FDM 부품을 설계할 때 고려해야 할 상위 10가지 팁

FDM(Fused Deposition Modeling)은 애호가, 서비스 사무소 및 OEM 모두에게 가장 인기 있는 3D 프린팅 기술 중 하나입니다. 저비용 프로토타이핑에서 기능 부품에 이르기까지 FDM은 다양한 응용 분야에 적합하며 뛰어난 설계 유연성을 제공합니다.

그러나 더 높은 정확도와 성공적으로 FDM 부품을 인쇄하려면 설계자와 엔지니어는 FDM 설계의 가능성과 한계를 고려해야 합니다. 최상의 인쇄 결과를 얻을 수 있도록 FDM용으로 디자인할 때 고려해야 할 상위 10가지 항목을 정리했습니다.

FDM 인쇄 프로세스

융합 증착 모델링은 필라멘트를 가열된 노즐을 통해 빌드 플랫폼으로 압출하는 방식으로 작동합니다. 재료가 증착됨에 따라 냉각되고 응고되어 재료의 단단한 층을 형성합니다. 이 과정은 최종 개체가 완성될 때까지 레이어별로 반복됩니다.

FDM은 일반적으로 광범위한 생산 등급 열가소성 재료와 함께 작동하지만 일부 금속 필라멘트도 사용할 수 있습니다. 또한 3D 인쇄된 FDM 부품은 일반적으로 거친 표면 마감을 가지므로 더 부드러운 표면을 얻기 위해 일부 형태의 후처리가 필요합니다.

FDM용으로 디자인할 때의 10가지 팁

1. 완벽한 디자인

FDM 설계가 방수인지 확인하는 것이 중요합니다. 즉, 3D 모델 표면에 구멍이 없습니다. 방수 설계는 부품의 인쇄 가능성에 영향을 미칠 수 있습니다. 방수가 아닌 모델은 3D 인쇄할 수 없습니다. 따라서 인쇄를 보내기 전에 설계를 확인하는 것이 중요합니다. RP 플랫폼의 자동화 소프트웨어는 수밀 문제 및 기타 STL 파일 오류를 쉽게 확인할 수 있습니다.

2. 지원 구조

종종 FDM 설계에는 가파른 돌출부, 브리지, 구멍 및 중공 섹션과 같은 복잡한 기능이 포함될 수 있습니다. 빌드 실패를 방지하려면 이러한 기능에 지원 구조가 필요합니다. 일반적으로 지지대는 생산 공정에 시간과 비용을 추가하고 제거 후 흔적을 남기기 때문에 지지대를 줄이거나 피하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 지지 구조를 사용하면 복잡한 형상을 인쇄할 수 있으므로 사용을 피할 수 없는 경우가 많습니다.

FDM용 부품을 설계할 때 45도 규칙을 적용하는 것이 좋습니다. 각이 45도 미만인 피쳐는 인쇄 프로세스 중에 부품이 파손되지 않도록 지원해야 합니다. 기억해야 할 또 다른 사항은 지지대를 위한 벽이 부품에 충분한 강도를 제공하기 위해 두께가 최소 1.2 – 1.5mm여야 한다는 것입니다.

3. 벽 두께

FDM 부품의 최소 벽 두께는 필라멘트 크기와 3D 프린터가 제공하는 노즐 직경에 따라 결정됩니다. 성공적인 인쇄를 위해서는 최소 1.5-2mm 두께로 노즐 직경의 두 배 두께로 벽을 설계하는 것이 좋습니다.

그러나 벽이 더 두꺼울수록 부품이 더 강해지지만 벽을 너무 두껍게 설계하면 생산 시간과 비용이 추가되고 뒤틀림과 같은 인쇄 문제가 발생할 수 있습니다. 그러나 부품에 두꺼운 벽이 필요한 경우 단단한 벽 대신 크로스 해치 내부 구조를 설계하여 재료를 절약하고 인쇄 시간을 단축할 수 있습니다.

4. 구멍

FDM 공정은 일반적으로 크기가 작은 구멍을 생성합니다. 이것은 예를 들어 5mm 직경으로 설계된 구멍이 약 4.8mm 직경으로 인쇄될 수 있음을 의미합니다. 따라서 대형 구멍을 설계하는 것이 가장 좋습니다.

일반적으로 최대 10mm의 구멍에 대해 구멍 직경을 2~4% 늘리는 것이 좋습니다. 구멍 직경의 정확도가 중요한 경우 구멍을 3D로 작게 인쇄한 다음 드릴로 구멍을 뚫어 정확한 직경을 얻을 수 있습니다.

5. 스레드

나사산을 설계할 때 가장 좋은 방법은 날카로운 모서리와 90도 각도를 피하는 것입니다. FDM에 권장되는 스레드 유형은 스레드 두께가 최소 0.8mm인 29도 스레드(Acme 스레드라고도 함)입니다. 또한 3D로 인쇄하려면 나사 구멍이 3mm보다 커야 합니다.

6. 최소 기능 크기

FDM을 위한 작은 피처를 디자인할 때 가독성을 보장하기 위해 각인 디테일에 권장되는 피처 크기는 두께 1mm, 깊이 0.3mm입니다. 기둥과 핀의 최소 크기도 디자인 단계에서 고려해야 합니다. 이러한 기능은 인쇄할 수 있도록 직경이 2mm 이상이어야 합니다.

7. 필렛 및 모따기

FDM의 재료는 인쇄 과정에서 가열되기 때문에 발생하는 온도 변화로 인해 부품이 변형될 수 있습니다. 다행히도 모깎기 및 모따기와 같은 설계 기능을 사용하면 이러한 문제를 피할 수 있습니다. 부품의 하단 가장자리를 따라 모따기를 추가하면 열 응력이 더 고르게 분포되어 뒤틀림과 수축이 완화됩니다. 모따기를 추가하면 빌드 플랫폼에서 부품을 쉽게 제거할 수도 있습니다.

모따기 외에도 필렛을 3D 모델로 설계하여 인쇄 중 응력을 줄이고 부품 강도를 높일 수 있습니다. 또한 45도보다 큰 돌출부 표면에 추가할 수 있어 지지대가 필요하지 않습니다.

8. 부품 방향

부품 방향은 부품의 표면 품질과 강도, 필요한 지지대의 수에 영향을 줄 수 있으므로 고려해야 할 중요한 사항입니다.

첫째, 위쪽을 향한 표면이 더 나은 표면 마감을 갖는 경향이 있음을 명심하는 것이 중요합니다. 둘째, 곡선 및 각진 표면은 종종 계단 효과(거친 표면 질감)가 발생하기 쉽기 때문에 이러한 표면을 빌드 플랫폼과 평행하게 배치하여 이 효과를 최소화할 수 있습니다. 마지막으로 수직 방향으로 방향을 지정하여 구멍에 대한 지지대를 제거할 수 있습니다. 부품에 여러 방향의 구멍이 있는 경우 먼저 막힌 구멍에 초점을 맞춘 다음 가장 작은 지름의 구멍에 초점을 맞출 수 있습니다.

FDM 부품은 매우 이방성이므로 부품이 Z 평면보다 XY 축에서 훨씬 더 강합니다. 강도를 보장하려면 부서지기 쉬운 형상이 표면과 평행하도록 부품을 설계하는 것이 좋습니다.

9. 조립을 위한 디자인

복잡한 3D 모델을 여러 조각으로 분할하고 별도로 인쇄한 다음 나중에 함께 조립하는 것이 종종 합리적입니다. 이렇게 하면 지지대의 양을 줄여 후처리를 단순화할 뿐만 아니라 재료를 절약하면서 인쇄 프로세스를 가속화할 수 있습니다.

10. 채우기 비율

충전율(%)은 인쇄할 때 부품을 채워야 하는 재료의 양을 나타냅니다. 최대 강도가 ​​요구되지 않는 한 FDM 부품에 최대 충전재를 선택하는 것은 드문 일입니다. 이렇게 하면 재료 비용이 높아지고 인쇄 속도가 느려질 수 있기 때문입니다. 충전 비율도 부품의 강도에 영향을 미치므로 충전 비율을 선택할 때 FDM 부품의 적용을 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어 프로토타입은 낮은 충전 비율로 생산할 수 있지만 엔드 부품은 일반적으로 강도를 높이려면 더 높은 충전 비율이 필요합니다.

요약하기

FDM은 아마도 저비용 프로토타이핑 및 기능 부품을 위한 가장 비용 효율적인 기술일 것입니다. 그러나 FDM 인쇄 프로세스를 최대한 활용하려면 인쇄물을 프로덕션으로 보내기 전에 FDM 인쇄 프로세스에 대한 디자인 가이드라인을 고려해야 합니다. FDM은 시행착오 방식을 어느 정도 포함하지만 이러한 고려 사항을 염두에 두면 프로세스의 복잡성을 줄이고 효율성을 크게 높일 수 있습니다.