초음파 디파우더링이 왜 게임 체인저가 될 수 있는지, 그리고 어떤 경우에 이 여기 방식이 귀하의 적용 분야에 적합한 선택인지 알아보십시오.
자동 디파우더링의 원칙
자동 디파우더링은 적층 제조 분야에서 비교적 새로운 기술입니다. 그럼에도 불구하고 Solukon이 설립되고 세계 최초의 디파우더링 시스템인 SFM-AT800-S가 2015년에 출시된 이후, 시장에서는 여러 성공적인 원칙이 확립되었습니다. 그중 가장 중요한 원칙은 다음과 같습니다:
1.디파우더링은 보호된 환경에서 이루어져야 합니다
미세 분진으로 인한 건강 위험과 폭발 위험은 밀폐된 공정 챔버를 사용할 때에만 효과적으로 제어할 수 있습니다. 반응성 소재의 경우 공정 챔버는 보호 가스로 불활성화됩니다.
2. 디파우더링은 재현 가능해야 합니다
이는 동일한 부품에 대해 일관된 세정 결과(즉, 반복성)를 달성하는 것을 의미합니다. 이는 당연하게 들릴 수 있지만, 실제로는 Solukon의 자동 분말 제거 시스템을 사용할 때에만 안정적으로 유지될 수 있는 기준입니다.
3. 최고의 세정 결과는 회전과 진동 여기의 결합을 통해 달성됩니다
두 축을 중심으로 한 (무한) 회전과 목표 지향적인 진동 여기 방식은 내부 채널에 부착된 분말을 흐를 수 있는 상태로 만듭니다. 진동기의 여기 강도는 Solukon의 분말 제거 시스템에서 조절할 수 있습니다. 그러나 공압으로 생성된 진동이 실제로 부품에 어떻게 작용하는지는 매우 개별적이며, 부품의 형상에 따라 달라집니다. 중요한 것은 결과입니다. 즉, 분말이 액체처럼 거동하여 내부 채널에서 흘러나오는 것입니다. 분말 응집체는 고주파 노커를 통해 분해되며, 필요 시 활성화할 수 있습니다.
최근까지는 공압 진동기와 노커의 조합이 디파우더링의 기본 원칙 목록에 포함되어 있었습니다. 이는 공압 진동기가 신뢰성이 높고 비용 효율적이며 매우 효율적이기 때문입니다. 그러나 공압 진동기는 많은 양의 압축 공기를 소비하며 제어가 어렵기 때문에, 민감한 부품에서는 문제가 발생할 수 있습니다. 특히 공진 주파수를 초과할 경우, 민감한 구조를 가진 부품이 손상될 수 있습니다.
초음파가 적용된 SFM-AT350-E
SFM-AT350 디파우더링 시스템의 E 버전 도입을 통해 Solukon은 여기 방식의 기술 범위를 확장하고, 초음파 여기 기능을 갖춘 시스템을 시장에 선보였습니다. SFM-AT350-E는 최대 400 x 400 x 400 mm 크기와 100kg까지의 부품을 대상으로, 프로그래밍 가능한 2축 회전과 초음파 범위의 주파수 여기 방식을 통해 완전 자동으로 디파우더링을 수행합니다.
초음파 여기 방식이 적용된 SFM-AT350-E
초음파 여기 방식은 무엇을 할 수 있으며, 주요 장점은 무엇인가?
SFM-AT350-E에서는 압전 시스템을 사용하여 부품을 초음파 주파수 범위에서 여기합니다. 이 여기 방식은 자동 디파우더링 시스템의 회전 테이블에서 직접 적용되며, 이를 통해 부품을 최적의 진동 상태로 쉽고 정밀하게 유도할 수 있습니다. 이 방식의 가장 큰 특징은 고정된 주파수를 사용하는 대신, 시스템이 특정 주파수 범위를 빠르게 연속적으로 스위핑(sweeping)하며 세정이 가장 효과적인 구간을 활용한다는 점입니다. 이러한 스위핑 방식은 초음파 범위 내에서 정의된 주파수를 활용하여 매우 신뢰성 높은 세정을 가능하게 합니다.
전기적 여기에서 사용되는 초고주파는 부품의 손상을 유발할 수 있는 고유 공진 주파수보다 훨씬 높은 영역에 위치합니다. 이는 부품이 공진하지 않도록 하여 구조적 손상의 위험을 제거합니다. 그 결과, 초음파 디파우더링은 매우 부드럽고 안전한 세정 방식으로 평가됩니다.
또 다른 장점은 초음파 여기 방식이 완전히 무소음이라는 점입니다. 이를 통해 SFM-AT350-E는 소음이 큰 대량 생산 환경 외부에서도 설치가 가능합니다.
언제 초음파가 적절한 여기 방식인가?
분말 제거와 관련된 많은 문제와 마찬가지로, 공압 방식과 초음파 방식 중 어떤 것을 선택할지는 주로 적용 분야와 부품 형상에 따라 달라집니다. 두 방식 모두 효과적인 세정 결과를 제공할 수 있습니다. 그러나 초음파는 매우 섬세한 구조나 취약한 서포트 구조를 가진 부품에 특히 적합한 선택입니다. 이는 공압 여기에서 일반적으로 발생하는 진동을 피할 수 있어, 진동 스트레스로 인한 부품 손상 위험을 크게 줄일 수 있기 때문입니다. 매우 미세한 구조(일반적으로 직경 0.5mm 이하)도 고주파 초음파 여기 방식에 매우 잘 반응합니다.
또한, 좁고 깊은 채널에서는 여기 방식이 적절하지 않을 경우 분말이 막히는 현상이 발생할 수 있습니다. 초음파 여기 방식은 이러한 채널을 안정적으로 세정할 수 있으며, 이미 발생한 막힘도 제거할 수 있습니다. 다음은 Solukon 고객이 수행한 비교 테스트로, 좁고 긴 채널 세정에서 초음파 기술의 장점을 보여줍니다:
어떤 구체적인 적용 사례가 있는가?
Swiss m4m: 의료용 부품의 디파우더링
SFM-AT350-E는 특히 의료 산업에서 이상적인 시스템으로 입증되었습니다. 이 분야의 대표적인 적용 사례로는 표면에 격자 구조를 가진 힙 컵(비구 컵)이 있습니다. 이러한 비구 컵은 척추 임플란트와 치과용 도구와 함께, 의료 및 치과 산업을 위한 기술 이전 센터인 Swiss m4m Center에서 하나의 빌드 작업에 포함되었습니다.
SFM-AT350-E 내부의 의료용 부품
초음파 여기 방식이 적용된 SFM-AT350-E에서는 스테인리스강 의료 부품을 단 7.5분 만에 세정할 수 있었습니다.
의료용 부품의 초음파 디파우더링
The Exploration Company: 로켓 엔진 추력기 연소실 디파우더링
SFM-AT350-E의 초음파 기술은 특히 높은 수준의 디파우더링이 요구되는 항공우주 산업에서도 이미 그 성능이 입증되었습니다. 글로벌 항공우주 기업 The Exploration Company는 로켓 부품의 디파우더링을 위해 Solukon의 SFM-AT350-E에 적용된 초음파 여기 방식을 활용하고 있습니다.
이 Inconel(IN718)로 제작된 연소실은 약 15kg의 무게를 가지며, 높이는 약 370mm이고 내부 구조는 매우 복잡합니다. 내부의 복잡한 채널은 최대 400mm 길이에 달하며, 가장 작은 채널 직경은 1.5mm입니다.
The Exploration Company의 추력기 연소실
SFM-AT350-E를 통해 Senior Additive Manufacturing Engineer인 Maxi Strixner가 이끄는 팀은 해당 부품을 편리하고 부드럽게, 그리고 무소음으로 세정할 수 있었습니다. 로켓 연소실의 정밀한 세정을 위해, 팀은 해당 부품에 맞춰 특별히 작성된 세정 프로그램을 실행했습니다. 약 30분 후, 해당 부품은 성공적으로 세정되었습니다
추력기 연소실의 초음파 디파우더링
The Exploration Company가 Solukon의 SFM-AT350-E를 선택한 주요 이유는 무소음 세정과 신뢰할 수 있는 세정 품질입니다:
“The Solukon 초음파 디파우더링 시스템은 우리의 소규모 작업 환경에서 게임 체인저였습니다. 조용한 설계 덕분에 작업 공간 바로 옆에서 시스템을 가동할 수 있으며, 이는 큰 장점입니다. 프로그램과 함께 사용할 경우 수작업을 크게 줄일 수 있고, 일관되고 깨끗한 결과를 제공합니다. 이 모든 요소는 실제 시간 및 비용 절감으로 이어지며, 투자 가치가 충분히 있습니다,”라고 The Exploration Company의 Additive Manufacturing Engineer인 Boris Schaff는 말합니다.
분말 제거 기술에서 새로운 도구로서의 초음파 기술
위의 사례에서 보듯이, SFM-AT350-E의 초음파 기술은 이미 시장에서 그 성능을 입증했습니다. 그러나 E 버전이 기존 SFM-AT350의 공압 여기 기반 디파우더링 기술을 대체하는 것은 아닙니다. 초음파 여기는 자동 디파우더링 기술에서 추가적인 도구로 활용되는 개념입니다.
