지능형 제조의 경계 확장: CML 하이브리드 다중 레이저 동축 복합 기술의 티타늄 합금 부품 제조에서의 혁신과 적용

티타늄 합금은 높은 인장강도, 낮은 밀도, 내식성 및 생체적합성 등의 특성으로 고급 장비 및 3C 산업과 같은 분야에서 각광받는 소재가 되었습니다. 그러나 단조 및 주조와 같은 기존 제조 공정은 복잡한 구조 형성의 어려움, 낮은 소재 활용률, 높은 제조 비용 등의 과제를 안고 있습니다. 에니그마의 CML Hybrid 멀티레이저 동축 복합 기술은 멀티파장 레이저 복합, 레이저-아크 복합, 와이어-분말 복합, 보호가스 복합 등 4가지 복합 가공이 가능한 4-in-1 복합 가공 기술입니다. 이 기술은 조성 경사 재료의 가변성, 현지 합금화 적층 제조, 고속 재료 제조, 미세구조 제어 등 DED 기술의 주요 연구 방향에 적합하며, 적층 소재의 적합성 향상, 적층 제조 효율성, 부품 정밀도, 성능, 복잡성 등 DED 기술의 공학적 응용 요구사항을 충족시킵니다. 이 기술의 적용은 티타늄 합금 부품 제조 방식을 혁신적으로 변화시키며, 고정밀 및 고효능 응용 분야에 새로운 해결책을 제공하고 있습니다.

기술 원칙

다중 파장 레이저 동축 복합 기술: 6개의 독립적으로 제어 가능한 레이저 모듈을 활용하여 다중 파장 레이저 동축 복합 기술을 구현하여 티타늄 합금과 같은 고반사율 소재에 의한 레이저 흡수율을 획기적으로 향상시킵니다.

레이저-아크 동축 복합 기술: 독립적으로 제어 가능한 레이저-아크 열원을 조합하여 두 공정 간 번갈아 사용함으로써 아크 에너지와 레이저 에너지를 실시간으로 동적으로 매칭하여 '레이저 예열-아크 클래딩'의 시너지 효과를 형성함으로써 소재 적층 제조 속도 및 정밀도를 향상시킵니다.

필라멘트와 분말의 동축 복합 기술: 티타늄 합금 필라멘트와 분말의 동시 공급을 지원하여 그라디언트 소재 프린팅이 가능합니다.

CML 하이브리드 멀티-레이저 동축 복합 기술이 티타늄 합금 제조에서 가지는 장점

레이저 적층 제조를 사용해 제작한 TC11 티타늄 합금 시편은 파괴 인성과 같은 물리적 특성 측면에서 기존 단조 공법을 사용해 제작한 제품보다 현저히 우 superior 한 것으로 나타났습니다.

레이저 적층 제조 방식과 단조 방식으로 제작한 TC11 티타늄 합금 시편의 상온 조건에서의 성능 비교 결과: 강도 측면에서는 레이저 적층 제조 방식의 시편이 이방성을 보이지만 단조 시편과 비슷한 수준입니다. 파괴 인성 측면에서는 레이저 적층 제조 방식의 시편이 단조 시편보다 현저히 높은 파괴 인성을 나타냅니다. 또한 와이어 공급 공정을 이용해 제작한 시편의 파괴 인성은 분말 공급 공정을 이용해 제작한 시편보다 17% 더 높습니다.

성형 효율성 및 소재 활용률 측면에서 레이저 와이어 공급 기술은 레이저 분말 공급 기술보다 우 superior 합니다.

레이저 와이어 공급의 적층 제조 효율은 ≥1kg/h이며, 분말 공급의 경우는 0.6kg/h입니다. 동일한 레이저 출력 조건에서 와이어 공급의 코팅 효율은 분말 공급 대비 약 40% 더 높습니다. 또한 와이어 공급 공정의 재료 활용률은 약 100%인 반면, 분말 공급 공정은 약 60%입니다. 와이어 공급 공정은 분말 공급 공정 대비 약 40% 더 높은 재료 활용률을 달성합니다.

와이어 공급 공정 시험 블록

분말 코팅 시험 블록

CML Hybrid 다중 레이저 동축 복합 기술을 사용해 제작한 샘플의 전체 품질은 표준 요구사항을 충족합니다.

레이저 와이어 공급 기술을 이용해 제조한 TC11 티타늄 합금 시편의 벽 두께 오차는 ±0.3mm 이내이며, 내부 결함은 단조품의 초음파 검사 기준 AAA 수준을 만족하며, 기계적 특성 또한 부품의 요구사항을 충족한다.

또한 티타늄 합금 부품을 제조하기 위해 적층 제조 기술을 사용하는 것은 경량 설계, 고효율, 고정밀 등의 장점을 제공합니다.

Enigma는 재료 공정 개발부터 양산에 이르기까지 조선, 3C 통신, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 티타늄 합금 부품에 대한 전반적인 솔루션을 제공한다. CML 하이브리드 멀티레이저 동축 복합 기술은 다양한 공정 간 시너지 혁신을 통해 티타늄 합금 적층 제조에서 정밀도, 효율성, 비용 측면의 난제를 돌파하며 고급 제조 분야에서의 '디스럽터(disruptor)'로 부상하여 다양한 산업 분야의 공장 제조에 새로운 동력을 불어넣고 있다.