데스크탑 3D 프린터가 3D 인쇄를 바꾸는 방법

데스크탑 3D 프린팅은 지난 10년 동안 어느 정도 혁명을 겪었습니다. 소비자 시장을 염두에 두고 시작된 기술은 산업, 전문 시장의 중요한 부분이 되었습니다. 더 저렴하고 더 빠른 생산을 가능하게 함으로써 데스크탑 3D 프린터는 점점 더 산업 환경의 중요한 부분이 되고 있습니다.

그러나 이러한 전환의 원동력은 무엇이며 데스크톱 3D 프린팅 및 3D 프린팅 전체의 현재와 미래에 어떤 의미가 있습니까?

RepRap:데스크톱을 통한 3D 프린팅 민주화

2018년에 3D 프린팅 업계는 RepRap 프로젝트의 10주년을 기념했습니다. 이 프로젝트는 데스크톱 3D 프린팅의 발전에 중요한 역할을 하게 될 프로젝트입니다.

RepRap은 replicating Rapid prototyper의 약자입니다. , 많은 자체 구성 요소를 인쇄할 수 있는 저렴한 데스크탑 3D 프린터를 만드는 아이디어에서 시작되었습니다. 이 프로젝트의 목표는 야심찬 것이었습니다. 이 데스크탑 3D 프린터를 가능한 한 많은 사람들이 사용할 수 있게 하는 것이었습니다.

University of Bath의 Adrian Bowyer 박사가 이끄는 오픈 소스 프로젝트는 DIY(Do-It-Yourself) 커뮤니티에서 엄청난 성공을 거두었습니다. 그러나 데스크탑 3D 프린팅의 경우 그 의미는 훨씬 더 깊었습니다.

2008년부터 RepRap 운동이 잘 진행되면서 저가형 데스크탑 3D 프린터 제조업체의 새로운 작물이 등장했습니다. 예를 들어, 2009년에 설립된 MakerBot은 3D 프린팅을 통해 생산을 혁신한다는 비전을 주도하는 회사 중 하나로 부상했습니다.

RepRap 운동의 성공을 기반으로 MakerBot은 3D 프린터 및 3D 인쇄 제품을 직접 제작하려는 소비자를 위해 오픈 소스 DIY 키트를 생산하기 시작했습니다.

2012년 MakerBot의 가장 유명한 3D 프린터인 Replicator 2의 출시는 소비자 3D 프린팅 거품의 높이와 일치했습니다. 일반 업계의 관점에서 데스크탑 3D 프린터가 일반 가정에 보급될 것이라는 데 베팅한 Makerbot은 소비자 3D 프린팅의 새로운 시대를 열 수 있기를 희망했습니다.

알다시피 3D 프린팅 혁명은 적어도 소비자 시장에서는 실현되지 않았습니다.

대량 소비자 채택의 주요 장애물은 기계를 작동하는 데 필요한 복잡성 수준이었습니다. 제한된 재료 선택과 디자인 기술에 대한 필요성과 함께 3D 프린터는 소비자 친화적 제품이 아니었으며 아직까지도 그렇게 되지 않았습니다.

소비자 시장을 구축하기 위한 투쟁으로 인해 많은 데스크탑 3D 프린터 제조업체가 사업을 접게 되었습니다. 그러나 일부 기업은 소비자에서 전문가 및 기업 시장으로 전환하여 살아남고 번성했습니다.

소비자에서 산업으로

데스크탑 3D 프린팅은 아직 소비자 시장에서 틈새 시장을 찾지 못했지만 이 기술은 산업 제조 환경에서 중요한 부분이 되었습니다.

데스크탑 3D 프린팅 부문은 지난 10년 동안 기하급수적으로 증가했습니다. 2009년에 약 1,816대의 시스템이 판매되었으며(Wohlers 보고서 2015), 2017년에는 500,000대 이상으로 급증했습니다(Wohlers 보고서 2018).

더 작은 산업 시스템에 대한 수요와 더 큰 시스템 비용의 일부는 산업용 애플리케이션을 위한 데스크탑 3D 프린팅의 부상의 핵심 요소입니다.

오늘날의 데스크탑 3D 프린터는 신속한 프로토타이핑, 툴링 및 최종 부품 생산을 위한 경제적인 도구를 제공하여 전문적인 환경에서 광범위하게 사용됩니다.

Ultimaker:DIY 키트에서 공장 현장 솔루션까지

소비자에서 산업용 3D 프린팅으로 성공적으로 도약한 회사의 가장 두드러진 사례 중 하나는 아마도 FFF 3D 프린터 제조업체인 Ultimaker일 것입니다.

AMFG와의 인터뷰에서 Ultimaker의 북미 사장인 John Kawola는 "Ultimaker는 2012년에서 2013년 사이에 일어난 전체 소비자 과대 광고를 실제로 받아들이지 않았습니다."라고 말했습니다.

“우리는 이미 꽤 하드코어한 제작자나 취미 생활을 하던 사람들이 이미 집에 필요한 장비를 가지고 있는 소비자 시장에서 진정한 차이를 보았습니다. 그리고 우리는 그것이 3D 프린팅을 위한 좋은 시장이라고 생각했습니다. 모든 사람이 3D 프린터를 갖게 될 것이라는 일반적인 과대 광고는 사실이 아닌 것으로 판명되었습니다. 적어도 그 당시는 아니었고 아마도 오늘날에도 마찬가지일 것입니다.”

2011년에 설립된 Ultimaker는 DIY 키트 제조에서 폭스바겐 오토유로파(Volkswagen Autoeuropa) 및 자빌(Jabil)과 같은 회사에서 채택한 산업용 데스크탑 시스템 생산으로 전환했습니다.

Ultimaker의 첫 번째 기계인 Ultimaker Original은 2011년에 개발되어 메이커 커뮤니티에 키트로 배포되었습니다. 이 기계는 20미크론의 해상도에서 최대 21 x 21 x 20.5cm의 물체를 인쇄할 수 있습니다. 취미로 하는 사람에게는 충분하지만 이 기계는 산업 응용 분야에 필요한 속도, 품질 및 재료 선택이 부족했습니다.

그 이후로 Ultimaker는 산업용 애플리케이션에 적합한 데스크탑 솔루션을 개발하기 위해 전략적으로 움직였습니다.

2013년에 회사는 더 큰 Ultimaker 2+ 시스템으로 진화한 Ultimaker 2를 출시했습니다. 1년 후, 회사는 Ultimaker 3 기계를 출시하면서 전문 시장을 향한 또 다른 기술을 선보였습니다.

Ultimaker 2와 비교하여 세 번째 모델은 10cm 더 높은 빌드 볼륨과 이전 시스템에서는 사용할 수 없는 새로운 이중 압출 기능을 자랑합니다.

이중 압출은 사용자가 두 가지 재료(예:표준 재료와 용해 가능한 지지 재료 또는 두 가지 재료를 다른 색상으로 사용)로 인쇄할 수 있기 때문에 특히 유용합니다.

2018년에 회사는 최신 데스크탑 3D 프린터인 Ultimaker S5를 출시했습니다.

이중 압출 Ultimaker S5는 Ultimaker 3의 21.5 x 21.5 x 30.0 cm에 비해 33 x 24 x 30 cm의 더 큰 빌드 볼륨을 가지며 최대 280˚C의 인쇄 온도에 도달할 수 있습니다. 따라서 PC 및 나일론과 같은 고온 엔지니어링 재료에 특히 적합합니다.

사용 사례:하이네켄

세계 최대 양조 회사 중 하나인 Heineken은 스페인 양조장에서 Ultimaker의 S5 프린터를 사용하여 다양한 맞춤형 도구와 예비 부품을 생산하고 있습니다.

데스크톱 3D 프린팅을 채택한 Heineken은 이 기술을 통해 전통적으로 제조된 부품 및 도구와 비교하여 70-90%의 비용 절감을 보고했습니다. 또한 프로덕션 가동 시간이 상당히 증가했습니다.

회사는 또한 3D 프린팅을 사용하여 기계 구성 요소의 설계를 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, 팀은 이전에는 자주 병을 넘어뜨릴 수 있었던 컨베이어 벨트의 품질 센서와 함께 사용된 금속 부품을 재설계하고 3D로 인쇄했습니다.

Heineken의 예는 데스크탑 3D 프린터가 공장에서 다양한 애플리케이션을 지원하도록 얼마나 발전했는지 보여줍니다.

Formlabs:데스크톱에 SLA 가져오기

데스크탑 FFF 3D 프린팅과 마찬가지로 데스크탑 SLA(광조형술) 시스템의 채택은 지난 몇 년 동안 시작되었습니다.

FFF 3D 프린팅의 경우와 마찬가지로 2000년대 말에 여러 SLA 특허가 만료되면서 데스크톱 SLA 3D 프린팅이 부상하게 되었습니다. 이러한 변화하는 환경을 활용한 회사 중 하나는 Formlabs였습니다.

2012년에 설립된 Formlabs는 같은 해에 최초의 데스크톱 SLA 머신인 Form 1을 출시했습니다. 처음부터 전문 사용자를 대상으로 하는 이 회사는 '진정한 전문 기계의 성능과 해상도'를 데스크톱에 제공하기 위해 Kickstarter에서 거의 300만 달러를 모금했습니다.

당시 SLA 기계 시장은 대부분의 소규모 회사가 접근할 수 없는 더 크고 더 비싼 산업용 3D 프린터가 지배했습니다.

양식이 도입되면서 현재 상태를 변경하고 SLA를 보다 저렴하고 액세스할 수 있게 만들고자 하는 열망이 생겼습니다.

이와 관련하여 주요 이정표 중 하나는 Formlabs의 Form 2 시스템이 출시된 것입니다. Form 2는 14.5 × 14.5 × 17.5cm의 빌드 볼륨과 강력한 광학 엔진을 갖추고 있어 고품질의 안정적인 인쇄가 가능합니다.

그러나 3D 프린팅에 익숙한 사람은 프린팅 프로세스가 워크플로의 한 부분일 뿐이라는 것을 알고 있습니다. SLA에서는 고품질 결과를 얻기 위해 세척 및 경화와 같은 후처리 작업이 필요하지만 종종 수동으로 수행됩니다.

Formlabs는 솔루션을 전문 시장으로 더욱 확장하려면 프로세스를 최대한 간소화해야 한다는 점을 이해했습니다.

이를 염두에 두고 Formlabs는 Form 2용 Form Wash 및 Form Cure 후처리 액세서리를 출시했습니다. 세척 및 경화 스테이션은 인쇄물을 청소하고 경화하는 데 도움이 되며 수동 후처리 단계 중 일부를 자동화합니다.

자동화된 3D 프린팅의 증가 추세를 충족하기 위해 회사는 2017년에 확장 가능한 3D 프린팅 생산을 위한 Form Cell 플랫폼을 시연했습니다. 이 솔루션은 5개의 Form 2 3D 프린터와 Form Wash 및 Form Cure 모듈이 포함된 인클로저로 구성되며 움직이는 로봇으로 관리됩니다. 받침대.

사용 사례:Northwell Health

뉴욕주 최대 의료 서비스 제공업체인 Northwell Health는 Form Cell의 초기 사용자 중 하나였으며, 이 기계를 사용하여 환자별 해부학적 모델과 수술 가이드를 제작했습니다.

Northwell Health의 외과의는 3D 인쇄된 개인화된 해부학적 모델을 사용하여 어려운 수술을 보다 효과적으로 준비하고 수술실에서 보내는 시간을 줄일 수 있습니다. Northwell Health의 추정에 따르면 수술실 비용 절감 덕분에 후자는 연간 최대 1,750,000달러를 절약할 수 있습니다.

SLA를 데스크탑에 도입하고 기술을 지속적으로 개선함으로써 Formlabs는 산업 시장에서 입지를 확고히 할 수 있었습니다. 이 회사는 40,000개 이상의 시스템이 판매된 세계 최대 SLA 3D 프린터 판매자로 보고됩니다.

다른 기술로 전환할 기회를 포착한 Formlabs는 2017년에 최초의 분말 기반 데스크탑 SLS 시스템인 Fuse 1도 발표했습니다. 이는 올해 초에 출시된 최신 SLA 3D 프린터 라인인 Form 3 및 대형 Form 3L — Formlabs는 전문 데스크탑 3D 프린터의 선두 제조업체 중 하나로서 위상을 유지할 것으로 보입니다.

RIZE:데스크탑 3D 프린팅을 지속 가능하게 만들기

하드웨어 제조업체인 RIZE에 따르면 산업용 기계를 데스크탑 형식에 맞추는 것은 많은 이점을 제공하지만 방정식의 일부일 뿐입니다. 산업용 데스크탑 3D 프린팅이 진정한 도약을 하려면 더 간단하고 안전하게 사용할 수 있어야 합니다.

RIZE의 CEO인 Andy Kalambi는 최근 AMFG와의 인터뷰에서 "우리는 사용자 경험을 단순화하여 쉽고 안전하게 모든 사용자가 산업용 3D 프린팅을 사용할 수 있도록 하는 것을 목표로 설정했습니다."라고 말했습니다.

"우리는 이러한 접근 방식을 통해 3D 프린팅이 조직 내 다양한 ​​이해 관계자가 사용하는 도구가 될 수 있다고 믿습니다."

RIZE One 3D 프린터를 시작으로 이 회사는 Augmented Deposition이라는 고유한 3D 인쇄 프로세스를 개발했습니다. 이 프로세스는 FFF 기술과 재료 분사의 원리를 결합하여 3D 인쇄 부품에 텍스트 또는 그래픽을 표시합니다. 더 최근에 제조업체는 풀 컬러 XRIZE 3D 프린터를 출시했습니다.

3D 프린팅 프로세스를 단순화하기 위해 RIZE의 3D 프린터는 부품과 자동 생성된 지지 구조 사이에 특수 릴리스 잉크를 분사합니다. 이렇게 하면 인쇄가 완료되면 사용자가 지지 재료를 빠르게 벗겨낼 수 있습니다.

기계는 또한 무공해 재료를 사용하므로 사무실에서 사용하기에 완전히 안전한 기술입니다.

RIZE는 안전성과 사용 편의성에 중점을 두어 프로토타입 프로세스를 단순화하고 속도를 높이려는 제품 개발 회사에게 특히 매력적인 기술을 제공했습니다.

예를 들어, Boston Engineering은 RIZE의 기계를 3D 프린팅 기능에 추가했지만, Boston Engineering 팀은 특수 장비를 갖춘 3D 프린팅 연구소에 3D 프린터를 배치하는 대신 사무실에서 이를 운영합니다. 이를 통해 팀은 실험실에서 제작할 때 2~3일의 리드 타임에 비해 하루 만에 프로토타입을 인쇄할 수 있습니다.

엔지니어링 수준의 재료를 데스크탑 3D 프린팅으로 가져오기

데스크탑 3D 프린터 이면의 기술이 산업 시장을 위해 계속 발전함에 따라 적합한 재료의 범위도 발전하고 있습니다. 표준 PLA 및 ABS 외에도 산업용 데스크탑 3D 프린터는 이제 엔지니어링 등급 재료를 지원할 수 있습니다.

이것은 이전에 더 큰 산업 기계에서만 사용할 수 있었던 고성능 재료의 문을 열었습니다. 이러한 고성능 재료는 기능적 프로토타입에서 저가 도구 및 예비 부품에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

Markforged:복합 폴리머 3D 프린팅

이 분야의 주요 발전 중 하나는 복합 폴리머 3D 프린팅의 도입이었습니다.

고분자 복합 재료는 일반적으로 코어 재료와 강화 재료(예:섬유)의 두 가지 구성 요소로 구성된 재료입니다. 유리, 탄소 또는 아라미드와 같은 섬유로 강화된 폴리머는 강도, 강성 및 내구성이 추가된 부품을 만듭니다.

Markforged는 연속 탄소 섬유 강화 3D 프린팅을 데스크톱에 도입한 최초의 회사로 보고됩니다. 회사는 2014년 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 케블라의 연속 가닥으로 강화된 나일론 부품을 3D 인쇄할 수 있는 기능을 갖춘 최초의 복합 3D 프린터인 Mark One을 출시했습니다.

그 이후로 Markforged는 Mark Two 및 Onyx 시리즈는 물론 X3, X5 및 X7 산업용 3D 프린터를 비롯한 여러 업그레이드를 공개했습니다. 모든 시스템은 회사의 CFF(Continuous Filament Fabrication) 기술을 기반으로 합니다.

CFF는 압출 기반 공정으로, 하나의 노즐은 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 케블라의 연속 가닥을 증착하고 두 번째 노즐은 나일론과 같은 기본 재료를 증착합니다.

CFF 기술의 도입은 기존 데스크탑 압출 3D 프린터에서 사용할 수 없는 기능을 잠금 해제했기 때문에 3D 인쇄의 전환점이 되었습니다. Markforged의 기술로 구현된 복합 재료를 사용하여 제조업체는 ABS보다 최대 8배, 알루미늄보다 20% 더 강한 복합 부품을 만들 수 있습니다.

Siemens Gas &Power는 Markforged 복합 3D 프린터를 사용하여 맞춤형 도구를 생산하는 회사의 한 예입니다. 최근 하우징 툴링의 경우, 회사는 Markforged의 독점적인 복합 오닉스 재료를 사용하여 맞춤형 원형 톱 하우징을 3D로 인쇄했습니다. 그 결과 리드 타임이 3주에서 며칠로 단축되었고 단 하나의 도구에 대해 $8,000 이상이 절약되었습니다.

탄소 섬유로 인쇄하는 새로운 방법을 개발함으로써 Markforged는 데스크탑 3D 인쇄의 기능을 크게 확장했습니다. 이 회사는 2018년에 2,500대의 프린터를 출하한 것으로 알려졌으며, 이는 산업용 데스크탑 3D 프린팅이 연결하는 데 도움이 되는 제조 분야의 많은 격차가 있음을 증명하는 것입니다.

폴리머를 넘어 금속으로의 이동

폴리머 재료는 역사적으로 주요 데스크탑 3D 프린팅 재료였습니다. 그러나 이러한 현상은 2017년과 2018년 사이에 사무실 친화적 금속 시스템이 도입되면서 혼란에 빠졌습니다.

Markforged와 Desktop Metal은 데스크탑 금속 3D 프린팅을 가능하게 한 두 회사입니다.

Markforged의 Metal X와 Desktop Metal의 Studio System은 모두 플라스틱으로 캡슐화된 금속 분말을 사용하여 녹색 부품을 만든 다음 용광로에서 소결하는 압출 기반 3D 프린터입니다. 이 접근 방식을 사용하면 전통적으로 더 비싼 금속 3D 프린터에 비해 훨씬 더 저렴한 옵션을 사용할 수 있습니다. 이는 주로 저렴한 금속 사출 성형 재료로 인해 운영 비용이 낮아졌기 때문입니다.

$200,000 미만의 가격인 Metal X와 Studio System은 프로세스를 더 저렴하고 사무실 친화적이고 관리하기 쉽게 만들어 데스크탑 금속 3D 프린팅의 새로운 가능성을 촉발했습니다.

예를 들어, 도구 제조 회사인 Built-Rite는 이제 사내에서 Desktop Metal의 Studio System을 사용하여 3D 프린팅의 이점을 실현할 수 있습니다. Studio System을 통해 Built-Rite는 타사 서비스 제공업체를 사용하는 것보다 90% 더 저렴하고 30% 더 빠른 프로세스로 금형 조립 부품을 신속하게 회전할 수 있습니다.

이 애플리케이션은 툴링 생산을 위한 기술의 적합성을 보여줄 뿐만 아니라 금속 데스크탑 3D 프린터가 이전에 금속 3D 프린팅 기술에 투자할 여력이 없었던 기업의 진입 장벽을 줄일 수 있는 잠재력이 있음을 나타냅니다.

데스크탑 3D 프린팅 제품군 관리

데스크탑 AM 기계는 상대적으로 저렴하며 우리가 보았듯이 현재 기능은 제조업체의 장난감을 생산하는 것 이상입니다. 이것이 기업이 내부 RP 연구소를 위한 것이든 3D 프린팅 서비스 비즈니스를 위한 것이든 3D 프린팅에 대한 투자를 모색할 때 데스크톱 3D 프린터가 종종 첫 번째 선택인 이유입니다.

일반적으로 데스크톱 3D 프린터 한 대를 처리하는 것은 문제가 되지 않지만 기업이 두 번째, 세 번째 3D 프린터 또는 그 이상에 투자하면 워크플로가 처음보다 더 복잡하다는 것을 곧 알게 됩니다.

3D 프린터에 대한 투자를 늘리는 것은 성장의 긍정적인 신호이지만 이러한 성장은 완전히 새로운 도전 과제를 야기할 수도 있습니다. 3D 인쇄 요청이 포함된 지속적인 이메일 스트림 관리, 3D 파일 분석 및 복구, 인쇄 비용 계산, 작업 예약 - 팀에서 이러한 작업을 수동으로 수행하여 부서 또는 비즈니스의 생산성을 제한할 가능성이 큽니다.

이러한 프로세스는 3D 프린터를 성공적으로 활용하는 데 필수적이지만 더 높은 효율성을 보장하기 위해 개선할 수 있고 개선해야 합니다.

이를 수행하는 한 가지 방법은 자동화 소프트웨어를 사용하는 것입니다. 예를 들어 즉각적인 가격 책정 및 견적 기능으로 구동되는 웹 기반 요청 제출 포털을 제공함으로써 3D 프린팅의 관리 측면을 간소화할 수 있는 솔루션이 있습니다. AMFG와 같은 자동화 소프트웨어 패키지에는 인쇄 전 파일 준비를 단순화하기 위해 자동화된 파일 변환 및 복구 도구도 포함될 수 있습니다.

우수한 3D 인쇄 자동화 소프트웨어는 3D 프린터와 통합되어 진행 중, 완료 또는 실패한 인쇄 작업에 대한 실시간 기계 상태 업데이트를 제공할 수도 있습니다.

데스크톱 3D 프린팅의 다음 단계는 무엇입니까?

데스크탑 3D 프린팅은 지난 10년 동안 엄청난 발전을 이루었습니다. 기술이 향상되고 사용 가능한 산업용 등급 재료의 범위가 그 어느 때보다 넓어졌습니다. 업계가 전문 산업 응용 프로그램으로 초점을 이동함에 따라 데스크탑 3D 프린터 제조업체도 마찬가지입니다.

이는 기업이 기술에 투자하는 비용을 낮추고 채택 장벽을 낮추고 경제성, 품질 및 신뢰성의 한계를 넘어섰습니다.

데스크탑 3D 프린팅의 혁신 속도는 느려질 기미가 없습니다. 오늘날, 데스크탑 3D 프린팅을 프로토타이핑을 넘어 제조에 이르기까지 새로운 프로세스와 재료가 개발 및 상용화되고 있습니다. 자동화의 소프트웨어 발전도 데스크탑 3D 프린팅을 더 쉽게 관리할 수 있게 하여 워크플로를 단순화하고 확장성을 위한 기반을 제공합니다.

앞으로 우리는 데스크탑 3D 프린팅이 새로운 사용 사례를 제공하고 새로운 산업 부문의 문을 여는 것을 보게 될 것입니다. 데스크탑 컴퓨터가 지속적으로 더 높은 수준의 성능을 달성함에 따라 사무실 환경과 엔지니어의 책상에서 공장 현장에 이르기까지 표준 도구가 될 것입니다.