3D 인쇄 지원 구조:전체 안내서

지지 구조는 3D 프린팅 부품을 성공적으로 생산하기 위한 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 3D 프린팅의 주요 장점은 자유형과 복잡한 형상을 생성할 수 있다는 점이지만, 3D 프린팅이 제공하는 많은 디자인 자유는 지지 구조를 사용하지 않고는 불가능합니다.

서포트는 무엇보다도 부품 내에서 왜곡과 붕괴를 방지하는 데 필수적입니다. 이 튜토리얼에서는 지원 구조의 세계, 다양한 기술에 대한 요구 사항 및 사용을 최소화하는 방법에 대해 자세히 알아볼 것입니다.

지지 구조란 무엇입니까?

거의 모든 3D 프린팅 기술과 함께 사용되는 지지 구조는 3D 프린팅 프로세스 동안 부품의 프린팅 가능성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 지지대는 부품 변형을 방지하고 부품을 인쇄 베드에 고정하며 부품이 인쇄된 부품의 본체에 부착되도록 할 수 있습니다. 스캐폴딩과 마찬가지로 지지대는 인쇄 과정에서 사용된 다음 제거됩니다.

오버행, 구멍 및 브리지와 같은 복잡한 디자인 기능이 있는 부품은 인쇄하기가 더 어렵습니다. 이러한 기능은 지원되지 않으면 접힐 수 있으므로 지지 구조는 인쇄 과정에서 접히는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

서포트는 금속 3D 프린팅의 경우와 같이 고온이 관련된 공정에서 방열제로도 작동할 수 있습니다. 금속 AM 기술을 사용하면 지지 구조가 부품에서 열을 제거하는 데 도움이 되어 인쇄 과정에서 발생하는 고온으로 인해 발생하는 잔류 응력을 방지합니다.

지지 구조가 언제 필요합니까?

거의 모든 3D 프린팅 기술은 지지 구조를 어느 정도 고려해야 합니다. 따라서 3D 프린팅 방법이 지지대를 사용하여 어떻게 다른지 자세히 살펴보겠습니다.

기술 사용된 자료 지원이 필요합니까? 광조형(SLA)포토폴리머예 융합 증착 모델링(FDM)열가소성 예 선택적 레이저 용융(SLM)
직접 금속 레이저 소결(DMLS)
직접 에너지 증착(DED)
전자빔 용융(EBM)
금속 재료
예 재료 분사분말 재료예 바인더 분사분말 재료아니요 선택적 레이저 소결(SLS)분말 재료아니요

금속 3D 프린팅

파우더 베드 퓨전(SLM, DMLS, EBM)

금속 분말 베드 융합 기술을 사용하여 3D 인쇄된 부품을 느슨한 분말로 둘러싸여 있습니다. 그러나 이러한 기술은 베이스 플레이트에 고정되었는지 확인하고 잔류 응력으로 인한 영향을 완화하기 위해 항상 지지대가 필요합니다.

인쇄물 바닥 사이의 접촉 영역에 지지대를 추가할 수 있습니다. 잔류응력이 가장 많이 집중되는 부분과 프린트 베드. 이렇게 하면 부품에서 열을 빼앗아 균열, 뒤틀림, 처짐, 박리 및 수축으로 이어질 수 있는 열 변형을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

가이드를 살펴보십시오. 금속 3D 프린팅에서 직면하는 일반적인 문제 이러한 문제를 방지하는 방법을 알아보십시오.

직접 에너지 증착 (DED)

직접 에너지 증착은 재료를 녹이고 융합하여 부품을 만드는 일련의 금속 3D 프린팅 기술을 다룹니다. 파우더 베드 융합 기술과 마찬가지로 DED를 사용하여 인쇄된 부품은 부품 안정성, 복잡한 형상의 인쇄 가능성 및 열 분산을 보장하기 위해 항상 지지 구조가 필요합니다.

디자인

파우더 베드 융합 기술로 생산된 부품에 대한 지지대를 설계할 때 접근하기 쉬운지 확인하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 후처리 단계에서 제거할 수 없습니다. 금속 부품에 대한 지지대는 일반적으로 격자 구조로 인쇄됩니다. 이러한 방식으로 방열판 역할을 하여 부품에서 열을 멀리 전달하여 부품을 보다 제어된 방식으로 냉각하고 왜곡을 방지할 뿐만 아니라 재료 비용과 제작 시간을 절약할 수 있습니다.

서포트를 추가하면 일반적으로 부품이 더 정확해 지지만 비용과 후처리 시간이 추가됩니다.

흥미롭게도 네덜란드 회사 MX3D는 다축 로봇 팔과 용접기를 결합하여 지지대 없이 금속 부품을 인쇄할 수 있는 금속 3D 인쇄 도구를 만들었습니다.

제거 지원

금속 부품의 지지 제거는 일반적으로 폴리머 기반 공정보다 더 어렵고 일반적으로 절삭 공구가 필요합니다. 또한 완성된 부품의 모양이 중요한 경우 금속 부품도 매끄러운 표면 마감을 달성하기 위해 후처리(예:샌딩)가 필요합니다.

광조형(SLA)

스테레오리소그래피는 광원을 사용하여 액체 수지를 응고시키는 방식으로 작동합니다. 이 기술의 경우 부품을 프린트 베드에 단단히 부착하고 뒤틀림을 방지하기 위해 지지 구조가 필요합니다.

SLA에 사용되는 지지대는 매우 얇으며 재료를 절약하기 위해 부품에 약간만 닿기만 하면 됩니다. 이것은 손으로 또는 플라이어를 사용하여 수동으로 제거하기가 매우 쉽다는 것을 의미합니다. 그러나 지지대를 제거하면 최종 부품에 자국이 남을 수 있으므로 매끄러운 표면 마감을 위해 샌딩이 필요합니다.

디자인

SLA는 시각적 프로토타입, 금형 및 보청기와 같이 외관이나 매끄러운 표면 마감이 필요한 응용 분야에 매우 자주 사용됩니다. 이 경우 인쇄물의 앞쪽 영역이 지지 구조와 접촉하지 않도록 부품을 설계하는 것이 중요합니다. 여기에서 부품 방향이 필요합니다.

부품 방향을 바꾸면 필요한 지원의 양을 줄이는 데 도움이 될 수 있으므로 부품 방향은 설계 단계에서 중요한 고려 사항입니다. 예를 들어, 관형 부품의 수평 방향은 더 많은 공간을 차지하므로 더 많은 지지대가 필요합니다. 대조적으로, 동일한 부품의 수직 방향은 필요한 최소한의 지지로 부품이 빌드 플레이트에 부착되도록 합니다.

융합 증착 모델링(FDM)

Fused Deposition Modeling을 사용하면 가열된 필라멘트를 층별로 압출하여 부품을 생성합니다. 각 층이 냉각되면 응고되어 이전 층과 결합합니다.

디자인

FDM 프로세스의 각 레이어는 이전 레이어 너비 이상으로 확장될 수 있도록 약간 돌출되어 인쇄됩니다. 즉, 최대 45° 각도의 형상을 지지대 없이 생성할 수 있습니다. 그러나 FDM 부품의 오버행이 45° 이상이거나 브리지 및 돌출 표면과 같은 기능이 5mm보다 큰 경우 지지대가 필요합니다. FDM 지지대는 격자 구조 또는 대안적으로 나무와 같은 구조의 형태를 취할 수 있습니다.

제거 지원

FDM 인쇄물에서 지지물을 제거하는 데 사용되는 기술 중 하나는 용해성 솔루션입니다. . 일반적으로 산업용 FDM 3D 프린터(2개의 프린트 헤드 포함)는 PVA(폴리비닐 알코올) 및 HIPS(고충격 폴리스티렌)와 같은 용해 가능한 지지 재료를 사용합니다. 이들은 별도의 압출기로 추가됩니다.

PVA는 물에 용해되지만 온도 변화의 영향을 받아 프린터 헤드가 막힐 수 있습니다. HIPS는 물 대신 리모넨에 용해되며 온도 변화에 덜 민감합니다.

해산 가능한 지지대를 사용하는 것은 핸즈프리이며 지지대에 의해 남겨진 자국을 제거하기 위해 추가 샌딩 및 연마가 필요하지 않습니다. 반면에 이 프로세스는 시간이 많이 걸리고(몇 시간이 소요됨) 비용이 많이 듭니다.

재료 분사

Material Jetting 3D 프린터를 사용할 때 각도에 관계없이 항상 돌출부에 지지대가 필요합니다. 그러나 이러한 지지체는 일반적으로 수용성이거나 나중에 가압된 물을 사용하거나 초음파 수조에 담그면 쉽게 제거할 수 있는 다른 재료로 제작됩니다.

선택적 레이저 소결 및 바인더 분사

Selective Laser Sintering 및 Binder Jetting은 일반적으로 지지 구조가 필요하지 않은 분말 기반 기술입니다. 이는 두 기술 모두에서 인쇄된 부품이 지지 구조의 역할을 하는 느슨한 분말로 캡슐화되기 때문입니다.

지원의 단점

지지 구조의 필요성에도 불구하고 전체 생산 프로세스에 추가 인쇄 시간과 재료 비용이 추가됩니다.

재료비 :지원 생성은 인쇄 과정에서 추가 재료가 필요하므로 시간과 재료 비용이 모두 증가합니다. 지지대는 재사용할 수 없으며 일반적으로 폐기되므로 재료가 낭비된다는 점에 유의하는 것도 중요합니다.

기하학적 자유도가 제한됨 :지지대를 수동으로 제거할 때 지지대를 설계할 때 손이나 도구 접근을 고려해야 합니다. 그러나 이것은 지지 구조가 필요하지만 손이나 도구로 도달할 수 없는 특정 형상을 설계하는 것을 제한할 수 있습니다.

추가 시간 :지지 구조를 수용하도록 부품을 설계한 후 지지대 자체를 설계하려면 추가 시간이 필요합니다. 자동 지원 생성을 제공하는 소프트웨어가 있지만 산업용 애플리케이션을 위한 지원 구조를 생성하려면 여전히 약간의 수동 수정과 특정 수준의 설계 전문 지식이 필요합니다.

추가 후처리 :부품이 완성되면 지지대를 때로는 수동으로 제거해야 하므로 후처리에 필요한 시간이 늘어납니다.

손상 위험 :지지대를 제거하면 부품 표면에 자국이 남을 수 있으므로 치수 정확도와 미관에 영향을 줄 수 있습니다. 또한, 예를 들어 미세한 형상에 지지대가 잘못 배치되면 지지 구조와 함께 부서져 부품이 완전히 망가질 수 있습니다.

지지를 줄이는 4가지 방법

일반적으로 필요한 지원 수를 최대한 줄이는 것이 좋습니다. 이것은 재료 비용과 생산 시간을 절약하는 데 도움이 됩니다. 다음은 사용량을 최소화하여 인쇄 시간과 재료를 절약하는 방법에 대한 4가지 주요 팁입니다.

1. 최적의 부품 방향 선택

지금까지 부품 방향을 실험하는 것은 필요한 지지 구조의 수를 줄이는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 올바른 부품 방향을 선택하면 인쇄 시간, 비용 및 부품의 표면 거칠기에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

부품의 방향(수직, 수평 또는 각도)에 따라 지지대가 적거나 많을 수 있습니다. 필요한 구조. 문자 T 모양으로 인쇄된 부품을 고려하십시오. . 일반적인 위치에서 편지의 두 가지는 제자리에 지지 구조가 없으면 무너집니다. 부품의 방향이 다른 경우(예:⊥) , 지원이 필요하지 않습니다.

이 예는 부품이 다양한 방식으로 구성될 수 있음을 보여줍니다. 부품의 각 면은 프린트 베드에 부착된 서로 다른 표면을 가질 수 있습니다. 즉, 지지대의 필요성이 달라질 수 있고 부품의 방향에 크게 의존할 수 있습니다.

또 다른 예:속이 빈 관형 피쳐가 있는 부품을 설계할 때 수평 방향은 더 많은 공간을 차지하는 반면 수직 또는 각진 방향은 공간을 절약하고 필요한 지지대의 양을 줄입니다.

2. 지원 구조 최적화

지지대를 피할 수 없는 경우 가능한 한 적은 재료를 사용하고 인쇄 프로세스를 가속화하도록 최적화해야 합니다. 예를 들어, 토폴로지 최적화는 격자 구조로 지지대를 설계하고 지지대 부피를 줄이고 재료를 절약하는 데 사용할 수 있습니다.

많은 3D 프린팅 프로세스에서 일반적으로 사용되는 서포트 생성 기술은 엄격한 수직 구조를 생성하는 것으로 제한됩니다. 이는 특히 프린트 베드보다 높게 지지되어야 하는 영역이 많은 경우 공간 효율적이지 않습니다.

대신 나무와 같은 지지 구조를 만드는 것이 실행 가능한 대안이 될 수 있습니다. 이러한 지지대는 가지를 치는 나무처럼 보이며 직선 수직 구조에 비해 75% 적은 재료를 소비합니다. Autodesk Meshmixer는 FDM, SLA 및 DMLS 프로세스에 대한 이러한 구조를 만드는 데 사용할 수 있는 소프트웨어 도구 중 하나입니다.

3. 필렛 및 모따기 사용

모깎기와 모따기를 사용하는 것은 45도 이상 돌출된 표면을 위한 지지 구조를 만드는 대안 솔루션이 될 수 있습니다.

모따기는 경사지거나 각진 모서리 또는 모서리이고 필렛은 둥근 모서리 또는 모서리입니다. 기본적으로 이러한 기능은 45도보다 큰 각도를 45도 이하의 각도로 바꾸고 부품의 내부 또는 외부에 추가할 수 있습니다.

4. 당신의 몫을 나누십시오

매우 복잡한 3D 모델의 경우 부품을 별도로 인쇄하고 나중에 함께 조립하는 것이 종종 합리적일 수 있습니다. 이렇게 하면 지지대의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 재료를 절약하면서 인쇄 프로세스의 속도를 높일 수 있습니다.

그러나 3D 인쇄된 부품을 조립해야 하는 경우 같은 방향으로 서로 적절하게 맞춥니다.

3D 프린팅 지원:필요악?

지지 구조는 3D 프린팅에서 오랫동안 필요악으로 여겨져 왔습니다. 그러나 최근 하드웨어와 소프트웨어의 발전으로 이러한 인식이 서서히 바뀌고 있습니다.

예를 들어, 금속 3D 프린터 제조업체인 Desktop Metal은 최근 스튜디오 및 프로덕션 시스템을 위한 '분리 가능한 지지대'를 개발하고 특허를 받았습니다. 3D 인쇄된 금속 부품을 위한 이러한 지지대는 손으로 제거할 수 있습니다. Desktop Metal의 분리 가능한 지지대는 부품 표면과 지지대 구조 사이의 계면 층으로 세라믹 분말을 사용하여 작동합니다. 소결 공정 후에 세라믹 층이 용해되어 지지체가 부품에서 쉽게 제거될 수 있습니다.

3D 인쇄 부품의 지지물 제거 단계를 단순화하고 가속화하려는 또 다른 회사는 PostProcess Technologies입니다. 이 회사는 FDM, SLA, PolyJet 및 CLIP 기술로 적층 제조된 부품을 위한 다양한 자동화된 핸즈프리 서포트 제거 솔루션을 제공합니다.

그러나 한 회사는 한 걸음 더 나아갔다. 분말 기반 사파이어 시스템을 개발하는 회사인 Velo3D는 Intelligent Fusion이라고 하는 기술로 시스템을 강화했습니다. 이 기술을 사용하면 지지대가 거의 없거나 아예 없는 상태에서 복잡한 금속 부품을 인쇄할 수 있습니다. Velo3D의 독점 시뮬레이션 소프트웨어와 폐쇄 루프 모니터링을 사용하여 다른 분말 베드 금속 시스템에 비해 최대 5배 적은 지원으로 부품을 생산할 수 있습니다.

전반적으로 지원 설계 및 제거를 최적화하는 것은 3D 인쇄 워크플로를 더 빠르고 간단하게 만드는 데 있어 핵심 과제입니다. 그러나 위의 예에서 볼 수 있듯이 업계에서는 이러한 문제를 극복하기 위한 솔루션을 지속적으로 개발하고 있습니다. 그러나 모든 기술과 함께 성공적인 구현을 위해서는 더 큰 기술과 노하우가 필요합니다. 이 안내서가 3D 프린팅에서 지지 구조를 보다 효율적으로 사용하는 방법에 대한 지식을 확장하여 적으로부터 동맹으로 바꾸는 데 도움이 되었기를 바랍니다.