적층 제조를 위한 3D 프린팅 - 알아야 할 사항

적층 제조라는 용어가 무엇인지에 대해 많은 혼란이 있습니다. 및 3D 프린팅 의미합니다.

그리고 그것은 거의 놀라운 일이 아닙니다. 결국 두 용어는 매우 유사한 프로세스와 관련이 있습니다.

적층 제조와 3D 프린팅은 둘 다 재료의 얇은 층을 점진적으로 쌓아 물체를 만드는 과정을 설명합니다.

이 기사에서는 적층 제조와 3D 프린팅이 정확히 무엇인지, 서로 어떤 관계가 있으며 어떤 용도로 사용되는지에 대해 설명합니다.

3D 프린팅에서 적층 가공이란 무엇입니까?

전통적인 제조 방식에서 부품은 종종 더 큰 재료 블록으로 가공됩니다. 즉, 부품을 형성하기 위해 시작 블록에서 재료를 뺍니다. 당연히 이것은 많은 낭비를 초래합니다. 기계공이 금속이나 나무로 된 단단한 블록을 완성된 부품으로 만드는 비디오를 본 적이 있다면 엄청난 양의 낭비되는 재료에 충격을 받았을 것입니다.

대조적으로, 적층 제조에서는 완성된 부품을 형성하기 위해 재료 층을 쌓아 부품을 만듭니다. 어떻게 작동합니까? 유형에 따라 다릅니다. 사용된 적층 제조의 비율입니다.

미국 재료 시험 협회(ASTM)에 따르면 적층 제조에는 7가지 범주가 있습니다.

1. VAT 광중합 — 물체는 자외선을 사용하여 경화되는 액체 포토폴리머 수지 층으로 구성됩니다.
2. 파우더 베드 퓨전 — 물체는 재료 분말의 층으로 구성되고 열 또는 강력한 레이저를 사용하여 용융(또는 '융합')됩니다. 일반적인 기술로는 선택적 레이저 소결(SLS)이 있습니다.
3. 재료 분사 — 물체의 각 층은 액체 재료의 방울을 빌드 표면에 증착하여 빠르게 응고되는 프린트 헤드를 사용하여 구성됩니다. 완료되면 각 레이어는 자외선을 사용하여 경화됩니다.
4. 시트 라미네이션 - 물체는 초음파 용접을 사용하여 함께 묶인 금속 시트 또는 리본으로 구성됩니다. 잉여 재료는 일반적으로 CNC 가공과 같은 전통적인 제조 기술을 사용하여 제거해야 하므로 시트 라미네이션은 완전한 적층 기술이 아닙니다.
5. 재료 압출 — 재료가 노즐을 통해 당겨지고 가열되고 빌드 플랫폼의 레이어에 증착됩니다. 이 경우 각 층이 녹은 상태로 증착되기 때문에 별도의 경화 공정이 필요하지 않습니다.
6. 방향성 에너지 증착 — DED는 기존 구성 요소에 재료를 추가하거나 수리하는 데 사용되는 다양한 복합 적층 제조 기술을 포함합니다. 대부분의 구현에서 용융된 재료는 노즐을 통해 대상 표면에 증착되고 여기서 응고됩니다. 이 프로세스는 다른 모양의 대상 표면을 설명하기 위해 노즐이 여러 방향으로 이동할 수 있어야 한다는 점을 제외하고 원칙적으로 재료 압출과 유사합니다.
7. 바인더 분사 — 3D 인쇄라고도 함 .

이 문서는 특히 적층 제조를 위한 3D 프린팅에 초점을 맞추고 있으므로 이 문서에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

적층 제조(3D 프린팅) 공정이란 무엇입니까?

3D 프린팅은 두 가지 재료를 사용합니다.

1. 분말 기반 재료, 일반적으로 플라스틱, 금속 또는 세라믹, 그리고
2. 분말 층 사이의 접착제 역할을 하는 바인더. 대부분의 바인더는 액체 형태로 제공됩니다.

3D 프린팅이라는 용어는 바인더 젯팅과 2D 프린팅의 시각적 유사성에서 비롯됩니다. 표준 잉크젯 프린터 내에서 프린트 헤드는 X 및 Y축을 따라 수평으로 이동하여 종이에 잉크 방울을 떨어뜨립니다.

유사하게, 3D 프린팅을 사용하여 물체를 만들기 위해 프린트 헤드는 기계의 X 및 Y 축을 따라 수평으로 이동하고 빌드 재료와 바인딩 재료의 교대 레이어를 증착합니다. 각 레이어가 완료되면 다음 레이어를 인쇄할 수 있도록 개체를 고정하는 빌드 플랫폼이 부분적으로 낮아집니다.

인쇄되는 개체의 크기에 따라 완료하는 데 수백, 수천 또는 수만 개의 레이어가 필요할 수 있습니다. 이 과정이 어떤 모습인지 이해하려면 3D로 인쇄된 에펠탑 모델의 타임랩스 동영상을 보세요.

적층 제조 및 3D 프린팅 소프트웨어의 중요성

3D 프린팅을 포함한 모든 적층 제조 기술은 CAD(Computer-Aided Design)와 같은 디지털 설계 기술에 의존합니다. 사실 전체 목적은 3D 프린팅의 핵심은 디지털 디자인을 실제 사물로 바꾸는 것입니다.

과거에 엔지니어들은 CAD 소프트웨어와 엄격한 시뮬레이션 모델링 기술을 결합하여 실제 세계에서 강력하고 효과적인 객체를 설계했습니다. 하지만 문제가 있었습니다. CNC 가공 및 사출 성형과 같은 기존 제조 기술에는 특정 제한이 있어 생산 그렇지 않으면 '완벽한' 개체는 불가능합니다.

여기에서 CAD와 3D 프린팅의 조화로운 관계가 나타납니다. 3D 프린팅의 가장 중요한 장점 중 하나는 디지털 디자인을 없이 현실 세계에서 생성할 수 있다는 것입니다. 전통적인 제조 기술의 제약.

CAD 및 3D 프린팅을 통해 제조는 설계에 의해 주도 가능 , 그러나 역사적으로 설계 프로세스는 기존 제조 기술을 사용하여 가능한 것에 의해 주도되어야 했습니다. 이를 통해 엔지니어는 이전보다 훨씬 더 자유롭게 설계할 수 있으며 여러 산업 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있습니다.

대부분의 상용 CAD 소프트웨어는 적층 제조용 모듈을 도입했지만, Spatial의 3D SDK를 사용하면 적층 제조용 맞춤형 CAD 애플리케이션을 구축하는 것이 매우 쉽습니다. 자세한 내용은 www.spatial.com을 확인하십시오.

적층 제조와 3D 프린팅의 차이점에 대해 알아보기

1. 적층 가공의 7가지 주요 유형
2. 6개의 3D 프린팅 의료 혁신
3. 적층 제조 공정에서 CAD를 최대한 활용하는 방법

전통적인 제조 기술에 비해 3D 프린팅 적층 제조의 이점

물론 3D 프린팅이 전통적인 제조 기술에 비해 가지는 장점은 디자인의 자유로움만이 아닙니다. 다른 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 적층 제조 및 3D 프린팅 재료를 사용하여 복잡하지만 가벼운 구조를 생산합니다.

우리는 이미 3D 프린팅을 통해 기존 기술로는 만들 수 없는 물체를 만들 수 있다는 점에 주목했습니다. 그러나 레이어별로 제작되기 때문에 매우 복잡한 부품을 단일 부품으로 제작할 수 있다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 동시에 사용 가능한 재료의 범위 때문에 복잡한 3D 프린팅 부품도 무게는 낮고 인장 강도는 높을 수 있습니다.

• 일회성 빌드의 경우 더 저렴합니다.

3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 금형이나 특수 조립 장비가 필요하지 않다는 것입니다. 결과적으로 소량의 일회용 개체를 훨씬 저렴한 비용으로 쉽게 생산할 수 있습니다.

• 낭비 감소

이미 언급했듯이 3D 프린팅은 첨가제입니다. 많은 전통적인 기술이 재료 추출을 포함하는 반면 . 이 사실만으로도 3D 프린팅이 다른 일반적인 제조 기술보다 낭비가 훨씬 적다는 것을 의미합니다.

• 출시 시간 단축

간단히 말해서 제조업체가 3D 프린팅만큼 빠르게 물체를 설계하고 제작할 수 있는 기술은 없습니다. 이는 프로토타입을 구축하고 테스트할 때 특히 중요합니다. 이러한 이유로 3D 프린팅이 가장 일반적인 응용 분야 중 하나인 쾌속 프로토타이핑과 동의어가 되었습니다.

신속한 프로토타입 제작에 사용되는 적층 제조용 3D 프린팅

Rapid prototyping은 간단히 말해서 물리적 개체, 부품 또는 모델을 빠르게 생산하는 것입니다.

CNC 머시닝과 같은 전통적인 제조 기술에서 3D 용접과 같은 보다 현대적인 기술에 이르기까지 모든 제조 기술을 신속한 프로토타이핑에 활용할 수 있습니다. 그러나 분명한 이유로 3D 프린팅과 같은 적층 기술이 가장 일반적으로 사용됩니다.

이름에서 알 수 있듯이 Rapid prototyping은 주로 일련의 프로토타입을 만드는 데 사용되며, 최상의 디자인을 찾을 때까지 신속하게 테스트하고 폐기할 수 있습니다. 설계 및 제조에 대한 이러한 반복적 접근 방식은 항상 인기가 있었으며 적층 제조 공정의 발전으로 더욱 효과적이 되었습니다.

신속한 프로토타이핑은 3D 프린팅과 결합될 때 제조업체에 세 가지 뚜렷한 이점이 있습니다.

• 비용 효율성이 매우 높습니다. 대부분의 프로세스가 자동화되어 프로세스를 완료하는 데 필요한 직원이 거의 없습니다. 마찬가지로 재료와 제조 공정은 다른 제조 기술을 사용하는 경우보다 설정 비용이 저렴합니다.

• 속도. 신속한 프로토타이핑은 제조업체가 각 반복에서 학습하고 최종 제품에 점점 더 가까워지면서 그 어느 때보다 빠르게 설계를 생산 및 폐기할 수 있도록 도와줍니다. 이는 곧 출시 시간(TTM)을 단축하여 상당한 경쟁 우위를 차지하는 경우가 많습니다.

• 위험 감소 제조상의 실수는 매우 비용이 많이 들 수 있습니다. 추가 프로토타입을 생산하는 데 필요한 낮은 비용과 시간 투자로 인해 신속한 프로토타이핑은 대량 생산 단계에서 비용이 많이 드는 오류의 위험을 크게 줄입니다.

3D 프린팅은 무엇에 사용됩니까?

이 시점에서 제조를 제외하고 3D 인쇄에 대한 대부분의 과대 광고와 미디어 관심은 소비자 응용 프로그램을 둘러싸고 있습니다. 1,000달러 미만의 노트북만 있으면 누구나 상상할 수 있는 거의 모든 물건을 디자인하고 제작할 수 있다는 점은 부인할 수 없는 '깔끔'합니다.

그러나 3D 프린팅의 진정한 가치는 상업적 응용에 있습니다. 3D 프린팅을 활용하는 주요 산업은 다음과 같습니다.

항공 및 항공우주 — 3D 프린팅은 항공 산업에 분명한 이점이 있습니다. 가장 주목할만한 점은 항공 회사가 강력하고 가벼운 재료를 사용하면서 프로토타입을 빠르고 저렴한 비용으로 제작할 수 있다는 점입니다. 현재 3D 프린팅은 등받이 테이블과 머리 받침대와 같은 내부 장식 품목부터 엔진 부품 및 무장에 이르기까지 모든 것을 제조하는 데 사용되고 있습니다.

점점 더 큰 3D 프린터가 개발됨에 따라 가까운 장래에 3D 프린팅을 사용하여 더 많은 구성 요소가 만들어질 것으로 예상할 수 있습니다. 아마도 전체 항공기 엔진일 수도 있습니다.

의료 — 과거에는 임플란트 및 보철물의 가용성이 환자 치료에 상당한 비용이 드는 장애물이었습니다. 그러나 현재 몇 년 동안 3D 프린팅은 다양한 외과용 절단 가이드, 보철물 및 환자별 임플란트 개발에 사용되었습니다.

재료가 발전함에 따라 업계에서는 3D 프린팅을 사용하여 점점 더 가볍고 강하며 안전한 제품을 제작하는 동시에 처리 시간과 비용을 줄일 수 있게 되었습니다.

자동차 — 수십 년 동안 자동차 산업은 3D 프린팅 및 기타 적층 제조 기술을 사용하여 프로토타입을 생산해 왔습니다. 사용 가능한 재료가 실제 사용하기에 충분히 견고하지 않았기 때문에 처음에는 이것이 자동차 산업에서 3D 프린팅에 사용할 수 있는 유일한 용도였습니다.

그러나 재료가 발전함에 따라 3D 프린팅이 업계에서 더 큰 역할을 담당하게 되었습니다. 이제이 기술은 제조 중에 필요한 다양한 금형, 열 성형 도구, 그립, 지그 및 고정 장치를 생산하는 데 일상적으로 사용됩니다. 즉, 3D 프린팅은 다른 제조 기술을 보완하는 데 사용되고 있습니다.

하지만 그게 다가 아닙니다. 3D 프린팅은 또한 특정 차량을 맞춤 제작하는 데 사용되는 차체 및 내부 부품과 같은 맞춤형 부품을 생산하는 데 매우 유용합니다.

건축 — 건축 산업은 고객과 투자자에게 프로젝트가 일단 구축되면 어떤 모습일지 보여주기 위해 스케일 모델에 의존합니다. 이러한 모델은 역사적으로 수작업으로 제작되었으며 완료하는 데 수백 인시가 필요한 경우가 많았습니다. 당연히 3D 프린팅은 모든 것을 바꾸어 놓았습니다.

건축 프로젝트가 이미 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 설계된 이 제품은 3D 프린팅의 자연스러운 후보입니다. 이제 CAD 파일이 완성되면 바로 전송하여 인쇄할 수 있으므로 엄청난 시간을 절약하고 정확한 모델 복제를 보장할 수 있습니다.

3D 프린팅 및 적층 제조의 다음 단계는 무엇입니까?

지금까지 광범위한 상업적 채택은 특히 제조, 항공, 자동차 및 의료와 같이 첨단 기술로 이미 잘 알려진 산업으로 제한되었습니다.

그러나 하드웨어와 재료가 계속 향상됨에 따라 3D 프린팅이 앞으로 몇 년 동안 계속 성장할 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.

3D 인쇄된 집에서 자동차에 이르기까지 우리가 일상적으로 사용하는 거의 모든 것이 이 우주 시대 기술을 사용하여 만들 수 있을 때까지 그리 오래 걸리지 않을 것입니다.