제조를 위한 FDM(Fused Deposition Modeling) 설계 가이드

이 그림 체크리스트는 팀이 FDM(Fused Deposition Modeling)을 사용한 DFM(제조 가능성을 위한 설계)의 기본 사항을 이해하는 데 도움이 됩니다.

소개

FDM이란 무엇입니까?

FDM(Fused Deposition Modeling)은 적층 제조의 가장 일반적인 형태 중 하나이며 대부분의 사람들이 "3D 인쇄"라고 하면 생각하는 것입니다.

제조 가이드를 위한 융합 증착 모델링 설계 FDM은 어떻게 작동합니까? 이 과정에서 FDM 기계는 가열된 열가소성 필라멘트를 노즐을 통해 압출하여 구성 요소를 한 번에 하나의 수평 층으로 만듭니다. 이 프로세스의 중요한 이점 중 하나는 기존 기술과 비교하여 기계가 부품을 얼마나 빨리 생산할 수 있는지입니다. 처리 기간이 24시간 정도로 짧을 수 있다는 점을 감안할 때 FDM은 저렴하고 신속한 프로토타입과 일부 기능 부품을 만드는 데 유용한 프로세스입니다.

FDM 인쇄의 편리함과 FDM 재료의 접근성은 이 기술을 사용하여 장난감에서 식품, 전자 인클로저에 이르기까지 모든 것을 만들 수 있는 전문 사용자와 취미 사용자 모두에게 인기를 얻었습니다. FDM을 위한 공정 혁신은 여전히 ​​진행 중이며, 현재 비평면 인쇄, 복합 인쇄 및 다중 재료 인쇄를 포함한 새로운 기능이 추가되었습니다.

제조 가능성을 고려한 설계는 제조 기술에 관계없이 모든 설계자와 제품 팀에게 중요합니다. 부품 설계는 프로토타입 또는 최종 부품에서 기대하는 원하는 기능 및 재료 요구 사항을 충족해야 할 뿐만 아니라 제조 프로세스 자체도 고려해야 합니다.

이 가이드에는 FDM 인쇄 부품의 품질과 생산 효율성을 보장하기 위한 5가지 팁이 포함되어 있습니다. 제조를 위해 제출하기 전에 이 목록에 대해 설계를 다시 확인하면 부품을 개선하고 시간과 자원을 절약하며 생산 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

1. 디자인이 등방성 동작을 설명합니까?

FDM 프린터가 열가소성 재료 라인을 한 번에 한 층씩 압출하는 방식으로 인해 프로세스는 본질적으로 이방성입니다. 이는 층간 결합강도가 면내강도와 다르기 때문이다. FDM으로 인쇄된 부품은 프린트 헤드의 경로(X-Y 또는 슬라이스 평면 내)와 평행한 가장 높은 인장 강도를 제공합니다. 레이어 간의 결합 강도는 Z 방향의 인장 강도에 영향을 미치며 일반적으로 X-Y 평면 내 인장 강도보다 작습니다.

FDM은 중요한 기계적 구성 요소를 생산하는 데 권장되지 않습니다. 열가소성 수지가 장기간 높은 응력을 받는 경우 재료 변형에 취약하기 때문입니다. 이를 고려하거나 완화하기 위해 부품의 빌드 방향 및 형상을 수정할 수 있습니다. 마찬가지로, 모따기되고 둥근 모서리를 부품 및 도구에 통합하면 수명이 향상되고 응력 집중이 감소합니다.

2. 내성 기대치가 합리적입니까?

제품 팀은 FDM 프로세스가 극도로 엄격한 허용 오차를 달성할 수 없음을 알아야 합니다.

대부분의 산업용 FDM 기계는 ± 0.15%(하한 ± 0.2mm)의 치수 정확도를 제공할 수 있으며 데스크탑 프린터는 ± 0.5%(하한 ± 0.5mm)의 공차를 달성할 수 있습니다. 그러나 FDM은 많은 양의 열을 포함하기 때문에 형상과 같은 다른 요소가 냉각될 때 인쇄된 조각의 정확도에 영향을 미칩니다. 부품에 FDM 프린터가 직접 달성할 수 있는 것보다 더 높은 정확도로 중요한 표면이나 높은 공차 구멍이 필요한 경우 후처리 작업을 고려하거나 부싱 및 나사산 인서트와 같은 구성 요소를 추가하는 것을 고려하십시오. 종종 FDM 허용 오차 문제는 추가 후처리를 통해 줄일 수 있습니다.

텍스트 크기와 관련하여 평면 내 텍스트의 최소 권장 크기는 6mm 볼드체이지만 실제 값은 프린터에 따라 다릅니다. 수직 벽의 텍스트는 굵게 3.5mm만큼 작을 수 있습니다.

부품에 얇은 틈이 있는 경우 지지 재료를 쉽게 제거할 수 있도록 최소 너비를 5mm로 유지해야 합니다. 간격이 X-Y 평면에 수직이 되도록 부품 빌드의 방향을 지정하면 우수한 표면 조도를 유지하는 데 도움이 됩니다.

3. 벽 두께, 구멍 크기 및 돌출부를 고려했습니까?

부품에 대한 최적의 벽 두께는 필라멘트의 크기에 따라 결정됩니다. 일반적으로 필라멘트 두께의 2배나 더 얇은 피처는 잘 인쇄되지 않습니다. 벽의 경우 필라멘트 두께의 4배가 적당합니다.

폐쇄형 인플레인 프로파일은 폐쇄형 루프가 빠르고 원활한 인쇄를 가능하게 하므로 FDM으로 매우 잘 인쇄되는 경향이 있습니다. 불연속적인 측면과 날카로운 특징이 있는 복잡한 부품보다는 꽃병, 컵 및 튜브가 이에 해당합니다. 좋은 부품을 얻기 위해 반드시 필요한 것은 아니지만 이를 염두에 두고 설계하면 성공적인 FDM 인쇄를 보장할 수 있습니다.

FDM 인쇄를 통해 생성된 구멍의 직경은 1mm 이상이어야 피처가 잘 해결됩니다. 간격과 마찬가지로 구멍의 방향을 X-Y 평면에 수직으로 배치하면 피쳐 품질이 향상될 수 있습니다. 후처리 중에 구멍을 뚫거나 구멍을 뚫는 것도 정확도를 보장하는 또 다른 방법입니다.

FDM은 부품을 레이어별로 제작하기 때문에 부품의 돌출부가 충분히 크면 새 재료를 제작판에서 지지할 만큼 지지대가 충분하지 않습니다. 이 재료는 희생 지원 형상으로 인쇄 소프트웨어에서 지원되거나 돌출부를 제거하도록 부품을 수정해야 합니다.

4. 디자인이 뒤틀릴 가능성이 있습니까?

조각의 다른 섹션이 다른 속도로 응고 및 수축하여 불균일한 방식으로 재료를 당기는 내부 응력을 생성할 때 냉각 과정에서 뒤틀림이 발생합니다. 휨이 모든 FDM 인쇄 부품에 문제가 되는 것은 아니지만 수직 벽, 얇은 섹션 또는 높은 종횡비를 가진 피처와 같은 특정 설계 기능은 냉각 과정에서 부품이 휨이 발생할 가능성을 높일 수 있습니다.

뒤틀림을 방지할 수 있는 방법:

• 수직 벽에 리브 추가
• 날카로운 모서리에 필렛 추가
• 얇거나 돌출된 부분의 가장자리에 추가 지지대 추가
• 높은 종횡비(길이 대 너비/두께 비율)가 있는 부품 피하기

5. 기본 문제 해결을 위해 부품을 분할하는 것을 고려해 보셨습니까?

단면화는 단순히 부품의 CAD 파일을 개별적으로 인쇄된 작은 구성요소로 나누는 것을 의미합니다. 절단을 통해 프린터의 빌드 볼륨에 비해 너무 큰 부품을 만들고 조립하거나 지지 구조의 필요성을 줄일 수 있습니다. 깨지기 쉬운 형상을 별도로 인쇄하면 더 적합한 빌드 방향을 사용할 수 있으므로 더 강력하고 우수한 부품을 생산할 수 있습니다. 부품을 절단할 때마다 부품을 여러 조각으로 절단할 때마다 약간의 전문 지식과 주의가 필요합니다.

DFM 전문가 시작하기

FDM은 열가소성 프로토타입 및 부품을 생산하기 위한 매우 효율적이고 저렴한 방법이 될 수 있습니다. 짧은 리드 타임, 인쇄 기술의 가용성, 폭넓은 재료 호환성 사이에서 애호가와 전문가 모두가 FDM의 이점을 활용하려고 하는 것은 당연합니다.

Fast Radius와 같은 경험 많은 제조업체와 파트너 관계를 맺으면 이러한 각 고려 사항 및 기타 사항이 고려될 것임을 확신할 수 있습니다. 우리의 엔지니어와 제품 관리자 팀은 최첨단 디지털 설계 기술과 수십 년의 경험을 활용하여 우리가 생산하는 모든 부품이 작업에 가장 적합한 부품임을 보장합니다. 뿐만 아니라 우리 팀은 설계에서 이행에 이르기까지 각 단계에서 고객과 긴밀하게 협력하여 각 부품이 최종 사용 및 제조 가능성에 최적화되도록 합니다.

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