산업용 3D 프린팅을 사용한 적층 제조:후처리 성공 전략

추가 제조(AM) 부품은 프린트 베드에서 나오거나 빌드 챔버를 떠날 때 거의 완성되지 않습니다. 다음은 기능적, 미적 및 정확성을 높이기 위한 5가지 전략입니다.

산업용 3D 프린터 제조업체의 최선의 노력에도 불구하고 기계에서 나오는 플라스틱 또는 금속 부품은 일반적으로 완성된 것으로 간주되기 전에 추가 작업이 필요합니다.

완성된 부품 생산의 이 단계는 후가공으로 알려져 있으며 적층 제조 세계에서는 필요악입니다.

여기에는 기계 가공, 열처리, 연삭 및 기타 연마 공정이 포함됩니다. 또한 페인팅 및 도금과 같은 마무리 작업과 더 깊이 있게 논의할 더 난해한 기술을 수반합니다.

레이어, 지지대 및 정확도

3D 인쇄 부품을 후처리하는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다.

우선, 이러한 부품의 대부분은 금속, 플라스틱 또는 복합 재료의 종이처럼 얇은 층으로 제작됩니다. 그리고 페이퍼백 책의 가장자리와 달리 인쇄된 부품의 표면은 분명히 계단 모양의 모양을 하고 있으며, 적용 및 외관 요구 사항에 따라 사용하기 전에 매끄럽게 만들어야 합니다.
 

거친 표면을 제거하면 하중 지지 부품에 대한 중요한 고려 사항인 균열로 이어질 수 있는 응력 상승 요인을 제거하는 데 도움이 됩니다.

대부분의 3D 프린팅 부품은 제작 과정에서 임시 지지대가 필요합니다. 이러한 스캐폴드와 같은 구조는 층과 섹션이 위쪽으로 말리거나 아래쪽으로 처지는 것을 방지하는 데 도움이 되며(AM 프로세스에 따라 다름) 열에 의한 뒤틀림을 최소화합니다. 부품이 완성되면 이러한 지지 구조는 일반적으로 기계적 또는 연마적인 수단으로 제거해야 합니다. 그러나 때때로 따뜻한 목욕을 통해 제거할 수 있습니다.

마지막으로 중요한 것은 부품 정확도입니다. 엄청난 설계 자유도와 강력하면서도 가벼운 부품에 대한 가능성에도 불구하고 3D 프린팅은 적어도 기존 제조 표준에 따르면 아직 정확하지 않습니다. 평탄도, 진원도 및 나머지 모든 것뿐만 아니라 이미 언급된 표면 거칠기가 있습니다. 결과적으로 구멍을 뚫거나 구멍을 뚫어야 하고, 저널이 사실로 바뀌고, 장착 표면이 평평하게 밀링되어야 합니다. 이것이 많은 3D 프린팅 부품(특히 금속 부품)이 프린팅 후 기계 공장으로 가는 이유입니다.

3D 프린팅 후처리 성공을 위한 전략

다행히도 많은 장비 회사와 3D 프린터 제조업체가 이러한 AM의 단점을 해결하기 위한 조치를 취하고 있습니다.

이 작업은 생산량이 증가하고 첨가제가 주류 공정으로 발전함에 따라 더욱 중요해질 것입니다. 2차 공정은 사라지지 않을 것이지만(절삭 제조업체도 알고 있는 사실) 이러한 회사는 적어도 생계를 위해 부품을 인쇄하는 사람들의 삶을 더 쉽게 만들 것입니다.

Bernie Kerschbaum은 미시간 주 배틀 크릭에 본사를 둔 Rosler Metal Finishing USA라는 회사의 CEO입니다. Kerschbaum은 3D 인쇄 부품의 후처리와 관련하여 제품 설계자와 제조업체 모두 숙제를 해야 하며 가급적이면 인쇄가 시작되기 훨씬 전에 해야 한다고 제안합니다.

Kerschbaum은 "아무도 만능 마감 기술을 제공하지 않으며 많은 경우 단일 프로세스가 아닙니다."라고 말합니다.

그는 몇 년 전에 대형 소비재 고객을 도왔던 샴푸 병의 3D 인쇄 프로토타입의 예를 제공합니다. 이 프로토타입은 플라스틱 사출 성형 생산 제품과 동일한 모양과 느낌을 얻기 위해 광범위한 진동 마감이 필요했습니다. 거친 표면을 평평하게 하기 위해 습식 또는 건식 블라스팅이 필요한 부품도 있고 원하는 부드러움에 도달하기 위해 여러 번 마무리 작업을 해야 하는 부품도 있습니다. 염료나 페인트로 착색하는 것도 매우 일반적이며 연마, 표면 연삭 및 보호 코팅의 적용도 마찬가지입니다.

Kerschbaum은 이러한 작업 및 기타 후처리 작업을 수행하기 전에 필요한 다양한 단계를 계속 나열합니다.

여기에는 바인더 젯 및 파우더 베드 프린터의 경우 "케이크"에서 공작물 포장 풀기가 포함됩니다. 구성 요소 표면에서 지지 구조 및 느슨하거나 소결된 분말을 제거하고 내부 통로를 매끄럽게 하고 청소합니다. 수량이 보장되는 경우 이러한 각 작업은 회사의 다양한 AM Solutions 브랜드 생산 시스템 중 하나를 사용하여 자동화된 방식으로 수행하거나 지루한 샌딩, 매끄럽게 하기 및 손으로 연마하는 구식 방식으로 수행할 수 있습니다.

Kerschbaum은 "대부분의 경우 상당히 거친 표면 마감으로 시작하지만 고객의 요구에 따라 10대 초반의 Ra까지 또는 한 자릿수까지 큰 어려움 없이 이를 낮출 수 있습니다."라고 말합니다. "샷 블라스팅 및 대량 마감은 적층 제조 부품에 대해 매우 효과적이고 경제적인 공정임이 입증되었습니다."

폴리머 부품의 후처리를 위해 텍사스 주 Cedar Park의 AMT(Additive Manufacturing Technologies) Inc. 부사장 Luis Folgar는 회사의 자동화된 PostPro 3D 및 PostPro SF50 시스템 중 하나를 대안으로 제시합니다.

둘 다 "사용하기 안전하고, 비교적 저렴하며, 무엇보다 지속 가능한" 독점적인 화학 증기를 사용하여 분말 베드, 다중 제트 융합 및 압출 기반 기술로 인쇄된 부품의 표면을 매끄럽게 합니다.

후보 폴리머에는 나일론, ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), PC(폴리카보네이트), 폴리프로필렌, TPU(열가소성 폴리우레탄) 및 TPE(열가소성 엘라스토머), Ultem 및 유리 또는 탄소 충전 재료, "with PEEK(폴리에테르 에테르 케톤) 및 PAEK 포함" (폴리아릴에테르케톤)이 곧 온라인으로 제공될 예정입니다.”라고 Folgar는 말합니다.

1μm Ra(40μin Ra)까지 부품 표면 마감이 가능하며, 0.4% 이하의 치수 열화, 감소된 표면 다공성 및 균열, 완성 부품의 향상된 색상 특성과 함께 가능합니다. Rosler 및 기타 제공업체와 마찬가지로 AMT는 자동화된 분말 제거 및 샷 블라스팅 시스템도 제공합니다.

Felipe Castañeda는 Stratasys의 자회사인 뉴욕 브루클린에 있는 MakerBot의 산업 디자이너이자 크리에이티브 디렉터입니다. 그는 FFF(융합 필라멘트 제조)로 만든 부품의 경우 인쇄 후 지지 구조를 제거하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 용해 가능한 재료를 사용하는 것이라고 말합니다.

첫 번째는 PVA(폴리비닐 알코올)로, 부드러운 생분해성 폴리머로 따뜻한 수돗물에 노출되면 녹아 없어집니다. 완성된 부품을 넣고 몇 분 동안 휘젓기만 하면 지지대가 없는 부품이 나옵니다. 이는 PLA(폴리락트산) 및 PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜)와 같은 더 부드러운 재료에 잘 작동하지만 ABS와 같은 '더 복잡한 폴리머'의 경우 MakerBot은 Stratasys의 SR-30 사용을 지원합니다.

PVA와 마찬가지로 물에 용해되지만 소량의 NaOH(가성 소다 또는 가성소다)와 약간 더 높은 온도가 필요합니다. 이들 각각은 인쇄 공정 중에 적용되며, 증착 헤드는 필요에 따라 공작물과 지지 재료 사이를 자동으로 전환합니다.

이들 및 기타 용해성 재료의 장점은 복잡한 부품, 특히 기계적 수단을 통해 제거하기 매우 어려운 내부 형상을 위한 지지 구조를 생성할 수 있다는 것입니다.

또 다른 옵션은 소위 분리 지지대를 인쇄하는 것입니다. 여기에서 지지대의 가장 큰 부분은 공작물과 동일한 재료로 인쇄되며 PVA 또는 SR-30은 부품과 지지대가 결합되는 곳에만 적용됩니다. 제거 프로세스는 동일하지만 프린트 헤드가 재료를 자주 전환할 필요가 없기 때문에 빌드 프로세스가 빨라집니다.

Castañeda는 "또한 용해에 필요한 시간을 단축하므로 많은 부품에 대해 두 가지 장점을 모두 갖춘 접근 방식을 제공합니다."라고 말합니다.

서두에서 언급했듯이 가공, 연삭 및 금속 부품의 경우 열처리를 고려하여 내부 부품 응력을 완화하고 원하는 경우 공작물을 경화시키는 데 사용됩니다.

대부분의 3D 프린팅 공정에 사용되는 금속은 단조 또는 주조된 금속과 거의 동일하기 때문에 여기에는 마법이 필요하지 않습니다. 제작판에서 부품을 EDM으로 톱질하거나 배선하고, 고정하고 절단하기만 하면 됩니다.

적층 제조로 만든 부품 후처리에 어떤 기술을 사용하고 있습니까? 아래 댓글에서 생각과 통찰력을 공유하세요.