올바른 3D 프린팅 프로세스 선택

소개

3D 프린팅 또는 적층 제조는 여러 프로세스를 포괄하는 포괄적인 용어입니다. 모든 3D 프린팅 프로세스에는 장점과 한계가 있으며 각각은 다른 프로세스보다 특정 애플리케이션에 더 적합합니다.

이 기사에서는 필요에 맞는 올바른 3D 인쇄 프로세스를 선택하는 데 도움이 되는 몇 가지 사용하기 쉬운 도구를 제공합니다. 다음 그래프와 표를 빠른 참조로 사용하여 설계 요구 사항을 가장 잘 충족하는 프로세스를 식별하십시오.

우리는 세 가지 다른 각도에서 프로세스 선택에 접근했습니다.

• 필요한 자료는 이미 알고 있습니다.
  
• 끝 부분(물리적 또는 시각적)의 특성은 이미 정의되어 있습니다.
  
• 특정 프로세스 기능(정확도, 빌드 크기 등)이 필요합니다.
  
  

이 기사의 정보를 독자가 실행할 수 있고 끊임없이 진화하는 3D 인쇄 환경과 항상 관련되도록 하기 위해 필요할 때 각 섹션에서 논의될 몇 가지 높은 수준의 일반화가 도입되었습니다.

재료별 공정 선택

3D 프린팅 재료는 일반적으로 필라멘트, 분말 또는 수지 형태로 제공됩니다(사용된 3D 프린팅 프로세스에 따라 다름). 폴리머(플라스틱)와 금속은 두 가지 주요 3D 프린팅 재료 그룹이며 다른 재료(예:세라믹 또는 복합 재료)도 사용할 수 있습니다. 폴리머는 열가소성 수지와 열경화성 수지로 더 세분화할 수 있습니다.

필요한 재료가 이미 알려진 경우 3D 인쇄 프로세스를 선택하는 것은 비교적 쉽습니다. 동일한 재료로 부품을 생산하는 기술은 소수에 불과하기 때문입니다. 이러한 경우 선택 프로세스는 일반적으로 비용 대 속성 비교가 됩니다.

열가소성 수지:

열가소성 최종 사용 부품 및 기능적 프로토타입 제조를 포함한 기능적 응용 분야에 가장 적합합니다.

그들은 좋은 기계적 특성과 높은 충격, 마모 및 내화학성을 가지고 있습니다. 탄소, 유리 또는 기타 첨가제로 채워서 물리적 특성을 향상시킬 수도 있습니다. 3D 인쇄 엔지니어링 열가소성 수지(예:나일론, PEI 및 ASA)는 산업용 최종 사용 부품을 생산하는 데 널리 사용됩니다.

SLS 부품은 기계적 및 물리적 특성이 더 우수하고 치수 정확도가 높지만 FDM이 더 경제적이고 리드 타임이 짧습니다.

	일반적인 3D 프린팅 열가소성 수지
SLS	나일론(PA), TPU
FDM	PLA, ABS, PETG, 나일론, PEI(ULTEM), ASA, TPU

아래 피라미드는 3D 프린팅을 위한 가장 일반적인 열가소성 재료를 보여줍니다. 일반적으로 피라미드에서 재료가 높을수록 기계적 특성이 더 좋아지고 일반적으로 인쇄하기가 더 어렵습니다(높은 비용).

열경화성 수지(수지):

열경화성 수지(수지) 매끄러운 사출과 같은 표면과 미세한 디테일로 부품을 생산할 수 있으므로 미학이 중요한 응용 분야에 더 적합합니다.

일반적으로 강성은 높지만 열가소성 수지보다 부서지기 쉬우므로 기능성 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 엔지니어링 용도(ABS 및 PP의 특성 모방) 또는 치과용 삽입물 및 임플란트용으로 설계된 특수 수지를 사용할 수 있습니다.

Material Jetting은 우수한 치수 정확도와 일반적으로 더 매끄러운 표면을 가진 부품을 생산하지만 SLA/DLP보다 비용이 많이 듭니다. 두 공정 모두 유사한 광경화성 아크릴 기반 수지를 사용합니다.

	일반적인 3D 프린팅 열경화성 수지(수지)
재료 분사	>표준 수지, 디지털 ABS, 내구성 수지(PP형), 투명 수지, 치과용 수지
SLA/DLP	표준 수지, 터프 수지(ABS 유사), 내구성 수지(PP 유사), 투명 수지, 치과용 수지

금속:

금속 3D 프린팅 부품은 기계적 특성이 우수하고 고온에서 작동할 수 있습니다. 3D 프린팅의 자유형 기능은 항공우주 및 의료 산업의 경량 애플리케이션에 이상적입니다.

DMLS/SLM 부품은 기계적 특성과 허용 오차가 우수하지만 바인더 제팅은 최대 10배 저렴하고 훨씬 더 큰 부품을 생산할 수 있습니다.

	일반적인 3D 프린팅 금속
DMLS/SLM	스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄
바인더 분사	스테인리스 스틸(청동 충전 또는 소결)

기타 자료:

기타 자료 3D 프린팅도 가능하지만 응용 분야가 제한적이기 때문에 널리 사용되지는 않습니다. 이러한 재료에는 바인더 제팅이 적용된 풀 컬러의 세라믹과 사암이 포함됩니다.

	기타 3D 프린팅 자료
바인더 분사	모래, 도자기

프로 팁:

기술의 추가 특성으로 인해 3D 인쇄 부품은 종종 등방성 기계적 특성을 가지므로 z 방향에서 더 약해집니다. 기능 부품의 경우 설계 시 이 특성을 고려해야 합니다.

예를 들어, 이 기사에서 SLS 나일론의 특성이 벌크 나일론과 어떻게 비교되는지 확인하십시오.

사용 사례별 프로세스 선택

주요 디자인 고려 사항이 기능인지 여부를 선택 프로세스 초기에 결정하는 것이 중요합니다. 또는 시각적 외모 . 이것은 가장 적합한 프로세스를 선택하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

일반적으로 열가소성 폴리머 부품은 기능적 응용 분야에 더 적합하고 열경화성 수지는 시각적 외관에 가장 적합합니다.

기능:

아래의 순서도는 기능 부품 및 프로토타입에 대한 공통 설계 요구 사항을 기반으로 가장 적합한 3D 프린팅 프로세스를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

자세한 내용은 다음과 같습니다.

• 다른 구성요소를 방해하는 부품이나 프로토타입을 설계할 때 필요한 공차 수준을 정의하는 것이 중요합니다. . 일반적으로 치수 정확도가 더 높은 프로세스를 선택하면 비용이 증가합니다. 또 다른 옵션은 3D 프린팅 후 중요한 치수 또는 작은 세부 사항으로 피처를 마무리하는 것입니다(예:구멍을 뚫거나 나사산을 탭핑).
  
• 전체 부품 강도는 다양한 기계적 및 물리적 특성에 따라 다릅니다. 선택을 단순화하기 위해 재료 인장 강도를 지침으로 사용할 수 있습니다. 높은 강도 및 강성일 때 금속 3D 프린팅 또는 연속 탄소 섬유로 강화된 FDM 프린팅이 최상의 솔루션입니다.
  
• 엔지니어링 3D 프린팅 재료는 특수 속성으로 제공됩니다. , 내열성, 난연성, 내화학성 또는 생체 적합성 또는 식품 안전 인증을 받은 제품.
  
• 유연성은 TPU와 같은 열가소성 수지를 SLS 및 FDM에서 사용할 수 있는 높은 파단 신율 또는 낮은 경도로 정의할 수 있으며 SLA/DLP 및 재료 분사에 고무 같은 느낌의 재료를 사용할 수 있습니다.
  
  

시각적 외관:

시각적인 외관이 주요 관심사인 경우 아래 순서도를 사용하여 3D 프린팅 공정 선택을 단순화할 수 있습니다.

추가 정보는 다음과 같습니다.

• SLA/DLP와 Material Jetting은 모두 사출 금형과 같은 매끄러운 표면 마감을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 두 프로세스(비용 제외)의 주요 차이점은 Material Jetting의 지원은 용해성인 반면 SLA/DLP에서는 인쇄 후 수동으로 제거해야 하므로 표면에 후처리해야 하는 작은 자국이 남습니다( 샌딩 또는 광택).
  
• Material Jetting은 완전히 투명한 부품을 생산하는 반면 SLA/DLP 부품은 반투명하게 인쇄되며 광학적으로 거의 100% 투명하도록 후처리할 수 있습니다.
  
• 나무와 같은 마감 처리 또는 금속과 같은 마감 처리와 같이 특수한 질감을 가진 부품은 우드필 또는 메탈필 FDM 필라멘트를 사용하여 인쇄할 수 있습니다. 고무와 같은 부품은 부드럽고(쇼어 경도 <70A) 구부리거나 압축될 수 있지만 운이 좋게도 실제 고무의 성능을 발휘합니다.
  
• 재료 분사 및 바인더 분사는 현재 풀 컬러 인쇄 기능을 제공하는 유일한 3D 인쇄 프로세스입니다. Material Jetting은 더 나은 물리적 특성과 다중 재료 기능을 가진 재료를 제공하기 때문에 이점이 있습니다. 또 다른 옵션은 인쇄 후 모델을 프라이밍 및 페인팅하거나 이중 압출 기능이 있는 FDM 프린터(2가지 색상만 해당)를 사용하는 것입니다.
  
  

제조 능력에 따른 공정 선택

모델 설계가 이미 완료되면 각 3D 프린팅 기술의 기능이 프로세스 선택에서 주요 역할을 하는 경우가 많습니다.

주요 이점과 제한 사항을 완전히 이해하려면 각 프로세스의 기본 역학에 대한 개요를 갖는 것이 중요합니다. 이에 대해서는 기술 자료의 다음 장에서 각 기술에 대한 전용 소개 기사를 참조하십시오.

다음은 데이터를 해석하는 데 도움이 되는 몇 가지 편리한 규칙입니다.

• 치수 정확도 각 프로세스가 달성할 수 있는 세부 수준과 각 3D 프린터의 빌드 품질과 연결됩니다. 더 높은 정확도를 제공하는 프로세스는 일반적으로 더 미세한 기능을 가진 부품을 생성할 수 있습니다. 산업용 기계는 데스크탑 프린터보다 정확도와 반복성이 더 높습니다.
  
• 빌드 크기 프린터가 생산할 수 있는 부품의 최대 치수를 결정합니다. 일반적인 빌드 크기를 초과하는 구성요소의 경우 대체 기술로 마이그레이션하거나 나중에 조립할 수 있도록 부품을 여러 구성요소로 분할하는 것을 고려하세요.
  
• 지원 구조의 필요성 디자인 자유도를 결정합니다. SLS와 같이 지지대가 필요하지 않거나 Material Jetting 또는 이중 압출과 같은 용해 가능한 지지대가 필요하지 않은 프로세스는 제한이 적고 더 쉽게 자유형 구조를 생성할 수 있습니다.
  
  

<머리> <일>

치수 정확도	일반적인 빌드 크기	지원
FDM	± 0.5%(하한 ± 0.5mm) - 데스크탑 ± 0.15%(하한 ± 0.2mm) - 산업용	데스크탑 프린터의 경우 200 x 200 x 200mm 산업용 프린터의 경우 최대 900 x 600 x 900mm	항상 필요한 것은 아님(분해 가능)
SLA/DLP	± 0.5%(하한:± 0.10mm) - 데스크탑 ± 0.15%(하한 ± 0.05mm) - 산업용	데스크탑의 경우 145 x 145 x 175mm 산업용 프린터의 경우 최대 1500 x 750 x 500mm	항상 필수
SLS	± 0.3% (하한:± 0.3 mm)	300 x 300 x 300mm(최대 750 x 550 x 550mm)	필수
재료 분사	± 0.1%(하한 ± 0.05mm)	380 x 250 x 200mm(최대 1000 x 800 x 500mm)	항상 필요(항상 분해 가능)
바인더 분사	± 0.2mm(모래 인쇄의 경우 ± 0.3mm)	400 x 250 x 250mm(최대 1800 x 1000 x 700mm)	필수
DMLS/SLM	± 0.1mm	250 x 150 x 150mm(최대 500 x 280 x 360mm)	항상 필수

레이어 높이

기술을 선택할 때 고려해야 할 또 다른 중요한 측면은 레이어 높이의 영향입니다.

3D 프린팅의 부가적 특성으로 인해 레이어 높이가 부드러움을 결정합니다. 인쇄된 표면 및 최소 기능 크기 프린터는 (z 방향으로) 생산할 수 있습니다. 더 작은 레이어 높이를 사용하면 계단 효과가 덜 두드러지고 정확한 곡면을 생성하는 데 도움이 됩니다. .

	일반적인 레이어 두께
FDM	50 - 400μm(가장 일반적:200μm)
SLA/DLP	25 - 100μm(가장 일반적:50μm)
SLS	80 - 120μm(가장 일반적:100μm)
재료 분사	16 - 30μm(가장 일반적:16μm)
바인더 분사	100μm
DMLS/SLM	30 - 50μm

경험 규칙

• 기능성 또는 시각적 외관이 최우선인지 선택 과정의 초기에 결정합니다.
  
• 둘 이상의 프로세스가 동일한 재료로 부품을 생산할 수 있는 경우 선택 프로세스는 비용 대 속성 비교가 됩니다.
  
• 기능성 폴리머 부품의 경우 열경화성 수지보다 열가소성 수지(SLS 또는 FDM)를 선호합니다.
  
• 시각적 외관과 미학을 위해 열경화성 수지(SLA/DLP 또는 Material Jetting)가 최선의 선택입니다.
  
• 금속 부품의 경우 고성능 응용 분야에는 DMLS/SLM을 선택하고 더 저렴하고 더 큰 부품 크기에는 바인더 분사를 선택하십시오.
  
• 금속 또는 플라스틱의 기능성 부품의 경우 CNC 가공도 고려하십시오.