세라믹 적층 제조(LOM) 그린 바디는 제어 분위기에서 열처리를 거쳐야 합니다. 이는 유기물을 부품 구조를 손상시키지 않고 정밀하게 제거하기 위함입니다. 이 "탈지" 공정은 일반적으로 600°C 미만의 온도로 가열하여 종이 섬유 및 폴리머 바인더와 같은 구성 요소를 대상으로 하며, 최종 소결을 위해 물체를 준비합니다.
핵심 요점: 제어 분위기 퍼니스는 그린 바디의 구조적 무결성을 유지하는 데 필수적입니다. 이를 통해 산화 또는 열분해를 통해 유기물을 안전하게 제거하고, 원치 않는 주변 공기와의 화학 반응을 방지하면서 치밀화를 위한 필요한 빈 공간을 만들 수 있습니다.
탈지의 메커니즘
유기 구성 요소 대상
LOM을 통해 생산된 "그린 바디"는 복합 구조입니다. 원하는 세라믹 재료뿐만 아니라 유기 가공 보조제도 포함합니다.
퍼니스의 주요 역할은 이러한 비세라믹 요소를 제거하는 것입니다. 특히 성형 공정에 사용된 종이 섬유 및 폴리머 바인더를 태워 없애야 합니다.
소결을 위한 공간 생성
이러한 유기물의 제거는 최종 경화 단계를 위한 준비 단계입니다. 바인더와 섬유를 제거함으로써 퍼니스는 재료 내부에 미세한 공간을 만듭니다.
이 다공성은 후속 단계인 소결 및 치밀화에 매우 중요합니다. 이러한 유기물이 남아 있으면 세라믹 입자가 서로 결합하는 것을 방해하여 최종 제품이 약해집니다.
분위기를 제어해야 하는 이유
산화 및 열분해 관리
일반적인 개방형 오븐에서 이러한 부품을 단순히 가열할 수는 없습니다. 제거 공정은 특정 화학 반응, 즉 산화 또는 열분해를 통해 발생합니다.
제어된 분위기를 통해 작업자는 이러한 반응을 정밀하게 관리할 수 있습니다. 존재하는 가스를 조절함으로써 퍼니스는 유기물이 혼란스럽게 연소되는 대신 제어된 속도로 분해되도록 합니다.
원치 않는 반응 방지
일반 공기에는 예측할 수 없는 산소와 수증기가 포함되어 있습니다. 제어된 분위기 퍼니스는 이러한 변수로부터 보호막을 만듭니다.
특정 가스를 도입함으로써 퍼니스는 그린 바디가 주변 공기와 반응하는 것을 방지합니다. 이러한 보호는 표면 결함을 방지하고 재료 조성이 순수하게 유지되도록 합니다.
공정 균일성 보장
복잡한 LOM 형상을 처리할 때는 일관성이 중요합니다. 제어된 환경은 능동적인 순환에 의존합니다.
순환은 특정 가스 분위기와 열이 작업물의 전체 표면에 균일하게 접촉하도록 보장합니다. 이는 부품을 변형시킬 수 있는 "핫스팟" 또는 불균일한 화학 반응을 방지합니다.
위험 및 절충안 이해
무결성의 균형
이 공정에서 가장 중요한 과제는 그린 바디의 무결성을 유지하는 것입니다.
그린 바디는 깨지기 쉽습니다. 분위기 제어가 부족하여 유기물이 너무 빠르거나 불균일하게 제거되면 내부 압력으로 인해 부품이 파손될 수 있습니다.
불일치의 비용
분위기가 제대로 순환되지 않으면 작업물의 일부에 바인더 재료가 남아 있을 수 있습니다.
잔류 바인더는 고온 소결 단계에서 치명적인 실패를 초래할 수 있습니다. 제어된 퍼니스는 물체의 모든 밀리미터가 동일하게 처리되도록 하여 이 위험을 최소화합니다.
프로세스에 대한 올바른 선택
성공적인 세라믹 LOM은 "그린" 상태에서 "소결" 상태로 전환하는 방식을 관리하는 데 달려 있습니다.
- 구조적 무결성이 주요 초점이라면: 바인더가 부품 중심에서 표면까지 균일하게 제거되도록 고품질 순환 기능을 갖춘 퍼니스를 우선적으로 고려하십시오.
- 재료 순도가 주요 초점이라면: 제어된 분위기가 주변 수증기와 산소를 효과적으로 차단하여 표면 산화 또는 오염을 방지하도록 하십시오.
탈지 분위기에 대한 정밀한 제어는 깨지기 쉬운 그린 바디를 조밀하고 고성능의 세라믹으로 바꾸는 유일한 방법입니다.
요약 표:
| 공정 단계 | 주요 목표 | 핵심 메커니즘 | 온도 범위 |
|---|---|---|---|
| 탈지 | 종이 섬유 및 폴리머 바인더 제거 | 제어된 산화/열분해 | 600°C 미만 |
| 분위기 제어 | 재료 순도 보호 및 변형 방지 | 가스 순환 및 주변 공기에 대한 차단 | 지속적인 모니터링 |
| 소결 준비 | 치밀화를 위한 빈 공간 생성 | 유기 가공 보조제의 균일한 제거 | 소결 전 단계 |
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참고문헌
- Benjamin Dermeik, Nahum Travitzky. Laminated Object Manufacturing of Ceramic‐Based Materials. DOI: 10.1002/adem.202000256
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