다중 재료 3D 프린팅이 AM의 다음 단계가 될 수 있습니까?

다중 재료 3D 프린팅은 다양한 재료와 속성을 가진 물체를 만들 수 있는 혁신적인 적층 제조 기술입니다. 부품에 복잡성을 더함으로써 다중 재료 3D 프린팅은 부품 성능과 기능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 이 기술은 완전히 새로운 범위의 설계 및 생산 가능성을 열어주고 그렇지 않으면 불가능했을 물건을 만들 수 있게 해줍니다.

현재 다중 재료 3D 프린팅은 다양한 플라스틱, 폴리머, 심지어 실리콘으로 가능하므로 사실적인 풀 컬러 프로토타입 및 개념 모델을 생산하는 데 이상적인 솔루션입니다. 이 튜토리얼에서는 다중 재료 3D 프린팅의 이점, 현재 사용 가능한 프로세스, 가장 일반적인 사용 사례 및 애플리케이션에 대해 알아봅니다.

다재질 3D 프린팅의 장점은 무엇입니까?

복합 재료 3D 프린팅의 주요 이점 중 하나는 복잡한 부품이 단일 인쇄 프로세스에서 다양한 재료 속성을 생성할 수 있습니다. 이것은 다른 재료 속성을 가진 부품을 생성하기 위해 조립이 필요한 단일 재료 부품과 다릅니다. 따라서 다중 재료 3D 프린팅은 물체를 생산하는 데 필요한 단계 수를 줄여 제품 개발 주기를 단축할 수 있습니다.

설계자와 제조업체는 한 부품 내에서 다양한 재료 속성(예:반투명도 및 강성)을 결합하여 설계 검증 및 기능 테스트를 한 단계 높일 수 있으므로 다중 재료 3D 프린팅의 이점을 크게 누릴 수 있습니다.

3D 프린팅에서 다양한 재료를 사용하는 또 다른 장점은 컬러 그라데이션을 생성할 수 있다는 것입니다. 재료를 다양한 비율로 혼합하여 후속 페인팅 없이 다양한 색상 조합과 톤을 얻을 수 있어 후처리 단계에서 시간을 절약할 수 있습니다.

다중 재료 3D 프린팅은 어떻게 작동합니까?

다중 재료 3D 프린팅을 사용하면 단일 3D 프린팅 개체 내에서 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 그러나 다중 재료 3D 프린팅은 현재 열가소성 수지 및 폴리머와 같은 재료를 처리할 수 있지만 다른 금속이나 세라믹을 결합하는 것은 현시점에서 아직 불가능합니다.

오늘날 Stratasys 및 3D Systems와 같은 회사는 프로토타입 및 모델링 목적을 위한 다중 재료 3D 인쇄 솔루션을 제공합니다. 예를 들어 Stratasys의 Connex 복합 재료 시스템은 다음과 같은 인쇄 옵션을 제공합니다.

<울>

혼합 트레이 :이 옵션을 사용하면 단일 빌드 내에서 서로 다른 재료로 구성된 여러 부품을 동시에 생산할 수 있습니다. 따라서 다른 속성도 가능합니다. 혼합 트레이 옵션은 대량 프로토타이핑이 필요한 회사에 잠재적으로 이상적인 옵션입니다.

혼합 부분: 복합 재료 3D 프린터는 특정 영역에서 다양한 속성을 가진 부품을 인쇄할 수도 있습니다. 또한 부품 내에서 재료를 결합하면 나중에 별도의 부품을 조립할 필요가 없습니다.

디지털 자료: 두 가지 이상의 재료를 혼합하여 만든 디지털 재료는 단일 재료로 부품을 3D 프린팅하면 얻을 수 없는 향상된 속성과 모양을 가진 개체를 만드는 데 사용됩니다.

다중 재료 3D 프린팅에는 어떤 기술이 사용됩니까?

현재 재료 분사는 다중 재료 3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다. 재료 분사를 사용하여 프린트 헤드는 자외선(UV) 광선 아래에서 경화되는 감광성 재료(또는 재료의 혼합 또는 다른 프린트 헤드를 통한 다른 재료의 혼합)의 방울을 증착합니다. 그런 다음 이 프로세스를 사용하여 부품을 레이어별로 생성합니다.

Stratasys와 3D Systems는 재료 분사 기술을 기반으로 하는 다중 재료 3D 프린터의 선두 제조업체입니다. 예를 들어 Stratasys의 Connex™ 3D 프린팅 시스템은 3D 프린팅 과정에서 2~3개의 서로 다른 플라스틱 재료를 분사하여 작동합니다. 그 결과 완성된 부품이 동시에 서로 다른 속성(예:강성 및 유연성)을 갖게 됩니다.

다중 재료 3D 프린팅에 사용할 수 있는 재료는 무엇입니까?

현재 다중 재료 3D 프린팅을 위해 가장 널리 사용되는 재료 옵션은 아크릴 기반 포토폴리머 수지와 경질 플라스틱과 엘라스토머의 합성물입니다. 예를 들어 3D Systems는 작년에 새로운 대형 다중 재료 ProJet MJP 5600 3D 프린터를 공개했습니다. 이 3D 프린터는 다양한 플라스틱 수지 및 이들의 조합으로 작동하여 여러 재료 속성을 가진 완전히 조립된 프로토타입 및 복잡한 형상을 생성합니다.

재료는 기계적 특성이 다를 수 있지만 3D 프린팅 재료의 발전으로 엔지니어링 등급 복합 재료도 사용할 수 있습니다.

다중 재료 3D 프린팅의 최신 혁신 중 하나는 Wacker Chemie AG의 자회사이자 RP 플랫폼의 오랜 사용자인 ACEO®가 개발한 기술인 실리콘 3D 프린팅입니다. ACEO®의 혁신적인 실리콘 기술은 다양한 색상, 경도 및 특성을 가진 실리콘 부품의 생산을 가능하게 합니다. 이것의 유용한 응용은 절연 및 전도성 특성을 가진 실리콘을 만드는 것입니다. 이러한 실리콘은 전기 전도성이 통합된 조립된 부품을 만드는 데 사용할 수 있기 때문입니다.

다재질 3D 프린팅의 응용

다중 재료 3D 인쇄의 가능성은 소비자, 의료 및 기타 산업 전반에 걸친 광범위한 사용 사례와 함께 진정으로 무궁무진합니다.

현재 다중 재료 3D 프린팅은 제품 개발 과정에서 주로 사용됩니다. 예를 들어, 수영 장비 회사인 Speedo는 제품 설계 주기의 일부로 고글 및 기타 수영 장비와 같은 항목을 만드는 기술을 사용했습니다. 씰, 개스킷, 타이어 및 신발 밑창의 기능 프로토타입과 같은 다른 제품을 만드는 것도 다중 재료 3D 프린팅으로 가능하며, 이 기술을 사용하여 생산에 들어가기 전에 제품의 디자인과 기능을 테스트하고 검증하는 데 사용됩니다.

다중 재료 3D 프린팅이 반투명 재료와 불투명 재료를 결합할 수 있기 때문에 의료 업계는 이 기술을 채택하여 교육 목적을 위한 사실적인 해부학 모델과 수술 전 계획 및 훈련을 위한 환자별 모델을 만들었습니다. 또한 이 기술을 사용하면 유체 흐름을 시각화하거나 의료 기기를 테스트하는 데 사용할 수 있는 내부 색상 구조가 있는 반투명 부품을 만들 수 있습니다.

자동차, 항공우주 및 기타 산업 분야의 기계 엔지니어는 다중 재료 3D 프린팅을 사용하여 최종 제품 모양(색상, 라벨 등)이 있는 기능적 프로토타입을 생성할 수 있습니다. 이 외에도 다중 재료 3D 프린팅을 통해 조립 없이 짧은 시리즈의 사출 성형 및 도구용 금형을 제조할 수 있습니다.

첨단 복합 재료 3D 프린팅의 흥미로운 요소 중 하나는 통합 기능을 갖춘 부품을 생성할 수 있다는 점으로, 이는 전자 장치에 특히 유용합니다. Nano Dimension Ltd.는 최근 다중 재료 3D 프린팅 잉크 개발에 획기적인 발전을 이루었습니다. 전도성 및 유전체 잉크는 이제 전기 기능 부품, 회로 및 안테나를 제조하는 데 동시에 사용할 수 있습니다.

도전

다중 재료 3D 프린팅은 현재 프로토타입 제작에 주로 사용되지만, 그럼에도 불구하고 다양한 재료로 구성되고 기계적 특성이 결합된 부품을 생산할 수 있는 엄청난 잠재력이 있습니다. 따라서 기능 부품의 다중 재료 3D 프린팅에 대한 기존 과제를 어떻게 극복할 수 있는지에 대한 지속적인 연구가 진행 중입니다.

어려움은 고품질 다중 재료 최종 부품을 제공할 수 있는 확장 가능하고 반복 가능한 생산 프로세스를 개발하는 데 있습니다. 예를 들어, 서로 다른 용융 온도와 기타 재료 특성을 가진 두 재료를 동시 용융하는 데는 명확한 물리적 한계가 있기 때문에 이는 금속 및 세라믹의 경우 특히 어렵습니다.

그러나 벨기에에 본사를 둔 Aerosint는 금속이 보이는 최종 부품을 생산하기 위해 고유한 다중 재료 분말 베드 공정을 개발했다고 주장합니다. 폴리머와 함께 작동하는 이 기술은 복셀 수준에서 서로 다른 두 종류의 분말 분포를 제어한 다음 함께 소결됩니다.

미리 내다보기

또 다른 흥미로운 연구 분야는 조직 공학, 재생 의학 및 바이오센싱과 같은 분야에 혁명적인 영향을 미칠 수 있는 다중 재료 바이오프린팅입니다.

그러나 오늘날 다중 재료 3D 프린팅은 다양한 속성을 가진 사실적인 3D 프린팅 모델과 프로토타입을 생성할 수 있게 해주기 때문에 제품 개발 및 검증 테스트에 엄청난 기회를 제공합니다.

궁극적으로 복합 재료 3D 프린팅의 다음 단계는 통합된 기능과 향상된 기계적 특성을 갖춘 최종 부품 생산으로 성공적으로 전환하는 방법입니다. 연구 측면에서 이미 많은 활동을 보고 있는 이 개발 영역은 적층 제조의 잠재력을 새로운 지평으로 확장할 것입니다.