PEI CNC 가공
PEI CNC 가공은 CAD 모델과 CNC 프로그램을 사용하여 절삭, 밀링, 선삭, 드릴링 및 기타 적절한 작업을 통해 PEI 봉, 막대 또는 판재를 기능성 부품으로 변환합니다. PEI 가공에는 날카로운 초경 공구가 사용되며, 작업 유형에 따라 속도와 이송 속도가 결정됩니다.
The PEI CNC 가공 부품 이 소재는 내열성, 전기 절연성, 화학적 안정성, 높은 기계적 강도, 강성 및 치수 안정성을 제공합니다. 그러나 높은 재료비, 취성 및 가공 난이도로 인해 가공에 항상 적합한 것은 아닙니다.
PEI 1000은 일반적인 CNC 가공에 사용되는 무충진 소재입니다. 하지만 PEI GF20, PEI GF30/ULTEM 2300, 의료용 PEI와 같이 특정 가공 용도에 특화된 등급의 PEI도 있습니다.
주요 요점
➤ 가공에 사용할 수 있는 PEI 등급은 PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 및 ULTEM 4000 등 다양합니다.
➤ PEI 1000/1010은 일반 가공에 사용되고, 유리섬유 강화 등급은 강성과 치수 안정성이 요구되는 부품에 사용되며, ULTEM 4000은 마찰이 적은 부품에 사용됩니다.
➤ PEI는 일반 열가소성 수지보다 취성이 강하기 때문에 열 방출, 모서리 깨짐, 응력 균열 및 열 축적이 문제점으로 작용합니다.
➤ PEI 가공 실패를 방지하려면 날카로운 초경 공구를 사용하고, 최적의 이송 속도와 절삭 속도를 유지하며, 적절한 냉각수 흐름을 확보하십시오.
➤ 맞춤형 PEI 가공 부품을 구매하시려면 폴리머 등급, 보강 수준, 색상 및 해당 인증(UL94, FAR 25.853, ISO 10993, FDA 식품 접촉)을 명시해 주십시오.
PEI 플라스틱 소재란 무엇인가요?
PEI는 뛰어난 기계적, 열적, 전기적 특성으로 인해 제조 분야에서 높이 평가받는 초고성능 엔지니어링 플라스틱 소재 중 하나입니다. 또한 다음과 같은 이름으로도 알려져 있습니다. 울템PEI 폴리머의 주요 상업 브랜드는 다음과 같습니다. 사빅®CNC 가공에는 투명 및 불투명 형태의 Ultem을 모두 사용할 수 있습니다. 다른 상용 PEI로는 TECAPEI™, SUSTAPEI™ 및 TEMPALUX®가 있습니다.
PEI 플라스틱의 화학 구조:
폴리에테르이미드(PEI) 구조
PEI의 화학 구조는 크게 세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이미드기(>C=O), 에테르 결합, 그리고 방향족 고리입니다. 교대로 배열된 방향족 고리는 에테르기와 고리형 아미드기로 연결되어 있습니다. 한편, 반복되는 사슬의 일반적인 화학식은 다음과 같습니다. C₃₇ H₂₄ 오₆ N₂.
PEI 플라스틱의 특성은 무엇인가요?
PEI 플라스틱 소재
PEI 플라스틱은 뛰어난 기계적 강도, 강성, 화학적 안정성, 내열성, 우수한 절연 강도, 응력 균열 저항성, 난연성 및 치수 안정성을 비롯한 다양한 특성을 지니고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 PEI 플라스틱은 우수한 엔지니어링 열가소성 수지 계열에 속하며 극한 환경에서도 사용됩니다.
PEI 플라스틱의 특성을 자세히 살펴보겠습니다.
기계적 강도
PEI는 뛰어난 굴곡성 및 충격 저항성을 제공하는 고강도 플라스틱입니다. ASTM D 638충전재가 없는 PEI의 인장 강도는 120 MPa(17,500 PSI)입니다.
경도
PEI는 강하고 단단한 플라스틱입니다. 마모, 긁힘 및 흠집에 강합니다.
가벼움
PEI는 강도가 높고 가벼워 CNC 가공 업체에서 금속 대체재로 자주 사용됩니다. 하지만, 충전재가 없는 PEI는 알루미늄 합금보다 강도 대비 무게 비율이 낮습니다.
내열성
PEI는 유리전이온도가 217°C이며, CNC 가공된 PEI 부품은 최대 200°C의 반복적인 열 부하를 견딜 수 있습니다. 따라서 부품이 장시간 고온에 노출되더라도 특성과 치수를 유지합니다.
전기 절연
PEI는 높은 절연 강도를 가지고 있습니다. 33kV/mm고전압 충격을 견딜 수 있으며 절연 요구 사항에 적합한 재료입니다.
화염 저항
이 제품은 본질적으로 난연성을 띠며 연기나 가스를 거의 발생시키지 않습니다.
화학적 안정성
PEI 플라스틱은 산, 알칼리, 오일 및 특정 유기 용제에 대한 내성이 뛰어납니다.
치수 안정성
PEI 플라스틱 부품은 열과 스트레스를 받더라도 시간이 지나도 형상, 치수 및 특징을 유지합니다.
성형성/가공성
PEI 원료 플라스틱은 CNC 가공, 압출, 사출 성형, 블로우 성형 및 열성형을 통해 기능성 부품으로 성형할 수 있습니다.
PEI 플라스틱 물성표
아래 표에서 PEI 플라스틱의 다양한 물성치(충전재 미포함)의 수치 값을 살펴보겠습니다.1][2][3].
|
부동산 |
단위 |
~값 |
테스트 방법/조건 |
|
유리 전이 온도* |
° C |
220 |
ISO 3156 |
|
밀도 |
g / cm³ |
1.27-1.28 |
ISO 1183 / ASTM D792 |
|
인장 강도 |
MPa의 |
114~121MPa |
ISO 527 / ASTM D638 |
|
압축 강도 |
MPa의 |
152 MPa의 |
ASTM D695; 10% 변형률 |
|
굴곡 강도 |
MPa의 |
138 MPa의 |
ASTM D790 |
|
로크웰 경도 |
로크웰 |
M112 / R125 |
ASTM D785 |
|
파단 연신율 |
% |
40-80 |
ISO 527 / ASTM D638 |
|
열팽창 계수(CTE) |
µm/m·°C |
56 × 10⁻⁶ /°C |
ASTM D696 / ISO 11359 |
|
유전체 강도 |
kV / mm |
33 |
ASTM D149; 단시간, 1/8인치 두께 |
|
유전율 |
- |
3.15 |
ASTM D150 1kHz* |
CNC 가공에 사용되는 PEI 재질 등급
PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 및 UlTEM 4000은 CNC 가공에 사용되는 주요 PEI 등급입니다. 이들 중 일부는 복합재가 첨가된 등급으로, 첨가물이 없는 등급에 비해 향상된 특성을 제공합니다.
PEI 1000 (울템 1000)
PEI 1000은 일반적인 정밀 가공, 전기 절연 및 고온 부품에 사용되는 무충전 PEI 폴리머입니다. PEI 1000 등급은 상대적으로 마모성이 낮아 고속도강(HSS)/초경 공구로 가공할 수 있습니다.
애플리케이션 예제 : 중하중 및 자동차 내부 부품, 의료용 멸균 트레이, RF/마이크로파 회로 절연체, 식품 가공 부품.
PEI 1010 (울템 1010)
PEI 1010은 무충전 PEI 등급으로, PEI 1000과 달리 용융 유동성이 더 높도록 제조되었습니다. 따라서 얇은 벽 부품 성형에 더 적합합니다. 그 외의 기계적, 전기적, 열적 특성은 기본적으로 동일합니다.
애플리케이션 예제 : 가공 적용 분야는 PEI 1000과 유사합니다.
PEI GF 20 (울템 2200)
PEI 20% 유리섬유 강화(ULTEM 2200 시리즈) 등급은 재료의 강성, 치수 안정성 및 굽힘 탄성률을 향상시킵니다. 또한 뒤틀림 현상에 대한 저항력도 뛰어납니다. 하지만 유리섬유 강화 등급을 가공하려면 절삭 속도를 낮춘 다이아몬드 코팅 공구가 필요합니다.
애플리케이션 예제 : 경량 브래킷, 산업용 위치 고정 블록 및 계측기 하우징.
PEI GF 30 (울템 2300)
30% 유리섬유 강화 PEI 플라스틱은 강성, 치수 안정성 및 화학적 불활성을 더욱 향상시키면서 파단 신율을 낮춥니다. 항공우주, 반도체 취급 및 산업 제조 분야의 구조 부품에 사용됩니다. PEI GF 30은 가공이 더 어렵고 공구 마모가 빠른 것이 주요 단점입니다.
애플리케이션 예제 : 항공기용 브래킷 및 고정 장치, 전기 절연체, 자동차 조립 고정 장치, 반도체 공정 장비용 웨이퍼 척, 기계 공구판.
울템 4000
ULTEM 4000은 다음과 같이 구성됩니다. 유리 섬유, PTFE 및 흑연이 첨가된 PEI이 소재는 내마모성과 저마찰이 요구되는 용도에 적합하도록 설계되었습니다. 다른 등급에 비해 상대적으로 가격이 높지만, 가수분해 안정성, 치수 안정성, 그리고 넓은 온도 범위에서 높은 강도를 제공합니다.
애플리케이션 예제 : 슬라이딩 부품, 로봇 부품, 가이드 레일, 기계식 캠 및 롤러, 베어링, 부싱 및 기어.
PEI CNC 가공 공정: 밀링, 터닝, 드릴링, 보링, 나사 가공
PEI 소재는 원하는 형상과 특징에 따라 CNC 밀링, 선삭, 드릴링, 보링, 나사 가공 등 다양한 기계 가공 공정을 통해 가공할 수 있습니다. PEI는 단단한 플라스틱 소재이므로 절삭 속도, 이송 속도, 공구는 PEI 가공물의 특성에 맞춰 선택해야 합니다.
PEI CNC 밀링
CNC 밀링 가공된 PEI 부품
밀링은 복잡한 윤곽, 프로파일, 슬롯, 포켓 및 기타 3D 형상을 만드는 데 사용됩니다. CNC 가공 업체는 PEI 가공물에 클라임 밀링을 선호합니다.
- 압형: 초경 또는 다이아몬드 코팅 공구, 2~4날, 10~20°의 양의 경사각.
- 속도 및 공급량: 유속 0~400m/min (유리섬유 강화 등급의 경우 약 20% 낮음) 및 이송량 0.05~0.15mm/치
PEI CNC 선반
PEI CNC 선반
PEI 소재는 선반이나 터닝 센터에서 가공됩니다. 이 가공 방식은 샤프트, 부싱, 로드와 같은 원통형 형상을 만드는 데 사용됩니다.
- 압형: 5~10°의 양의 경사각과 8~12°의 이완각을 가진 솔리드 카바이드/PCD 공구
- 속도 및 공급량: 150-300m/min 및 0.1-0.3mm/rev
PEI CNC 드릴링
PEI 소재에 구멍을 뚫을 때는 펙 드릴링이 권장됩니다. 보어 시퀀스 없이 연속 드릴링 방식을 사용하면 펙 드릴링 전에 구멍 직경의 3배(3 x D) 깊이까지 구멍을 뚫을 수 있습니다.
- 압형: 날카로운 코발트/카바이드 트위스트 드릴(날카로운 홈 포함).
- 속도 및 피드: 80-150m/min 및 0.05-0.15mm/rev
PEI CNC 보링
보링은 PEI 가공품에 미리 뚫어 놓은 구멍을 확대하고 마무리하는 데 사용되며, 이를 통해 정밀한 직경, 진원도 및 표면 마감을 구현할 수 있습니다.
- 압형: 강성 단일점 초경 보링 바
- 속도 및 피드: 150-300m/min의 유속과 가벼운 이송량, 그리고 느린 마무리 이송
PEI CNC 나사 가공
PEI 나사
PEI 원통형 가공물에 외부 나사산을 만들 때는 단일 포인트 공구를 사용하고, 내부 나사산을 만들 때는 탭핑이 적합합니다.
- 압형: 선반 나사 가공용 단일점 초경 인서트
- 속도 및 피드: 나사산 설계의 피치에 따라 다릅니다.
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PEI CNC 가공 시 고려 사항
PEI 소재는 비정질이며 일반 열가소성 수지보다 단단하기 때문에 가공 시 열 발생, 모서리 깨짐, 응력 균열 및 효율적인 칩 관리와 같은 추가적인 요소를 고려해야 합니다.
열 발생
PEI 소재는 내열성이 매우 뛰어나지만 내마모성 또한 매우 강합니다. PEI의 낮은 열전도율과 공구와 가공물 사이의 마찰로 인해 가공 중 발생하는 열이 쉽게 발산되지 않아 소재가 녹거나 내부 응력이 증가하고 치수 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
럭셔리 채워지지 않은 PEI재료의 전단 및 소성 변형으로 인해 열이 발생하며, 이로 인해 절삭 영역에 중간 정도이지만 매우 국부적인 열 부하가 발생합니다. PEI는 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 이러한 열의 대부분은 가공된 표면 근처에 집중됩니다. 이와 대조적으로, 유리섬유 강화 PEI 연마성 유리 섬유와 높은 마찰력으로 인해 훨씬 더 많은 열이 발생하지만, 상당한 양의 열이 절삭 공구로 전달되기도 합니다.
해결 방법 :
- 날카로운 도구 사용
- 가공 영역으로 필요한 수성 또는 공기 분사식 냉각수가 충분히 유입되도록 하십시오.
- 얇은 벽이나 기타 민감한 부품의 경우 냉각수가 제대로 흐를 수 있도록 공간을 확보해야 합니다.
엣지 치핑
PEI는 부서지기 쉽고 단단한 플라스틱이므로 특히 날카로운 모서리, 얇은 가장자리 및 작은 구멍을 가공할 때 모서리가 깨지기 쉽습니다.
해결 방법 :
- 울템 가공 부품을 설계할 때 모서리 반경을 고려하십시오.
- 과도한 절삭 및 높은 이송 속도를 피하십시오.
- 급격한 전환을 피하세요
스트레스 크래킹
PEI 가공 과정에서 강성, 취성 및 과도한 열로 인해 내부 잔류 응력이 발생하여 응력 균열이 생길 수 있습니다.
해결 방법 :
- 가공 전에 응력 완화를 위해 어닐링 공정을 적용하십시오.
- 냉각수 및 윤활유를 도포하십시오.
칩 관리
PEI 공정은 느린 이송 속도에서 길고 연속적인 실 모양의 칩을 생성합니다. 이로 인해 칩이 엉키거나 국부적인 발열이 발생할 수 있습니다.
해결 방법 :
- 공구 형상 및 가공 매개변수를 고려하십시오.
- 냉각수를 자주 분사하거나 진공 흡입을 실시하십시오.
- 클라임 밀링 방식을 사용하고, 펙 드릴링(구멍을 만들면서)을 병행하십시오.
PEI CNC 가공의 응용 분야는 무엇인가요?
PEI 가공 응용 분야
PEI 또는 Ultem으로 가공된 부품은 고온 저항성, 기계적 성능, 화학적 안정성, 절연 강도 및 치수 안정성이 요구되는 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
PEI 가공 적용 사례를 살펴보겠습니다. 자동차, 항공우주, 의료, 전자 및 산업 기계 산업.
- 자동차 : 전기차 냉각 시스템, 엔진룸 부품, 미러 커버, LED 조립 부품, 연료 시스템 밸브 및 피팅, ECU 하우징, 실내 트림, 구조용 클립.
- 항공 우주 : FAR 25.853 FST 규격에 맞는 항공기 내부 부품, 덕트, 전원 공급 장치 부품, 계기 하우징 및 좌석 부품을 생산합니다.
- 의료 : 진단 장비 하우징, 수술 기구 손잡이, 유체 매니폴드,
구강 스캐너 하우징, 내시경 부품 및 멸균 트레이. - 전자 제품 : 커넥터 하우징, 절연체, 디스플레이 장치 부품, 회로 기판 캐리어, 5G/RF 안테나 필터 장치 및 반도체 웨이퍼 캐리어.
- 산업 기계: 밸브 시트, 가이드 레일, 위치 결정 링, 지그 및 고정 장치, 움직이는 기계 부품용 구조 지지대, 화학 처리 부품, 산업용 베어링 및 부싱, 펌프 하우징.
CNC 가공용 PEI와 3D 프린팅용 PEI 소재는 다른가요?
둘 다 폴리에테르이미드 소재이지만, CNC 가공용 PEI와 3D 프린팅용 PEI의 차이점은 제조 방식에 있습니다. CNC 가공에 사용되는 PEI 소재는 응력 제어된 고체 PEI 원료를 사용하여 판, 시트, 봉 또는 블록 형태로 생산됩니다. 반면, 3D 프린팅용 PEI 소재는 적층 제조 공정을 통해 만들어지며 필라멘트 형태로 제공됩니다.
적층 제조 방식(FDM)은 PEI 소재 부품 및 프로토타입 출력에 적합합니다. PEI 3D 프린팅의 예로는 자동차용 흡기 매니폴드 프로토타입, 센서 하우징, 로봇 팔 끝단 툴링(EOAT) 등이 있습니다.
CNC 가공 PEI 부품: 조달 관점
CAD 설계를 기반으로 CNC 가공된 PEI 부품이나 시제품을 조달하려는 경우, 견적 요청서에 단순히 "PEI 플라스틱 재질"이라고만 명시하는 것은 정확한 정보를 얻기에 충분하지 않습니다. 폴리머 등급, 보강재, 색상 및 적용 가능한 사양을 명시해야 합니다.
핵심 부품의 경우, 필요한 재료 인증, 공급업체 추적성 및 관련 시험 데이터를 언급하는 것이 가장 좋습니다. 특수 CNC 가공 PEI 부품에 적용 가능한 인증으로는 UL94, FAR 25.853, ISO 10993 및 FDA/식품 접촉 요건 등이 있습니다.
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울템 가공 부품의 표면 처리 옵션에는 어떤 것들이 있습니까?
기계 가공 마감은 3.2µm의 표면 조도를 제공할 수 있지만, PEI 등급, 공구 및 절삭 매개변수에 크게 영향을 받습니다. Ultem 가공 부품은 기계 가공 마감 외에도 비드 블라스팅, 텀블링, 증기 연마 및 접착 도장으로 마감 처리할 수 있습니다.
- 비드블라스팅: 이 소재는 균일한 표면(무광/반광 질감)을 제공하며 화장품 용도로 적합합니다.
- 증기 연마: 이 소재는 표면 밀봉, 광학 창 및 반도체 응용 분야에 적합합니다. 미세한 증기 연마 처리된 표면은 Ra 1.6~0.4µm의 표면 조도(Ra)를 제공할 수 있습니다.
- 텀블링: 텀블링 공정에서 가공된 울템 부품은 회전 및 진동 챔버 내부에서 연마재로 처리되어 매끄러운 표면을 얻습니다.
- 접착식 페인팅: 특히 미용, 브랜딩 및 자외선 차단 측면에서 가공된 Ultem 부품은 스프레이 또는 침지 방식으로 도색할 수 있습니다.
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앞서 논의했듯이, PEI의 정밀 가공에는 재료 특성에 대한 심층적인 이해와 여러 가지 중요한 고려 사항이 필요하며, 이는 엔지니어링 전문 지식과 업계 경험을 통해서만 해결할 수 있습니다. Boda는 10년 이상의 플라스틱 가공 경험을 보유하고 있으며, 3축, 5축 이상 다축 CNC 장비를 갖춘 자체 CNC 가공 공장을 운영하고 있습니다.
PEI 가공 서비스 DFM 피드백 및 가공부터 후처리 작업에 이르기까지 모든 것을 포함합니다. 고객의 CAD 설계를 기반으로 시제품, 바로 사용 가능한 부품, 조립 가능한 부품을 제공할 수 있습니다.