SLS 프로세스에서 자재 낭비 최소화

적층 제조 기술이 기존 기계 가공에 비해 갖는 주요 이점 중 하나는 생산 과정에서 발생하는 재료 낭비를 크게 줄일 수 있다는 것입니다. 이는 실질적인 비용 절감을 가져올 뿐만 아니라 진정으로 지속 가능하고 비용 효율적인 기술로서 적층 제조에 대한 강력한 사례를 만드는 데 도움이 됩니다. 선택적 레이저 소결(SLS) 방법은 인쇄 작업이 끝날 때 폐기물을 재사용할 수 있는 가능성으로 인해 특히 재료 비용을 크게 줄일 수 있는 기회로 인해 이러한 점에서 매력적입니다. 인쇄가 완료되면 파우더 베드에 남아 있는 모든 재료를 간단히 수집하여 다음 프로젝트에서 재사용할 수 있으므로 이론적으로 재료 낭비를 완전히 제거해야 합니다. 하지만 실제로 '업사이클링' 과정은 말처럼 간단하지 않습니다...

(글을 쓰는 시점에서) 단순히 남은 가루를 모아서 재사용하는 것은 특정 재료로는 가능하지 않다는 것을 아는 것이 중요합니다. 예를 들어, 현재 인쇄에 사용할 수 있는 목재-폴리머 복합 재료는 재료 품질과 순도에 따라 제한이 있으며 재료 분리 기술이 제공될 때까지 재활용에 적합하지 않습니다. SLS 공정의 부산물이 남아 있는 분말의 화학적 품질에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 널리 사용되는 많은 금속 분말에서 유사한 문제가 발생합니다. 또한, 소결 공정 중 가장 높은 수준의 정밀도를 유지하더라도 부품에 부착되지 않고 융합되는 분말 베드 내 여분의 입자가 불가피하게 발생하여 재료의 크기 분포에 영향을 미치므로 재사용 시 불일치가 발생합니다.

또한 재활용 프로세스가 재료(금속 및 플라스틱 모두)의 기계적 품질에 영향을 미치고 따라서 특히 AM이 프로토타이핑보다 생산에 사용될 때 향후 빌드에서의 유용성에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 우려가 있습니다. 이 분야와 지속 가능성 및 적층 제조 비용에 대한 잠재적 영향에 대한 학술 연구가 진행 중입니다. 특히 3차원 적층가공에 사용되는 원자재가 고가이고 인쇄된 부품을 가장 정확한 사양으로 납품해야 하는 항공우주 산업의 경우 기계적 특성에 영향을 주지 않고 미사용 원자재를 재활용할 수 있다는 점에서 AM을 생산 도구로 사용하는 비즈니스 사례

이에 비추어, 많은 회사들이 SLS 및 기타 공정에서 이러한 문제를 해결하는 방법을 모색하기 시작하여 가능한 한 많은 잔여 분말을 재활용할 수 있도록 했습니다. 예를 들어, 가스 흐름을 프린터에 통합하여 소결 과정에서 생성된 부산물을 걸러낼 수 있습니다. 인쇄가 완료된 후 나머지 재료는 자동으로 체질될 수 있으므로 융합된 모든 입자가 제거되고 입자 크기 분포가 일관되게 유지됩니다. 마찬가지로, Renishaw AM250과 같은 특정 SLS 기계에는 인쇄 중에 습기, 질소 및 산소를 제거하여 분말 베드에 대한 화학적 변화를 최소화하는 밀봉된 빌드 플랫폼이 통합되어 있습니다.

여기서 문제는 인쇄 후 재사용할 수 있는 남은 재료의 실제 양이 재료 선택, 프린터 모델 및 사용된 특정 AM 기술에 따라 크게 달라진다는 것입니다. 극단적인 경우(예:위에 설명된 조치가 없는 기계를 사용하는 경우) 재활용할 수 있는 재료가 없을 수 있습니다. 특히 지속적인 재료 비용이 주요 관심사인 경우 새로운 3D 프린터에 투자하기 전에 이를 고려해야 합니다. 잘 고려된 대량 포장 및 생산 일정과 결합할 때 재료 낭비를 최소화하는 효과적인 접근 방식은 적층 제조의 전체 비용을 낮추는 데 도움이 될 것이며 보다 진보적인 기업이 생산 도구로 적층 제조의 사용을 탐색하도록 장려할 것입니다.