새로운 세라믹 압밀과정 편집부(외신) 새로운 분말 압밀 시스템이 크기가 작고, 신축성을 가지며, 디지털 방식으로 조절되는 압력을 사용하여, 적은 비용으로 복잡한 형상의 고품질의 부품을 생산하기 위해 개발되었다. Mii Technologies LLC는 재료의 완전한 이해와 폭 넓은 디자인과 적은 비용으로도 비교할 수 없이 고품질의 제품을 생산할 수 있는 압밀기술에 대한 혁명접근 방법을 결합하려고 하는 한가지의 목표를 가지고 있다. Mii는 독점적인 연자성의 고강도 스틸 분말과 독특한 완전 디지털 압밀 시스템을 사용하여 제품을 제조한다. 최근에 이 회사는 이러한 압밀 기술은 세라믹 분말에 적용하기 시작하였고 가망성 있는 결과를 얻었다. 전부는 아니지만, 대부분의 분말-금속 부분 제조에 사용하였던 압밀 시스템의 중요한 이점들이 세라믹 부분의 제조에서도 얻을 수 있었다. 금속 분말의 제조 Mii는 독점적인 금속 분말과 완전한 새로운 압밀 기술을 만들어 낼 수 있는 특허권을 보호받을 수 있는 과정을 개발하였다. 이 분말 기술은 입자의 수준에서 복합 재료의 특성을 조절 할 수 있는 첨단 전기도금 기술을 사용한다. 이러한 조절된 입자들은 균일하고 등방성을 가지는 부품을 만들어 낸다. 이 새로운 압밀 기술은 최첨단 기술을 사용한 장비가 가지는 한계성 때문에 개발되었다. 전통적인 압력 기술로는 점점 복잡해지는 형상과 점점 높아지는 품질기준과, 시장에서 요구되어지는 일관성을 가지는 부품을 생산할 수 없었다. 고비용, 18에서 24개월의 생산기간, 너무 많은 물리적 기반시설이 요구되어 지고, 또한 각각의 작은 분야에 기술자들이 필요하고, 시설의 재정비를 위해 너무 많은 정비 시간이 요구되어 지는 전통적인 시스템 또한 현재의 비즈니스 조건에 비해 시대에 뒤떨어지게 하였다. 결과적으로 Mii는 가장 최근의 기술의 이점을 이용하고 최신 재료의 이점을 극대화 할 수 있는 새로운 압밀 시스템을 설계하였다. 이 시스템은 영리하고(넓은 범위의 실시간 센서와 감시 소프트 웨어를 사용), 소형이며(실제 사용에 상당한 이점을 가져온다), 넓은 적용성(전통적인 시스템으로는 생산할 수 없었던 복잡한 부품을 생산할 수 있다)을 가진다. 이 시스템에 의해 생산되어진 최초의 상업적인 부품인 - SHURflo Pump Manufacturing Co.에 축형 유체 모터에 사용되는 전기고정자 - 는 2000년 6월에 제조 되었다. 그 다음해에 Mii는 이 새로운 압밀 기술을 세라믹 제료에 적용하기 위해 Ferro Corp와 함께 연구하기 시작하였다. 새로운 분말 금속 압축 기술이 세라믹 부품을 압축하기 위해 사용되었고, 거의 같은 결과가 얻어 졌다. 그물망 세라믹 제조에 대한 도전은 분말 금속의 제조에서 나타나고 해결되었던 문제들과 밀접한 관계를 가진다. 과정의 특징 전통적인 압출은 각 부품의 분말화된 재료를 체적에 의해 측정한다. 이러한 방법은 재료가 놓여있는 방향이 다양하기 때문에 실제적인 분말의 양에 미소한 차이가 나타나게 된다. 이러한 차이가 기계적 일치성이 매우 적은 허용도를 가지는 부품에 제조에 중요한 문제를 야기 할 수 있다. 미소한 차이조차도 한 부품과 또 다른 부품의 성능에 수용할 수 없는 차이를 나타낼 수 있다. 새로운 시스템은 분말을 무게로 측정한다. 그 결과 한 부품과 또 다른 부품의 밀도에 상당히 신뢰 할 수 있는 일치성을 나타내었다. 일단 분말이 측정된 후에는 압출을 위해 다이에 위치되어진다. 압출 또한, 다이의 각각의 부분에 놓여있는 재료의 양에 따라 달라질 수 있다. 이것이 하나의 부분과 또 다른 부분의 구조적 성능의 차이를 나타낸다. 부품의 크기는 명백히 일치하지만, 그 밀도에서 차이가 나게 되고, 따라서 부품에 따라 강도의 차이를 가지게 된다. 이러한 문제는 압출 전에 분말을 유체화하는 것에 의해 해결할 수 있다. 분말이 다이에 위치하면, 빠른 공기의 흐름을 다이에 적용하여 분말을 유체화시킨다. 분말이 유체화되어 안정되어지면, 다이 전체에 걸쳐 일정하게 분포되어지고, 전체에 일정한 밀도를 가지게 된다. 다이에 유입된 양이 정확한 시스템에 의해 압출에서의 재료를 분배하는 시스템과 결합될 때, 과정은 요구되어지는 재료에 대해 거의 또는 전혀 후 처리 과정이 필요하진 않은 부품이 생산되어 진다. 압출은 본래 자가 가동 다이 세트에 의해 일어난다. 각각의 피스톤은 독립된 제어 천공, 다이 또는 코어와 연결되어 있고 이것이 소프트웨어 시스템이 시간, 위치, 압력에 따라 각각의 피스톤을 조절할 수 있게 한다. 또한 기계의 옆에 있거나 또는 1000마일 떨어져 있는 작업자가 제조 공정을 조절, 관리, 조정할 수 있게 한다. 전체의 시스템은, 전통적인 시스템의 수백 개의 장비에 비교할 때 매우 적은 약 30여 개의 장비로 이루어 졌다. 다이 벽의 윤활은 제조에 사용된 세라믹 분말에의 윤활에 대한 혼합에 대한 필요를 최소화하였다. 더구나, 측정의 균일성과 유체화 시스템, 고압력률 시스템과 결합된 윤활 시스템은 최소의 방출/편향 균열을 만들 수 있다. 도킹 스테이션 구조 프레스의 크기를 줄일 수 있는 중요한 요소중의 하나는 에너지 근원과 프레스를 분리하는 도킹 스테이션의 개념이다. 전통적인 프레스에서는 장비 각각의 부분이 전형적으로 회전속도조절 바퀴를 가지는 전기 모터로 이루어져 있는 각각의 전력을 가지고 있다. 모터와 회전속도조절 바퀴는 전통적인 압밀 장치의 크기를 크게 하고 무게를 증가시키는 요인이 되었다. Mii 시스템에서의 전력은 디지털로 조절되어지는 분리된, 원격조절 전력 시스템으로부터의 유압을 사용한다. 일반적인 유압전력 시스템을 활용할 때, 각각의 펀치는-제조된 부분의 위/아래 표면- 독립적으로 조절되어진다. 최대 8까지의 각각의 펀치위치는 독립된 위치 변환기 및 압력 변환기를 가진다. 이것이 제조과정에서 전체과정의 조화를 가지면서 각각의 부분을 관찰하고 조절할 수 있게 한다. 도킹 스테이션은 또한 제조자가 장치에서 신속하게 프레스를 제거할 수 있게 한다. 단순히 유압, 전기, 전자 연결을 도킹 스테이션에서 제거하고 다른 프레스를 대체할 수 있다. 소등 및 원격 진단 제조. 완전한 디지털 조절 프레스 시스템의 또 다른 이점은 프레스를 작동하는 동안의 적용성이다. 시스템의 작동이 센서와 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 일정하게 관찰되고 있기 때문에 단지 하루에 한직의 작업자를 사용하여 일주일에 7일, 하루에 24시간 계속해서 작업할 수 있다. 만일 작업자가 부재중일 때에 문제가 발생한다면 시스템 컴퓨터가 시스템 진단이 가능한 작업자를 호출하여 원격으로 문제를 해결할 수 있다. 그렇지 않다면 작업자가 공장으로 직접 가서 시스템의 수리를 하거나 또는 다음날까지 시스템을 중단하여야 할 것이다. 만일 발생되어진 문제가 작업자가 해결하기에 너무 복잡하다면, Mii 지원 담당자가 같은 원격 진단을 사용하고, 어느 곳의 어떤 시스템에도 지원할 수 있는 본부로부터의 장애 해결장치를 사용할 수 있다. 세라믹에의 적용 Mii는 프레스 제조 시스템과 그 이점이 여러 세라믹 시장의 분야에서도 적용되어질 수 있는지 알고 싶어 하는 많은 세라믹 회사들과 접촉하였다. 많은 이러한 회사들과의 회견 후에, 소비자가 원하는 것이 분명히 나타났다. ※더 균일하게 응집되어야 하고 밀도변화를 거의 나타내지 않는 부품 ※더 적은 무게 변화를 가지고 더 좋은 방향성의 허용도를 가지는 부품 ※높은 밀도를 가지고 높은 성형강도를 가져야 하며, 적은 수축을 나타내는 부품 ※크고 더 복잡한 형상을 가지고, 더 다양한 설계를 가지는 부품 재료는 결합제로 코팅되어진 알루미나 세라믹 분말을 사용하였다. 입자 크기분포는 분말금속과 비슷한 8:230mesh이고 55.5초의 HallFlow(분말의 흐름 속도)를 가진다. 최초의 과제는 특허된 유체화 기술을 사용하여 균일하게 다이 공동 속으로 이 재료를 공급할 수 있는지를 결정하는 것이었다. 이 과정은 사실상 다이의 공동 안의 공기 안에서 건조한 유체화된 분말의 층을 만들어내어 압밀 과정의 초반에 다이 공동 전체에 걸쳐 명백하게 같은 밀도의 분말이 균일하게 분포되어 질 수 있도록 한다. 이 과정은 펀치가 서로 정확히 사각으로, 그리고 직각으로 압축할 수 있도록 하고 피드 장치를 사용하여 다이에 체적에 의해 재료를 공급하는 전통적인 압착에서 일어날 수 있는 전단 및 피로 발생을 줄일 수 있다. 전통적인 압착에서 피드 장치에 의해 공급된 분말은 다이 공동을 균일하게 충진하지 못하고 이것이 불균일한 밀도를 가지는 부품의 원인이 된다. 그러므로 부품은 가열되거나 소결되어질 때 균일하게 수축되어지지 못하고 동심원을 이루지 못한다. 압밀과정 이전의 분말의 유체화는 부품들이 더 높은 압력하에서 압착되어지게 하여, 가열이나 소결 시에 수축의 정도를 감소시켜 더 안정한 부품이 생산될 수 있게 한다. 예를 들어, 세라믹 타일로 제조되기 위한 세라믹 분말이 압착과정 전에 다이 공동에서 유체화되어 진다면, 압착된 세라믹 타일은 더 균일한 밀도를 가지게 때문에 더 균일하게 색을 흡수할 것이고, 그러므로 타일에서의 인쇄 품질은 더 좋아 지게 될 것이다. 분말의 유체화는 크고 얇으며 평평한 면적의 작은 복잡한 형상을 균일하게 채울 수 있게 한다. 이 과정은 세라믹 분말의 무게를 측정하고, 분말이 유체화 되어지는 다이 공동에 충진하고, 50TSI에서 복잡한 형상의 부품을 압착하기 위해 개발 되었다. 이 과정은 또한 완전히 자동화 되어 있고, 디지털로 조절되는 생산 시스템을 가지고, 도킹 스테이션의 구조의 생산 설비를 가지고 있다. 압착은 전력과는 별도로 분리되어 있고 조절하부시설을 가진다. 세라믹 원형의 부품을 통합하는데 사용된 세라믹의 크기는 110톤이다. 압착은 5ft(5m)의 높이이다. 각각의 도킹 스테이션은 각각의 피스톤/실린더의 움직임을 조절할 수 있는 밸브를 가지는 유압기관을 가진다. 고압(4500psi, 31MPa)의 유압유가 한쪽 끝의 기관으로 들어가고, 기관의 반대쪽 끝부분에 존재하는 밸브를 통하여 각각의 피스톤/실린더로 전달되어진다. 압착된 부품을 만드는 Mii과정은 완전하게 디지털 방식이고, 자가 인식이 가능한 디지털 흐름도가 과정을 조절하기 위해 사용된다. 이 기술은 작업자가 정확하게 과정을 조절할 수 있게 하고 작업자는 실제적으로 과정을 관찰할 수 있게 된다. 예를 들면 펀치가 정확한 시간에 정확한 장소에 전체의 압착 주기에 걸쳐 정확한 압력으로 작동하는지를 관찰 할 수 있다. 독립된 펀치 조절로 인해 작업자는 시간, 위치, 압력 그리고 각각의 부분의 펀치들 사이의 전기적 관계에 대하여 관찰할 수 있고, 이 정보는 더 좋은 부품을 만들기 위해 사용되어 질 수 있다. 만약, 위쪽 안쪽의 펀치가 1TSI의 압력으로 압착할 때 안쪽 하부 펀치가 2TSI의 압력으로 압착한다면, 분말은 원래 위치하여야 할 장비의 하부에서 상부로 올라가게 된다. 그러므로 부품의 상부에 너무 많은 분말이 응집되어 지기 때문에 공간적으로 불완전한 부품이 형성된다. 작업자들은 소프트웨어를 사용하여 실제적으로 이러한 현상이 일어나는지에 대해 관찰하고 전체의 압착 주기 동안에 각각의 펀치의 힘을 조절할 수 있다. 더 나은 세라믹 부품을 생산하는 데에 이 기술이 어떻게 사용되는지에 대한 또 다른 예로는 부품의 밀도화 이다. 부품의 각 부분들이 전체 압착 주기에 정확히 같은 시간에 같은 밀도를 가진다는 것은 극히 중요하다. 부품의 안쪽 부분에 인접한 구역이 밀집되기 전에 부품의 외부 변 지역이 밀집화 되면 이러한 두 다른 밀집화 지역 사이의 경계 면에 크랙이 나타날 수 있다. 작업자들은 소프트웨어를 사용하여 이러한 현상을 관찰하고 압착의 주기 동안 각각의 펀치의 압력의 균형을 맞춤으로써 크랙을 방지할 수 있다. 세라믹 부품의 크랙에 대한 또 다른 이유로는 배출 편향이다. 다른 교차 지역의 펀치는 서로 다른 하중 하에서 편향시킨다. 부품의 안쪽에 형성되어 있는 길고 얇은 펀치들은, 부품의 외부에 형성된 짧고 두꺼운 펀치에 비해 더 적게 편향 된다. 배출 편향 크랙은 배출 이전에 부품에 하중에 제거된 후 편향되어진 펀치에 의해 발생된다. 모든 펀치에 의한 배출 시 균일하지 않은 배출이 일어날 경우 각 부분의 크랙의 원인이 된다. 소프트웨어와 독립적으로 조절되는 펀치에 의해 작업자는 모든 기구에 균일한 하중 제거로 인해 모든 배출 편향을 조절 할 수 있게 되었고 배출 동안 모든 부품에 같은 수준의 힘이 작용할 수 있도록 조절할 수 있다. 배출 편향의 문제를 조절하는 대신에 조절 소프트웨어는 배출 편향을 제거함으로써 기구 설계 주기와 설치, 그리고 부품의 생산에 대한 시간과 비용을 절약할 수 있었다. 복잡한 부품의 제조 생산에 선택된 부품은 - 방풍막 와이퍼를 움직이는 전기 모터에 사용되는 고정자 철심- 까다로운 외형을 가진 높은 장단축 비의 부품이다. 이 부품은 전통적인 세라믹 압밀 기술을 사용하여 제조하기에는 불가능하다. 이러한 부품이 제조되어 질 수 있다면 다른 어떤 세라믹 부품도 이 과정을 사용하여 만들 수 있다고 여겨져 왔다. 이 부품은 충진, 프레스, 배출 등의 프레스가 수행할 작업의 원하는 모드를 선택하는 데에 클릭 앤 픽 방법을 사용하여 계획되었다. 프레스 구조의 방법은 컴퓨터에 저장되었다. 펀치의 위치, 압력과 이전의 과정에서 선택된 각각의 프레스의 축이 프로그램 되었다. 다음으로는 목표 무게 목표치와 유체화 절차와 같은 부품의 구성 정보 역시 프로그램 된다. 사용된 압착은 체적에 의해 다이에 충진하기 위한 공급장치를 사용하는 전통적인 방법으로 분말의 공급이 가능하다. 이 압착방법은 또한 1회의 분말(요구되는 분말의 무게)의 빠른 사전 무게증량이 가능한 새로운 중량 측정 시스템의 사용이 가능하고 다이로의 직접적인 공급이 가능하며 그 후에 유체화되어진다. 이 무게 시스템은 500g까지의 중량 부품에 대하여 ±0.1g에서 사전 무게 측정이 가능하고 20~30g의 중량 부품에 대하여는 ±0.04g까지 가능하다. 세라믹 분말은 프레스와 새로운 중량측정 시스템의 위에 위치한 호퍼로 공급된다. 분말의 공급이 시작될 대 프레스는 자동적으로 배출위치로 이동하고 그 후 1회 분량의 분말이 평행으로 측정되어 충진 위치로 이동한다. 세라믹 분말은 무게 시스템을 통하여 공급되고 1회 분량의 무게는 0.1g이내이다. 그 후 분말의 발포는 다이 공동으로 직접 방출되고 유체화되어진다. 부품은 배출 편향 크랙과 층 분열을 방지하기 위해 다이 공동으로부터 배출될 때 균일한 힘으로 부품에 공급되도록 프로그램된 배출 작업을 사용하여 압축되어지고 배출된다. 부품은 설계서에 따라서 나타난다. 과정이 디지털 방식이기 때문에, 압축 주기의 디지털 속사가 저장되고, 실제로 행해진 과정이 시각화되어 컴퓨터에 나타난다. 부품은 단지 이 디지털 데이터의 상징일 뿐이다. 이 데이터로 부품이 얼마나 훌륭한지 나타난다. 데이터는 상부 펀치가 부품을 낮은 압력으로 압축하고 하부 펀치가 제품을 보다 높은 압력으로 압축한다는 것을 나타내고, 부품의 밀도 선이 정 중앙이 아니라는 것을 가리킨다. 즉 이 세라믹 분말에 사용된 충진 비율이 생각보다 적다는 것을 의미하고, 주기가 시작할 때에 상부의 펀치가 세라믹 분말의 윗부분에 정확히 위치하지 않았다는 것을 의미한다. 이런 상황을 바로 잡기 위해서 압착 주기의 시작 단계에서의 상부 펀치의 위치를 조정하여 하부 펀치의 압력 곡선이 동일한 속도로 일어나게 한다. 제조된 또 하나의 부품이 외관으로는 처음의 부품과는 거의 유사한 것처럼 보인다. 예를 들어 어떠한 크랙도 존재하지 않고 형성되었다. 밀도의 선이 부품의 중앙에 위치하여 부품이 가열 동안 균일하게 수축될 수 있도록 하려 하고, 두번째 부품의 디지털 속사는 상부와 하부 펀치의 압력이 압착 주기 동안 동일 하였다는 것을 보여준다. 최초의 부품은 -5TSI로 압축 되었고 이 압력은 전통적인 방법으로는 낮은 밀도의 세라믹이 압축될 때 사용하였다. 부품이 가열되어질 때 가장 적합한 수축과 외관의 허용치를 가질 수 있도록 충진 밀도에서 압축될 수 있도록 하는 것은 매우 흥미로운 일이다. 압축 압력이 증가할수록 다이 공동 안의 분말이 균일하게 분배된다는 것을 아는 것이 매우 중요하다. 예를 들어 모든 위치에서 다이 분말의 분명한 밀도는 일치하고, 따라서 기구는 손상되지 않는다. 다이 공동에서의 분말의 유체화는 매우 중요하다. 일련의 세라믹 부품들이 50TSI에 이르는 높은 압력으로 주의 깊게 압축 되었다. 50TSI에서 성형된 부품들은 충진된 밀도를 가지고 외관적으로도 안정하다. 수백개의 부품들이 완전히 자동화된 공정을 사용하여 제조되었고, 30여 연속적인 부품에 대한 통계적인 견본이 추가 검사를 위해 선택되었다. ※부품이 반복적으로 만들어 질 수 있는가 ※세라믹 분말로 만들어진 부품이 금속 분말로 만들어진 부품과 같은 이점을 가지는가 ※부품이 더 균일한 밀도를 가지고 밀도 차이를 거의 가지지 않는가 ※부품이 배출 편향이나 비 균일 밀도에 의한 크랙을 가지고 있는가 ※부품이 무게 편차를 가지지 않고 더 좋은 외형 허용치를 가지는가 ※부품이 급격히 높은 밀도를 가지고 강한 성형 강도를 가지며 낮은 수축율을 나타내는가 ※광범위한 설계의 복잡한 형상의 부품이 제조되어 질 수 있는가 사업 관계 시스템의 기술적 측면에서, 사업적 함축의미는 더 큰 의미를 가진다. Mii 시스템은 단지 전통적인 시스템의 대체일 수도 있고, 또는 전체 사업 조직의 급진적인 변화에 대한 기초로 사용될 수 있다. 완전한 디지털 방식으로 컴퓨터에 기초를 둔 시스템 관리는 다음과 같은 이점이 있다. ※원격 조작의 진단과 관리 특성으로 인해 이 시스템이 전화로 연결될 수 있는 세계 어느 곳에서도 설치되어 질 수 있다 ※이 시스템은 회사가 그들의 시스템의 능력을 실시간으로 추적할 수 있게 하고 시스템 관리자가 생산 시스템의 조절하고 조정할 수 있도록 하는 명백하고 넓은 범위의 감사 추적을 제공한다. ※제조업자들로 하여금 작업자가 단순히 압축 작업에 대해 숙련되어지는 것이 아니라 컴퓨터 사용기술에 접근 할 수 있는 능력을 가지게 한다 (ACB) 5ftx10ft (1.5mx3m)의 플로어 지역과 유압 및 적기 장치를 가지는 도킹 스테이션. 플로어에는 전혀 외관상의 흠이 존재하지 않고 각각의 도킹 스테이션은 2100톤의 압력까지 수행할 수 있다 유체화 실험은 세라믹 압축 기술을 실제로 관찰 할 수 있도록 하기 위해 투명한 아크릴 다이를 사용하였다. 이 투명한 다이는 -2in(-5cm)의 두께의 균일하지 않은 세라믹 분말로 채워졌고, 유체화된다. 유체화된 분말은 만일 유리 충진의 경우라면 아크릴 다이에서 완벽한 수준으로 압출된다 유체화 전의 세라믹 분말 유체화 후의 세라믹 분말 각각의 밸브는 자체의 조절기를 사용하여 전자적으로 통제되어지고, 각각의 조절기는 각각의 도킹 스테이션으로부터 디지털 방식의 지시를 받는다. 각각의 피스톤/실린더는 고유의 위치변환기를 가지고 펀치, 다이를 정학하게 위치시킨다 각 프레스의 전력원은 프레스와는 독립되어 있고 디지털 방식으로 조절된다. 온도, 압력, 다이 유압류의 흐름이 관찰되고 조절된다 빠른 결합/해체가 가능한 유압 부착물이 프래스 피스톤/실리더의 기관 및 밸브에 접합한다 방풍막 와이퍼를 구동시키는 전기 모터에 사용되는 고정자 철심 빠른 결합/해체 부착물