금속 3D 프린팅을 위한 6가지 중요한 설계 고려사항

금속 3D 프린팅은 2017년부터 금속 AM 시스템의 판매가 80%의 폭발적인 성장을 보이면서 증가하고 있습니다. 금속 3D 프린팅은 전례 없는 자유를 제공합니다. 설계자와 엔지니어에게 기존 제조 방법으로는 불가능한 유기적 형태와 경량 구조를 만듭니다.

그러나 금속 3D 프린팅의 잠재력을 최대한 발휘하고 경쟁력을 유지하려면 기술이 제공하는 설계 기능을 최대한 활용하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 기존의 디자인 규칙을 더 이상 적용할 수 없기 때문에 금속 3D 프린팅을 위한 디자인에 대한 새로운 접근 방식이 필요합니다.

그렇기 때문에 금속 부품을 최대한 활용할 수 있도록 금속 3D 프린팅에 대한 최고의 설계 고려 사항을 정리했습니다.

금속 부품을 디자인할 때 고려해야 할 6가지 사항

1. 벽 두께

금속 3D 프린팅을 위해 설계할 때 고려해야 할 가장 중요한 사항 중 하나는 벽 두께입니다. 일반적으로 최소 벽 두께가 0.4mm인 벽을 설계하는 것이 좋습니다. 부품의 벽 두께가 너무 얇거나 두껍지 않은지 확인하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 섬세한 인쇄가 발생하거나 내부 응력이 누적되어 균열이 발생할 수 있습니다. 더 미세한 기능이 가능하지만 이는 선택한 금속 재료와 프린터 매개변수에 크게 의존합니다.

두꺼운 벽의 경우 격자 또는 벌집 구조로 실험할 수도 있습니다. 이렇게 하면 상당한 양의 재료를 절약하고 제작 시간도 단축할 수 있기 때문입니다.

2. 지원 구조

금속 3D 프린팅에서는 지지 구조가 거의 항상 필요합니다. 필요한 최소한의 지지대로 부품을 설계하는 것이 이상적이지만 구멍, 각도 및 돌출부와 같은 영역에는 지지대가 필요합니다. 지지대는 금속 부품을 베이스 플레이트에 고정하여 잔류 응력을 유발할 수 있는 열을 제거하는 데에도 사용됩니다.

수평 구멍과 같은 부품 내부 영역의 지지대에 대한 경험 법칙은 각진 지지대 구조를 설계하는 것입니다. 이러한 구조를 적용하면 지지대와의 접촉 면적을 최소화할 수 있어 후처리가 줄어듭니다.

이 외에도 지지대가 부품과 접촉할 때 점점 가늘어지도록 설계하십시오. 이렇게 하면 지지대 제거 및 표면 다듬기가 훨씬 쉬워집니다. 가벼운 관형 지지 구조는 제거하는 데 훨씬 적은 시간과 노력이 필요합니다.

3. 돌출부 및 자체 지지 각도

때때로 돌출부가 있는 금속 부분(인쇄물의 돌출 부분)을 디자인해야 할 수 있습니다. 큰 돌출부(일반적으로 1mm 이상)에는 인쇄 과정에서 오버행이 무너지는 것을 방지하기 위한 지지 구조가 필요합니다. 지지되지 않는 수평 오버행의 최대 길이는 0.5mm이며 오버행을 이 길이 미만으로 유지하는 것이 중요합니다. 필렛과 모따기를 부품으로 설계하여 이러한 돌출부를 제거할 수 있습니다.

길이 외에도 오버행의 각도도 고려해야 합니다. 45도 미만의 각도에는 일반적으로 지지 구조가 필요합니다.

4. 부품 오리엔테이션

부품 방향을 실험하는 것은 필요한 지지 구조의 양을 최소화하는 가장 좋은 방법입니다. 예를 들어, 속이 빈 관 모양의 금속 부품을 만들려는 경우 수평 방향은 더 많은 공간을 차지하지만 수직 또는 각진 방향은 공간을 절약하고 필요한 지지대의 양을 줄입니다.

부품 방향을 선택할 때 고려해야 할 또 다른 고려 사항은 아래쪽 및 위쪽을 향하는 표면이 서로 다른 표면 거칠기를 갖는다는 것입니다(소위 다운 스킨은 표면 마감이 좋지 않은 경향이 있습니다). 최고의 정확도로 세부 형상을 생성하려면 부품의 위쪽을 향한 표면에 이러한 요소의 방향을 지정해야 합니다.

5. 채널 및 구멍

금속 적층 제조는 전통적인 제조 방법으로는 달성할 수 없는 채널과 구멍이 있는 부품을 생산하는 능력으로 유명합니다. 이러한 기능을 설계에 고려할 때 대부분의 파우더 베드 공정에 대한 최소 직경이 0.4mm임을 고려하십시오. 직경이 10mm보다 큰 구멍과 튜브에는 지지 구조가 필요합니다.

또한 완벽하게 둥근 수평 구멍은 여전히 ​​3D 인쇄의 과제입니다. 이러한 모양을 자립형 눈물 방울이나 다이아몬드 모양으로 다시 디자인하는 것을 고려하십시오.

속이 빈 금속 부품에는 녹지 않은 분말을 제거하기 위해 탈출구가 필요하므로 권장 직경 2-5mm로 설계 시 고려하십시오.

6. 토폴로지 최적화 및 생성 설계

적층 제조를 사용하여 복잡한 형상을 생성하는 기능은 토폴로지 최적화 및 생성 설계에 이상적입니다. 토폴로지 최적화는 수학적 계산을 사용하여 부품의 지오메트리 및 재료 분포를 최적화하는 것을 목표로 합니다. 반면 제너레이티브 디자인은 자연의 디자인 패턴에서 영감을 받아 엔지니어가 솔루션의 가능한 모든 요소를 ​​탐색할 수 있도록 합니다. 이러한 도구를 사용하여 디자이너와 엔지니어는 3D 프린팅이 제공하는 모든 범위의 디자인 자유를 향상시켜 기능적으로 최적화된 강력하고 가벼운 금속 부품을 만들 수 있습니다.

메탈 AM을 최대한 활용하기 위해 디자인 패러다임 전환

금속 3D 프린팅을 위한 설계는 금속 AM 기술 및 재료의 가능성과 한계, 설계에 대한 새로운 접근 방식에 대한 지식이 필요하기 때문에 결코 대단한 일이 아닙니다. 그러나 설계 프로세스의 맨 처음부터 설계 지침을 탐색하고 통합하면 비용과 재료 낭비를 최소화하면서 최종 금속 부품 생산의 성공을 극대화할 수 있습니다.

금속 3D 프린팅에 대한 자세한 내용은 포괄적인 내용을 확인하십시오. 금속 3D 프린팅 가이드 및 DMLS 소개.