용접용 트레일 쉴딩 박스
Client : 슈퍼티그웰딩
하비스탕스는 용접용 트레일 쉴딩 박스에 TPMS 구조의 가스 채널 디자인과 토치 맞춤화 및 부품 일체화 설계 등 DfAM 컨설팅 후 파트 제작을 지원하였습니다.
[기존 쉴딩 박스]
기존 트레일 쉴딩 박스는
산화 방지용 아르곤 가스를 용접 부위에 분산시키기 위해
타공판을 사용하거나 덕트 내부에 철망이나 메쉬망을 겹쳐 넣어 사용함.
하지만 쉴딩 가스 흐름을 고려한
상세한 채널 설계가 이루어진 것이 아니므로,
산화 방지 효과 대비 가스 사용량이 과다했고,
더불어, 여전히 노즐 주변으로 가스가 분포되어 용접 시작 부위에서
산화 방지와 냉각 효율이 떨어져 비드 품질에 영향을 주며 불량이 발생함.
1) TPMS(Triply Periodic Minimal Surface) 구조를 적용한 채널 설계
3D프린팅의 설계 자유도를 활용해 3차원의 주기적인 곡면 구조인 TPMS 구조를 내부 가스 채널로 사용합니다.
TPMS 구조를 통해 가스를 2차원에서 3차원으로 분산시키며, 더불어 TPMS 공극 조절을 통해 용접 시작 부위에서 가스의 균등 분포를 유도합니다.
[TPMS 구조- 자이로이드 구조] [TPMS 구조에 따른 공극 다양화]
2) 덕트와 가스 Wall의 일체화 제작
제작 편의성과 원가 절감을 위해 트레일 쉴딩 박스 덕트와 내부 Wall을 일체화하여 제작하였습니다.
1) 덕트 및 채널 영역 모델링
노즐 입구에서 용접 시작 부위까지 가스 이동을 위해 덕트와 채널 사이 공간을 두었고
해당 공간으로 인해 3D프린팅에서 발생하는 오버행 구간을 위해 덕트의 형상을 3D프린팅이 가능한 아크 돔 형상으로 설계하였습니다.
2) 가스 분산 Wall 모델링
가스를 덕트 폭 방향으로 골고루 유도 시켜 용접 비드의 대부분의 면적에 아르곤 가스가 분산 되도록
중앙대비 사이드에서 공극의 크기가 더 큰 Cylindrical 형상의 TPMS 자이로드 구조를 적용하였습니다.
3D프린팅 활용 시,
가장 중요한 요소인 디자인 최적화 과정을 통해 부품 효율을 높입니다.
· 맞춤형 설계를 통한 다양한 토치에 적용이 가능함 · 노즐 위치에 따른 내부 채널 설계 다양화를 통한 유동 맞춤화 · 가스의 분산을 통한 용접 비드의 산화 방지/냉각 효과 극대화 및 와류 영역 감소 · 성능 향상을 통한 쉴딩 가스 사용량 절감 · 덕트와 Wall의 일체화 제작을 통한 제작 비용 절감 |
1) 소재 : SUS316L
2) 프린팅 방식 : 금속 분말 3D프린팅 (Powder Bed Fusion)
