솔루콘
자동 디파우더링 공정에서의 압전 여기의 효과: 의료용 3D 프린팅 부품 사례
3D ADEPT MEDIA가 편집한 유스케이스 스토리는 SFM-AT350-E에서의 새로운 초음파 여기 방식에 대해 조사합니다
Solukon의 핵심 전문성은 여전히 적층제조를 위한 자동 디파우더링입니다. 본 기사에서는 디파우더링 테스트가 회사의 최신 시스템인 SFM-AT350-E(최대 60kg 중형 부품용)에서 수행되었으며, 이는 의료 및 치과 산업을 위해 적층제조를 활용하는 기술 이전 센터인 스위스 m4m 센터와의 협업으로 이루어졌습니다. 적층제조 기술의 지지자로서 우리는 Swiss m4m의 적층제조 여정을 시작부터 계속 지켜보고 있습니다.
의료용 3D 프린팅 부품 빌드 플레이트를 사용한 디파우더링 테스트에 대한 주요 인사이트
자동 디파우더링 장비가 당신의 (의료용) 3D 프린팅 부품에 적합하다고 결정한 후, 다음 단계는 상당히 스트레스를 줄 수 있습니다: 제품과 작업자 안전을 보장하고 제품 실패 위험을 줄이며 무엇보다 산업 표준을 준수할 수 있는 장비를 구매하는 올바른 결정을 내리는 것입니다. 이것이 우리가 다른 기사에서 자동 파우더 제거 시스템의 필수 기술 요소를 논의한 이유입니다. 문제는 시장이 발전할수록 새로운 기능이 더 많이 개발되고 고객 요구사항이 더욱 복잡하고 엄격해진다는 점입니다. 이 시점에서 디파우더링 테스트에서 얻는 종합적인 경험은 특정 장비 선택에 영향을 주고 특정 산업 또는 응용에 대한 인증을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 테스트가 어떻게 수행되는지 이해하기 위해 우리는 Solukon Maschinenbau GmbH에 다소 특별한 요청을 했습니다: 의료 및 헬스케어 산업에서 활동하는 고객을 위해 수행된 디파우더링 테스트에 대한 인사이트를 공유해 달라는 것이었습니다.
완전히 새로워진 SFM-AT350-E 및 테스트 핵심 응용에 대한 인사이트
금속 3D 프린팅 부품을 위해 설계된 SFM-AT350-E는 자동 디파우더링 장비 SFM-AT350의 특별 버전입니다. 2023년 Formnext에서 공개된 이 장비는 세 가지 주요 업그레이드를 포함합니다: 지능형 SPR-Pathfinder® 디파우더링 소프트웨어와의 완전한 호환성, Digital-Factory-Tool 기능 향상, 그리고 압전 여기. SPR-Pathfinder® 디파우더링 소프트웨어와 Digital-Factory-Tool이 이제 Solukon 디파우더링 시스템의 잘 알려진 기능이며 표준 SFM-AT350에서도 사용 가능하지만, 압전 여기 기술은 여전히 많은 사용자에게 독특하고 특별한 솔루션으로 흥미를 끌고 있습니다. 출시 당시 Solukon은 여기 발생이 자동 디파우더링 시스템의 회전 테이블에서 직접 이루어지며, 이를 통해 부품을 최적의 진동 범위로 높은 정밀도로 이동시킬 수 있다고 설명했습니다. 전자 여기의 높은 주파수는 부품의 유해한 고유 진동수보다 훨씬 높습니다. 주파수가 지속적으로 스스로 제어되고 조절되기 때문에 공진 주파수를 유발하여 민감한 구조를 손상시키는 위험이 방지됩니다. 테스트는 Swiss m4m이 제공한 여러 의료용 3D 프린팅 부품(고관절 컵, 척추 케이지, 의료 기구)을 사용하여 수행되었습니다. “고관절 컵은 매우 전형적인 응용입니다. 특징적인 격자 구조는 조직 성장을 가능하게 합니다. 또한 척추 불안정(예: 디스크 탈출증) 시 척추를 고정하기 위한 척추 케이지입니다. 의료 기구는 습식 환경 테스트용 프로토타입으로 사용됩니다. 많은 길고 좁은 채널을 가진 복잡한 서포트 구조는 디파우더링이 가장 어려운 부분입니다,”라고 Swiss m4M의 프로젝트 매니저 Marco Flury는 설명합니다. 아래에서 보시겠지만 Swiss m4m은 이러한 부품에 대한 다양한 데이터를 Solukon에 제공했습니다. 전반적으로 이 테스트는 해당 응용에서 고려해야 할 특정 사항과 압전 여기 기술과 관련된 주요 사양을 식별할 수 있게 했습니다.
압전 여기 기능이 적용된 SFM-AT350-E
디파우더링 테스트: 6가지 핵심 단계
Solukon의 공정 개발 엔지니어 Hemank Raj에 따르면 디파우더링 테스트는 장비 데이터 평가, 부품 데이터 평가, 세정 전 육안 검사, 세정 수행, 세정 결과 평가, 그리고 세정 후 육안 검사를 포함해야 합니다.
1. 장비 데이터와 관련하여 테스트에 사용된 합금은 반응성으로 분류되지 않는다는 점이 중요합니다. 공정은 비불활성 분위기에서 수행되었습니다.
2. 부품 데이터와 관련하여 Swiss m4m은 부품 치수(W x D x H), 빌드 플레이트, 빌드 플레이트 두께, 무게(빌드 플레이트 포함), 홀 패턴 및 소재 정보를 공유했습니다. 수치는 다음과 같습니다:
| 부품 치수 | Ø60mm 격자 구조를 가진 고관절 컵 (기공 크기 0.3-0.9mm) 23 x10 x10 mm 척추 케이지 (기공 크기 0.3-0.9mm) 가장 높은 부품은 약 70mm Z 높이를 가진 의료 기구이며 복잡한 서포트 구조를 가지고 있습니다 (최소 직경< 1 mm) |
| 빌드 플레이트 | 원형 빌드 플레이트; TruPrint 2000 직경 204 mm 두께 23 mm |
| 빌드 플레이트 포함 | 무게 약 13 kg |
| 소재 스테인리스강 | 17-4 PH |
설명: 디파우더링이 가장 어려운 부분은 위 그림에서 표시된 영역입니다.
3. 육안 검사 결과 손상은 없었으며 빌드 플레이트에 파우더 덩어리도 없었고 이는 소재가 수분 흡수를 견딜 수 있음을 의미합니다. 그러나 부품의 구조 내부는 완전히 파우더로 채워져 있는 것으로 보였습니다.
4. 세정 단계 동안 빌드 플레이트는 네 개의 클램프를 사용하여 회전 플레이트에 장착되었습니다. 이 공정의 각 단계는 잘 시간 설정되어 있으며 약 17.5분이 소요됩니다 – 부품 로딩, 자동 모드 세정, 에어건 세정, 세정 결과 확인, 부품 언로딩까지 포함됩니다. 공압 여기 기반 디파우더링 공정을 아는 사람들에게는 세정 단계가 초음파 기반 공정과 유사하다는 점이 중요합니다. 그러나 Raj는 하나의 핵심 장점에 주목했습니다: “여기 파라미터를 설정할 필요가 없습니다 왜냐하면 디파우더링 시스템이 자동으로 최적의 여기 상태(= 자체 조절 주파수)를 설정하기 때문입니다. 또한 공정은 최대 53.6 dB 수준에서 수행되어 (참고: 일반 대화 = 60 dB) 매우 조용합니다. 초음파 여기 공정은 최소한의 압축 공기 소비로 이루어집니다.” (참고로 기술적 특징 측면에서 공압 여기 기반 공정은 파우더 덩어리를 분해하기 위한 프로그래밍 가능한 고주파 노커를 포함하며 SPR 기술은 회전과 진동의 조합을 통합합니다).
위에서 설명한 바와 같이 이 테스트는 압전 여기 장치가 3D 프린팅 부품을 초고주파로 진동시킨다는 것을 확인했습니다. Raj에 따르면 이 가속도는 매우 크지만 진폭은 매우 작습니다. 이 주파수에서의 가속도로 인해 파우더는 접착력을 잃고 (말 그대로 “발 밑의 기반을 잃고”) 표면에서 미끄러져 떨어집니다. 팀은 SFM-AT350-E가 섬세하고 취약한 구조에 이상적인 디파우더링 장비임을 확인했습니다. 또한 “Digital-Factory-Tool을 통해 우리는 모든 관련 디파우더링 데이터(예: 장비 챔버 온도, 습도 및 고객 지정 설정값)에 접근할 수 있으며 이는 MedTech와 같은 데이터 민감 산업에서 매우 중요합니다”라고 Raj는 덧붙였습니다.
5. 세정 단계 이후 팀은 육안 검사와 압축 공기를 이용해 부품의 개구부에 불어넣는 방식으로 세정 결과를 확인했습니다. 복잡한 구조 내부에서 파우더 잔여물이 발견되지 않았을 뿐만 아니라, 부품 표면을 덮고 있던 파우더도 불어내기로 제거되었습니다. 그러나 복잡한 구조 내부에 남아 있을 수 있는 미세한 파우더 잔여물을 방지하기 위해 3D 프린팅 부품 사용 전 또는 다음 공정 전에 최종 세정(초음파 세정)을 수행할 것을 권장합니다. 총합으로 Swiss m4m의 Flury는 이번 테스트에서 977g의 파우더를 회수했습니다.
6. 마지막으로 육안 검사 결과 손상도 없었고 잔여 파우더도 발견되지 않았습니다. 모든 부품은 여전히 서브스트레이트 플레이트에 잘 부착되어 있었습니다.
Swiss m4M의 프로젝트 매니저 Marco Flury와 Solukon의 공정 개발 엔지니어 Hemank Raj
결론
무엇보다 먼저 이 기사에 제시된 시간과 수치는 이 테스트에서 수행된 의료용 3D 프린팅 부품의 디파우더링 공정에만 해당된다는 점을 명심해야 합니다. 이는 작업자가 디파우더링해야 하는 각 3D 프린팅 부품의 데이터와 사양을 충분히 고려해야 함을 의미합니다. 결국 SFM-AT350-E와 그 압전 여기 기술은 기존 공압 기반 디파우더링 대비 장점을 입증했지만 다른 산업 또는 다른 의료 응용의 3D 프린팅 부품에서는 일부 차이점이 나타날 수 있습니다. 예를 들어 Raj는 다음과 같이 설명합니다. “터빈이나 노커를 사용하는 공압 여기와 비교할 때 가속도와 주파수는 훨씬 높고 진폭은 훨씬 낮습니다. (이것이 여기 동안 부품의 진동이나 움직임이 보이지 않는 이유입니다). 여기 주파수는 30kHz에서 38kHz 사이입니다. 이는 부품의 고유 진동수를 훨씬 초과하는 영역이라는 것을 의미합니다. 이는 공진 주파수에서의 진동과 손상을 방지합니다.”
저소음 디파우더링 공정 구현, 자체 조절 여기 모드, 최소화된 압축 공기 소비 능력을 고려할 때 이 테스트는 의료 생산 환경 인증 측면에서 이 자동 디파우더링 장비의 강점을 보여줍니다. 또한 Digital-Factory-Tool과 SPR-Pathfinder® 소프트웨어가 선택 사항임에도 불구하고 이 장비의 성능을 극대화하는 데 매우 유용합니다. “특별히 개발된 기술을 통해 우리는 SFM-AT350-E의 턴테이블을 무한 회전하도록 설정할 수 있었고 이를 통해 SPR-Pathfinder 소프트웨어의 무제한 사용이 가능해졌습니다”라고 Solukon의 CEO/CTO Andreas Hartmann은 말합니다.
Marco Flury – Swiss m4M 프로젝트 매니저 / Hemank Raj – Solukon 공정 개발 엔지니어
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