CNC 기계
산업 제조
3D 프린팅은 플라스틱 또는 금속 부품을 한 번에 한 층씩 제작하는 디지털 프로토타이핑 및 생산 기술입니다. 재료를 제거하여 원료를 형성하는 CNC 가공, 레이저 절단, 플라즈마 절단, 워터젯, 스탬핑 등과 같은 감산 제조 공정과 달리 부품을 만들기 위해 재료가 점차 추가되기 때문에 적층 제조라고도 합니다. .
1980년대에 발명되었지만 3D 프린팅은 21세기에 크게 성장했습니다. 플라스틱 3D 프린팅은 중요한 프로토타이핑 방법이 되었고 고품질 금속 적층 제조는 이제 항공 우주 및 의학과 같은 산업에서 보편화되었습니다.
서로 다른 유형의 3D 프린터는 일반적으로 특정 기본 특성을 공유하지만 서로 다른 방식으로 작동합니다. 모든 3D 프린터는 컴퓨터 명령(G 코드 형식)으로 제어되며 원료를 회전시켜 작동합니다. 분말 금속, 액체 수지 또는 열가소성 필라멘트 — 완전한 3D 개체가 만들어질 때까지 한 번에 한 층씩 새로운 모양으로 만들어집니다.
생산 품질의 적층 제조가 성장하고 있지만 3D 프린터는 여전히 프로토타이핑 도구로 주로 사용됩니다. 이는 시작 비용이 매우 낮고 도구가 필요하지 않으며 일회성 항목을 인쇄하는 속도가 매우 빠르기 때문입니다.
이 가이드에서는 주요 3D 프린팅 기술 및 재료, 유사한 공정에 비해 3D 프린팅의 장점, 3D 프린팅의 일반적인 응용을 포함하여 3D 프린팅의 기본 사항을 살펴봅니다.
FFF(융합 필라멘트 제조)라고도 하는 FDM(융합 증착 모델링)은 열가소성 필라멘트를 용융 상태로 가열한 다음 움직이는 프린트 헤드의 노즐을 통해 압출하여 인쇄하는 3D 인쇄 기술입니다.
FDM은 (컴퓨터 지침에 따라) 두 축을 따라 움직이는 프린트 헤드에서 열가소성 재료의 꾸준한 흐름을 압출하여 작동합니다. 압출된 재료는 인쇄 베드에서 2D 모양을 형성하고 냉각되고 궁극적으로 응고됩니다. 그런 다음 프린트 헤드를 점진적으로 올려 다음 2D 레이어로 이동하고 첫 번째 레이어 위에 인쇄되며 이 프로세스는 전체 3D 모양이 인쇄될 때까지 반복됩니다.
FDM은 다양한 재료, 경제성 및 비산업 환경에서의 유용성으로 인해 소비자를 위한 지배적인 3D 프린팅 기술이며 전문 환경에서 프로토타이핑 도구로 널리 사용됩니다.
주요 FDM 3D 프린터 제조업체에는 Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax 및 LulzBot이 있습니다.
SLA(Stereolithography)는 레이저 빔을 사용하여 감광성 액체 수지 통에서 3D 모양을 만드는 통 광중합의 한 형태입니다.
SLA 프로세스는 수지 통에서 정확한 패턴으로 고도로 집중된 레이저 빔을 이동하여 작동합니다. 수지는 감광성이므로 레이저 빔은 수지를 경화 및 고형화할 수 있지만 초점이 맞춰진 정확한 영역에서만 가능합니다. 이를 통해 SLA 3D 프린터는 다음 레이어로 이동하기 위해 빌드 플랫폼을 점진적으로 이동하기 전에 액체 수지에서 단단한 2D 모양을 형성할 수 있습니다. (관련 광중합 기술인 DLP(Digital Light Processing)는 레이저 빔 대신 프로젝터를 사용합니다.)
SLA는 매끄러운 표면을 가진 부서지기 쉬운 플라스틱 부품을 생산하는 정확한 3D 인쇄 프로세스입니다. 프로토타이핑 및 치과 및 보석 생산과 같은 분야에서 사용됩니다.
주요 SLA 3D 프린터 제조업체에는 Formlabs, Creality, XYZprinting 및 DWS Systems가 있습니다.
선택적 레이저 소결(SLS)은 레이저 빔을 사용하여 일반적으로 나일론 또는 폴리아미드와 같은 분말 재료 입자를 소결하는 3D 인쇄 기술입니다.
SLS 과정에서 프린트 베드는 얇은 분말 층으로 덮여 있습니다. 그런 다음 컴퓨터 제어 레이저가 분말에 2D 모양을 그려 입자를 융합하고 고체 모양을 만듭니다. 2D 레이어가 완료되면 인쇄 베드가 증분으로 이동하여 연속 레이어를 인쇄할 수 있습니다. 인쇄된 부품은 항상 소결되지 않은 분말로 둘러싸여 있기 때문에 지지 구조(부품을 함께 유지하기 위해 FDM과 같은 기술에서 사용되는 일종의 인쇄된 스캐폴딩)가 필요하지 않습니다.
SLS는 프로토타이핑과 소량 생산 모두에 사용됩니다. 장점으로는 기하학적 자유도와 한 번의 인쇄 작업으로 여러 개의 조밀하게 포장된 부품을 인쇄할 수 있는 기능이 있습니다.
SLS 3D 프린터 제조업체에는 EOS, 3D Systems 및 Prodways(산업용)와 Sinterit, Sintratec 및 Formlabs(데스크톱)가 있습니다.
거대 인쇄업체 HP에서 개발한 MJF(Multi Jet Fusion)는 폴리머 부품을 만들기 위한 또 다른 분말 베드 퓨전 3D 프린팅 공정입니다.
SLS와 유사하지만 레이저를 사용하여 분말 입자를 소결하는 대신 적외선을 흡수하는 데 도움이 되는 특수 잉크를 분말에 증착합니다. 그런 다음 적외선이 분말로 향하여 입자가 융합됩니다.
MJF는 일반적으로 금속 부품을 만드는 데 사용되는 공정인 SLS와 바인더 분사의 조합으로 간주될 수 있습니다.
바인더 젯팅과 혼동하지 마십시오. 재료 젯팅은 잉크젯 프린트 헤드가 재료를 레이어별로 증착하는 3D 인쇄 프로세스의 고유한 제품군입니다.
재료 분사 공정은 광반응성 재료를 프린트 베드에 선택적으로 분사한 다음 UV 광으로 경화시키는 방식으로 작동합니다. SLA와 비슷하지만 액체 통이 없습니다. 이 프로세스는 부품이 완성될 때까지 레이어별로 반복됩니다. 일부 프린터는 연속 분사를 사용하고 다른 프린터는 주문형 드롭을 사용합니다.
재료 분사 3D 프린터는 일반적으로 액체 열경화성 포토폴리머로 인쇄하며 서로 다른 재료 속성을 나타낼 수 있습니다.
주요 재료 분사 3D 프린터 제조업체에는 3D Systems, Stratasys(PolyJet) 및 Xjet이 있습니다.
선택적 레이저 용융(SLM)은 금속 적층 제조 공정이며 최종 사용 부품 생산을 위한 3D 프린팅의 가장 중요한 형태 중 하나입니다.
분말층 융합의 한 형태인 SLM은 금속 분말층을 향한 레이저를 사용한다는 점에서 SLS와 유사합니다. 그러나 입자는 단순히 소결하는 것이 아니라 완전히 녹을 수 있으며 나일론과 폴리아미드 대신 다양한 금속 분말을 가공하는 공정입니다. 또 다른 차이점은 SLM은 일반적으로 불활성 가스를 포함하는 밀봉된 인쇄 챔버가 필요하다는 것입니다. SLM 기술의 향상으로 인해 기계 가공 및 주조의 진정한 대안이 되었습니다.
SLM은 신속한 금속 프로토타이핑부터 최종 사용 항공우주 부품 및 티타늄 의료 임플란트 생산에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다.
주요 SLM 3D 프린터 제조업체에는 SLM Solutions 및 Renishaw가 있습니다.
직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 금속 부품을 위한 또 다른 형태의 분말 베드 융합 적층 제조입니다.
DMLS는 입자를 소결하기 위해 레이저를 사용한다는 점에서 SLS와 유사합니다. 그러나 나일론보다는 금속에 사용됩니다. DMLS는 또한 여러 면에서 SLM과 유사하지만 레이저가 SLM처럼 원시를 완전히 녹이지는 않습니다. 따라서 DMLS는 일반적으로 금속 합금으로 제한됩니다.
DMLS 3D 프린팅은 1990년대에 프로세스(및 DMLS 이름)를 개발한 EOS가 주도하고 있습니다.
바인더 분사는 금속, 모래 또는 세라믹 분말로 부품을 만들기 위해 바인더를 사용하는 독특한 3D 프린팅 프로세스입니다.
바인더 분사 공정은 프린트 베드를 파우더로 코팅한 다음 파우더에 바인더(접착제 종류)를 선택적으로 분사하여 2D 모양을 만드는 방식입니다. 접착제와 같은 바인더는 예를 들어 함께 소결하는 대신 분말 입자를 함께 결합합니다. 그런 다음 빌드 플랫폼이 이동하여 프린터가 다음 레이어를 바인딩할 수 있도록 합니다.
바인더 제트 부품은 일반적으로 인쇄 후 열처리 또는 침투(다른 재료로)하여 바인더 재료를 제거하고 부품을 강화해야 합니다.
선도적인 바인더 젯팅 3D 프린터 회사에는 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged 및 HP가 있습니다.
FDM 3D 프린팅에 사용되는 대부분의 재료는 다양한 크기의 스풀로 제공되는 열가소성 필라멘트입니다. 열가소성 플라스틱은 가열하면 녹았다가 냉각되면 화학적 조성을 바꾸지 않고 다시 고형화됩니다. 따라서 압출형 3D 프린팅에 적합합니다.
일반적인 만능 FDM 열가소성 필라멘트는 폴리락트산(PLA)으로 융점이 낮고 친환경적입니다. 융점이 높지만 쉽게 압출되는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)은 또 다른 인기 있는 선택입니다. 기타 일반적인 FDM 3D 프린팅 재료로는 PETG 및 PC가 있습니다.
대부분의 인쇄 가능한 열가소성 플라스틱은 단단하지만 고무 같은 부품에 적합한 TPE 및 TPU와 같은 일부 FDM 연성 필라멘트가 있습니다.
많은 FDM 3D 프린터는 유리나 탄소 섬유와 같은 첨가제로 강화된 열가소성 수지를 인쇄할 수 있습니다. 이러한 재료는 일반 열가소성 수지보다 훨씬 우수한 강도를 가질 수 있습니다(하지만 유리 조각이나 절단된 섬유가 무작위로 배향되기 때문에 재료는 일반적으로 전용 및 값비싼 인쇄 기술이 필요한 인쇄된 연속 섬유보다 약합니다).
Vat 광중합을 위한 재료 SLA 및 DLP와 같은 3D 프린팅 공정은 단량체, 올리고머 및 광개시제가 포함된 액체 감광성 수지의 형태로 제공됩니다. 이 수지는 광원에 의해 경화되어 단단한 인쇄 부품을 만듭니다.
예를 들어 일부는 완전히 투명하고 일부는 더 높은 수준의 내충격성을 제공하지만 열가소성 수지와 같은 보편적인 이름은 없습니다. 오히려 "표준 수지" 또는 "투명한 수지"와 같은 단순한 라벨이 있는 다른 수지 블렌드를 생산하는 3D 프린팅 수지 제조업체마다 다릅니다.
가장 널리 사용되는 SLS 3D 프린팅 재료는 강하고 뻣뻣하며 내구성이 뛰어난 3D 프린팅 부품을 생산하는 엔지니어링 열가소성 수지인 나일론입니다.
SLS 3D 프린터는 나일론을 분말 형태로 소결하며 인쇄할 수 있는 나일론 분말(및 기타 분말)의 몇 가지 다른 유형이 있습니다. 나일론 12는 부품 및 프로토타이핑에 적합한 다목적 재료이며 나일론 11은 특히 강하고 연성이 있습니다. 알루미늄 충전 나일론과 TPU는 다른 SLS 분말 옵션입니다.
SLM과 같은 금속 적층 제조 공정은 프린터의 레이저 빔에 의해 녹을 수 있는 금속 분말과 호환됩니다. 이러한 분말은 종종 가스 분무로 만들어지며 쉽게 흐르는 구형 입자를 생성합니다.
SLM 및 기타 분말층 융합 공정을 위한 3D 프린팅 분말로 다양한 금속을 사용할 수 있습니다. 여기에는 고강도, 고온 티타늄 합금이 포함됩니다. 알루미늄 합금; 스테인리스강; 코발트-크롬 합금; 및 니켈 합금.
3D 프린터는 디지털 기계이므로 소프트웨어는 3D 인쇄 프로세스에서 중요한 역할을 합니다. 3D 프린팅 소프트웨어 유형 간에는 겹치는 부분이 있지만(일부 소프트웨어 제품군에는 다양한 도구가 포함되어 있음) 3D 모델링, STL 복구, 슬라이싱 및 인쇄 관리의 네 가지 주요 범주가 있습니다.
3D 모델링 소프트웨어라고도 하는 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어는 궁극적으로 물리적 3D 인쇄 개체로 변환될 수 있는 컴퓨터 화면에서 3D 모델을 설계하는 데 사용됩니다.
이러한 종류의 소프트웨어를 사용하면 매개변수를 선택하거나 코드를 작성하여 3D 모양을 시각적으로 모델링할 수 있습니다. 기능에는 자동 모델링 도구, CAM 통합 및 시뮬레이션 도구가 포함될 수 있습니다.
일반적인 3D 인쇄 3D 모델링 소프트웨어로는 TinkerCAD 및 Fusion 360(둘 모두 Autodesk), Dassault Systèmes의 SolidWorks, Rhino 및 Blender가 있습니다.
STL 복구 또는 메쉬 복구 소프트웨어(때로는 CAD 또는 슬라이싱 소프트웨어와 함께 제공됨)는 원활한 인쇄를 위해 3D 인쇄 가능한 파일을 분석 및 복구하도록 설계되었습니다.
인기 있는 독립 실행형 STL 수리 패키지에는 Materialise의 Magics 및 Autodesk의 Netfabb/Meshmixer가 포함되며 앞서 언급한 Fusion 360 및 Blender에는 STL 수리 도구가 함께 제공됩니다.
3D 모델링 소프트웨어는 3D 모델에 대한 정보가 포함된 메쉬 파일을 생성하지만 3D 프린터는 이러한 파일을 계산할 수 없습니다. 여기에서 3D 프린터 슬라이싱 소프트웨어가 필요합니다.
슬라이싱 소프트웨어는 3D 메시를 개별 레이어로 잘라서 순차적으로 3D 인쇄할 수 있으며 이러한 레이어에 대한 데이터를 3D 프린터가 읽고 실행할 수 있는 G 코드로 내보냅니다.
Slic3r, Cura 및 Repetier는 모두 일반적인 3D 인쇄 슬라이싱 소프트웨어 응용 프로그램입니다.
일부 3D 프린터 사용자, 특히 한 번에 여러 대의 프린터를 실행하는 사용자는 인쇄 작업을 관리하고, 기계 성능과 상태를 감독하고, 재료 공급을 모니터링하기 위해 3D 인쇄 관리 소프트웨어가 필요할 수 있습니다.
인쇄 관리 도구에는 OctoPrint와 같은 사용자 친화적인 웹 기반 도구부터 Materialise Streamics 및 Oqton FactoryOS와 같은 전문적인 적층 제조 실행 시스템(MES)까지 포함됩니다.
CNC 가공 및 사출 성형과 같은 대체 공정에 비해 3D 프린팅을 사용하면 많은 이점이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
속도: 특히 일회용 부품의 신속한 프로토타이핑을 위해 3D 프린팅은 가장 빠른 제조 방법 중 하나입니다. 최소한의 준비로 디지털 파일을 3D 프린터로 보낼 수 있습니다. 이를 통해 기업은 R&D 주기를 단축하고 시장 출시 시간을 단축하여 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.
비용: 값비싼 도구가 필요하지 않기 때문에 3D 프린팅은 일회성 부품 또는 단기 생산을 위해 매우 저렴합니다. 또한 공정이 감산이 아닌 가산이기 때문에 재료 낭비도 최소화됩니다.
기하학적 자유도: 3D 프린팅은 사출 성형과 같은 프로세스보다 설계 제약이 적기 때문에 복잡한 패턴과 복잡한 내부 섹션도 가능합니다. 이것은 분말이 모든 면에서 인쇄된 구조를 지지하기 때문에 SLS와 같은 분말 베드 공정에서 특히 그렇습니다.
일관성: 3D 프린팅은 일회성 부품과 프로토타입에 자주 사용되지만 부품 품질은 금형 수명이나 도구 마모와 같은 요인에 의존하지 않기 때문에 실제로 매우 일관된 복제물을 생성합니다.
3D 프린팅의 한계에는 대량의 느림, 감산 및 성형 공정에 비해 제한된 부품 강도, 재료 비용(예:FDM 필라멘트는 동일한 양의 사출 성형 펠릿보다 비쌉니다), 제한된 재료 범위, 제한된 착색 옵션 등이 있습니다.
3D 프린팅은 신속한 프로토타이핑 및 단기 생산을 위해 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.
산업 전반에 걸쳐 3D 프린팅의 주요 응용 분야는 R&D 중에 새로운 부품을 신속하게 프로토타이핑하는 것입니다. 공장이 아닌 환경에서도 플라스틱이나 금속 부품을 즉시 제작할 수 있는 기술은 없습니다.
3D 프린터는 회사에서 사내에서 활용할 수 있지만 일부 기업은 서비스 사무소를 통해 3D 인쇄 프로토타입을 주문하는 것을 선호합니다.
3D 프린팅은 환자 맞춤형 티타늄 임플란트 및 수술 가이드(SLM), 3D 프린팅 보철물(SLS, FDM), 3D 바이오 프린팅 인체 조직과 같은 의료 부품을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 의료 장비 및 기계 부품(X-선 기계, MRI 장비 등)도 3D 인쇄할 수 있습니다.
SLA 및 SLS와 같은 기술은 치과 산업에서 모델, 보철 및 수복물에도 널리 사용됩니다.
항공우주 산업은 3D 프린팅 기술의 주요 채택자였습니다. 그 이유는 중량 대비 강도가 우수한 매우 가벼운 부품을 만들 수 있기 때문입니다. 부품의 예로는 캐빈 파티션(SLS)과 같은 간단한 구성 요소부터 GE에서 개발 및 제조한 3D 인쇄 연료 노즐 팁과 같은 획기적인 엔진 구성 요소(SLM)까지 포함됩니다.
자동차 회사는 정기적으로 3D 프린터를 사용하여 일회성 예비 부품 및 수리는 물론 신속한 프로토타입을 제작합니다. 일반적인 3D 인쇄 자동차 부품에는 브래킷, 대시보드 구성 요소 및 안테나 구성 요소(FDM)가 포함됩니다.
더 극단적인 예로는 자동차 스타트업 Divergent의 초기 모델과 같이 대형 금속 3D 인쇄 구조 구성 요소가 있는 자동차가 있습니다.
SLA와 같은 3D 프린팅 기술은 보석의 생산 및 수리에 (간접 제작 공정으로) 널리 사용되는 반면 거의 모든 종류의 3D 프린터를 사용하여 예술 작품과 조각품을 만들 수 있습니다.
생산 품질의 적층 제조 기술의 발전으로 건축 및 건축 분야의 적용 범위가 넓어졌습니다. FDM과 약간 유사하지만 노즐이 매우 넓은 압출기를 사용하는 콘크리트 3D 프린팅이 이 산업에서 역할을 하지만 SLM과 같은 보다 일반적인 3D 프린팅 기술을 사용하여 교량 구조와 같은 항목을 만들 수 있습니다.
3D 인쇄 부품은 표준 CAD 소프트웨어를 사용하여 설계할 수 있지만 3D 프린터는 특정 파일 형식만 읽을 수 있습니다. 기계가 읽을 수 있는 4가지 주요 3D 프린팅 파일 형식이 있습니다.
STL: 지금까지 가장 일반적인 3D 프린터 파일 형식인 STL에는 테셀레이션된 삼각형 형태로 부품 형상에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 색상, 재질 또는 질감과 같은 정보가 포함되어 있지 않습니다. 파일 크기는 세부 사항에 비례하므로 문제가 될 수 있습니다.
OBJ: STL보다 덜 보편적인 OBJ 파일 형식은 3D 모델 지오메트리를 인코딩하며 테셀레이션 외에도 자유형 곡선과 자유형 표면을 포함할 수 있습니다. 또한 색상, 재료 및 질감에 대한 정보를 포함할 수 있으므로 전체 색상 처리에 유용합니다.
3MF: Microsoft에서 개발한 3MF는 파일 크기가 작고 오류 방지 수준이 우수한 XML 기반 형식입니다. 아직 널리 채택되지는 않았지만 Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP 및 GE와 같은 회사에서 지원하고 있습니다.
AMF: STL 형식의 후속 제품인 AMF는 훨씬 더 가늘고 곡선 삼각형과 평평한 삼각형의 테셀레이션을 허용하므로 다양한 모양의 세부 부품을 훨씬 쉽게 인코딩할 수 있습니다. 형식의 채택은 도입 이후 느렸습니다.
3D 프린팅은 신규 사용자에게 혼동을 줄 수 있는 프로세스별 용어를 사용합니다. 이 용어는 3D 인쇄 부품이 출력되는 방식에 영향을 줄 수 있는 프린터 설정 및/또는 사양을 나타냅니다.
3D 인쇄 부품을 만들 때 부품의 내부 밀도를 나타내는 채우기 비율을 지정해야 할 수 있습니다. 낮은 채우기 비율은 모양을 함께 유지하는 최소한의 재료로 대부분이 속이 빈 부품이 됩니다. 높은 충전재는 강하고 조밀하며 더 무거운 부품을 생성합니다.
Z축 해상도라고도 하는 레이어 높이는 부품의 한 2D 레이어와 다음 레이어 사이의 거리입니다. 레이어 높이가 작을수록 Z축, 즉 위에서 아래로 더 미세한 해상도(및 가능한 더 높은 세부 수준)를 의미합니다. 작은 레이어 높이는 고품질 프린터를 나타내지만 사용자는 더 빠르고 경제적인 인쇄를 위해 더 큰 레이어 높이를 지정할 수 있습니다.
초당 밀리미터로 측정되는 프린터의 인쇄 속도는 기계가 원자재를 처리할 수 있는 속도를 나타냅니다. 레이어 높이와 마찬가지로 이 값은 프린터의 최대 속도를 나타내거나 사용자가 결정한 값일 수 있습니다. 일반적으로 느린 인쇄 속도는 더 정확한 인쇄물을 생성합니다.
FDM과 같은 공정에 적용할 수 있는 인쇄 온도는 일반적으로 열가소성 필라멘트를 가열하는 프린트 헤드 부분인 핫엔드의 온도를 나타냅니다. 일부 FDM 프린터에는 가열식 인쇄 베드가 있으며, 그 온도는 제조업체에서 지정합니다. 두 경우 모두 온도는 일반적으로 사용자가 제어할 수 있습니다.
3D 프린팅에서 해상도는 거의 항상 레이저 빔(SLA, SLM 등) 또는 프린트 헤드(FDM)에 의한 X 및 Y 축(폭 및 깊이)을 따라 가능한 가장 작은 움직임을 나타냅니다. 이 값은 레이어 높이보다 측정하기 어렵고 항상 비례하지는 않습니다.
사출 성형의 벽 두께와 마찬가지로 쉘(또는 쉘 두께)은 3D 인쇄 부품의 외벽 두께를 나타냅니다. 3D 프린팅을 할 때 사용자는 일반적으로 여러 개의 쉘을 선택해야 합니다. 하나의 쉘 =외벽 3D 프린터 노즐의 두께; 껍질 2개 =두께의 두 배 등
3D 프린팅이 대부분 프로토타이핑 도구로 사용된다는 점을 감안할 때 대부분의 응용 분야에서는 단색 프린트로 충분합니다. 그러나 고급 재료 분사 프린터, 다중 압출기 FDM 프린터 및 후처리 옵션을 포함하여 컬러 3D 인쇄를 위한 몇 가지 옵션이 있습니다.
Stratasys, 3D Systems 및 Mimaki와 같은 주요 3D 인쇄 회사는 2D 잉크젯 프린터와 같이 3D 모델을 풀 컬러로 인쇄할 수 있는 재료 분사 및 바인더 분사 3D 프린터를 개발했습니다. 그러나 이러한 기계는 고가이며 부품의 기계적 특성이 항상 우수한 것은 아닙니다.
여러 FDM 3D 프린터에는 이중(또는 그 이상) 프린트 헤드가 있어 동일한 인쇄 작업에서 두 개의 필라멘트 스풀(다른 색상 또는 완전히 다른 재료)을 동시에 인쇄할 수 있습니다. 간단하고 저렴하지만 일반적으로 두 가지 색상으로 제한됩니다.
단일 압출기 FDM 3D 프린터를 사용하여 다색 인쇄를 할 수 있습니다. 여기에는 특정 지점에서 인쇄를 일시 중지하고 필라멘트 스풀을 다른 색상의 필라멘트로 교체하는 작업이 포함됩니다. 이것은 매우 느린 색상 적용 방법이며 각 색상이 어디로 가는지 정밀하게 제어하지 못합니다.
많은 3D 인쇄 부품은 인쇄 후 염색, 착색 또는 페인팅할 수 있습니다. 이것은 프로세스에 또 다른 단계를 추가하지만 종종 품질과 비용 효율성 사이에서 최상의 균형을 제공합니다.
많은 3D 프린팅 부품은 프린트 베드에서 나온 후 최소한 일정 수준의 후처리가 필요합니다. 여기에는 지지대 제거와 같은 필수 프로세스 또는 페인팅과 같은 선택적 미용 프로세스가 포함될 수 있습니다. 일부 프로세스는 모든 또는 대부분의 3D 프린팅 기술에 적용되지만 일부는 기술에 따라 다릅니다.
FDM 및 SLA와 같은 3D 프린팅 기술은 지지 구조(프린트 베드와 부품 자체 사이의 수직 스트럿)의 프린팅이 필요하므로 프린팅된 개체가 제작되는 동안 무너지지 않습니다.
부품이 완성되면 이러한 지지대를 제거해야 합니다. 이중 압출 FDM 기계와 같은 일부 프린터는 지지체 구조를 용해성 재료로 인쇄할 수 있으므로 액체 화학 물질을 사용하여 지지체를 실제 부품에서 쉽게 분리할 수 있습니다. 불용성 지지체는 수동으로 부품을 절단해야 하며 샌딩이 필요할 수 있는 자국이 남습니다.
일부 3D 프린팅 기술(예:SLA)은 부품에 끈적한 잔류물을 남기고 다른 기술(SLM, SLS)은 분말의 흔적을 남길 수 있습니다. 이러한 경우 부품을 수동으로 세척하거나 전용 기계로 세척하거나 압축 공기를 사용하여 분말을 제거해야 합니다.
많은 주요 3D 프린팅 기술은 프린트 베드를 떠날 때 아직 최종 화학적 상태가 아닌 재료로 부품을 프린트합니다. 이를 "녹색" 부품이라고도 합니다.
많은 3D 인쇄 금속 부품은 층 융합을 높이고 오염 물질을 제거하기 위해 인쇄 후 열처리가 필요합니다. 예를 들어 바인더 젯팅 3D 프린터는 금속 부품 내부에서 폴리머 바인더를 제거하기 위해 인쇄 후 탈바인딩 및 소결이 필요한 부품을 생산합니다.
일부 수지 3D 프린팅 부품은 경도를 높이고 사용 가능하게 하기 위해 프린팅 후 후경화되어야 합니다.
3D 프린팅된 부품은 샌딩 및 매끄럽게 하는 것과 같은 질감 절차부터 페인팅 및 착색과 같은 시각적 절차에 이르기까지 다양한 표면 마감 기술을 적용할 수 있습니다. FDM과 같은 일부 기술은 샌딩이 필요한 상당히 거친 표면을 생성할 수 있지만 SLA와 같은 다른 기술은 훨씬 더 부드러운 표면을 생성합니다. 자세한 내용은 표면 마감 서비스의 전체 목록을 참조하십시오.
3D 프린팅은 독립 실행형 프로세스로 사용할 필요가 없습니다. CNC 가공 및 사출 성형의 경쟁자로 생각하는 대신 실제로 이러한 다른 제조 공정을 보완할 수 있습니다. 조합의 예는 다음과 같습니다.
부품의 주요 부분을 3D 프린팅한 다음 정밀한 형상을 CNC 밀링하여 더 엄격한 공차
인베스트먼트 주조 또는 진공 주조를 위한 마스터 패턴 3D 프린팅
부품을 3D 프린팅한 다음 인서트 몰딩으로 그 위에 구조를 사출 성형합니다.
3D 프린팅과 다른 기술을 결합한 하이브리드 제조 시스템이 존재합니다. 예를 들어 Mazak의 INTEGREX i-400 AM과 DMG MORI의 Lasertec DED는 3D 프린팅과 CNC 밀링을 모두 수행할 수 있습니다.
분석가들은 3D 프린팅이 다음과 같은 다른 제조 프로세스를 중복으로 만들 수 있는지 여부에 대해 오랫동안 추측해 왔습니다.
가공
성형
캐스팅
그러나 AM 하드웨어 제조업체가 3D 프린팅을 종단 간 생산 기술로 포지셔닝하려는 움직임에도 불구하고(예:EOS의 Industry 4.0 이니셔티브 참조) 실제로 3D 프린팅은 특정 특정 제조 작업, 특히 소량 생산으로 제한됩니다. 특정 재료로 제조합니다.
3D 프린팅은 확실히 일부 영역에서 다른 프로세스를 추월했습니다. 예를 들어 ABS와 같은 저가 플라스틱의 신속한 프로토타이핑은 기계 가공보다 ABS를 인쇄하는 것이 더 저렴하기 때문에 현재 3D 프린팅이 지배하고 있습니다. 3D 프린팅은 또한 환자 맞춤형 티타늄 의료 임플란트와 같은 물체를 제작하기 위한 이상적인 도구로서의 자리를 굳힌 것으로 보입니다. 3D 프린팅의 속도와 기하학적 유연성은 모두 이와 같은 특정 상황에서 일치시키기 어렵습니다.
그럼에도 불구하고 CNC 머시닝과 같은 프로세스는 현재 POM, PEI, PPS 및 PEEK와 같은 엔지니어링 재료로 고품질 부품 및 프로토타입을 생산하는 데 더 우수하며 표면 마감은 3D 프린팅보다 훨씬 우수합니다. 또한 사출 성형과 같은 공정은 단순한 플라스틱 부품의 대량 생산에 있어 훨씬 더 빠릅니다.
또한 적층 제조는 제조 분야에서 가장 중요한 기술 발전 중 일부를 보고 있으며 전체 제조에 더 큰 발판을 마련할 수 있습니다. CNC 및 사출 성형과 같은 보다 확립된 프로세스도 더 높은 품질의 부품을 생산하기 위해 개선되고 있습니다.
3D 프린팅은 계속해서 제조 작업에서 더 많은 부분을 차지할 것이지만 다른 기술을 완전히 대체하지는 않을 것입니다.
10년 전, 신생 3D 프린팅 산업은 3D 프린팅 혁명이 될 것이라고 생각하는 것에 대비하고 있었습니다. 모든 가정에 3D 프린터가 설치되어 가족이 냉장고 교체 부품과 같은 새로운 물건을 3D 프린팅할 수 있게 되었습니다. 자녀를 위한 새 장난감이나 두 번째 3D 프린터를 만들기 위한 구성 요소입니다.
2012년에서 2014년 사이에 MakerBot과 같은 FDM 3D 프린터 제조업체는 일반 사람들에게 3D 프린터가 가정 생활과 직장 생활을 개선할 수 있다는 확신을 주기 위해 소비자 시장에서 3D 프린터를 공격적으로 마케팅했습니다. 그러나 이 회사들은 3D 프린팅의 참신함을 활용하려고 했으며 그들의 제품은 거의 실용화되지 않았습니다. 2012년 MakerBot 보도 자료는 이를 증명하는 것 같습니다. “버튼 하나만 누르면 전체 체스 세트를 만들 수 있습니다. 친구, 급우, 동료, 가족들이 당신이 만드는 것을 보고 '와!'라고 말할 것입니다.”
불과 몇 년 후, 이 소위 3D 프린팅 혁명은 분명히 실패했고 많은 3D 프린터 제조업체는 목표를 재조정하기 시작했고 소비자 영역에서 보다 구체적이고 수익성 있는 응용 프로그램이 있는 전문 및 산업 시장으로 이동했습니다. 적층 기술.
게다가 이미 전문 및 산업 영역에 있는 3D Systems 및 Stratasys와 같은 회사는 3D 프린팅을 프로토타이핑 기술로 생각하는 아이디어를 무너뜨리기 시작했습니다. 3D 프린팅 산업은 제조업체가 전체 공장을 3D 프린터로 채우고 3D 프린터 관리 소프트웨어를 구매하며 3D 프린팅 컨설턴트를 고용할 것으로 예상되기 때문입니다.
3D 프린팅 회사는 모든 가정에 3D 프린터를 배치할 가능성을 포기했습니다. 그러나 10년 후에는 더 많은 공장에서 어떤 형태의 적층 제조를 보게 될 것이라고 기대할 수 있습니다.
3D 프린팅이 2012년에 비해 오늘날 일반 사람들 사이에서 화제가 되지는 않았지만 이 기술은 전문 및 산업 세계에서 계속해서 빠른 속도로 발전하고 있습니다.
최근 보고서에 따르면 시장 조사 기관인 3DPBM Research는 금속 적층 제조의 가치가 2020년 16억 달러에서 2030년 300억 달러로 성장할 것으로 예상하며, 이는 주로 AM을 생산 도구로 재포지셔닝하고 보다 높은 - 성능 엔지니어링 재료. (단, 3D 프린팅은 많은 산업 분야에서 가치 있는 프로토타이핑 도구로 남을 것이며 프로토타이핑 애플리케이션은 기술 개선의 혜택을 동등하게 누릴 것입니다.)
그러나 성장하고 있는 것은 금속 AM만이 아닙니다. HP의 Multi Jet Fusion과 같은 기술은 플라스틱 인쇄의 새로운 가능성을 열었고 Carbon과 같은 혁신자는 광중합 범주에서 새로운 고속 공정을 개발했습니다. 3D 바이오 프린팅 및 마이크로 3D 프린팅과 같은 틈새 영역도 정기적으로 새로운 영역을 개척하고 있으며 복합 3D 프린팅(예:연속 탄소 섬유 3D 프린팅)도 증가하고 있습니다. IDTechEX는 복합 3D 프린팅 시장이 2030년까지 17억 달러의 가치가 있을 것으로 예상합니다.
요컨대, 3D 프린팅은 점차 많은 분야에 걸쳐 다른 제조 공정에 대한 심각한 경쟁자가 될 것입니다.
중국은 UnionTech(SLA), Farsoon(DMLS, SLS), Shining 3D(FDM, DLP) 및 Creality(FDM, DLP, SLA)와 같이 몇 가지 주목할만한 3D 프린터 제조업체만을 자랑하지만 더 잘 알려진 이름 중 일부입니다. 중국과 아시아 태평양 지역은 가장 빠르게 성장하는 3D 프린팅 시장 중 하나로 널리 채택되고 있습니다(부분적으로 정부 인센티브 덕분).
At present, AM activity in China is concentrated in Shanghai, Xi’an, Guangdong (where 3ERP is headquartered), and the Bohai Economic Rim, which includes Tianjin, Hebei, Liaoning, and Shandong. Some major western AM companies like 3D Systems, Stratasys, and EOS have offices in Shanghai.
Although production of Chinese 3D printers is dominated by FDM and resin technologies, around half of printers sold in China are for industrial use (as opposed to personal or small-scale professional use).
In October 2020, market research company CONTEXT found that China’s 3D printing market had been far more resilient in the face of the pandemic than other markets and was playing a major role in the recovery of the global 3D printing market.
Investment in 3D printing hardware and software is not suitable for all businesses, and many successful companies outsource their 3D printing needs to third parties, such as online 3D printing service bureaus (for one-off projects) or with prototyping and manufacturing partners like 3ERP (for one-off projects or repeat orders).
When outsourcing 3D printing services, it is important to consider whether your business needs design and production services, or production services only. (Bear in mind that a poorly executed 3D model may not 3D print successfully.)
In general, however, ordering 3D printed parts from a third party is simpler than ever. Many manufacturers are able to commence 3D printing with just a digital 3D model, although more important projects may also require a technical drawing to convey extra information such as materials, colors, and tolerances. Some 3D printing service providers (3ERP included) will offer advice on suitable 3D printing technologies and materials for your project.
See our 3D printing services in full, including available technologies and materials, or request a quote for your 3D printing project.
CNC 기계
제조업은 지난 10년 동안 급격한 변화를 겪었습니다. 대규모 생산 공장은 소량의 맞춤형 부품을 제공하는 소규모 산업에 자리를 내주었습니다. CNC 기계 공장이라고 하는 이러한 시설은 CNC 가공 및 프로토타이핑 서비스를 제공할 수 있는 시설을 잘 갖추고 있습니다. 오늘날 이러한 가공 공장에서 짧은 기간에 CNC 가공 부품 또는 프로토타입을 주문하고 얻을 수 있습니다. 이 가이드에는 제조 프로젝트에 가장 적합한 CNC 기계 공장을 식별하는 데 도움이 되는 유용한 정보가 포함되어 있습니다. CNC 기계점이란 무엇입니까?
파이프가 자동으로 스스로 고칠 수 있다면 어떨까요? 금이 가거나 부러지거나 옷이 날씨나 사용자가 하는 활동에 따라 변경될 수 있는 경우 ? 스스로 조립하는 가구, 성장에 적응하는 보철물... 이것들은 4D 프린팅 기술이 실현할 것으로 예상되는 응용 분야 중 일부에 불과합니다. 이미지 1:모양을 수정하는 4D 프린팅 발톱. 출처:Sculpteo. 3D 프린팅 거의 30년 동안 존재해 왔으며 여전히 연구 과정에 있는 동안 새로운 재료 및 응용 프로그램, 4D와 같은 새로운 기술이 등장했습니다. MIT 자가 조립 연구소에서 ,