금속가공기술의 종류와 이점

금속 가공 기술은 원시 금속을 원하는 다양한 모양과 구조로 변환하는 것을 포함합니다. 금속을 가공, 절단, 구부리고 조립하는 기술을 결합하여 완전히 새로운 제품을 만듭니다. 다양한 용도로 사용할 수 있는 금속으로 아이템을 제작하는 데 매우 편리한 기술입니다.

 

 

 

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1. 금속 가공

금속 가공에 대한 일반적인 오해는 무차별 대입과 강철을 구부리는 것에 관한 것이라는 것입니다. 실제로, 원시 금속을 우리가 삶에서 보는 많은 다른 것들의 빌딩 블록으로 변환하는 숙련된 예술입니다.

 

1) 금속 가공의 용도

금속 가공은 디자인과 현실 사이의 격차를 해소합니다. 엔지니어의 청사진이나 아티스트의 비전을 가져와 유형의 금속 부품으로 변환합니다. 다음은 이전에 본 적이 있지만 이런 방식은 결코 본 적이 없는 금속 가공 기술의 몇 가지 주요 용도입니다.

 

 

 

- 다양한 제품 만들기

금속 가공은 부엌의 프라이팬에서 자전거의 복잡한 프레임에 이르기까지 수많은 일상 용품 뒤에 있습니다. 간단한 도구에서 복잡한 기계 구성 요소, 건축 요소 및 의료 장비에 이르기까지 모든 것을 담당합니다.

 

- 강도와 내구성 보장

금속은 자연적으로 강하고 내구성이 있으며 제조 기술은 이러한 품질을 더욱 향상시킵니다. 그 결과 제품은 무거운 하중, 혹독한 환경 및 시간 테스트를 견딜 수 있습니다. 따라서 금속 가공은 교량, 건물 및 산업 기계와 같이 신뢰성이 가장 중요한 응용 분야에 이상적입니다.

 

- 사용자 지정 사용

대량 생산된 플라스틱 품목과 달리 금속 가공은 높은 맞춤화가 가능합니다. 특정 모양, 크기 및 기능을 통합하여 고유한 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이러한 유연성을 통해 건축 프로젝트, 특수 도구 및 맞춤형 기계를 위한 독특한 조각을 만들 수 있습니다.

 

- 생산 최적화

현대의 금속 가공 기술은 초보적인 망치질과는 거리가 멉니다. CNC 가공, 레이저 절단 및 로봇 용접은 이 프로세스에 혁명을 일으켰습니다. 이러한 발전은 더 빠른 처리 시간, 더 높은 정밀도 및 감소된 폐기물을 보장하여 금속 가공을 다양한 산업 분야에서 비용 효율적이고 효율적인 솔루션으로 만듭니다.

 

2) 금속 가공의  이점

금속가공의  몇 가지 주요 이점은 다음과 같습니다.

 

- 생산성 향상

기계 및 장비에서 더 강력하고 신뢰할 수 있는 금속 부품은 산업 효율성과 생산성을 높입니다.

 

- 인프라스트럭처 강화

금속 가공은 교량, 건물 및 기타 중요한 인프라 요소를 건설하고 유지 관리하는 데 필수적입니다.

 

- 혁신

금속 가공을 통해 복잡하고 맞춤화된 금속 부품을 만들 수 있어 다양한 분야에서 획기적인 발전을 위한 길을 닦을 수 있습니다.

 

- 지속가능성 지원

금속 제품의 내구성은 잦은 교체의 필요성을 줄여 보다 지속 가능한 미래에 기여합니다. 또한 재활용 및 재활용 금속 사용의 발전은 보다 친환경적인 접근 방식에 기여합니다.

 

 

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2. 제조 기술

본질적으로 금속 가공은 두 가지 핵심 제조 기술, 즉 절삭 및 적층 제조 기술로 분류할 수 있습니다. 절삭 가공과 적층 가공이 서로 다른 프로젝트에 어떻게 적용되는지 아는 것이 중요합니다. 

 

1) 절삭 가공

절삭 가공 또는 기존 가공은 단단한 금속 블록으로 시작하여 원하는 최종 모양을 얻기 위해 재료를 제거하는 금속 제조 기술입니다. 여기서 핵심 요소는 만들고자 하는 최종 기계 부품 또는 조각을 얻기 위해 재료를 제거한다는 것입니다.

 

 

 

절삭 가공의 이점은 다음과 같습니다.

 

- 높은 정밀도와 정확성

CNC 가공과 같은 절삭 기술은 제거 프로세스에 대한 탁월한 제어를 제공하여 매우 정밀하고 정확한 부품을 만듭니다. 이는 엄격한 허용 오차와 복잡한 세부 사항이 필요한 응용 분야에 매우 중요합니다.

 

- 재료의 다양성

절삭 가공은 연질 알루미늄에서 더 단단한 강철 및 이국적인 합금에 이르기까지 다양한 금속과 함께 사용할 수 있습니다. 이러한 유연성을 통해 특정 요구 사항에 적합한 다양한 재료로 부품을 만들 수 있습니다.

 

- 검증되고 확립된 기술

빼기 기술은 수십 년 동안 사용되어 왔으며 잘 이해되고 신뢰할 수 있습니다. 이 확립된 기술은 일관된 결과를 보장하고 생산 중 예상치 못한 합병증의 위험을 최소화합니다.

 

- 생산을 위한 확장성

절삭 제조는 대량 생산 실행 및 소규모 배치 작업에 적합합니다. 선택한 기술에 따라 생산 요구 사항을 충족하기 위해 프로세

스를 효율적으로 확장하거나 축소할 수 있습니다.

 

- 표면 마감 옵션

절삭 기술은 최종 제품에서 다양한 표면 마감을 달성할 수 있는 기능을 제공합니다. 이를 통해 기능, 미학 또는 내마모성과 같은 원하는 특성에 따라 사용자 정의할 수 있습니다.

 

 

절삭 가공은 정밀도로 인해 대부분의 현대 응용 분야에서 인기 있는 선택이 되고 있습니다. 여기에서 작동 방식을 확인할 수 있습니다.

• 항공 우주: 랜딩 기어 및 엔진 부품과 같은 정밀 부품은 가벼우면서도 강한 재료로 제작됩니다.
• 자동차: 엔진 블록에서 자동차 프레임에 이르기까지 절삭 가공은 다양한 금속 자동차 부품의 대량 생산을 가능하게 합니다.
• 내과의: 보철 및 수술 기구와 같은 고정밀 임플란트는 생체 적합성 금속을 사용하여 만들어집니다.
• 전자공학: 정확한 치수의 방열판과 인클로저는 전자 장치용으로 제작됩니다.
• 건축: 절삭 기술은 브래킷, 지지 구조 및 건설에 사용되는 맞춤형 부품을 위한 대형 금속 조각을 처리합니다.

 

 

 

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1-1) CNC 가공

CNC(Computer Numerical Control machining)는 컴퓨터 제어 도구를 사용하여 단단한 금속 블록에서 재료를 제거하는 절삭 제조 기술입니다. 마치 로봇 조각가가 첨단 끌과 드릴을 사용하여 디지털 디자인을 기반으로 원하는 모양을 꼼꼼하게 조각하는 것과 같습니다.

 

 

 

1. 디자인 & 프로그래밍: CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어는 원하는 최종 제품의 3D 모델을 생성합니다. 그런 다음 이 디지털 모델은 기계에 도구를 이동하고 재료를 제거하는 방법을 정확히 알려주는 지침으로 변환됩니다.
2. 재료 선택 및 설정: 적절한 금속 블록은 원하는 최종 제품의 특성에 따라 선택됩니다. 그런 다음 금속은 CNC 기계의 공작물 고정 시스템에 고정됩니다.
3. 도구 선택 및 교정: 적절한 절삭 공구는 재료와 필요한 특정 가공 작업에 따라 선택됩니다. 그런 다음 정확한 위치 지정 및 깊이 제어를 위해 공구를 보정합니다.
4. 기계로 가공 과정: CNC 프로그램은 기계에 특정 경로를 따라 절삭 공구를 이동하고 제어된 방식으로 금속 블록에서 재료를 제거하여 원하는 최종 모양과 치수를 얻도록 지시합니다.
5. 마무리 작업: 응용 분야에 따라 가공된 부품에는 디버링(날카로운 모서리 제거), 연마 또는 코팅과 같은 추가 마감 공정이 필요할 수 있습니다.

 

- 장점

• 타의 추종을 불허하는 정확성과 반복성을 제공하여 복잡하고 복잡한 설계에 이상적입니다.
• 연질 알루미늄에서 경질 강철에 이르기까지 다양한 금속과 함께 사용할 수 있습니다
• 최종 제품에서 다양한 표면 마감을 얻을 수 있습니다.

 

- 단점

• CNC 기계를 설정하고 운영하는 것은 비용이 많이 들 수 있습니다.
• 이 공정의 절삭 특성으로 인해 고철이 생성됩니다.

 

1-2) 판금 제작

금속판 제조는 얇은 금속판을 원하는 3차원 형태로 성형하는 것을 포함합니다. 이 기술은 다양한 도구와 기계를 사용하여 금속판을 절단, 구부리고 접어 최종 제품을 얻습니다.

 

1. 디자인 & 계획: 원하는 최종 제품이 설계되고 판금 레이아웃이 작성되어 필요한 치수, 절곡부 및 컷아웃이 지정됩니다.
2. 재료 선택: 적절한 판금 유형(강철, 알루미늄 등)과 두께는 응용 분야의 요구 사항에 따라 선택됩니다.
3. 절단: 전단 기계 또는 레이저는 판금을 계획된 모양과 크기로 절단합니다.
4. 구 부리: 벤딩 브레이크는 원하는 각도와 모양을 만들기 위해 미리 정의된 선을 따라 판금을 접는 데 사용됩니다.
5. 회의 & 합류: 개별 조각은 용접, 리베팅 또는 연동 탭을 사용하여 결합되어 최종 제품을 만듭니다.
6. 마무리 작업: 응용 분야에 따라 완제품에는 디버링, 페인팅 또는 분말 코팅과 같은 추가 공정이 필요할 수 있습니다.

 

- 장점

• 대량 생산을 위한 비교적 빠르고 경제적인 기술입니다.
• 다양한 모양과 크기를 사용자 정의할 수 있습니다.
• 대부분의 구성 요소는 단단한 금속 부품에 비해 가볍습니다.

 

- 단점

• 매우 복잡한 3차원 모양을 만들기 어려움
• 높은 하중 지지력이 필요한 응용 분야에는 적합하지 않습니다.

 

 

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2) 적층 제조

금속용 3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조는 금속 가공에 대한 혁신적인 접근 방식입니다. 재료를 제거하는 절삭 방법과 달리 적층 제조는 디지털 설계를 기반으로 개체를 층별로 구축합니다. 금속 부품을 만들기 위해 재료를 추가하는 과정입니다.

 

 

적층 제조 방법에서 얻을 수 있는 이점은 상당히 많습니다. 

 

- 디자인의 자유

적층 제조는 기존 기술의 한계에서 벗어납니다. 복잡한 형상, 복잡한 내부 구조, 심지어 속이 빈 설계도 가능해져 혁신적이고 가벼운 제품을 위한 문이 열립니다.

 

- 신속한 프로토 타이핑

디지털 모델에서 직접 개체를 생성하면 신속한 프로토타이핑이 가능하여 제품 개발을 가속화할 수 있습니다. 이를 통해 설계자는 설계를 빠르고 효율적으로 테스트하고 반복할 수 있습니다.

 

- 온디맨드 제조

적층 제조는 복잡한 툴링 및 금형의 필요성을 제거합니다. 따라서 소량 생산 실행 또는 일회성 부품에 이상적이며, 재고 비용을 줄이고 주문형 제조를 가능하게 합니다.

 

- 재료 낭비 감소

상당한 스크랩 재료를 생성하는 절삭 방법과 달리 적층 제조는 필요한 금속 분말 또는 와이어만 사용합니다. 이를 통해 폐기물을 최소화하고 보다 지속 가능한 제조 공정에 기여할 수 있습니다.

 

- 경량 구성 요소

복잡한 내부 구조를 만들 수 있는 능력을 통해 가벼우면서도 강한 금속 부품을 설계할 수 있습니다. 이는 중량 감소가 중요한 항공우주 및 자동차와 같은 산업에서 특히 유용합니다.

 

다음과 같은 고유한 금속 부품에 대해 다양한 산업 분야에서 적층 제조를 사용하는 것을 볼 수 있습니다.

• 항공 우주: 더 가볍고 복잡한 항공기 부품(브래킷, 열교환기)은 연료 효율적인 고성능 항공기로 이어집니다.
• 내과의: 맞춤형 생체 적합성 금속 임플란트(보철, 수술 기구)는 환자 치료에 혁명을 일으킵니다.
• 자동차: 신속한 프로토타이핑(자동차 부품, 브래킷) 및 경량 부품(레이싱)은 혁신을 가속화합니다.
• 소비재: 복잡한 모양과 개인화(보석, 자전거 프레임)는 독특한 제품을 위한 문을 열어줍니다.
• 장식새김 & 형: 금형 및 주조 코어를 위한 더 빠른 생산과 복잡한 설계는 다양한 산업에 도움이 됩니다

 

 

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2-1) 금속 주조

금속 주조는 금속 물체를 만드는 오래된 기술입니다. 용융 금속을 사전 제작된 금형 캐비티에 붓고 냉각 및 응고시켜 금형의 모양을 취합니다.

 

 

1. 패턴 제작: 패턴이라고 하는 원하는 최종 제품의 복제품은 목재, 플라스틱 또는 금속으로 만들어집니다. 이 패턴은 최종 캐스트 오브젝트의 모양을 정의합니다.
2. 형 만들기: 금형은 일반적으로 모래, 금속 또는 세라믹 재료를 사용하여 패턴 주위에 만들어집니다. 금형 캐비티는 패턴의 모양을 복제하고 가스를 주입하고 배출할 수 있는 게이팅 시스템을 갖추고 있습니다.
3. 금속 용융: 선택한 금속은 액체 상태에 도달할 때까지 용광로나 도가니에서 녹습니다.
4. 쏟아져: 게이팅 시스템은 용융 금속을 금형 캐비티에 조심스럽게 붓습니다.
5. 응고와 냉각: 금속은 금형 캐비티 내에서 냉각되고 응고되어 형태를 취합니다.
6. 곰팡이 제거 및 마무리 : 금속이 응고되면 주형이 부서져 주조 물체가 드러납니다. 주조에는 연삭, 열처리 또는 기계 가공과 같은 추가 마무리 공정이 필요할 수 있습니다.

 

- 장점

• 금속 주조는 동일한 부품의 대량 생산에 이상적입니다.
• 다른 기술로는 달성하기 어렵거나 비용이 많이 드는 복잡하고 복잡한 모양을 만들 수 있습니다.
• 일반 합금에서 고융점 금속에 이르기까지 많은 금속을 주조할 수 있습니다.

 

- 단점

• 초기 패턴 및 금형 생성 프로세스는 설계를 제한합니다.
• 추가 마무리 단계가 필요하여 생산 시간 단축

 

 

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2-2) 3D 프린팅

 

적층 제조라고도 하는 금속용 3D 프린팅은 혁신적인 접근 방식을 취합니다. 재료를 제거하는 대신 금속을 층별로 쌓아 올려 디지털 디자인을 기반으로 한 3차원 물체를 만듭니다. 

 

 

 

1. 디지털 디자인: CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어는 원하는 최종 제품의 3D 모델을 생성합니다.
2. 슬라이싱 & 준비: 디지털 모델은 특수 소프트웨어에 의해 얇은 레이어로 슬라이스됩니다. 이 소프트웨어는 3D 프린터에 대한 지침도 생성합니다.
3. 재료 선택: 금속 분말 또는 와이어는 최종 제품의 원하는 특성에 따라 선택됩니다.
4. 인쇄 과정: 3D 프린터는 슬라이스된 디지털 모델의 지침에 따라 금속 재료를 층별로 증착합니다. 레이저 용융 또는 바인더 분사와 같은 다양한 인쇄 기술이 사용됩니다.
5. 지원 제거: 인쇄 기술에 따라 인쇄 중에 사용되는 임시 지지 구조를 제거해야 할 수도 있습니다.
6. 마무리 작업: 최종 제품에는 열처리 또는 기계 가공과 같은 후처리 단계가 필요할 수 있습니다.

 

- 장점

• 3D 프린팅을 사용하면 디지털 모델에서 프로토타입을 빠르게 제작하여 설계 주기를 단축할 수 있습니다.
• 복잡한 툴링을 제거하고 소량 생산 또는 일회성 부품에 이상적입니다.
• 필요한 양의 금속 재료만 사용되어 절삭 기술에 비해 낭비를 최소화합니다.

 

- 단점

• 특정 유형의 금속 분말 또는 전선으로 제한됩니다.
• 대량 생산을 위한 기존 기술보다 훨씬 느립니다.

 

 

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