3D 프린팅
산업 제조
이 SLA(Stereolithography) 소개에서는 특정 애플리케이션에 적합한지 여부를 결정하기 위한 프로세스의 기본 원칙을 다룹니다. 이 기사를 읽고 나면 SLA 3D 프린팅의 모든 중요한 측면에 익숙해질 것입니다.
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SLA(Stereolithography)는 Vat 광중합 제품군에 속하는 적층 제조 공정입니다. 수지 3D 프린팅이라고도 하는 3D 프린팅 기술은 통 중합과 관련된 세 가지 주요 3D 프린팅 기술인 SLA, DLP 및 LCD가 있습니다. 세 가지 기술은 모두 광원을 사용하여 광중합체 수지를 경화하지만 다음과 같은 차이점이 있습니다.
SLA(Stereolithography)는 UV 레이저를 광원으로 사용하여 고분자 수지를 선택적으로 경화시킵니다.
디지털 광 처리(DLP)는 디지털 프로젝터를 UV 광원으로 사용하여 수지 층을 경화시킵니다.
LCD(액정 디스플레이)는 특정 조명 패턴을 투사하기 위해 LCD 디스플레이 모듈을 사용합니다.
SLA는 가장 널리 사용되는 Vat 광중합 기술 중 하나입니다. 자외선(UV) 레이저를 이용하여 고분자 수지를 한 층씩 선택적으로 경화시켜 물체를 만드는 데 사용됩니다. SLA에 사용되는 재료는 액체 형태로 제공되는 감광성 열경화성 폴리머입니다.
1986년에 특허를 받은 SLA는 최초의 3D 프린팅 기술이었습니다. 그리고 오늘날에도 SLA는 매우 높은 정확도 또는 매끄러운 표면 마감이 필요한 부품이 필요할 때 사용할 수 있는 가장 비용 효율적인 3D 프린팅 기술입니다. 설계자가 제조 공정의 이점과 한계를 활용할 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
다음은 약 10분 만에 SLA 3D 인쇄를 시작하기 위해 알아야 할 모든 것을 가르치는 짧은 동영상입니다.
SLA 3D 프린팅은 먼저 액체 표면에 대해 한 층 높이의 거리에서 액체 포토폴리머 탱크에 빌드 플랫폼을 배치하여 작동합니다.
UV 레이저는 포토폴리머 수지를 선택적으로 경화 및 응고시켜 다음 층을 생성합니다.
광중합 과정의 응고 과정에서 액체 수지를 구성하는 단량체 탄소 사슬이 UV 레이저의 빛에 의해 활성화되어 고체가 되어 서로 깨지지 않는 강한 결합을 형성합니다.
레이저 빔은 갈보라고 하는 거울 세트를 사용하여 미리 결정된 경로에 집속됩니다. 모델의 전체 단면적이 스캔되므로 생산된 부품이 완전히 솔리드입니다.
인쇄 후 부품은 완전히 경화되지 않은 상태입니다. 매우 높은 기계적 및 열적 특성이 필요한 경우 UV 광선 아래에서 추가 후처리가 필요합니다.
광중합 공정은 되돌릴 수 없으며 SLA 부품을 다시 액체 형태로 변환할 수 있는 방법이 없습니다. 이러한 SLA 부품을 가열하면 녹지 않고 타게 됩니다. 이는 FDM(Fused Deposition Modeling)이 사용하는 열가소성 수지와 달리 SLA로 생산되는 재료가 열경화성 폴리머로 만들어지기 때문입니다.
SLA 시스템에서 대부분의 인쇄 매개변수는 제조업체에 의해 고정되며 변경할 수 없습니다. 유일한 입력은 레이어 높이와 부품 방향입니다(후자는 지지 위치를 결정함).
레이어 높이 :범위는 25~100미크론입니다. 레이어 높이가 낮을수록 곡선 형상을 더 정확하게 캡처하지만 제작 시간과 비용이 증가하고 인쇄 실패 가능성이 높아집니다. 100미크론의 레이어 높이는 가장 일반적인 응용 분야에 적합합니다.
빌드 크기: 이것은 디자이너에게 중요한 또 다른 매개변수입니다. 빌드 크기는 SLA 시스템 유형에 따라 다릅니다. 하향식 방향과 상향식 방향의 두 가지 주요 SLA 머신 설정이 있습니다.
하향식 프린터 탱크 위에 레이저 소스를 배치하면 부품이 위쪽을 향하도록 제작됩니다. 빌드 플랫폼은 수지 통의 맨 위에서 시작하여 모든 레이어가 끝날 때마다 아래로 이동합니다.
상향식 프린터는 수지 탱크 아래에 광원을 놓고(위 그림 참조) 부품이 거꾸로 조립됩니다. 탱크에는 실리콘 코팅이 된 투명한 바닥이 있어 레이저 광선은 통과할 수 있지만 경화된 수지가 달라붙는 것을 방지합니다. 모든 레이어 후에 빌드 플랫폼이 위쪽으로 이동함에 따라 경화된 수지가 탱크 바닥에서 분리됩니다. 이것을 필링 단계라고 합니다.
상향식 방향은 주로 Formlabs와 같은 데스크탑 프린터에서 사용되는 반면 하향식은 일반적으로 산업용 SLA 시스템에서 사용됩니다. 상향식 SLA 프린터는 제조 및 작동이 더 쉽지만 빌드 크기가 제한됩니다. 박리 단계에서 부품에 가해지는 힘으로 인해 인쇄가 실패할 수 있기 때문입니다. 반면에 하향식 프린터는 정확도의 큰 손실 없이 매우 큰 빌드 크기까지 확장할 수 있습니다. 이러한 시스템의 고급 기능에는 더 높은 비용이 듭니다.
다음 표에는 두 방향의 주요 특성과 차이점이 요약되어 있습니다.
| 상향식(데스크톱) SLA | 하향식(산업용) SLA | |
|---|---|---|
| 장점 | + 비용 절감 + 널리 사용 가능 | + 매우 큰 빌드 크기 + 더 빠른 빌드 시간 |
| 단점 | - 작은 빌드 크기 - 더 작은 재료 범위 - 광범위한 지원 사용으로 인해 더 많은 후처리가 필요합니다. | - 높은 비용 - 전문 오퍼레이터 필요 - 재료 교체는 탱크 전체를 비우는 것과 관련이 있습니다. |
| 인기 SLA 프린터 제조업체 | 폼랩 | 3D 시스템 |
| 빌드 크기 | 최대 145 x 145 x 175mm | 최대 1500 x 750 x 500mm |
| 일반적인 레이어 높이 | 25 ~ 100 µm | 25 ~ 150 µm |
| 차원 정확도 | ± 0.5%(하한:± 0.010–0.250 mm) | ± 0.15%(하한 ± 0.010–0.030 mm) |
SLA 3D 프린팅의 주요 특징은 필요한 지지 구조, 컬링 및 레이어 접착입니다.
SLA에는 항상 지원 구조가 필요합니다. 지지 구조는 부품과 동일한 재료로 인쇄되며 인쇄 후 수동으로 제거해야 합니다. 부품의 방향은 지지의 위치와 양을 결정합니다. 시각적으로 중요한 표면이 지지 구조와 접촉하지 않도록 부품의 방향을 지정하는 것이 좋습니다.
상향식 및 하향식 SLA 프린터는 지원을 다르게 사용합니다.
하향식 SLA 프린터: S지원 요구 사항은 FDM의 요구 사항과 유사합니다. . 오버행과 브리지를 정확하게 인쇄하는 데 필요합니다(임계 오버행 각도는 일반적으로 30o임). 부품은 어느 위치에서나 방향을 지정할 수 있으며 일반적으로 지지대의 양과 총 레이어 수를 최소화하기 위해 평평하게 인쇄됩니다.
상향식 SLA 프린터: 지원 요구 사항은 더 복잡할 수 있습니다. 돌출부와 브리지는 여전히 지지되어야 하지만 각 레이어의 단면적을 최소화하는 것이 가장 중요한 기준입니다. 박리 단계에서 부품에 가해지는 힘으로 인해 부품이 빌드 플랫폼에서 분리될 수 있습니다. 이러한 힘은 각 층의 단면적에 비례합니다. 이러한 이유로 부품은 비스듬히 배치되고 지지력 감소는 주요 관심사가 아닙니다.
SLA를 통해 생산되는 부품의 정확도와 관련된 가장 큰 문제 중 하나는 컬링입니다. 컬링은 FDM의 뒤틀림과 유사합니다.
경화 과정에서 수지는 프린터의 광원에 노출되면 약간 수축합니다. 수축이 크면 새 레이어와 이전에 응고된 재료 사이에 큰 내부 응력이 발생하여 부품이 휘게 됩니다.
인쇄물의 위험 부분을 빌드 플레이트에 고정하고 말림 가능성을 완화하려면 지지대가 중요합니다. 부품 방향과 큰 평면 레이어를 제한하는 것도 중요합니다. 과경화(예:인쇄 후 직사광선에 부품 노출)도 말림을 유발할 수 있습니다.
말림을 방지하는 가장 좋은 방법은 디자인 과정에서 이를 염두에 두는 것입니다. 가능하면 크고 얇고 평평한 영역을 피하거나 부품이 말리는 것을 방지하는 구조를 추가하십시오.
SLA 인쇄 부품은 등방성 기계적 특성을 가지고 있습니다. 이는 단일 UV 레이저 패스로는 액상 수지를 완전히 경화시키기에 충분하지 않기 때문입니다. 나중의 레이저 패스는 이전에 응고된 층이 매우 높은 수준으로 함께 융합되도록 돕습니다. 실제로 인쇄가 완료된 후에도 경화는 계속됩니다.
최고의 기계적 특성을 얻으려면 SLA 부품을 강한 UV 광선 아래(때로는 고온에서) 경화 상자에 넣어 후경화해야 합니다. 이것은 SLA 부품의 경도와 온도 저항을 크게 향상시키지만 부서지기 쉽게 만듭니다. 후경화 과정의 결과는 다음을 의미합니다.
데스크탑 SLA 프린터를 사용하여 표준 투명 수지로 인쇄된 부품 테스트 경화 후 인장 강도가 거의 두 배입니다(38MPa에 비해 65MPa).
부품은 더 높은 온도(42ºC에 비해 58ºC의 최대 온도)에서 부하 상태에서 작동할 수 있습니다.
파단 신율은 거의 절반(6.2% 대 12%)입니다.
SLA 인쇄 부품을 햇볕에 그대로 두어도 경화될 수 있습니다. UV 광선에 장기간 노출되면 SLA 부품의 물리적 특성과 외관에 해로운 영향을 미치므로 사용 전에 투명한 UV 아크릴 페인트로 스프레이 코팅하는 것이 좋습니다. 말리거나 부서지거나 색이 변할 수 있습니다.
SLA의 주요 특징은 아래 표에 요약되어 있습니다.
| SLA(스테레오리소그래피) | |
|---|---|
| 자료 | 광중합 수지(열경화성) |
| 차원 정확도 | ± 0.5%(하한:±0.10mm) – 데스크탑 ± 0.15%(하한 ± 0.01mm) – 산업용 |
| 일반적인 빌드 크기 | 최대 145 x 145 x 175mm – 데스크탑 최대 1500 x 750 x 500mm – 산업용 |
| 공통 레이어 두께 | 25–100 µm |
| 지원 | 항상 필수(정확한 부품 생산에 필수) |
SLA 재료는 액체 수지 형태로 제공되며 부품의 최종 용도에 따라 선택할 수 있습니다(예:내열성, 매끄러운 표면 마감 또는 내마모성). 따라서 레진 가격은 표준 재료의 경우 리터당 약 $50에서 캐스터블 또는 치과용 레진과 같은 특수 재료의 경우 리터당 $400까지 매우 다양합니다. 산업 시스템은 데스크탑 SLA 프린터보다 더 광범위한 재료를 제공하므로 설계자가 인쇄된 부품의 기계적 특성을 보다 세밀하게 제어할 수 있습니다.
SLA 재료(열경화성 수지)는 FDM 또는 SLS(열가소성 수지)로 생산된 재료보다 더 부서지기 쉽고 이러한 이유로 SLA 부품은 일반적으로 상당한 하중을 받는 기능적 프로토타입에 사용되지 않습니다. 재료의 발전은 가까운 장래에 이것을 바꿀 수 있습니다.
다음 표는 가장 일반적으로 사용되는 수지의 장점과 단점을 요약한 것입니다.
| 재료 | 특성 |
|---|---|
| 표준 수지 | + 매끄러운 표면 마감 - 상대적으로 취성 |
| 하이 디테일 레진 | + 더 높은 치수 정확도 - 더 높은 가격 |
| 투명 수지 | + 투명 소재 - 매우 선명한 마무리를 위해 후처리가 필요합니다. |
| 캐스터블 수지 | + 금형 패턴 생성에 사용 + 소진 후 낮은 회분 비율 |
| 견고하거나 내구성 있는 수지 | + ABS 유사 또는 PP 유사 기계적 특성 - 낮은 열 저항 |
| 고온 수지 | + 온도 저항 + 사출 성형 및 열성형 툴링에 사용 |
| 치과용 수지 | + 생체 적합성+ 높은 내마모성- 높은 비용 |
| 유연한 수지 | + 고무와 같은 재질- 낮은 치수 정확도 |
SLA 부품은 샌딩 및 폴리싱, 스프레이 코팅 및 광유 마감과 같은 다양한 후처리 방법을 사용하여 매우 높은 기준으로 마감될 수 있습니다. 자세한 내용은 SLA 부품의 사후 처리에 대한 광범위한 기사를 참조하십시오.
SLA는 치수 정확도가 매우 높고 세부 사항이 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다.
SLA 부품은 표면 마감이 매우 매끄럽기 때문에 시각적 프로토타입에 이상적입니다.
투명하고 유연하며 주조 가능한 수지와 같은 특수 SLA 재료를 사용할 수 있습니다.
SLA 부품은 일반적으로 부서지기 쉽고 기능적 프로토타입에는 적합하지 않습니다.
SLA 부품의 기계적 특성과 시각적 외관은 부품이 햇빛에 노출되면 시간이 지남에 따라 저하됩니다.
지지구조가 항상 필요하며 SLA 부분에 남아있는 시각적 자국을 제거하기 위한 후처리가 필요합니다.
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Desktop SLA는 저렴한 가격으로 사출 성형과 유사한 소형 부품을 제조하는 데 이상적입니다. "주먹보다 작다"고 생각하십시오.
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3D 프린팅
적층 제조인 3D 프린팅은 CAD 모델을 사용하여 3차원 개체 또는 구성 요소를 만드는 역할을 합니다. 물리적 부분을 만들 때 재료 층을 추가하는 생물학적 과정을 모방하여 그렇게 합니다. 3D 프린팅은 기존의 제조 방식과 달리 적은 재료로 기능적인 모양을 만드는 데 도움이 됩니다. 3D 프린팅은 자동차 부품, 스마트폰 케이스, 패션 액세서리 및 건강 분야의 건축을 만드는 데 사용되어 보청기 등과 같은 장기를 만듭니다. 패션에서는 방탄복과 내화복을 만드는 데 사용됩니다. 모든 산업에서 3D 프린터를 구축하는 데 사용되는 다양한
만들고 싶은 이미지가 있으신가요? 3D 프린팅은 상상의 대상을 쉽게 만들 수 있는 플랫폼을 제공합니다. 의학, 교육, 건축 또는 기타 기술 기반 분야에서 일하든 3D 프린팅은 종종 유용합니다. 그렇다면 3D 프린팅이란 무엇일까요? 이 기사를 읽고 3D 프린팅 질문에 대한 올바른 답을 얻으십시오. 3D 프린팅은 간단히 말해서 3D 프린팅 장치를 사용하여 3D 모델을 만드는 과정입니다. 선택한 3D 프린팅 장치에서 플라스틱 필라멘트를 압출하면 3차원 물체를 한 층씩 만들게 됩니다. 고품질 3D 프린터를 사용하면 중요한 세부 사