1 연구 방법

1.1 설계 프레임워크

각 제조 단계(적층 성형, CNC 가공, 마감)의 기여도를 분리하기 위해 워크플로우를 구성했습니다. 단계별 숄더와 내부 채널이 있는 원통형 테스트 부품을 선택하여 기하학적 편차에 대한 민감도를 보장했습니다. 모든 제조 매개변수는 반복적인 실험에서 동일하게 유지하여 재현성을 보장했습니다.

1.2 데이터 소스

치수 및 표면 데이터는 동일한 공정 설정 하에서 생산된 30개의 샘플에서 얻었습니다. 측정은 좌표 측정기(CMM), 레이저 공초점 현미경, 온도 및 스핀들 부하를 기록하는 공정 내장 센서를 사용하여 수행되었습니다. 이러한 장치의 선택은 보정의 용이성과 세션 간 측정 정확도를 재현하는 능력에 기반했습니다.

1.3 장비 및 모델

• 3D 프린터: SLM 시스템, 200W 파이버 레이저, 30 µm 레이어 두께
• CNC 머신: 자동 공구 보정 기능이 있는 5축 가공 센터
• 마감 도구: CBN 밀링 헤드, 다이아몬드 연마재
• 데이터 모델: 반복 측정 ANOVA를 통해 검증된 편차 예측을 위한 회귀 모델
• 가공 및 마감 단계에서 사용된 모든 매개변수는 전체 실험 재현성을 보장하기 위해 부록 A에 나열되어 있습니다.

2 결과 및 분석

2.1 치수 정확도

표 1은 세 가지 조건에서 평균 치수 편차를 보여줍니다.
하이브리드 샘플은 ±0.015 mm 미만의 편차를 유지한 반면, 적층 전용 부품은 ±0.042 mm였습니다. 이러한 개선은 후가공 중 재료 재분배가 층별 열 축적 효과를 보상한다는 연구 결과와 일치합니다 [1].

2.2 표면 거칠기

하이브리드 마감은 Ra를 평균 12.4 µm에서 1.8 µm로 감소시켰으며, 이는 그림 1에 요약되어 있습니다. 마감 단계는 부분적으로 융합된 입자를 제거하고 계단식 아티팩트를 줄였습니다.

2.3 공정 효율성

사이클 시간 분석 결과, 기존의 감산 가공만 사용하는 경우에 비해 전체 공정 시간이 23% 감소했습니다. 공구 부하 로그는 적층 사전 성형 후 남은 가공 여유가 작아 스핀들 토크가 9~12% 감소했음을 보여주었습니다.

2.4 비교 해석

이전 연구 [2,3]와의 교차 참조 결과, 치수 개선은 하이브리드 제조에 대한 기대와 일치합니다. 그러나 표면 품질 향상의 정도는 이전에 보고된 것보다 높으며, 이는 적층 단계에서 정밀한 온도 제어 때문일 가능성이 높습니다.

3 고찰

3.1 결과 해석

결과는 하이브리드 워크플로우가 금속 분말 융합의 전형적인 열적 불안정성을 보상한다는 것을 보여줍니다. 인쇄된 형상에 설계된 가공 여유는 열로 인한 변형 영역을 효과적으로 제거합니다. 낮은 공구 부하는 절삭날에 가해지는 기계적 응력이 감소하여 사이클 시간 안정성에 기여함을 시사합니다.

3.2 제한 사항

이 연구는 단일 형상 및 금속 합금에 초점을 맞췄습니다. 결과는 더 복잡한 내부 구조 또는 열팽창 계수가 다른 재료에 따라 달라질 수 있습니다. 또한 하나의 마감 공구 유형만 평가되었습니다.

3.3 실용적 의미

로봇 공학, 항공우주 부품, 맞춤형 의료 기기와 같이 빠른 반복이 필요한 산업은 전체 감산 워크플로우 없이 정밀도를 달성하기 위해 하이브리드 제조의 이점을 누릴 수 있습니다. 가공 시간 단축은 소량의 맞춤형 주문에 특히 관련이 있습니다.

4 결론

3D 프린팅, CNC 가공 및 표면 마감을 결합한 통합 접근 방식은 치수 정확도와 표면 일관성을 개선하는 동시에 사이클 시간을 단축합니다. 이 워크플로우는 적층 제조로 인한 기하학적 왜곡을 해결하고 더 엄격한 공차 요구 사항을 지원합니다. 향후 연구에서는 다중 재료 부품, 적응형 마감 공구 경로 및 모델 기반 공정 최적화를 조사할 수 있습니다.