레이저 소결 부품에 따뜻한 등방압축(WIP)을 적용하는 주요 목표는 잔류 내부 기공을 제거하고 재료 결정성을 향상시키는 것입니다. 부품을 고온(예: 180°C)에서 등방압(일반적으로 약 90 bar)에 노출시켜 부품 밀도와 궁극 인장 강도(UTS)를 모두 크게 증가시킵니다.
WIP는 열과 압력의 특정 조합을 사용하여 내부 공극을 닫고 분자 사슬을 재배열하는 중요한 밀집 단계 역할을 합니다. 이를 통해 다공성 인쇄 부품이 더 높은 하중을 견딜 수 있는 더 밀집되고 기계적으로 우수한 부품으로 변환됩니다.
WIP의 핵심 목표
잔류 기공 감소
레이저 소결(LS)은 본질적으로 부품 내부에 미세한 공극 또는 "느슨함"을 남깁니다.
WIP의 첫 번째 목표는 재료를 기계적으로 압축하여 이러한 내부 간격을 닫는 것입니다.
질소와 같은 불활성 가스를 사용하여 프레스는 균일하고 등방적인 압력을 가하여 재료를 함께 밀어 넣어 잔류 기공을 크게 줄입니다.
결정성 향상
단순한 압축을 넘어 WIP는 폴리머의 분자 구조를 변경하는 것을 목표로 합니다.
열 적용은 분자 사슬 재배열을 촉진합니다.
이 재배열은 재료의 결정성을 증가시키며, 이는 향상된 기계적 특성 및 더 높은 밀도와 직접적으로 관련됩니다.
온도 및 연성의 역할
폴리머 연성 증가
압력만 적용하는 것(차가운 등방압축)은 특정 재료에 위험할 수 있습니다.
WIP의 "따뜻한" 측면은 폴리머가 더 연성이 되는 특정 지점까지 부품을 가열합니다.
이 부드러워진 상태는 재료가 상온에서보다 더 효과적으로 큰 기공으로 흘러 들어가 채울 수 있도록 합니다.
구조적 손상 방지
열을 사용하는 주요 목표는 냉간 압축과 관련된 위험을 완화하는 것입니다.
단단하고 차가운 부품을 누르면 내부 응력 집중 또는 미세 균열이 발생할 수 있습니다.
연성을 증가시킴으로써 WIP는 부품의 구조적 무결성을 손상시키지 않고 밀집이 발생하도록 보장합니다.
절충점 이해
공정 복잡성 대 성능
WIP는 ~90 bar 압력과 ~180°C를 동시에 유지할 수 있는 특수 장비가 필요한 추가 후처리 단계를 도입합니다.
이는 제조 시간을 늘리지만 높은 피로 수명 또는 인장 강도가 필요한 부품에는 종종 필요합니다.
재료별 특성
WIP의 매개변수(온도 및 압력)는 사용되는 특정 폴리머에 맞게 신중하게 조정해야 합니다.
잘못된 온도 설정은 필요한 연성을 유도하지 못하거나 반대로 너무 높게 설정하면 재료를 손상시킬 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
WIP가 레이저 소결 프로젝트에 적합한 후처리 단계인지 결정하려면 특정 성능 요구 사항을 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 기계적 강도인 경우: WIP는 실패 지점 역할을 하는 기공을 제거하여 궁극 인장 강도(UTS)를 높이는 데 필수적입니다.
- 주요 초점이 부품 신뢰성인 경우: WIP를 사용하여 결정 구조를 균질화하고 냉간 압축 방법과 관련된 미세 균열을 방지합니다.
궁극적으로 WIP는 레이저 소결의 고유한 기공이 최종 응용 분야의 기능 요구 사항을 손상시키는 경우 확실한 솔루션입니다.
요약 표:
| 목표 | 메커니즘 | 주요 이점 |
|---|---|---|
| 기공 감소 | 등방압을 통한 기계적 압축 | 내부 공극 닫기; 부품 밀도 증가 |
| 결정성 향상 | 열 유도 분자 사슬 재배열 | 재료 경도 및 안정성 증가 |
| 강도 최적화 | 내부 실패 지점 제거 | 훨씬 높은 궁극 인장 강도(UTS) |
| 구조적 무결성 | 폴리머를 연성 상태로 연화 | 미세 균열 및 내부 응력 집중 방지 |
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참고문헌
- Hellen De Coninck, Brecht Van Hooreweder. Improving the Mechanical Properties of GlassFibre-Reinforced Laser-Sintered Parts Based on Degree of Crystallinity and Porosity Content Using a Warm Isostatic Pressing (WIP) Process. DOI: 10.3390/jmmp8020064
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