Laser Beam Melting(LBM) 방식을 통한 열 안정성 조사


알테어 파트너 얼라이언스(APA)의 Amphyon는
빌드율 분석, 열 시뮬레이션 및 안정적인 온도 필드를 달성하기 위한
접근 및 권장사항을 제공하여 안정적이고 신뢰성있는 적층 생산을 가능하게 합니다.

빌드 속도 향상 및 부품 당 비용 절감. 이것은 차세대 레이저 빔 용해 기계에 대한 주된 기대입니다. 하지만 시간당 에너지 크기를 증가시키면 기본적으로 부품에 대한 과열과 불필요한 수축 등 많은 문제를 야기할 수 있습니다.

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열 빌드 시뮬레이션을 사용하면 이러한 영향을 미리 파악하고 결과 부품 품질에 미치는 영향을 조사할 수 있습니다.

Amphyon의 2단계 접근법은 아래와 같습니다. 첫 번째 단계는 레이저 수, 레이저 전력, 스캔 속도 등과 같은 프로세스 매개변수에 기초하여 빌드 속도를 계산합니다.
두 번째 단계는 실제 열 유한 요소 분석을 통해 절대 온도값을 예측할 수 있습니다.

생산성이 높아지면 심각한 과열로 부품의 품질이 떨어진다는 우려를 뒷받침하기 위해 서로 다른 기계에서 세 가지 작업 설정을 살펴보시죠.

1. 레이저 기계 1대 vs 4대
첫 번째 설정은 베이스 플레이트에 부착된 하단 측면이 닫혀 있으며 MS1으로 제조된 대형 튜브로, 단일 레이저와 4대의 레이저 기계는 부품을 생산하는 것으로 가정합니다. (20cm * 20cm)

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재료가 보통 상온에서 냉각되면 마텐자이트(martensite) 되기 쉽습니다.
더 많은 레이저를 사용하여 생산성을 높이는 것이 위상 분포의 변화를 초래할 수 있다는 것을 보여줍니다. 기본적으로 전체 상부는 다른 재료로서 최종 적용뿐만 아니라 사후 공정에서 다르게 작용합니다.

2. 중첩된 빌드 작업 vs 단일 부품
이러한 종류의 시뮬레이션을 사용하여 해석할 수 있는 또 다른 효과는 하나의 플레이트에서 제조되는 부품의 수와 관련이 있습니다. 부품 제조 속도는 레이어의 단면에 크게 의존하기 때문에 중첩된 빌드 작업은 개별적으로 제조된 부품보다 낮은 온도를 갖습니다.

생산이 요구되는 경우, 빌드 플레이트에 중첩된 부품의 수와 형상에 따라 부품 품질에 큰 차이가 발생할 수 있습니다. 이것을 입증하기 위해 우리는 9개의 부품이 있는 플레이트와 동일한 부품을 가진 플레이트를 동일한 설정으로 스테인레스 스틸 316L에서 동일한 기계로 제조한 플레이트와 비교했습니다.

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이 결과는 빌드 당 부품 수와 영향이 높음을 보여줍니다. 따라서 단일 부품 벤치마크 실험은 생산 환경의 상황을 나타내지 않습니다. 동일한 베이스 플레이트 설정으로 제조되지 않은 경우 결과 부품 품질을 다른 부품으로 전송할 수 없습니다. 온도 상승은 공정 역학에 큰 영향을 미치기 때문에 용접 변형과 수축도 크게 다를 수 있습니다.

3. 높이가 다른 부품
숙련된 사용자는 부품의 품질을 보장하기 위해 부품과 함께 인장 막대를 제조합니다. 인장 막대는 일반적으로 고정 길이를 갖기 때문에 부품 자체의 높이는 일반적으로 동일하지 않으므로 모든 막대가 완료되면 높은 부품에 대해 다른 열처리를 실행합니다. 시뮬레이션 결과, 부품의 상부 영역과의 최대 온도 차이를 명확하게 확인할 수 있습니다.

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재료의 특성은 공정 자체에서 비롯되고 열 상황에 따라 다르기 때문에 부품이 인장봉과 다른 재료 특성을 가질 수 있다는 것은 명백합니다. 따라서 인장봉의 재료 특성과 동일한 공정 프로세스에서 제작되었음에도 부품 자체에 대해 신뢰성을 갖기 어려운 상황이 발생합니다.

레이저 빔 용해 기술 사용자는 시뮬레이션을 통해 대규모 과열을 피할 수 있습니다. Additive Works Amphyon 2019은 입증된 빌드율 분석, 열 시뮬레이션 및 안정적인 온도 필드를 달성하기 위한 접근 및 권장사항을 제공하여 안정적이고 신뢰성있는 적층 생산으로 한 단계 더 나아갈 수 있도록 합니다.

소프트웨어에 대한 자세한 정보는 Amphyon 제품 페이지에서 확인할 수 있으며, 하이퍼웍스 임차 라이선스 사용 고객은 여기에서 Amphyon을 다운로드할 수 있습니다.

감사합니다.

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