항공우주 분야를 위한 정밀 가공 PEI: KGL Machinery가 SAFRAN의 가장 어려운 폴리머 문제를 해결한 방법

회사 소개: KGL Machinery (KINNEX PRECISION)

2013년 중국 선전에서 설립된 KGL Machinery는 CNC 장비 2대로 시작한 스타트업에서 12,300평방피트 규모의 100대 이상 설비를 갖춘 기업으로 성장했습니다. 당사는 항공우주, 의료, 로봇, 반도체 및 석유 산업 분야에서 200개 이상의 글로벌 고객사에 서비스를 제공하고 있습니다.

리더십: 제이슨 후 박사

저희 회사의 창립자이자 총괄 경영자인 제이슨 후 박사는 26년간의 산업 현장 경력을 보유한 기계 엔지니어이며, 네덜란드 NLBA 경영대학원에서 박사 학위를 받았습니다. 그의 린 제조(Lean Manufacturing)에 대한 박사 연구는 KGL에 직접 적용되어 Mazak 5축 장비에서 ±0.003mm의 정밀도를 달성하고 생산 주기 시간을 30% 단축했습니다.

품질 인프라

• Hexagon GLOBAL S 07.10.07 + Zeiss CAPTUM 7/10/6 Verity CMM (0.0015mm 정밀도)
• 올림푸스 DPO6500 합금 분광계
• 키엔스 IM-8010 이미지 크기 측정 (0.003mm)
• IQC-IPQC-FQC 3단계 품질 관리 시스템

과제: SAFRAN PEI 폐수 처리 설비 구성 요소

클라이언트 및 애플리케이션

프랑스의 1차 항공우주 부품 공급업체인 SAFRAN은 항공기 폐수 처리 시스템에 사용될 PEI(폴리에테르이미드/울템) 부품 시리즈를 필요로 했습니다. 해당 부품들은 3bar의 내부 압력, -40°C에서 +80°C까지의 온도 변화, 그리고 항공우주용 유체에 대한 화학적 노출을 견뎌야 했으며, 동시에 ±0.01mm의 기하학적 공차를 유지해야 했습니다.

재질: 독일산 뢰흘링 PEI

PEI는 다음에서 직접 공급받았습니다. 뢰흘링 엔지니어링 플라스틱 GmbH 독일에서 항공우주 등급 프로토콜에 따라 제작되었습니다. 주요 특징:

네 가지 핵심 과제

1. 극심한 변형 및 버 발생: PEI의 인성으로 인해 가공 중 탄성 회복이 일어나며 가장자리가 거칠어집니다.

2. ±0.01mm 공차 및 열 민감도: 가공열로 인해 치수 편차가 발생하며, 56ppm/°C의 열팽창 계수로 인해 온도 제어가 필수적입니다.

3. 용접성 불량: PEI의 높은 유리전이온도(Tg)로 인해 열 연화에 저항성이 있어 기존 용접 방식으로는 용접이 불가능했습니다.

4. 3D 프린팅 및 사출 성형 부적합: 적층 제조 방식은 ±0.1~0.3mm의 공차와 이방성 특성을 나타내며, 사출 성형은 5만 달러 이상의 금형 제작 비용과 12~16주의 리드타임이 소요되어 연간 200~500개 생산에 그칩니다.

당사의 솔루션: Mazak 5축 + 9축 CNC + 독자적인 용접 기술

장비: Mazak 5축 클러스터

다섯 마작 5축 VARIAXIS C-600/J-500 센터는 복잡한 내부 채널, 비대칭 포트 및 얇은 벽 부분을 단일 설정으로 가공할 수 있는 기하학적 유연성을 제공하여 ±0.01mm 공차를 손상시킬 수 있는 재척 오류를 제거했습니다.

• 위치 정밀도: ±0.003mm
• 제어 시스템: 열 보정 기능이 있는 Mazak SMOOTHX CNC
• 작업 가능 범위: 직경 500~600mm

장비: 마작 9축 밀링 선반

원통형과 각기둥형 형상이 결합된 부품 가공을 위해 Mazak INTEGREX i-250H/HS 9축 밀링-선삭 복합재 가공 센터 두 대를 사용했습니다.

• 위치 정밀도: ±0.003mm
• 선삭 직경: Ø670mm
• 선삭 길이: 1,011mm / 1,519mm
• 주요 장점: 선삭, 밀링, 드릴링, 측면 밀링을 하나의 척으로 모두 처리 가능 - 열에 민감한 PEI 가공에 필수적

INTEGREX의 단일 척킹 기능은 결정적인 역할을 했습니다. 재척킹할 때마다 열적 교란과 기계적 스트레스가 발생하기 때문입니다. 모든 작업을 한 번의 설정으로 완료함으로써 열 평형을 유지하고 Cpk > 1.67을 달성할 수 있었습니다.

가공 전략: 다중 매개변수 최적화(MPO)

당사는 Mazak 플랫폼에서 상호 의존적인 7가지 변수를 동시에 최적화하는 독자적인 MPO 전략을 개발했습니다.

결과: 버 발생률 72% 감소, 치수 안정성 85% 향상.

열 관리: TDMS

당사의 독자적인 열역학 관리 시스템(TDMS)은 유한 요소 해석(FEA) 예측 모델링, 적외선 열화상 촬영, 그리고 Mazak SMOOTHX 매크로 프로그래밍 인터페이스를 통한 실시간 CNC 보정 기능을 통합합니다. 이 폐쇄 루프 시스템은 ±2 마이크론의 열 보정 정확도를 달성하며, 이는 당사의 ±10 마이크론 허용 오차 범위 내에 있습니다.

초음파 용접의 혁신

8개월간의 연구 개발 끝에, 우리는 독자적인 35kHz 기술을 개발했습니다. 초음파 용접 미세 톱니형 에너지 디렉터(피치 0.1mm)를 사용하는 공정으로 유효 용접 면적을 40% 증가시킵니다.

결과 및 품질 검증

치수 검사(샘플)

모든 측정은 24시간 열 안정화 후 Hexagon/Zeiss CMM(해상도 0.0015mm)을 사용하여 수행되었습니다.

공정 관리 지표

마작 CNC가 3D 프린팅 및 사출 성형보다 나은 이유는 무엇일까요?

항공우주용 PEI 부품 제조 방식을 결정할 때 엔지니어들은 일반적으로 3D 프린팅, 사출 성형, CNC 가공을 검토합니다. 소량 생산 및 높은 정밀도가 요구되는 경우 CNC 가공이 더 우수한 이유는 다음과 같습니다.

SAFRAN의 연간 200~500대 생산 물량은 복잡한 내부 채널과 드래프트 각도가 없어, Mazak의 5축 + 9축 CNC 가공만이 유일하게 실현 가능한 방법이었습니다.

구성 요소 갤러리

그림 1: PEI 구성 요소 조립

그림 1: PEI 주 구성 요소 조립 - Mazak VARIAXIS J-500 5축 가공 센터에서 가공된 복잡한 다중 포트 형상.

그림 2: 내부 형상 상세도

그림 2: 정밀한 표면 마감을 보여주는 내부 채널 및 공동 특징.

그림 3: 위에서 본 정밀 형상

그림 3: 호박색 반투명 ​​PEI 광학 투명도를 갖는 대칭형 포트 배열.

그림 4: 원형 PEI 구성 요소

그림 4: 다수의 정밀 포트와 내부 채널을 갖춘 복잡한 원형 부품.

그림 5: PEI 임펠러/디스크

그림 5: 유체 처리를 위한 복잡한 날개 형상을 가진 임펠러 부품.

그림 6: 다기능 PEI 하우징

그림 6: 장착 돌기, 구멍 및 접촉면이 있는 본체 하우징.

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자주 묻는 질문(FAQ)

질문: PEI(울템)는 왜 가공하기 어려운가요?
A: PEI는 217°C의 높은 유리 전이 온도와 56ppm/°C의 높은 열팽창 계수를 가지고 있어 가공열에 매우 민감하며, 이로 인해 급격한 열팽창과 치수 변화가 발생합니다.

질문: 항공우주용 PEI 부품 제작에 3D 프린팅이나 사출 성형 대신 CNC 가공을 선택하는 이유는 무엇입니까?
A: 적층 제조 방식은 CNC 가공 방식(±0.01mm)에 비해 구조적 안정성과 정밀도가 떨어집니다(적층 제조 방식은 ±0.1~0.3mm의 정밀도를 제공). 사출 성형 방식은 금형 제작 비용이 5만 달러 이상으로 매우 높고, 납기가 12~16주로 길어 연간 200~500개 정도의 소량 생산에는 적합하지 않습니다.

질문: KGL은 온도에 민감한 고분자 소재에 대해 어떻게 ±0.01mm의 정밀한 공차를 달성합니까?
A: 당사는 Mazak 5축/9축 플랫폼에서 다중 매개변수 최적화(MPO), 저발열 스핀들 속도, 맞춤형 PCD 툴링, 그리고 실시간 열 보상을 위한 자체 개발 열역학 관리 시스템(TDMS)을 결합합니다.

결론

SAFRAN PEI 프로젝트는 26년간의 가공 경험, Mazak의 5축 및 9축 기술, 그리고 체계적인 연구 개발 투자가 어떤 성과를 가져올 수 있는지를 보여줍니다. KGL Machinery(KINNEX PRECISION)는 3D 프린팅과 사출 성형으로는 해결할 수 없었던 문제들을 해결함으로써, 중국의 정밀 제조 기술이 ±0.01mm의 정밀도로 맞춤형 항공우주용 폴리머 부품을 생산할 수 있음을 입증했습니다.

Mazak VARIAXIS J-500 5축 밀링-선삭 센터와 Mazak INTEGREX i-250H/HS 9축 밀링-선삭 센터, 독자적인 TDMS 열 관리 시스템, 그리고 첨단 초음파 용접 기술의 조합을 통해 PEI, PEEK, POM 및 기타 고성능 폴리머 가공에 있어 진정으로 차별화된 역량을 제공합니다.

중국 최고의 PEI 가공 서비스 제공업체인 KGL Machinery는 검증된 역량, AS9100D 인증, 그리고 글로벌 OEM을 위한 경쟁력 있는 입지를 제공합니다. 100대 이상의 기계, 110명 이상의 직원, 그리고 13년간의 끊임없는 정밀 가공 기술 추구가 이를 뒷받침합니다.

24시간 기술 지원 | 48시간 신속 프로토타입 제작 | 완벽한 품질 추적 시스템

저자 소개

제이슨 후 박사는 KGL 기계전자 유한회사의 총괄 관리자입니다. 그는 네덜란드 NLBA 경영대학원에서 기계공학 학사 및 박사 학위를 취득했으며, 26년간 정밀 가공 분야에서 경력을 쌓았습니다. 그의 리더십 아래 KGL은 2013년 2대의 기계로 시작하여 현재 100대 이상의 기계를 보유하고 200개 이상의 글로벌 고객사에 서비스를 제공하는 회사로 성장했습니다.

연락하다

KGL 기계전자 주식회사
웹사이트: www.kglmfc.com | www.kglprecision.com
이메일:kgl@kglmfc.com
위치: 중국 광둥성 선전시
시설: 12,300 평방피트 규모의 제조 공장
인증: ISO 9001:2015 | ISO 13485:2016 | AS9100D | 국가첨단기술기업