FDM(Fused Deposition Modeling) 3D 프린팅이란 무엇입니까? 허브에서 설명

융합 증착 모델링(FDM) 융합 필라멘트 제조(FFF)라고도 하는 3D 인쇄는 적층 제조(AM)입니다. 재료 압출의 영역 내에서 프로세스. FDM은 용융된 재료를 미리 결정된 경로에 선택적으로 증착하여 부품을 레이어별로 만들고 열가소성 폴리머를 사용합니다. 필라멘트의 형태로 제공됩니다.

전 세계적으로 데스크탑 및 산업용 3D 프린터의 가장 큰 설치 기반을 구성하는 FDM은 가장 널리 사용되는 기술이며 3D 인쇄할 때 가장 먼저 떠올리는 프로세스일 것입니다. 온다.

이 기사에서는 이 인기 있는 적층 기술의 기본 원리와 주요 특성을 다룹니다. 또한 데스크탑 및 산업용 애플리케이션용으로 제작된 FDM 기계의 차이점을 살펴보고 엔지니어가 FDM 3D 인쇄에서 최상의 결과를 얻을 수 있는 팁과 요령을 제공합니다.

읽기 전에 보기:FDM 3D 프린팅으로 전문가처럼 프로토타입을 만드는 방법

이 비디오는 신속한 프로토타이핑을 위해 FDM 3D 프린팅을 사용하는 방법을 설명합니다.

FDM 3D 프린팅은 어떻게 작동합니까?

FDM 3D 프린터는 부품이 완성될 때까지 녹은 필라멘트 재료를 빌드 플랫폼 위에 레이어별로 증착하는 방식으로 작동합니다. FDM은 기계 자체에 업로드된 디지털 설계 파일을 사용하여 물리적 치수로 변환합니다. FDM용 자료 ABS와 같은 폴리머 포함 , PLA , PETG 및 PEI , 기계가 가열된 노즐을 통해 스레드로 공급합니다.

FDM 기계를 작동하려면 먼저 이 열가소성 필라멘트 스풀을 프린터에 로드합니다. 노즐이 원하는 온도에 도달하면 프린터는 압출 헤드와 노즐을 통해 필라멘트를 공급합니다.

이 압출 헤드는 X, Y 및 Z 축을 가로질러 이동할 수 있는 3축 시스템에 부착됩니다. 프린터는 용융된 재료를 얇은 가닥으로 압출하고 디자인에 의해 결정된 경로를 따라 레이어별로 증착합니다. 일단 증착되면 재료가 냉각되고 응고됩니다. 경우에 따라 냉각을 가속화하기 위해 압출 헤드에 팬을 부착할 수 있습니다.

영역을 채우려면 마커로 모양을 색칠하는 것과 유사하게 여러 패스가 필요합니다. 프린터가 레이어를 완료하면 빌드 플랫폼이 내려가고 기계가 다음 레이어에서 작업을 시작합니다. 일부 기계 설정에서는 압출 헤드가 위로 이동합니다. 이 프로세스는 부품이 완료될 때까지 반복됩니다.

FDM 3D 프린터의 인쇄 매개변수는 무엇입니까?

대부분의 FDM 시스템에서는 여러 공정 매개변수를 조정할 수 있습니다. 여기에는 노즐 및 빌드 플랫폼 온도, 빌드 속도, 레이어 높이 및 냉각 팬 속도가 포함됩니다. 설계자라면 일반적으로 AM 운영자가 이미 이를 다루었기 때문에 이러한 조정에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

그러나 고려해야 할 중요한 요소는 빌드 크기와 레이어 높이입니다. 데스크탑 3D 프린터의 일반적인 빌드 크기는 200 x 200 x 200mm인 반면 산업용 기계는 1,000 x 1,000 x 1,000mm 크기에 도달할 수 있습니다. 데스크탑 기계를 사용하여 부품을 인쇄하는 것을 선호하는 경우 큰 모델을 더 작은 부품으로 분해한 다음 재조립할 수 있습니다. .

FDM의 일반적인 층 높이는 50~400미크론입니다. 더 짧은 레이어를 인쇄하면 더 부드러운 부품이 생성되고 곡선 형상을 더 정확하게 캡처하지만 더 높은 레이어를 인쇄하면 더 저렴한 가격으로 부품을 신속하게 생성할 수 있습니다.

디자인 팁: 우리가 권장하는 현명한 절충안은 200미크론 두께의 레이어를 인쇄하는 것입니다. 더 알고 싶으십니까? 에서 기사를 확인하십시오. 3D 인쇄 부품에 대한 레이어 높이의 영향 .

데스크톱과 산업용 FDM 프린터 간에 차이가 있습니까?

FDM 프린터는 일반적으로 산업용(전문가라고도 함) 기계와 데스크탑(프로토타이핑이라고도 함) 기계의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 두 프린터 등급 모두 고유한 용도와 장점이 있지만 두 기술의 주요 차이점은 생산 규모입니다.

Stratasys 3D 프린터와 같은 산업용 FDM 3D 프린터는 데스크탑 프린터보다 훨씬 더 비쌉니다. 데스크탑 머신은 대부분 가정에서 소비자용으로 사용됩니다. 산업용 기계는 데스크탑 FDM 프린터보다 더 효율적이고 강력하기 때문에 툴링, 기능적 프로토타입 및 최종 사용 부품에 더 자주 사용됩니다.

또한 산업용 FDM 프린터는 데스크톱 기계보다 훨씬 빠르게 대량 주문을 완료할 수 있습니다. 반복성과 신뢰성을 위해 설계되었으며 최소한의 인간 개입으로 동일한 부품을 계속해서 생산할 수 있습니다. 데스크탑 FDM 프린터는 그다지 강력하지 않습니다. 데스크톱 컴퓨터의 경우 사용자 유지 관리와 정기적인 보정을 자주 수행해야 합니다.

아래 표에서는 일반적인 데스크탑 FDM 기계와 산업용 FDM 기계의 주요 차이점을 분류합니다.

속성	산업용 FDM	데스크톱 FDM
표준 정확도	± 0.15%(하한 ± 0.2mm)	± 1%(하한:± 1.0mm)
일반적인 레이어 두께	0.18 - 0.5mm	0.10 - 0.25mm
최소 벽 두께	1mm	0.8 - 1mm
최대 빌드 엔벨로프	대형(예:900 x 600 x 900mm)	중간(예:200 x 200 x 200mm)
공통 자료	ABS, PC, ULTEM	PLA, ABS, PETG
지원 자료	수용성/분리형	부품과 동일(일반적으로)
생산 능력(머신당)	낮음/중간	낮음
기계 비용	$50000 이상	$500 - $5000

FDM 3D 프린팅의 특징은 무엇입니까?

FDM 3D 프린터는 압출 시스템과 다양한 기계에서 얻을 수 있는 부품 품질에 따라 다르지만 모든 FDM 인쇄 프로세스에서 기대할 수 있는 공통적인 특성이 있습니다.

뒤틀림

뒤틀림은 FDM에서 가장 흔한 결함 중 하나입니다. 압출된 재료가 응고되는 동안 냉각되면 치수가 감소합니다. 인쇄된 부품의 다른 섹션은 다른 속도로 냉각되기 때문에 치수도 다른 속도로 변경됩니다. 차등 냉각으로 인해 내부 응력이 축적되어 기본 레이어를 위쪽으로 당겨 휘게 만듭니다.

뒤틀림을 방지하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 한 가지 방법은 FDM 시스템, 특히 빌드 플랫폼과 챔버의 온도를 면밀히 모니터링하는 것입니다. 또한 부품과 빌드 플랫폼 간의 접착력을 높여 뒤틀림을 완화할 수 있습니다.

설계 과정에서 특정 선택을 하면 부품이 뒤틀릴 가능성도 줄일 수 있습니다. 다음은 몇 가지 예입니다.

• 직사각형 상자에서 볼 수 있는 것처럼 크고 평평한 영역은 뒤틀리기 쉽습니다. 가능하면 이러한 것을 피하십시오.

• 포크의 갈래를 생각하면 얇은 돌출 기능도 뒤틀릴 수 있습니다. 빌드 플랫폼과 접촉하는 영역을 늘리기 위해 얇은 피처의 가장자리에 추가 가이드 또는 응력 완화 재료를 추가하면 이를 방지하는 데 도움이 됩니다.

• 날카로운 모서리는 둥근 모양보다 더 자주 휘기 때문에 디자인에 필렛을 추가하는 것이 좋습니다.

• 모든 재료는 뒤틀림에 대한 고유한 민감성을 가지고 있습니다. 예를 들어 ABS는 일반적으로 PLA 또는 PETG보다 뒤틀림에 더 민감합니다.

레이어 접착

FDM에서는 부품의 증착된 층 사이의 안전한 접착이 중요합니다. FDM 기계가 노즐을 통해 용융된 열가소성 수지를 압출할 때 이 재료는 이전에 인쇄된 층을 누르게 됩니다. 높은 온도와 압력으로 인해 이 층이 다시 녹고 이전 층과 결합할 수 있습니다.

그리고 용융된 재료는 이전에 인쇄된 레이어를 누르기 때문에 모양이 타원형으로 변형됩니다. 즉, FDM 부품은 레이어 높이에 관계없이 항상 물결 모양의 표면을 갖습니다. 작은 구멍과 같은 작은 기능이 사용됩니다. 또는 스레드 , 후처리가 필요할 수 있습니다.

지원 구조

FDM 프린터는 용융된 열가소성 수지를 얇은 공기에 증착할 수 없습니다. 특정 부품 형상에는 지지 구조가 필요합니다. , 일반적으로 부품 자체와 동일한 재료로 인쇄됩니다.

종종 지지 구조 재료를 제거하는 것이 어려울 수 있으므로 지지 구조의 필요성을 최소화하는 방식으로 부품을 설계하는 것이 훨씬 더 쉽습니다. 액체에 용해되는 지지 재료를 사용할 수 있지만 일반적으로 고급 FDM 3D 프린터와 함께 사용합니다. 용해성 지지체를 사용하면 전체 인쇄 비용이 증가한다는 점에 유의하십시오.

채움 및 쉘 두께

인쇄 시간을 줄이고 재료를 절약하기 위해 FDM 프린터는 일반적으로 단단한 부품을 생산하지 않습니다. 대신, 기계는 외피라고 하는 외주를 여러 패스에 걸쳐 추적하고 내부를 저밀도 구조로 채우는 충전재라고 합니다.

채움 및 쉘 두께 FDM 인쇄 부품의 강도에 상당한 영향을 미칩니다. 대부분의 데스크탑 FDM 프린터에는 20% 충전 밀도 기본 설정과 1mm 쉘 두께가 있어 빠른 인쇄를 위해 강도와 속도 사이에서 적절한 절충안을 제공합니다.

아래 표는 FDM 3D 프린팅의 주요 특징을 요약한 것입니다.

	FDM
자료	열가소성 수지(PLA, ABS, PETG, PC, PEI 등)
차원 정확도	± 0.5%(하한 ± 0.5mm) - 데스크탑 ± 0.15%(하한 ± 0.2mm) - 산업용
일반적인 빌드 크기	200 x 200 x 200mm - 데스크탑 900 x 600 x 900mm - 산업용
공통 레이어 두께	50 ~ 400미크론
지원	항상 필요한 것은 아님(분해 가능)

FDM 3D 프린팅을 위한 일반적인 재료는 무엇입니까?

FDM(데스크탑 및 산업용 모두)의 주요 이점 중 하나는 기술의 광범위한 재료입니다. 여기에는 PLA와 같은 열가소성 수지가 포함됩니다. 및 ABS , PA, TPU와 같은 엔지니어링 재료 그리고 PETG PEEK 및 PEI를 포함한 고성능 열가소성 수지 .

PLA 필라멘트는 데스크탑 FDM 프린터에 사용되는 가장 일반적인 재료입니다. PLA로 인쇄하는 것은 상대적으로 쉬우며 더 세밀한 부품을 생산할 수 있습니다. 더 높은 강도, 연성 및 열 안정성이 필요한 경우 일반적으로 ABS를 사용합니다. 그러나 ABS는 특히 가열된 챔버가 없는 기계를 사용하는 경우 휘어지기 쉽습니다.

데스크탑 FDM 인쇄의 또 다른 대안은 PETG입니다. PETG는 구성이 ABS와 비슷하고 인쇄하기가 쉽습니다. 이 세 가지 재료는 모두 프로토타입부터 형태, ​​적합성 및 기능, 모델 또는 기능 부품의 소량 생산에 이르기까지 대부분의 3D 프린팅 서비스 애플리케이션에 적합합니다.

반면 산업용 FDM 기계는 주로 엔지니어링 열가소성 플라스틱을 사용합니다. , ABS, 폴리카보네이트(PC) 및 Ultem 포함. 이러한 재료에는 일반적으로 특성을 변경하고 높은 충격 강도, 열 안정성, 내화학성 및 생체 적합성과 같은 산업적 요구에 특히 유용하게 만드는 첨가제가 장착되어 있습니다.

다른 재료로 인쇄하면 부품의 기계적 특성과 정확도는 물론 비용에도 영향을 미칩니다. 아래 표에서 가장 일반적인 FDM 재료를 비교합니다.

재료	특성
ABS	+ 좋은 강도 + 좋은 온도 저항 - 뒤틀림에 더 취약
PLA	+ 뛰어난 화질 + 쉬운 인쇄 - 낮은 충격 강도
나일론(PA)	+ 고강도 + 우수한 내마모성 및 내화학성 - 낮은 습도 저항
PETG	+ 식품 안전* + 좋은 강도 + 간편한 인쇄
TPU	+ 매우 유연함 - 정확한 인쇄가 어렵습니다.
PEI	+ 중량 대비 우수한 강도 + 우수한 내화성 및 내화학성 - 높은 비용

자세한 내용은 PLA와 ABS의 주요 차이점에 대한 이 리뷰를 참조하세요. —가장 일반적인 두 가지 FDM 자료 및 모든 일반 FDM 자료의 광범위한 비교 .

FDM 3D 인쇄를 위한 후처리

FDM 3D 프린팅 부품 샌딩 및 폴리싱, 프라이밍 및 페인팅, 냉간 용접, 증기 평활화, 에폭시 코팅 및 금속 도금을 포함한 여러 후처리 방법을 통해 상당히 높은 수준으로 마무리될 수 있습니다.

FDM 부품의 다음 생산 실행을 위한 모든 후처리 옵션을 탐색하는 데 관심이 있으십니까? 광범위한 가이드 읽기 사용할 수 있습니다.

FDM으로 인쇄하기 위한 모범 사례는 무엇입니까?

• FDM은 프로토타입과 기능 부품을 빠르고 비용 효율적으로 생산할 수 있습니다.

• FDM에 사용할 수 있는 다양한 자료가 있습니다.

• 데스크탑 FDM 3D 프린터의 일반적인 빌드 크기는 200 x 200 x 200mm입니다. 산업용 기계는 빌드 크기가 더 큽니다.

• 뒤틀림을 방지하려면 넓고 평평한 영역을 피하고 날카로운 모서리에 필렛을 추가하십시오.

• FDM은 본질적으로 이방성이므로 기계적으로 중요한 구성 요소에는 적합하지 않습니다.

• FDM 기계의 최소 피처 크기는 노즐의 직경과 층 두께에 의해 제한됩니다.

• 재료 압출을 사용하면 레이어 높이(일반적으로 0.1 - 0.2mm)보다 작은 형상으로 수직 형상(Z 방향)을 생성할 수 없습니다.

• FDM은 일반적으로 노즐 직경(0.4 - 0.5mm)보다 작은 평면 형상(XY 평면에서)을 생성할 수 없습니다.

• 벽은 노즐 직경보다 최소 2~3배 커야 합니다(예:0.8~1.2mm).

• 매끄러운 표면과 매우 미세한 형상을 생성하려면 샌드 블라스팅 및 기계 가공과 같은 추가 후처리가 필요할 수 있습니다. 이 경우 SLA와 같은 다른 AM 기술이 더 적합할 수 있습니다.

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자주 묻는 질문

FDM 3D 프린팅의 장점은 무엇인가요?

FDM은 어떤 적층 제조 기술보다 비용 효율적이며 광범위한 열가소성 재료를 사용합니다. FDM으로 제조하면 리드 타임도 단축됩니다.

FDM 3D 프린팅의 단점은 무엇인가요?

FDM은 매우 비용 효율적이지만 다른 3D 프린팅 기술에 비해 해상도가 가장 낮습니다. 이것은 매우 작은 세부 사항을 가진 부품의 경우 실행 가능성이 낮은 옵션입니다.

FDM은 후처리가 필요합니까?

FDM을 사용하여 인쇄된 부품에는 레이어 라인이 보일 수 있으므로 부품을 매끄럽게 마무리하려면 후처리가 필요합니다.  

FDM은 얼마나 정확합니까?

일반적으로 부품 정확도는 FDM 프린터를 보정한 방법과 모델의 복잡성에 따라 다릅니다. 산업용 FDM 프린터는 데스크탑 기계보다 부품을 더 정확하게 생산하지만 가정용 3D 프린터 기술은 빠르게 따라잡고 있습니다.

FDM은 얼마나 비쌉니까?

FDM은 맞춤형 열가소성 부품을 생산하는 가장 비용 효율적인 방법입니다. 오늘날 시장에 나와 있는 프로토타입. Desktop FDM은 가장 비용 효율적인 옵션이지만 산업용 부품보다 품질이 낮은 부품을 생산합니다.

FDM에 사용할 수 있는 재료는 무엇입니까?

PLA, ABS, TPU, PETG 및 PEI를 포함하여 FDM에 다양한 재료를 사용할 수 있습니다.

FDM은 얼마나 빠릅니까?

FDM으로 맞춤형 부품을 생산하는 것은 비교적 빠르며 리드 타임이 짧은 경향이 있습니다(일반적으로 며칠).

FDM은 주로 무엇에 사용됩니까?

FDM 기술은 프로토타이핑, 모델링 및 소량 제조 애플리케이션에 가장 적합한 경향이 있습니다. 산업용 규모의 FDM은 다른 애플리케이션 중에서 기능적 프로토타입 및 최종 사용 부품에 사용할 수 있습니다.

FDM이 현재 가장 인기 있는 3D 프린팅 기술인 이유는 무엇입니까?

FDM 프린터는 견고한 기계적 특성을 유지할 수 있는 내구성 있는 재료로 고품질 부품을 생산합니다. 두 유형의 FDM 기계 모두 높은 치수 정확도를 제공하며 산업 수준에서도 FDM은 다른 AM 공정보다 비용 효율적입니다.