HP 3D 인쇄 기술의 진화:폴리머에서 금속 AM으로

HP는 3D 프린팅 전략을 전속력으로 추진하고 있습니다. 이 회사는 2016년 적층 제조(AM)에 처음 진출한 이후 여러 폴리머 3D 프린팅 시스템을 출시했으며 최근에는 Metal Jet 기술을 도입했습니다.

HP 3D 프린팅의 발전에 발맞추기 위해 아래에서 HP 3D 프린팅 기술의 발전과 3D 프린팅 산업의 미래에 대한 의미를 살펴봅니다.

3D 프린팅에 발을 담그기

3D 프린팅은 경제적, 기술적, 인력 측면에서 진입 장벽이 많습니다.

예를 들어, 많은 산업용 3D 프린터는 속도와 효율성 면에서 여전히 기존 장비에 뒤떨어져 있습니다. 그런 다음 AM을 마스터하기 위한 가파른 학습 곡선도 있습니다. 그러나 채택을 가로막는 가장 큰 장벽은 아마도 AM을 생산 현장에 배치하는 데 필요한 상당한 투자에 있을 것입니다.

HP는 회사에 훨씬 더 빠른 빌드 속도, 고품질 기능 부품 및 획기적인 경제성을 제공함으로써 3D 프린팅을 민주화하기 위한 AM 여정을 시작했습니다.

이 여정은 Multi의 출시로 이어졌습니다. 2016년 Jet Fusion.

HP Multi Jet Fusion(MJF)은 PBF(Powder Bed Fusion) 기술로 플라스틱 분말을 사용하여 부품을 만듭니다. MJF 공정은 프린터 베드 전체에 얇은 분말 층을 펴는 것으로 시작됩니다.

적외선 에너지를 흡수하도록 설계된 융해제가 부품의 윤곽을 따라 베드를 가로질러 분사됩니다.

이 단계는 융합제로 영역을 가열하는 적외선을 적용하고 해당 영역에서 분말을 용융 및 융합하는 단계입니다. 레이어별로 프로세스가 반복되어 천천히 부품이 만들어집니다.

HP는 MJF 기술을 통해 폴리머 PBF 3D 프린팅의 새로운 벤치마크를 도입했습니다. 우선 MJF 기계는 선택적 레이저 소결(SLS)과 같은 유사한 공정보다 더 일관된 기계적 특성, 더 빠른 공정 속도 및 더 높은 정확도를 달성합니다.

MJF 및 SLS 부품의 비용을 비교할 때 Xometry, 온라인 제조 시장에서는 MJF를 사용하여 부품을 생산하는 것이 SLS에 비해 인쇄 비용이 30% 저렴하다는 사실을 발견했습니다. 그리고 이 차이는 여러 부품을 동시에 인쇄할 수 있는 HP MJF 프린터의 기능으로 인해 부품의 양이 증가함에 따라 증가합니다.

산업화된 폴리머 3D 프린팅을 향해 나아가는 중

여러 가지 면에서 혁명적인 HP의 MJF 기술은 처음부터 기능적 프로토타이핑 및 대량 생산을 목표로 했습니다.

2016년 말에 출시된 이 회사의 첫 번째 Jet Fusion(JF) 3D 4200 시스템은 동급 PBF 시스템 중 최고의 소량 생산 기계 중 하나로 명성을 얻었습니다.

프린터, 냉각 스테이션 및 2개의 빌드 유닛으로 구성된 JF 4200 시스템은 인쇄 및 후처리 단계를 최대한 간소화하는 것을 목표로 합니다.

교환 가능한 빌드 유닛은 인쇄가 완료되는 즉시 냉각 및 청소를 위해 프린터에서 직접 후처리 스테이션으로 이동할 수 있어 지속적인 인쇄 프로세스가 가능하므로 특히 유용합니다.

생산과 품질에 중점을 둔 덕분에 시스템은 시장에서 좋은 평가를 받았습니다. 예를 들어, 글로벌 서비스형 제조 플랫폼인 3D Hubs의 2018년 2분기 디지털 제조 동향 보고서에서 HP Jet Fusion 3D 4200의 프린터 품질 등급이 2위를 차지했으며 기계가 1위를 차지했습니다. 그 해에 생산된 부품 수를 기준으로 합니다.

응용 측면에서 JF 4200 시스템의 기능은 광범위합니다. 기능적 프로토타입에서 도구, 최종 사용 부품의 단기 생산에 이르기까지 무엇이든 사용할 수 있습니다.

JF 4200 시스템으로 가능한 일의 주목할만한 예는 작년에 HP가 투명 교정 장치라고 하는 투명 치아 교정 장치 제조업체인 SmileDirectClub과 파트너십을 맺었다는 발표입니다.

이 파트너십을 통해 SmileDirectClub은 49개의 HP Jet Fusion 3D 인쇄 시스템을 설치하여 하루에 50,000개 이상의 고유한 금형을 생산했습니다. 그런 다음 이 몰드를 사용하여 투명 얼라이너를 주조합니다.

HP 3D 프린팅은 기술을 통해 SmileDirectClub이 성장을 가속화하고 증가하는 고객 요구를 충족하는 데 도움이 되었습니다.

풀 컬러 3D 프린팅 분야 진출

JF 4200 시스템이 출시된 후 2018년에는 풀 컬러 3D 프린터 시리즈인 Jet Fusion 300 / 500이 출시되면서 다음으로 큰 발표가 있었습니다.

Accurate , 저렴한 컬러 3D 프린팅은 후 3D 프린트를 염색하는 데 수많은 시간을 소비하는 많은 제조업체의 최종 목표입니다. 그들은 인쇄대를 떠났습니다. 더 나은 솔루션은 – 그러나 비용이 많이 들고 일부 AM 시스템에 독점적인 솔루션은 – 단순히 풀 컬러로 물체를 3D 프린팅하는 것입니다.

HP가 개발한 새로운 시리즈는 기존 범위를 보완합니다. 현재 회색으로만 인쇄하고 중소 제품 개발자에게 저렴한 옵션을 제공하는 산업용 3D 프린터.

풀 컬러 3D 인쇄를 테이블에 도입함으로써 새로운 제품군은 Stratasys 및 3D Systems의 기존 기계.

다음 단계:대량 적층 제조

2018년에 HP는 자체 기술로 1천만 개의 부품 생산이라는 이정표를 달성했다고 합니다. 하지만 회사는 이것에 그치지 않았습니다. HP는 한 걸음 더 나아가 3D 프린팅에서 새로운 차원의 대량 생산을 실현하고자 했습니다.

연속 생산에서 3D 프린팅을 사용하는 것은 지난 몇 년 동안 업계를 형성하는 주요 트렌드 중 하나였습니다. 기업이 생산 기술에 대한 더 많은 응용 프로그램을 찾으면서 증가하는 생산 볼륨을 지원할 수 있는 솔루션을 요구합니다.

시장에 나와 있는 많은 업체들이 처리량 증가를 위한 솔루션을 개발하고 있지만 HP만큼 빠르게 변화하는 솔루션은 없을 것입니다.

2019년은 MJF 3D 프린터의 생산 중심의 새로운 5200 시리즈를 출시한 HP에게 또 다른 중요한 해였습니다.

3D 프린터의 500/300 시리즈가 기능적 프로토타이핑을 목표로 하고 4200 시리즈가 소량 생산을 목표로 하는 반면, 최신 시리즈는 HP의 3D 인쇄 역사에서 새로운 장을 열었습니다. 사출 성형에 비유되는 정확성과 반복성을 갖춘 제조.

5200 시리즈의 가장 주목할만한 기능 중 하나는 5200 3D 프린터 내부에 있는 램프의 업그레이드된 성능입니다. 이를 통해 새로운 시스템은 이전 시스템의 2-패스 모드와 달리 단일 패스에서 분말을 융합할 수 있습니다. 결과적으로 이 시스템은 생산성이 40% 향상되었으며 고온 재료의 3D 프린팅 가능성을 열어줍니다.

여러 회사에서 이미 생산 응용 프로그램에 HP의 Jet Fusion 5200 시스템을 사용하고 있습니다. 한 예로 풍력 터빈 제조업체인 Vestas는 기술과 TPU 소재를 사용하여 풍차 블레이드용 보호 부품을 생산하고 있습니다.

또한 캐나다 헬멧 제조업체인 Kupol은 보다 안전하고 편안한 헬멧을 3D 프린팅하기 위해 이 시스템과 협력하고 있습니다. HP는 자체 기술을 활용하여 다른 인쇄 기계의 구성 요소를 생산하고 있습니다.

분명히 새로운 시스템은 HP의 AM 운영을 크게 확장하고 고객이 디지털 제조를 진정으로 활용할 수 있도록 합니다.

HP의 3D 프린팅 재료 로드맵

HP의 3D 프린팅 로드맵은 회사를 프로토타입 및 소량 생산에서 연속 적층 제조로 점진적으로 이끌었습니다.

이 과정에서 하드웨어가 큰 역할을 하지만 그렇지 않다면 어려울 것입니다. 지속적인 신소재 개발 없이 MJF를 최대한 활용하는 것은 불가능합니다.

MJF가 2016년 처음 도입되었을 때 기술은 나일론이라고도 하는 폴리아미드 12(PA12)라는 한 가지 소재로 제한되었습니다. 점차적으로 HP는 더 넓은 범위의 열가소성 수지를 포함하도록 재료 포트폴리오를 확장해 왔습니다.

예를 들어, 4200 시리즈는 오늘날 PA 11 및 PA 12 Glass Beads, 40% 유리 구슬로 채워진 나일론, 유연하고 부드러운 TPU를 비롯한 다양한 유형의 나일론으로 인쇄할 수 있습니다. 재료.

이러한 재료의 대부분은 최신 5200 시리즈에서 사용할 수 있지만 한 재료인 폴리프로필렌(PP)은 최근 최신 3D 프린터용으로 특별히 출시되었습니다.

BASF와 협력하여 개발한 PP는 다용도, 내구성, 내화학성 열가소성 수지로 사출 성형에 일반적으로 사용되는 PP와 동일한 특성(내화학성, 낮은 수분 흡수성 및 긴 수명 포함)을 가지고 있습니다. 기간 내구성.

이러한 특성 덕분에 PP는 자동차, 소비자, 산업 및 의료 분야의 고객에게 특히 적합합니다.

HP 소재의 높은 재사용성

HP 소재에서 특히 흥미로운 점 중 하나는 높은 재사용성입니다.

폴리머 PBF에서 인쇄된 부분을 둘러싸고 있는 분말은 부품을 인쇄하는 데 사용되는 동일한 재료이며 고가인 경향이 있습니다. 물론 분말을 100% 재사용할 수 있다면 이는 문제가 되지 않을 것이며 현재로서는 불가능합니다.

한 가지 이유는 PBF 공정에서 폴리머가 장시간 고열에 노출되기 때문입니다. 따라서 소결 특성을 예측하기 어렵게 만드는 화학적 변화를 겪습니다. 현재 이 문제를 극복할 수 있는 유일한 방법은 '사용했지만 융합되지 않은' 분말을 처녀 분말과 혼합하여 재사용하는 것입니다.

SLS 공정에서는 약 30~50%만 MJF를 사용하면 최대 80%의 분말을 재사용할 수 있는 반면, 분말은 재활용할 수 있습니다. 이러한 높은 수준의 분말 재사용성은 재료 혁신을 통해 달성됩니다.

예를 들어, HP 3D High Reusability PA 122는 재료가 시간이 지남에 따라 온도에 노출되는 동안 분자 성장을 방지하도록 설계되었습니다. 이러한 재료는 반응성이 중간에서 낮은 재료로 알려져 있으며 재료의 품질을 저하시키지 않고 결과적으로 부품 품질에 영향을 미치지 않고 최대 80%까지 재사용할 수 있습니다.

HP는 재료 팔레트를 계속 확장할 계획입니다. 더 나아가 난연성, 엘라스토머, 폴리아미드, 범용 플라스틱 및 고성능 재료를 포함한 열가소성 수지 제품군을 제공합니다.

이 진전의 핵심은 HP Multi Jet Fusion Open Platform이 될 것입니다. 이 플랫폼은 화학 회사가 재료 개발에 협력하여 재료 혁신을 가속화하도록 초대합니다.

새로운 개척지:금속 3D 프린팅

폴리머 3D 프린팅 시장에서 상대적으로 짧은 위치에 있지만 HP는 민첩하고 야심찬 혁신 기업으로 자리 잡았습니다. 이제 회사는 다음 개척지인 금속 3D 프린팅을 향해 나아가고 있습니다.

2018년에 도입된 첨가제 제품의 다음 확장은 바인더 젯팅 기술로 구동되는 Metal Jet 3D 프린팅 시스템입니다.

금속 바인더 분사에서 액체 바인더는 분말 입자를 층별로 결합하기 위해 선택적으로 적용됩니다.

이 과정은 얇은 분말 층을 펴는 것으로 시작되며 프린트 헤드가 전략적으로 바인더 방울을 분말 베드에 증착합니다. 그런 다음 인쇄판이 낮아지고 또 다른 가루층이 퍼집니다.

그러나 HP가 이 기술에 도입한 고유한 이점은 혁신적인 프린트 헤드 및 잉크 기술에 있습니다.

바인더 젯팅 기술은 본질적으로 빠르지만 HP는 프린트 헤드 기술에 대한 지식을 적용하여 더 빠르게 만들었습니다. Metal Jet 시스템에는 각각 5,280개의 노즐이 있는 6개의 프린트 헤드가 장착되어 있습니다. 이러한 여러 줄의 노즐을 사용하면 프린터의 생산성과 안정성이 향상됩니다.

또한 HP는 잉크 기술에 대한 전문성을 활용하여 소결 프로세스를 더 빠르고 저렴하게 만드는 혁신적인 바인딩 에이전트를 개발했습니다.

'금속 사출 성형의 경우 일반적으로 연소시켜야 하는 바인더가 중량의 10% 이상입니다. HP의 금속 글로벌 책임자인 Tim Weber는 AMFG와의 인터뷰에서 이렇게 말했습니다. .

이러한 발전이 결합되어 기존의 생산 기술에 필적하는 경제성과 효율성을 달성하는 금속 3D 프린터가 탄생했습니다.

HP는 아직 기계를 판매하지 않습니다. 대신 이 회사는 부품 생산 서비스를 시작하여 2021년에 3D 프린터를 상용화할 수 있도록 했습니다.

HP가 Metal Jet에 대해 한 주장을 고려할 때 이 기술은 지속 가능성을 여는 열쇠가 될 수 있습니다. 대량 생산에서 금속 3D 프린팅을 위한 가치 제안.

이 기술의 혜택을 받을 수 있는 산업 중 하나는 자동차입니다. Volkswagen은 2년 동안 금속 3D 프린팅 기술에 대해 HP와 협력하여 기어 변속 손잡이 및 미러 마운트와 같은 Metal Jet 인쇄 구조 부품을 차세대 차량에 통합하기 위해 노력하고 있습니다.

디지털 제조 추진

HP는 3D 프린팅 업계에서 가장 오래된 플레이어는 아닐지 모르지만 시장 리더가 되기 위한 데드 세트 플레이어임이 입증되었습니다.

이에 대한 증거는 HP의 야심찬 3D 프린팅 로드맵뿐 아니라 기술에 대한 완전한 확신입니다. 예를 들어 이러한 확신 덕분에 HP는 공급망의 일부로 3D 인쇄를 사용하여 3D 프린터용 부품을 대량 생산할 수 있게 되었습니다.

이 회사는 3D 인쇄를 디지털 제조 기술로 사용한 이후 처음으로 이 산업의 물을 테스트했습니다. 이제 HP는 3D 프린팅 분야에서 추진력을 높이고 있으며, HP가 회사와 업계 모두를 어디로 이끌 것인지 보는 것은 흥미진진할 것입니다.