더 강력한 3D 프린트를 만드는 방법 단계별 가이드!

일부 3D 인쇄 조각을 작업할 때 강도와 내구성을 향상시키기 위해 전체 또는 국부적으로 보강해야 하는 문제에 직면할 수 있습니다. 압축, 인장, 전단, 비틀림 또는 굽힘과 같은 일종의 하중을 받는 전체 부분 또는 특정 영역일 수 있습니다.

이 기사에서는 디자인 단계에서 강도 향상, 인쇄 온도 및 속도 제어 또는 인쇄물에 가장 적합한 재료 선택과 같이 더 강한 인쇄물을 얻을 수 있는 많은 방법을 탐구합니다. 하지만 그 전에 3D 프린트를 더 강력하게 만들기 위해 할 수 있는 일을 간단히 요약해 보겠습니다.

3d 인쇄된 부품을 더 강하게 만들기 위해서는 적절한 인쇄 방향을 결정하고 벽 두께를 늘리고 채우기 밀도를 높이는 것이 중요합니다. 또한 유량 조절, 인쇄 속도 감소, 선폭 증가, 인쇄 온도 증가, 냉각 팬 끄기 등을 통해 저항을 높이는 것도 가능하다. 마지막으로 나일론으로 인쇄하고 물체를 어닐링하는 것을 고려하십시오.

시작하겠습니다!

디자인으로 시작

이 섹션에서는 인쇄하기 전에 디자인의 중요성과 그것이 우리에게 유리하게 사용될 수 있는 방법을 지적할 것입니다.

부품에 대한 응력 분석을 수행하여 높은 응력 영역을 식별할 수 있습니다. 따라서 부품을 국부적으로 강화하고 해당 영역을 수정하면 중량 대비 최대 강도를 제공하고 필라멘트 소비를 줄이며 인쇄 시간을 최소화할 수 있습니다.

가장 먼저 할 수 있는 일은 높은 응력 영역에서만 충전 밀도를 높여서 수정하는 것입니다.

이러한 특정 영역에서 작업하면서 원하는 두께로 수를 늘려 둘레를 수정할 수도 있습니다.

조각의 내부 강화도 가능합니다. 응력이 높은 영역에서 내부 구멍을 모델링하는 경우 슬라이싱 소프트웨어는 구멍을 부품 피쳐로 처리합니다. 따라서 주변부와 함께 인쇄하여 작은 튜브 형태의 내부 구조를 만들어 해당 영역의 하중을 더 잘 분산시킵니다.

인쇄 강도에 영향을 주는 슬라이서 설정

슬라이서는 STL 형식의 모델을 g-code 형식의 프린터 명령으로 변환하는 역할을 담당하기 때문에 3D 인쇄 프로세스에서 중요한 역할을 하는 컴퓨터 소프트웨어입니다.

이 명령 내에서 인쇄 품질 및 강도에 영향을 줄 수 있는 인쇄 방향 및 온도 또는 채우기 패턴 및 밀도와 같은 기능을 설정할 수 있습니다.

인쇄 방향

레이어 방향에 따라 인쇄물의 강도가 많이 결정됩니다.

레이어 사이의 경계면이 약점이라는 점을 아는 것이 중요합니다. 즉, 이 지점에서 레이어가 향하는 방향으로 직접 힘을 가하면 거의 힘을 들이지 않고 조각을 부러뜨릴 수 있습니다. 그런 다음 슬라이서 내에 디자인을 배치할 때 부품이 받게 될 하중을 고려해야 하며 인쇄면이 이러한 힘과 평행하게 위치하지 않도록 해야 합니다.

이에 대한 예를 보려면 이 문서에서 더 많은 정보를 찾을 수 있습니다.

벽 두께(쉘 수/둘레)

쉘 또는 주변(이름은 사용 중인 슬라이서 소프트웨어에 따라 다름)은 3D 인쇄 부품의 외부를 구성합니다. 알다시피, 기계는 조각의 내부와 완전히 다른 방식으로 인쇄합니다.

많은 다른 설정이 쉘/주변이 인쇄되는 방식에 영향을 미치며 그 중 일부는 조각의 강도와 직접적으로 관련됩니다. 예를 들어 벽 두께가 있습니다.

쉘 두께에 대한 슬라이서 설정은 일반적으로 벽 두께와 상단 및 하단 레이어 두께로 구분됩니다. 인쇄물에서 벽 세트의 너비를 결정하는 벽 너비(mm) 또는 노즐이 벽에 대해 통과해야 하는 원하는 수를 설정할 수 있습니다. 이러한 매개변수는 상관관계가 있습니다. 하나를 조정하면 다른 매개변수가 자동으로 조정됩니다.

설정은 상단 및 하단 레이어에 대해 거의 동일합니다. 두께는 레이어의 높이를 나타냅니다. 더 강한 부품의 경우 2~3mm 사이의 벽 두께와 1.6~2mm 사이의 상단 및 하단 두께와 같은 더 큰 값을 사용해야 합니다.

채우기 패턴

설정에서 다양한 채우기 패턴을 사용할 수 있습니다.

더 강한 조각을 얻는 것이 목표라면, 더 낮은 강도의 채우기를 나타내는 Lines 또는 Zig-Zag와 같은 패턴보다 큐빅, 큐빅 세분화, 옥텟, 1/4 큐빅 및 자이로이드와 같은 채우기 패턴이 선호됩니다.

그러나 하나 또는 다른 것을 선택할 때 부품이 받게 될 하중 유형, 적용 방향, 각 패턴에 소요되는 재료 및 인쇄 시간을 고려할 수 있습니다.

각 조각에는 별도의 분석이 필요하지만 일반적으로 밀도가 약 50%인 벌집 모양이 가장 강력한 옵션입니다.

채우기에 대한 광범위한 기사를 보려면 여기를 클릭하십시오.

채움 밀도

패턴 외에도 밀도는 조각의 강도에 영향을 미치는 또 다른 채우기 기능입니다. 채워진 부분이 밀도가 높을수록 조각이 더 강해집니다. 이는 하중을 견디는 재료가 더 많고 더 잘 분산되기 때문입니다.

그러나 항상 100% 밀도가 최선의 선택은 아닙니다. 부품에 대해 원하는 기능에 따라 인쇄 시간, 필라멘트 소모가 증가하고 더 무거운 부품도 얻을 수 있다는 점을 고려해야 합니다.

좋은 충전 밀도란 무엇입니까?

일반적으로 충전 밀도를 75% 이상으로 설정하면 부품 강도가 크게 증가하지 않습니다. 50%의 채우기 비율은 이미 100%와 동일한 강도를 제공하거나 경우에 따라 매우 근접할 수 있습니다.

레이어 높이 줄이기

레이어 높이는 3D 프린트에서 압출 플라스틱의 각 레이어의 높이입니다. 이 매개변수는 최종 결과에서 얻을 세부 수준 또는 해상도와 관련이 있습니다.

다양한 레이어 높이와 노즐 직경이 인쇄 강도에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위한 연구가 수행되었습니다. 그들은 0.4mm, 0.6mm 및 0.8mm 노즐과 다양한 층 높이를 테스트했으며, 층 높이를 높일수록 부품이 약해지며, 실제로 최소에서 최대 층 높이까지 강도 차이가 있다는 결론에 도달했습니다. 약 3.5배.

이 이미지에서 볼 수 있듯이 더 큰 직경의 노즐로 인쇄하기 때문에 노즐 직경은 중요한 역할을 하지만 낮은 레이어 높이에서는 각 레이어가 이전 레이어에 접착할 수 있도록 더 넓은 접촉 표면적을 제공하여 전체적으로 더 강력합니다. 접착력을 높여 더 강력한 3D 프린트를 제공합니다.

선 너비 늘리기

선 너비는 인쇄되는 재료의 선이 얼마나 넓은지를 나타냅니다. 압출 폭이 클수록 노즐 내부의 압력도 높아야 재료가 노즐을 떠난 후 측면으로 압착됩니다.

이 압력은 재료를 측면으로 압착할 뿐만 아니라 레이어를 함께 눌러 레이어 사이의 접착력을 향상시킵니다. 선폭 값은 0.4mm 노즐의 백분율로 나타낼 수 있습니다.

층 접착력과 강도가 150%에서 최대에 도달함을 관찰할 수 있습니다. 이 값 이후에는 매우 거칠고 응력이 가해지는 표면에서 얻어지기 때문에 감소하기 시작합니다.

유량 조정

약한 조각의 원인은 간격, 누락된 레이어 또는 인쇄물에 나타날 수 있는 작은 구멍으로 인해 압출 부족일 수 있습니다. 이 문제는 부적절한 유량과 관련될 수 있습니다. 약간의 개선이 보일 때까지 이 설정을 점진적으로 높이면 문제가 해결될 수 있습니다.

반대 문제에 직면할 수도 있습니다. 과도한 압출을 의미합니다. 이 경우 해결 방법은 약간의 개선이 나타날 때까지 흐름을 점진적으로 줄이는 것입니다. 층 박리는 조각에서 강도를 잃는 또 다른 방법입니다. 이전과 동일하게 유량을 늘리는 것이 해결책이 될 수 있습니다.

인쇄 속도 줄이기

주어진 속도를 처리하는 기계의 능력에 따라 제품의 품질이 다소 영향을 받습니다.

압출기의 빠른 움직임은 상당한 양의 진동을 발생시키고 그 결과 인쇄 품질이 떨어집니다. 따라서 경우에 따라 인쇄 속도를 줄이는 것이 좋은 해결책이 될 수 있습니다.

인쇄 온도 증가

온도가 높을수록 레이어 간의 접착력이 향상됩니다.

동시에 매우 낮은 온도는 압출 부족을 유발할 수 있으므로 더 높은 온도에서 인쇄된 조각은 더 많은 양의 재료를 포함하기 위해 더 무거워지는 경향이 있습니다. 더 많은 재료는 일반적으로 더 많은 힘을 의미합니다.

그럼에도 불구하고 강도를 향상시키기 위해서는 극도로 높은 온도가 가장 좋다는 점을 주의 깊게 생각해야 합니다. 공극과 기포가 있는 경우에도 상당히 촘촘한 부품을 얻을 수 있으며 재료의 열화를 일으켜 부품을 약하게 만들 수 있습니다.

냉각 팬 끄기

냉각 팬의 역할은 재료가 나오면 빨리 굳어 인쇄하는 동안 조각이 변형되지 않도록 냉각시키는 것입니다. 단, 너무 많이 식히면 층간 접착에 문제가 생겨 분리될 수 있으니 주의하세요.

다른 한편으로는 브리징 불량이나 과열로 인해 최종 조각이 변형되는 것과 같은 잠재적인 문제가 있습니다.

강력한 인쇄를 위한 이상적인 슬라이서 설정

다음은 PLA 필라멘트에 대한 이상적인 설정이 포함된 표입니다.

매개변수	설정
인쇄 온도	200–210ºC
침대 온도	50 – 65ºC
레이어 높이	0.12mm(낮을수록 좋음)
철회	6mm
채우기	50% 이상
속도	30 – 50mm/s
초기 레이어 속도	20mm/s
초기 레이어 높이	0.2mm
초기 팬 속도	0%
팬 속도	더 강한 인쇄를 위한 0%
오버행 각도 지원	45°

다른 일반적인 재료의 경우 이상적인 인쇄 온도는 다음과 같습니다.

• ABS:230 – 240ºC
• PETG:220 – 230ºC
• TPU:220~240ºC

이상적인 침대 온도:

• ABS:90 – 110ºC
• PETG:70 – 85ºC
• TPU:50 – 65ºC

강력한 필라멘트 사용

우리가 사용하는 재료는 강도와 내구성 측면에서 직접적인 영향을 미칩니다. 강도 면에서는 가장 강한 필라멘트 유형으로 평가되는 폴리카보네이트가 승자가 될 것으로 보인다. 올바른 온도에서 올바르게 인쇄하면 폴리카보네이트는 매우 강력하고 오래 지속되는 부품을 생산할 수 있습니다.

그런 다음 폴리 카보네이트와 비교할 수있는 나일론이 있습니다. 이 소재는 충격, 피로, 내열성이 있으며 폴리카보네이트보다 인쇄가 용이한 장점이 있습니다.

PLA 및 PETG는 예를 들어 폴리카보네이트보다 인쇄하기 쉬운 장점이 있는 다른 일반적인 재료입니다. PLA는 종종 초보자를 위한 시작 재료로 권장됩니다. PLA는 더 단단하고 PETG는 더 유연하여 더 많이 구부러지기 때문에 깨지기 어렵습니다.

이러한 특성으로 인해 PETG는 충격을 더 잘 흡수하기 때문에 PLA보다 내충격성이 더 뛰어납니다. 반면 PLA는 인장강도가 더 강합니다.

다음 표는 다양한 방향(줄/미터)에서 다양한 재료에 대한 충격 강도를 보여줍니다.

	플랫	가로	세로
폴리카보네이트	354	515	42
나일론	325	249	60
PETG	239	178	35
PLA	153	113	77
ABS	129	149	55

PLA와 PETG의 자세한 비교는 여기를 확인하세요.

어떤 필라멘트가 실외에 저항합니까?

UV 광선, 온도 및 내수성과 같이 옥외에 저항하는 재료에 대한 몇 가지 바람직한 기능이 있습니다.

하지만, 옥외용으로 가장 추천할 만한 재료는 무엇입니까?

PETG는 내자외선성과 내수성이 있어 야외에서 사용하기 좋습니다.

ASA는 자외선에 강하고 모든 기상 조건을 견딜 수 있습니다. 유리전이온도가 높아 고온내성과 내충격성, 내화학성이 우수합니다.

반면에 나일론, PLA, HIPS는 내자외선성이 부족하여 옥외용으로 추천하지 않습니다. 시간이 지나면 색이 바래고 부서지기 쉽습니다.

여기에서 이 주제에 대한 광범위한 정보를 찾을 수 있습니다.

어떤 필라멘트가 열에 가장 잘 견디나요?

온도 저항은 인쇄물이 녹거나 갈라지기 전에 견딜 수 있는 가장 높은 온도입니다.

폴리카보네이트는 강도와 내구성이 뛰어나고 내열성이 높은 것으로 알려져 있습니다. 폴리카보네이트의 유리 전이 온도는 150°C이며 인쇄물은 최대 약 140°C의 열을 견딜 수 있습니다.

또 다른 인기 있는 필라멘트는 열과 손상 저항이 높은 ABS입니다. 유리 전이 온도는 105°C이며 완성된 인쇄물은 100°C에 가까운 온도를 견딜 수 있지만 장기간에는 견딜 수 없습니다.

PETG 필라멘트는 내열성과 관련하여 우수한 특성을 가지고 있으며 인쇄도 매우 쉽습니다. PETG는 최대 75°C의 온도를 견딜 수 있습니다.

필라멘트의 내열성에 대한 자세한 정보는 여기를 참조하십시오.

인쇄물 어닐링

어닐링은 부품의 강도와 내구성을 높이는 데 도움이 됩니다. 이 과정은 플라스틱에서 큰 결정 구조의 수를 증가시킵니다. 이것은 부하와 열 에너지를 더 고르게 재분배하는 데 도움이 됩니다.

이 공정은 부품을 매우 특정한 온도, 즉 유리 전이 온도보다 높지만 용융 온도보다 낮은 온도에 약 30~45분 동안 노출시키는 것으로 구성됩니다.

자세한 내용은 이 문서를 확인하십시오.

결론

지금까지 살펴본 바와 같이 고품질의 강력한 부품을 얻으려면 해야 할 일이 많습니다.

일반적으로 이들 중 일부에 전적으로 의존해야 합니다.

설계 단계에서 부품의 응력 분석을 수행하고 적절한 슬라이서 설정을 수행하고 작업에 가장 적합한 재료를 선택하여 고강도 및 내구성 있는 부품을 얻을 수 있습니다.