3차원 적층 제조 방식을 활용한 바이트 홀더 제작 연구

Abstract

절삭공구는 모든 산업의 근간으로 불릴 정도로 제조업 산업에서 부품 및 제품 제조에 사용되는 소모성 도구이며, 절삭공구의 성능과 수명이 가공품의 생산성, 품질, 납기 및 가격을 결정하므로 제조 산업의 경쟁력을 좌우하고 있다. 이처럼 여러 산업 분야에 필수로 필요한 소비재이며 향후 제조 산업에 영향이 큰 만큼 4차산업을 대비한 연구가 진행되어야한다. 본 연구는 3차원 금속 조형기를 통하여 제작된 바이트 홀더를 이용한 절삭 시 표면조도에 관한 연구가 전무한 바 실제 바이트 홀더를 3차원 금속 조형기로 제작하여 두 제품을 가지고 피삭재 절삭 시 표면조도 테스트를 진행하고 성능이 실 제품 대체가 가능한지에 대해 증명하는것을 목표로 하였다. 이를 위하여 첫째, 연구를 위해 제작하고자 하는 기존 제품의 재료 특성과 3차원 조형기에서 사용하고자 하는 다양한 재료들의 특성을 비교 후 금속 분말의 SUS 재료(StainlessUseSteel)를 선정하였다. 둘째, 연구하고자 하는 절삭공구의 역설계를 통한 3D모델링 작업 후 3차원 금속 조형기를 사용하여 3D모델링 데이터인 STL 파일을 장비에 인식시키고 PBF 방식 의 금속 분말 재료를 형상대로 레이저 용융 과정을 거쳐 기존 제품과 같은 형상의 시제품을 제작하였다.(솔리드/경량화 타입) 셋째, 3차원 금속 조형기로 만들어진 바이트 홀더와 기존 제품 그리고 솔리드 타입이 아닌 경량화한 타입의 바이트 홀더에 인서트 팁을 결합 한 후 회전속도 (250RPM/550RPM), 이송속도(120mm/min, 40mm/min), 절입깊이(3mm)의 가공 조건으로 피삭재를 소형선반에서 절삭 가공하여 절삭면에 대한 표면조도 데이터를 표면조도 측정기를 통하여 도출하고 분석하였다. 그 결과 평균적인 표면조도 값(Roughness)은 3차원 조형 기술로 제작한 솔리드 타입의 바이트 홀더가 가장 좋았으며 기존 제품의 바이트 홀더와 동등 이상의 성능을 나타내었다. 따라서, 가장 이상적인 성능을 보일수 있는 절삭조건에 따라 3차원조형 기술을 응용한 커스터마이징(개인 맞춤형) 제작에 있어 성능적인 측면에서 실 제품 대체가 가능하다는것을 본 연구를 통해서 확인 할수있었다.