CNC Machining for Titanium – Tips & Things to Consider (CNC 가공 플라스틱에 대한 가이드)
무게 대비 강도가 뛰어나고 내부식성이 뛰어난 티타늄은 산업 엔지니어, 건축가 및 소비재 디자이너에게 가장 유용하고 인기 있는 금속 중 하나입니다.
Titanium has desirable material properties, and it is also relatively easy to work with. It is weldable (in an inert atmosphere) and it can be CNC machined like stainless steel. It is also conducive to virtually all surface finishing processes: bead blasting, powder coating, and electrophoresis all produce good results when applied on titanium. Of course, there are metals with a higher degree of machinability than titanium, but titanium offers a good combination of formability and mechanical performance.
티타늄은 바람직한 재료 특성을 가지고 있으며 작업하기도 비교적 쉽습니다. (불활성 분위기에서) 용접 가능하며 스테인리스 스틸처럼 CNC 가공이 가능합니다. 또한 거의 모든 표면 마감 공정에 도움이 됩니다. 비드 블라스팅, 분말 코팅 및 전기 영동 모두 티타늄에 적용할 때 좋은 결과를 나타냅니다. 물론 티타늄보다 기계 가공성이 더 높은 금속도 있지만 티타늄은 성형성과 기계적 성능의 좋은 조합을 제공합니다.
즉, 티타늄 부품을 설계하고 제조하는 것이 알루미늄 부품이나 저가 재료로 만든 부품과 항상 같지는 않습니다. 그리고 티타늄 블랭크는 알루미늄 6061보다 약 10배나 비싸기 때문에 처음부터 부품을 제대로 완성했는지 확인하고 싶을 것입니다. 아래는 가장 적합한 응용 프로그램, 가공 고려 사항 및 표면 마감 옵션을 포함하여 CNC가공 티타늄의 기본 사항에 대해 설명합니다.
What is titanium?
티타늄은 18세기 영국에서 발견된 광택이 나는 전이 금속입니다. 은빛 외관을 가지고 있으며 밀도가 낮음에도 불구하고 매우 강합니다. 이것은 경량화가 특히 중요한 산업에서 귀중한 상품이 됩니다.
우수한 중량 대비 강도 외에도 티타늄은 해수, 염소 및 산으로 인한 부식에 매우 강하며 많은 양으로도 독성이 없습니다. 이것은 임플란트 및 기타 의료 기기와 같은 의료계에서 특히 유용합니다.
제조 산업에서 티타늄은 종종 철, 알루미늄 및 바나듐과 같은 원소와 합금됩니다.
Why use titanium?
프리미엄 가격표에도 불구하고 티타늄은 엄청나게 인기 있는 소재입니다. 티타늄을 사용하는 이유는 다음과 같습니다.
• 고강도
• 내식성
• 우수한 강도 대 중량 비율
• 연성
• 우수한 가공성
• 표면 처리 옵션
• 재활용 가능
이러한 이유로 티타늄은 항공 우주, 자동차 및 의료와 같은 산업에서 정기적으로 사용됩니다. 티타늄 항공 우주 CNC 가공에는 항공기 엔진 부품, 기체 부품, 로터 및 압축기 블레이드가 포함됩니다. 실제로 항공우주 산업은 티타늄 생산을 주도합니다. 전 세계에서 생산되는 모든 티타늄의 2/3가 항공기 엔진과 기체에 사용됩니다.
의료계에서 티타늄 부품에는 수술용 임플란트(예: 장기 고관절 교체) 및 기구가 포함됩니다. 금속은 휠체어 및 목발과 같은 품목에도 사용됩니다.
Why CNC machine titanium?
가장 정확하고 저렴한 티타늄 부품을 얻으려면 CNC 가공이 거의 항상 최고의 제조 기술입니다. 그 이유를 이해하기 위해 대안을 살펴보겠습니다.
제조업체는 주조를 통해 티타늄 부품을 거의 만들지 않습니다. 이는 가열된 티타늄이 산소와 격렬하게 반응하고 주조에 사용되는 많은 내화 재료가 미량의 산소를 포함하기 때문입니다.
해결 방법은 무산소 흑연 주물을 사용하는 다진 흑연 주물을 사용하는 것이지만, 이는 대부분의 의료, 항공 우주 및 산업 응용 분야에 적합하지 않은 표면 질감이 매우 거친 부품을 생성합니다. 로스트 왁스 주조로 티타늄 부품을 만드는 것도 가능하지만 진공 챔버가 필요합니다.
새로운 옵션은 티타늄 부품에 적층 가공을 사용하는 것입니다. SLM(Selective Laser Melting)과 같은 소수의 3D 프린팅 기술. EBM(Electron Beam Melting) 및 DED(Direct Energy Deposition)는 티타늄 3D 프린팅 재료를 가공할 수 있습니다. 그러나 이러한 3D 프린팅 시스템은 매우 비싸고 많은 산업에서 아직 안전에 중요한 최종 사용 부품에 대해 3D 프린팅 티타늄을 인증하지 않았습니다. 대안에 비해 CNC 가공은 티타늄 부품을 만드는 정확하고 안전하며 다목적이며 저렴한 방법입니다.
Things to consider when machining titanium
(티타늄을 가공할 때 고려해야 할 사항)
티타늄은 많은 응용 분야에서 우수한 소재이지만 CNC 가공 공정 중에 반드시 준수해야 하는 고유한 특성이 있습니다. 티타늄을 가공할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.
Buildup of heat
(열 축척)
티타늄 합금은 일반적인 CNC 가공 및 알루미늄 합금과 같은 밀링 재료보다 더 단단할 수 있습니다. 이로 인해 공구 마모가 증가하고 동시에 접촉 지점에서 열 축적이 증가할 수 있습니다. 더 단단한 티타늄 합금의 경우 더 큰 칩 부하를 사용하면서 CNC 기계 RPM을 줄여야 할 수 있습니다. 고압 절삭유는 또한 절삭 공구의 변형을 완화하고 고품질 티타늄 부품을 생산하는 데 도움이 됩니다. 상업적으로 사용되는 일부 순수 티타늄(등급 1-2)은 과도한 열을 발생시키는 경향이 덜할 수 있지만 여전히 예방 조치를 취해야 합니다.
Galling
(마찰)
티타늄 합금보다 상업적으로 순수한 티타늄에서 더 두드러지는 문제는 골링과 구성인 선입니다. 티타늄 등급 1-2는 가공 중에 고무질이 되어 절삭 공구에 달라붙을 수 있습니다. 그러나 이것은 고압 절삭유를 사용하고 신속한 칩 제거를 보장함으로써 완화될 수 있습니다. 이 문제를 해결하지 못하면 열 축적 문제가 가중되어 절삭 공구의 무뎌짐이 가속화될 수 있습니다.
Workholding
(워크홀딩)
티타늄 및 가공 가능한 합금은 다른 일반적인 금속보다 덜 단단하므로 CNC 가공 중에 단단한 그립이 필요합니다. 엄격한 기계 설정 외에도 절단을 중단하지 않고 일정한 공구 동작을 유지하는 것이 유리할 수 있습니다.
Surface finishes for machined titanium
(가공된 티타늄의 표면 마감)
CNC 가공된 부품은 일반적으로 다양한 표면 마감 처리로 개선될 수 있으나
티타늄 표면 마감의 경우, 숯돌 연마 폴리싱 작업시 갈아보면 밝은 흰색 불꽃이 튀는 것을 볼 수 있는데,
집진기로 불꽃이 튀는 경우 폭발위험이 있어 가공업체에서 가공을 꺼려합니다.
그런 이유로, 대부분 티타늄은 무광, 반광으로 알고 있습니다.
티타늄은 부품으로 아주 매력적인 내구성, 내화학성, 경량성을 가지고 있음에도 폴리싱 가공의 한계로 인해
다양한 분야에 이용되지 못하는 것이 지금까지의 현실입니다.
티타늄을 폴리싱하면 정말 무광, 반광일까요?
아래 사진은 티타늄 3D 프린터 출력물을 NOVA MEDIA로 폴리싱한 티타늄 결과물입니다.
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