑 효과의 자연스러운 영향을 고려하여
13도에서 훌륭해 보입니다.
크로스컷은 또한 블레이드의 다공성 증가를 나타내지 않습니다.
Smart Fusion으로 구축된 40μm 고정자 링의 DownSkin 표면 거칠기 확대 사진[출처: EOS].
고정자 링의 크로스컷[출처: EOS].
* 고지 사항:
Smart Fusion은 현재(2022년 9월 기준) 선택된 개발 파트너만 사용할 수 있거나
EOS의 Additive Minds 컨설팅 그룹과의 공동 개발 프로젝트를 통해 액세스할 수 있습니다.
상용화는 2023년으로 예정되어 있습니다.
과거: 노력과 많은 시련
혁신 부서의 동료들이 Smart Fusion을 사용하여 매우 간단해 보이지만
저는 여전히 과거에 팀으로서 성취한 것을 자랑스럽게 생각합니다.
많은 노력을 기울였지만 성공적이었고, 더 발전할 수 있는 계기가 되었습니다.
이 프로젝트는 Huld Oy(제품 설계 및 개발)와 핀란드 AM 서비스 사무소인 Delva Oy를 통한 고객 요청에서 시작되었습니다.
서포트 구조가 45도 미만이어야 한다는 오래된 경험 법칙은 몇 년 동안 구식이었습니다.
그러나 고정자 링은 13도까지 내려가는 기능을 가지고 있었으며
이는 오늘날 Laser Powder Bed Fusion에서 여전히 어려운 과제입니다.
Delva와 Huld는 EOS와 협력하여 이 문제를 극복하고 이 고정자 링을 위한 지원이 필요 없는 프로세스를 개발했습니다.
초기 상황:
약간 조정된 DownSkin 프로세스 매개변수와 부드러운 리코터(탄소 섬유 브러시)를 사용한
첫 번째 시도는 성공하지 못했습니다.
아래의 EOSTATE PowderBed 이미지는 특히 특정 방향에서 블레이드의 상승 가장자리를 보여주고
DownSkin 표면은 엄청난 변색을 보여줍니다.
작업 후 리코터 브러시 홀더도 손상되었습니다.
과거: EOSTATE PowderBed 이미지, 변색된 DownSkin 표면 및 첫 번째 시도 후 손상된 블레이드 홀더[출처: EOS].
프로세스 개발:
시간과 노력을 절약하기 위해 적응된 노출 전략을 개발하기 위한 다음과 같은 시도가 대표적인 형상에 대해 수행되었습니다. 우리는 개발된 공정 매개변수가 견고함을 보장하기 위해 각도가 10° 이하인 형상을 선택하고
소프트 리코터에서 하드 리코터(HSS 블레이드)로 전환했습니다.
10° 테스트 지오메트리의 Magics 뷰.
다양한 프로세스 매개변수 옵션이 블레이드에서 테스트되었습니다.
이 방법론은 고출력 DownSkin 노출 접근 방식을 따랐으며 낮은 각도에 대한 빌드 가능성을 크게 개선했습니다.
과거: 공정 매개변수가 다르기 때문에 변색 정도가 다른 지오메트리를 테스트합니다[출처: EOS].
고정자 링에서 서로 다른 블레이드 방향을 나타내기 위해
테스트 형상을 원으로 향하게 하는 테스트 작업을 위해 가장 안정적인 프로세스 매개변수가 선택되었습니다.
20° 오버행, 리코팅은 부드럽지만 후속 레이어에서 리코팅 후 특정 블레이드가 명확하게 보이고 리코터 접촉이 발생했습니다.
다음 시험에서는 빌드 플레이트의 부품 위치(예: 잠재적인 가스 흐름 영향)에 따라 달라지는 것이 아니라
블레이드 가장자리에 대한 노출 패턴의 각도에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다.
과거: 한 블레이드의 가장자리가 상승하는 EOSTATE PowderBed 이미지.
성공의 핵심은 20° 미만의 각도에 대해 블레이드 가장자리를 기준으로 특정 노출 벡터 방향을 제한하는 것이었습니다.
다음 그림은 10° 각도까지 테스트 지오메트리를 사용한 성공적인 테스트 작업을 보여줍니다.
10° 형상의 성공적인 테스트 작업.
EOSTATE 노출 OT를 사용한 작업 분석은 안정적인 프로세스를 보여주었고 예상치 못한 징후를 나타내지 않았습니다.
EOSTATE 노출 OT 분석은 안정적인 프로세스를 보여줍니다(적응된 프로세스 매개변수로 인해 블레이드 측벽의 다른 회색 값).
빌드 플레이트에서 테스트 부품을 절단한 후 DownSkin 영역의 육안 검사를 수행했습니다.
표면 거칠기 증가는 다음 두 가지 효과로 설명됩니다.
a) 고전력 DownSkin 노출은 더 깊은 용융 풀을 만들고 b) 계단 효과는 얕은 각도에서 더 강해집니다.
The Past: 테스트 지오메트리에 대한 DownSkin 보기(빌드된 그대로).
해결책:
개발의 모든 부분(프로세스 매개변수 및 노출 패턴)을 결합하여
전체 고정자 링의 서포트프리 버전이 EOS M290에 EOS StainlessSteel 316L 파우더 및
HSS 리코터 블레이드와 함께 성공적으로 인쇄되었습니다.
서포트가 필요 없는 고정자 링 및 크로스 컷을 완성했습니다.
대표적인 블레이드의 교차 절단이 아래에 표시되며 DownSkin 영역에서
체계적인 하위 윤곽 다공성의 징후를 나타내지 않습니다.
그러나 증가된 표면 거칠기는 이미 언급한 이유에서 볼 수 있습니다.
현재: 서포트가 필요 없는 3D 프린팅의 세 가지
먼저 가장 흥미로울 부분인 Smart Fusion은 아직 출시되지 않았으며 일부 파일럿 고객에게만 제공됩니다(2022년 9월 기준). 그러나 Additive Minds 프로젝트를 통해 이 새로운 도구에 액세스할 수 있습니다.
여기에서 서포트가 필요 없는 애플리케이션을 공동으로 개발할 것입니다.
더 높은 수준에서 EOS의 서포트프리 전략은 플러그 앤 플레이 솔루션, 고급 소프트웨어 도구 및
노하우 공유를 통한 활성화라는 각 상황에 적합한 도구를 선택할 수 있는 세 가지를 기반으로 합니다.
EOS에서 서포트프리의 세 가지 핵심 [출처: EOS].
플러그 앤 플레이 솔루션 에는 얕은 각도의 빌드 가능성을 위해 사전 정의된 DownSkin 노출 설정이 포함된 새로 출시된 MaterialSet가 포함됩니다. 최신 사례 중 하나는 EOS의 IN718 HiPer 40µm 프로세스입니다.
지원이 필요 없는 소프트웨어 도구 에는 Energy-Input-Homogenization과 같은 EOSPRINT 2 Premium Module의 고급 노출 도구와 Smart Fusion이 포함됩니다.
교육과 노하우 가 가장 중요하다고 생각합니다. 금속 LPBF에 지지 구조가 필요한 이유를 이해하는 것이 이를 제거하기 위한 기초입니다. 블랙박스 솔루션을 운영하면 목표에 도달할 수 있지만 그 이유를 이해하지 못할 위험이 있습니다. 작동 방식을 이해하지 못하면 이 특정 접근 방식과 관련된 위험도 이해하지 못할 것입니다. 게다가 블랙 박스 솔루션은 다른 애플리케이션으로 확장하기 어려우며 특정 문제에 더 적합한 다른 옵션을 놓칠 수 있습니다. Additive Minds Academy 프로그램 또는 합동 Additive Minds 프로젝트를 통해 각 애플리케이션에 가장 적합한 도구를 사용할 수 있습니다.
서포트 구조의 양을 줄이고자 하는 까다로운 응용 분야가 있습니까?
우리는 이야기해야 합니다.
Additive Minds는 적층 제조의 미래를 형성할 흥미진진한 프로젝트에서 고객을 지원하기 위해 노력하고 있습니다.
감사의 말:
Dominik, Korbi, Ville, Ludger 및 Davy와 같은 훌륭한 팀워크와 무지원 금속 AM 발전에 대한 귀하의 기여에 감사드립니다. 2020년 당사의 고정자 링 프로젝트에서 Delva의 Markku Lindqvist와
Huld의 Jasperi Kuikka에게 훌륭한 협력을 제공한 것에 특별히 감사드립니다.
추후 금속 3D프린터와 관련된 이슈를 지속적으로 업데이트할 예정입니다.
