사전 연마는 중요한 보정 단계 역할을 하여 3D 프린팅의 거친 표면과 성형에 필요한 정밀도 사이의 간극을 메웁니다. 레이저 분말 베드 융합(LPBF) 부품에 고정밀 샌드페이퍼를 사용하면 본질적인 제조 결함, 특히 계단 현상과 달라붙은 용융되지 않은 분말을 기계적으로 제거하여 결함 없는 표면을 만듭니다.
핵심 통찰: 열가소성 성형(TPF)의 충실도는 초기 계면의 품질에 의해 엄격하게 제한됩니다. 사전 연마는 물리적 장벽을 제거하여 지르코늄 기반 벌크 금속 유리(Bulk Metallic Glass)가 금형의 미세 질감을 높은 균일성과 정확도로 복제할 수 있도록 합니다.
인쇄 직후 부품의 한계점 해결
LPBF 공정의 원시 출력물은 인쇄 직후 고정밀 성형에 적합한 경우가 거의 없습니다.
"계단 현상" 제거
적층 제조는 부품을 층별로 제작하므로 곡면 또는 경사진 표면에 미세한 계단 모양의 지형이 형성됩니다.
고정밀 샌드페이퍼는 이러한 능선을 효과적으로 평탄화합니다. 이는 프린터 해상도의 한계가 아닌 의도된 설계와 일치하도록 형상을 평평하게 만듭니다.
달라붙은 용융되지 않은 분말 제거
인쇄 과정 중에 느슨한 분말 입자가 완전히 용융되지 않고 부품 표면에 자주 달라붙습니다.
연마는 이렇게 느슨하게 결합된 입자를 제거합니다. 이러한 입자가 계속 남아 있으면 성형 과정 중 접촉 영역을 방해하는 표면 노이즈를 발생시킵니다.
열가소성 성형(TPF) 최적화
결함이 제거되면 성형 공정의 물리적 특성이 크게 달라집니다.
더 부드러운 초기 계면 생성
TPF는 금형과 재료 간의 밀착에 의존합니다.
사전 연마는 초기 접촉 계면이 부드럽고 균일하도록 보장합니다. 이는 열 사이클 동안 접합 또는 성형에 사용 가능한 표면적을 최대화합니다.
질감 복제 향상
궁극적인 목표는 금형의 미세 질감을 지르코늄 기반 벌크 금속 유리(BMG)에 전사하는 것입니다.
표면에 결함이 없으므로 BMG는 금형의 특징에 방해 없이 흐를 수 있습니다. 결과적으로 최종 부품은 금형의 질감이 전체 표면에 걸쳐 정확하게 복제됩니다.
표면 처리 무시의 위험성
수동 연마 단계를 추가하면 생산 시간이 늘어나지만, 이를 생략하면 심각한 품질 문제가 발생합니다.
복제 정확도 저하
기판을 연마하지 않으면 TPF 공정은 본질적으로 인쇄의 결함을 "복사"하게 됩니다.
계단 현상 패턴은 미세한 금형 질감이 올바르게 전사되는 것을 방해합니다. 최종 BMG 부품은 의도된 금형 디자인의 질감과 원래 인쇄 오류가 겹쳐진 하이브리드 질감을 나타냅니다.
불균일한 표면 균일성
용융되지 않은 분말은 표면에 무작위적인 돌출부를 만듭니다.
이러한 불규칙성은 성형 중 균일한 압력 분포를 방해합니다. 결과적으로 최종 질감은 연속적이기보다는 얼룩덜룩하거나 왜곡된 것처럼 보입니다.
목표에 맞는 올바른 선택
LPBF 부품을 TPF에 사용할 준비를 하려면 최종 지르코늄 기반 BMG 부품에 대한 특정 요구 사항을 고려하십시오.
- 표면 충실도가 주요 초점인 경우: 모든 계단 현상을 제거하기 위해 사전 연마해야 하며, BMG가 방해 없이 금형의 질감을 복제하도록 보장해야 합니다.
- 치수 일관성이 주요 초점인 경우: 고정밀 샌드페이퍼를 사용하여 달라붙은 분말을 제거해야 하며, 이는 무작위 표면 불규칙성이 최종 형태를 왜곡하는 것을 방지합니다.
준비는 단순한 미용적 측면이 아니라 정확한 열가소성 성형을 위한 기능적 전제 조건입니다.
요약 표:
| 단계 유형 | 물리적 보정 | 기능적 이점 |
|---|---|---|
| 평탄화 | "계단 현상" 능선 제거 | 의도된 설계 CAD와 형상 정렬 |
| 제거 | 용융되지 않은 달라붙은 분말 제거 | 표면 노이즈 및 접촉 간섭 방지 |
| 매끄럽게 하기 | 균일한 초기 계면 생성 | 열 접합을 위한 접촉 면적 최대화 |
| 복제 | BMG 흐름을 위한 장애물 제거 | 금형 질감의 정확한 복제 보장 |
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참고문헌
- Maximilian Frey, Ralf Busch. Thermoplastic forming of additively manufactured Zr-based bulk metallic glass: A processing route for surface finishing of complex structures. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.109368
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