기술도약에서 새로운 주춧돌로

도전과제

H&B에서는 약 340명의 직원이 사출 성형 공정에서 자동화 기술을 위한 플라스틱 하우징을 제조하고 있습니다. 특히 외적으로 나타나는 이미지도 중요합니다. 예를 들어 H&B에서 주문하여 제조한 액추에이터 센서 박스에서 다이오드는 투명한 플라스틱창 뒤에 있습니다. 이 경우 플라스틱 생산 중에 제어되고 균일한 방식으로 열을 방출하고 신속하게 냉각될 수 있도록, 툴에는 섬세하고 형상적응형 냉각 채널이 많이 필요합니다. 이는 이 애플리케이션에 사용된 플라스틱 유형이 너무 천천히 냉각되면 우윳빛이 되기 때문입니다. 사출 성형 시 냉각에 대한 일반적인 규칙은 가능한 한 빨리 그리고 가능한 한 균일하게 냉각하는 것입니다. 균일성은 품질에 기여하고 속도는 사이클 시간을 단축시켜 수량비용을 절감합니다.

이 기업은 지금까지 형상적응형 온도제어 없이 이 툴을 사용해왔지만, 흐린 유리창과 높은 불량률로 인해 반복적으로 어려움을 겪어야 했습니다. H&B의 툴 전문가들은 오랫동안 다양한 툴에서 형상적응형 온도제어 기능이 있는 프린팅된 인서트를 사용해 왔지만, 현재 L-PBF 공정에 사용할 수 있는 경화강, 특히 1.2709에 만족하지 않았습니다. 그래서 사내 3D 프린터에서, 툴 제조업체에게 잘 알려지고 인기가 있는 열간강 1.2343를 사용한 적층 가공에 의존하기로 결정했습니다.

경화강1.2709과 비교해서 강화강 H11 (1.2343)은 예를 들어 내마모성, 열전도성, 열경도, 온도 저항성 및 광택성과 관련하여 몇 가지 장점이 있습니다. 강화강의 최종 소재특성은 템퍼링 통해 조정되므로 성형제작의 애플리케이션에 더 적합합니다. 그러나 탄소 함량이 높고 용접성이 떨어지기 때문에 강화강은 사용되는 L-PBF 공정에 대한 수요가 높습니다.

솔루션

TRUMPF TruPrint 5000이 작동하는 곳입니다: 500°C 예열을 통해 1.2343와 같은 탄소함유 공구강의 공정 안정적 가공이 가능합니다. TruPrint 5000은 기판을 500°C로 가열하고 적층 구조 중에 플레이트와 프린팅된 기판을 이 온도로 유지합니다. 이는 파우더가 레이저 빔에 의해 녹은 후 응고되는 재료가 단단하고 부서지기 쉬운 마르텐사이트가 형성되는 온도 이하로 떨어지는 것을 방지합니다. 200°C 예열을 갖춘 시중의 프린터는 이러한 방식으로 온도 구배를 저지하기에 충분하지 않습니다. 최악의 경우에서는 균열이 가득한 사용할 수 없는 구성품이 나오게 됩니다.

Thomas Weinmann은 또 하나의 긍정적인 점에 만족해 합니다: "적층 구조로 인해 병렬로 생성된 용탕, 기본 레이어의 반복적인 부분 재용융 및 레이저 경로의 레이어별 회전 – 우리는 기존의 일렉트로 슬래그 재용융(ESU)에서 공구강 변형과 유사한 미세한 금속 구조를 얻습니다."

구현

적층 가공은 기존의 절삭 제조 방법이 한계에 도달하는 지점에서 시작됩니다. Preform Basic 옵션을 통해 H&B는 두 프로세스의 장점을 결합할 수 있습니다. 예를 들어 H&B에서 제조한 툴 코어에는 하단 영역에 수직으로 위쪽으로 이어지는 온도제어 채널 부분이 있으며 이 영역에서 기존 방식으로도 드릴링할 수 있습니다. 하지만 후속 온도제어 채널 부분은 코너를 드릴링할 수 없기 때문에 추가로 제조해야 합니다.

툴 코어를 제조하기 위해 H&B는 기존의 절삭 방식으로 제조된 베이스 플레이트를 사용합니다. 프린터에 장착한 후에는 기계에 통합된 카메라를 사용하여 베이스 플레이트와 프린트할 형상을 정렬합니다. 여러 개의 베이스 플레이트가 장착된 경우, 각 구성품을 심지어 개별적으로 정렬할 수 있습니다. 그런 다음 적층 구조가 수행됩니다. "이러한 방식으로 하이브리드 제조 부품을 사용하면 프린팅할 볼륨에 크게 줄어들기 때문에, 프린팅 시간을 많이 절약할 수 있어 프린팅 비용도 절약할 수 있습니다. 당사의 첫 번째 툴 코어 중 하나의 경우 프린팅 비용을 기준으로 한 절감 가능성은 약 42%였습니다."라고 Thomas Weinmann은 말합니다.

Preform의 구조에서 Thomas Weinmann과 그의 팀은 한 가지 중요한 점을 매우 주의깊게 살펴보았습니다: 기존 방식으로 제조된 베이스 플레이트와 프린팅된 부품 사이의 완전한 재료 연결성. "우리는 1.2343 ESU(일렉트로 슬래그 재용융)로 제조된 베이스 플레이트에 프린팅합니다. 현미경으로도 틈, 균열 또는 이와 유사한 어떤 것도 인식할 수 없습니다. 따라서 우리는 하이브리드로도 절대적 재료 연결성을 확보했습니다"라고 그는 설명합니다.

3D 프린팅 덕분에 프로세스 열을 균일하고 빠르게 제거하는 데 필요한 형상적응형 냉각은 더 이상 문제가 되지 않습니다. 왜냐하면 이 테크놀로지를 사용하면 거의 모든 곳으로 연결될 수 있는 이전에는 생각할 수 없었던 채널 경로가 실현될 수 있기 때문입니다. 이러한 툴 코어는 기존 방식으로는 실현가능하지 않습니다. 보수적인 툴 기술로는 제조할 수 없거나 품질이 떨어지는 플라스틱 성형부품을 제조하는 데에도 종종 사용됩니다.

전망

TruPrint 5000 덕분에 H&B 기업은 품질과 경제적 효율성에 대한 요구를 충족할 수 있습니다. 경영책임자 Hans Böhm: "그러한 투자는 신중하게 고려해야 합니다. 하지만 우리는 기술에 정통하기 때문에 쉬웠습니다. 우리는 금속 기반 3D 프린팅에서 엄청난 기회를 보고 있습니다. 그리고 처음에는 실제로 비용보다 품질에 관한 것이 더 중요합니다." 그에게 있어 기술과 TruPrint 5000은 모든 것을 변화시킵니다. 왜냐하면 일반 금속에 관한 것이 아니라 공구강에 관한 것이기 때문입니다. 따라서 H&B Electronic에서 3D 프린팅을 사용한 툴 제작 및 성형 제작이 초기 테크놀로지 도약에서 가까운 미래에 새로운 주류로 발전할 것이라는 것은 기업가에게는 논리적일 뿐입니다. 첫 번째 단계가 수행되었습니다.

현재: 2023년 9월 26일