정밀 인쇄 부품을 위한 모듈식 다양성

APS Tech Solutions는 오스트리아 회흐스트에 있는 Automatisierte Produktions Systeme GmbH의 사업부입니다. 1987년에 설립된 이 회사는 자동차, 항공 및 기계 시장에서 사용되는 3D 워터젯 절단 및 툴링 기계를 위한 엔지니어링, 기계 및 로봇 솔루션을 제공합니다.

APS Tech Solutions의 비즈니스 개발 담당자인 Nicolai Wampl은 "3년 전 우리는 매우 다재다능한 3D 프린터를 원했지만 우리의 요구 사항을 충족하는 것을 찾지 못했습니다. “그래서 우리는 작년에 출시한 자체 시스템인 Wizard 480+를 만들었습니다. 연속 섬유, 표준 열가소성 필라멘트, 금속 또는 세라믹으로 인쇄할 수 있습니다.”

Wizard 480+는 길이 400mm x 너비 230mm x 높이 370mm의 인쇄 볼륨과 최대 200°C까지 가열할 수 있는 인쇄 베드가 있습니다. 연속 섬유 필라멘트 인쇄용 노즐은 최대 500°C까지 가열될 수 있습니다.

산업용 복합 재료를 위한 또 다른 데스크탑 프린터가 정말로 필요합니까? Wampl은 "우리의 목표는 산업용 데스크탑 프린터가 아니라 실제 산업용 기계에 더 가까운 것이었습니다."라고 말합니다. “우리는 제한이 없지만 압도적이지 않은 설정을 갖춘 다용도 프린터를 원했습니다. 예를 들어 저가의 데스크탑 프린터를 좀 더 다양하게 개조할 수 있지만 많은 노하우와 시간이 필요합니다. 다른 쪽 끝에는 소수의 재료로 대용량 부품을 인쇄할 수 있지만 새로운 것을 인쇄하려는 경우 어려워지는 산업용 프린터가 있습니다. 우리는 시장에 나와 있지만 고품질의 모든 재료를 사용하여 부품을 인쇄하고 싶었습니다.” 예를 들어 아래에 설명된 스탬핑 도구의 예비 부품에는 0.02밀리미터의 정확도가 필요했습니다.

"우리가 사용하는 3D 워터젯 절단 및 툴링 기계는 올바르게 작동하도록 정밀하게 제작되어야 합니다."라고 Wampl은 설명합니다. “우리는 이 지식을 Wizard 480+에 적용하여 인쇄된 부품의 정확도를 높였습니다. 또 다른 차이점은 CNC 기계와 같은 도구 교환 시스템이 있어서 한 번에 여러 종류의 재료를 사용할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 고객이 한 번에 두 종류의 연속 섬유를 사용하려는 경우 프린트 헤드를 교체할 수 있기 때문에 가능합니다. 인쇄물에는 PEEK[폴리에테르에테르케톤] 및 PEKK[폴리에테르케톤케톤]와 같은 고성능 플라스틱과 폴리아미드[PA] 및 상업적으로 이용 가능한 FDM[융합 증착 모델링] 필라멘트를 사용할 수 있습니다. 모든 부품에 연속 섬유가 필요한 것은 아닙니다. 예를 들어 강철이나 티타늄을 사용하는 단순한 세라믹 및 금속 녹색 부품용 프린트 헤드도 있습니다.” 세라믹 및 금속 부품은 두 번째 단계에서 소결되어야 하며 이러한 고온 후처리로 인해 플라스틱은 포함되지 않습니다.

개방형 시스템

Wampl은 "대부분의 회사는 금속과 비금속에 대해 별도의 두 대의 기계를 보유하고 있습니다. “하지만 새로운 개발을 위해 새로운 재료를 시험할 때마다 새 프린터를 구입하고 싶지는 않습니다. 우리는 폐쇄적이고 제한된 시스템이 아니라 인쇄된 부품을 향상시키거나 변경할 수 있는 모듈식의 유연한 시스템을 원했습니다." 예를 들어, 고객은 연속 섬유 및 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 인쇄하기를 원할 수 있습니다. “점도가 급격히 떨어지기 때문에 인쇄 시 일관성을 유지하기 어렵기 때문에 어려운 소재입니다. 하지만 우리는 이를 수용할 수 있는 프린터를 원했습니다.”

Wizard 480+는 유리 섬유 또는 구리 와이어를 포함한 모든 연속 필라멘트로 인쇄하도록 설계되었습니다. "우리의 표준 연속 섬유 필라멘트는 1K 탄소 섬유/PA이지만 PEEK 및 PLA[폴리락트산]도 사용했으며 최대 3K 탄소 섬유까지 갈 수 있습니다."라고 Wampl은 말합니다. APS Tech Solutions는 연속 필라멘트를 시장에 공급하고자 하지만 프린터는 이에 국한되지 않습니다.

Wizard 480+는 소프트웨어에서도 열려 있습니다. Wampl은 "항상 특별한 엔지니어링이 필요했기 때문에 최대한 제어할 수 있기를 원했습니다. 많은 프린터를 사용하면 소프트웨어에 의해 약간 제한됩니다. 그러나 우리 소프트웨어를 사용하면 광섬유를 원하는 위치에 정확히 배치할 수 있으며 어떤 알고리즘에도 제한을 받지 않습니다. 알고리즘을 사용하여 섬유가 있어야 할 위치를 생성할 수 있지만 엔지니어는 부품이 사용되는 방법과 최종적으로 어떤 힘이 작용하는지 알고 있기 때문에 섬유를 배치하는 방법을 제어하기를 원했습니다."

즉, 시스템은 비교적 사용하기 쉽습니다. Wampl은 말합니다. “예를 들어, 두 가지 다른 재료로 인쇄하려면 CAD에서 두 개의 서로 다른 부품을 만듭니다. 그런 다음 많은 산업용 3D 프린터에 사용되는 슬라이서 소프트웨어인 Simplify3D[미국 오하이오주 신시내티]를 사용하여 어떤 재료에 어떤 부품을 인쇄할지 선택합니다. 그런 다음 인쇄할 G 코드를 생성하는 후처리기가 있습니다. Simplify3D를 사용하면 채우기 레이어 높이 및 밀도와 같은 모든 인쇄 매개변수를 설정할 수 있습니다. 후처리의 경우 파일을 끌어다 놓기만 하면 됩니다. 툴 교환기 및 연속 섬유 필라멘트 사용과 같이 일반적이지 않은 몇 가지 기능이 있기 때문에 해당 기능이 기계에 맞게 조정됩니다.”

Wampl은 “인쇄된 필라멘트의 길이에 대한 제한은 단 한 가지뿐입니다. 최소 길이는 20mm입니다. 엔지니어가 특정 인쇄 길이를 20mm보다 짧게 만들면 문제가 발생하고 후처리 과정에서 불가능하다고 알려줍니다.”

품질이 예상됨, 전달됨

최초의 Wizard 480+ 고객은 고성능 스탬핑 도구 제조업체인 Stepper Fritz GmbH &Co. KG였습니다. (독일 포르츠하임). Wampl은 “그들은 도구 중 하나를 위한 예비 부품이 필요했고 우리가 인쇄할 수 있는지 물었습니다. "그들은 연속 탄소 섬유, 열가소성 매트릭스 및 수용성 지지체를 포함하여 필요한 재료의 조합과 복잡한 형상으로 인해 작업을 위한 3D 프린터를 찾는 데 어려움을 겪었습니다." 이 부품의 이전 버전은 CNC 밀링 알루미늄을 사용하여 만들어졌습니다. Wampl은 "우리는 모양을 변경하지 않고 부품을 인쇄했으며 인서트를 위한 통합 스레드도 있습니다. "우리는 외부 쉘에 기성품의 잘게 썬 탄소 섬유로 채워진 PA 필라멘트를 사용하고 내부에 연속 탄소 섬유/PA 필라멘트를 사용했습니다."

스테퍼는 부품을 평가하고 필요한 정확도를 충족한다고 판단한 다음 첫 번째 기계를 주문했다고 Wampl은 말합니다. "2020년 7월부터 아무 문제 없이 실행해 왔으며 여전히 이 정확도로 부품을 생산한다고 말합니다."

고품질은 또한 상단의 오프닝 이미지의 현미경 사진에서 볼 수 있듯이 인쇄된 그대로의 섬유 강화 복합 재료의 특징입니다. APS Tech Solutions의 1K 연속 탄소 섬유 강화 PEEK 필라멘트의 5개 레이어를 특징으로 하는 부품은 인쇄 직후 절단 및 현미경 사진 촬영이 가능하며 더 이상의 통합이나 후처리가 필요하지 않습니다. 이 물질은 또한 FH Vorarlberg(독일 Vorarlberg에 있는 응용 과학 대학교)에서 테스트되었고 바이로이트 대학교(독일 바이로이트)에서 현미경 사진으로 촬영되었습니다. 결과는 1,060메가파스칼의 인장 강도와 750메가파스칼의 굽힘 강도를 보여줍니다. "그러나 이것은 매우 예비적인 테스트였으며 우리는 현재 더 표준화된 테스트를 준비하고 있으며, 그 동안 우리 기술자들은 우리가 훨씬 더 높은 속성을 달성할 것이라고 믿습니다."라고 Wampl은 말합니다.

Wampl은 "현재 우리의 판매는 주로 대학과 시장에 있는 제품에 만족하지 않는 Stepper와 같은 회사를 대상으로 합니다."라고 말합니다. “기술이 좋은 연속 섬유 3D 프린터가 있지만 대부분 재료나 소프트웨어가 제한적입니다. 우리의 목표는 기계 및 특수 엔지니어링 회사와 같이 재료 과학 및 개발 분야에서 일하는 사람들과 같이 최고 품질의 부품과 유연성을 필요로 하는 고객에게 서비스를 제공하는 것입니다."

이 회사는 6축 로봇 팔용 시스템과 우주 응용 분야용 재료를 적용하는 등 자체적으로 새로운 개발 작업을 계속하고 있습니다. "우리는 3D 인쇄 복합 재료가 지금까지 본 것보다 훨씬 더 광범위한 응용 분야를 가지고 있다고 생각하지만 우리는 이러한 지평을 확장하고 산업 부품에 대한 새로운 가능성을 가능하게 하고 있습니다."