Stratasys Insight로 FDM 부품 밀봉하기: 실전 가이드

액체를 담는 신제품 설계를 검증해야 하는데 필수 후처리가 두렵다면? 침착하게 Insight를 활용하세요.

적층 제조(AM) 기술이 진화함에 따라 적용 분야는 끝이 없어 보입니다. 그럼에도 기능성 프로토타이핑과 최종 사용 부품에 AM을 활용하는 이들은 25년 된 검증된 주력 기술인 FDM(Fused Deposition Modeling)에 의존합니다. 시장의 무려 85%가 FDM 기반인 것은 당연합니다. 다양한 엔지니어링 생산용 플라스틱으로 정확하고 기능적인 부품을 제작합니다.

장점도 많지만 FDM은 본질적으로 다공성입니다. 많은 애플리케이션에서 이는 문제가 되지 않습니다. 열성형을 한다면 이 결점을 환영하겠죠. 그러나 기체나 액체를 담거나 차단하려 한다면 이는 명백한 한계입니다. 다공성이 우려될 때 Insight 처리 소프트웨어로 시작하는 것이 애플리케이션 성공을 보장하는 최선의 방법입니다.

형상은 어떤 기술 또는 기술 조합이 부품을 테스트와 최종 용도에 맞게 밀봉하는 데 필요한지 크게 좌우합니다. Stratasys Fortus 라인에 포함된 Insight 소프트웨어를 활용하면 대부분의 형상에서 다공성 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다. 반면 복잡한 형상은 잠재적으로 노동 집약적 후처리가 필요할 수 있습니다. 절약형이라면 수동 작업이 필요 없도록 Ultem 필라멘트로 STL을 선행 처리하는 데 노력을 집중하세요. 그리고 놀랍게도 대부분의 후처리 방식과 달리 이 전략은 부품 형상을 변경하지 않습니다.

FDM에 익숙하다면 다공성이 왜 종종 필요한지 아실 겁니다. 모르신다면 이유는 이렇습니다: 모델에 자립 불가능한 영역이 있으면 서포트가 필요하고 이를 제거·용해해야 합니다. 자연스러운 다공성은 수용액이 서포트 소재에 도달하고 동일한 은폐 영역에서 배출되게 합니다. 즉, 때로는 침출이 도움이 됩니다. 이 점을 명심하세요.

Insight로 밀봉하기

Insight로는 특히 단순한 형상에서 다공성 우려를 제어하거나 심지어 제거할 수 있습니다. 이는 애플리케이션 요구사항이 대기압 수준의 기체나 액체 보관인 경우에 해당합니다. 고압/진공이나 복잡한 부품 형상에서는 그만큼 효과적이지 않습니다.

첫 단계는 빌드 플랫폼 위 부품 방향 결정입니다. 이는 판단과 애플리케이션 요구에 달려 있습니다. 가장 중요한 규칙은 대부분의 표면이 수직으로 향하도록 부품을 배치하는 것입니다.

최적 방향 결정 후 다음 단계는 수직 벽면에 다중 윤곽(contour) 추가입니다(아래 이미지). 근본적으로 이 기술은 추가 윤곽을 사용해 이 층들의 래스터(raster)를 줄이거나 제거하는 데 의존합니다. 모델 내 래스터 존재는 아래 이미지(위)에서 보듯 공기 갭을 생성해 누출 위험을 높입니다.

그룹 툴바에서 다음 단계로 공기 갭을 줄이는 파라미터를 설정할 수 있습니다:

1. 각 층에서 측정해 벽 두께를 결정하고 계산합니다. 벽 두께 = 윤곽 수 × 윤곽 폭. 같은 벽 두께를 가진 층 범위를 선택할 수 있습니다.
2. 각 두께별 사용자 정의 그룹(Custom Groups)을 설정하고 층을 그룹에 추가합니다. 각 그룹에서 윤곽 수와 폭을 제어할 수 있습니다.
3. 윤곽 연결(Link Contours) 기능을 선택하고 가능하면 약간의 음수 윤곽 간 공기 갭을 추가합니다. 이 기능은 각 윤곽 간 시작/정지 지점을 제거해 연속 툴패스를 생성합니다.

이 예제에서 사용자 정의 그룹 파라미터로 0.100 벽 두께에 5개 윤곽, 0.020 윤곽 폭을 사용했습니다. 윤곽 연결 체크와 -0.001 공기 갭을 적용했습니다. 또는 툴패스 설정(Toolpath Setup) 메뉴에서 윤곽 폭과 윤곽 연결을 전역 적용할 수도 있습니다.

참고: 일부 파라미터 수정은 빌드 시간과 소재 사용량을 변화시킬 수 있습니다. 모범 사례는 '그린 플래그'를 대조군으로 실행해 수정 전 예상 시간과 소재를 기록하는 것입니다.

다음으로 래스터를 살펴보겠습니다. 래스터가 필요한 영역이 있을 가능성이 높습니다. 기본적으로 래스터 각도 제어는 45°에서 시작해 90° 델타로 번갈아 가며 설정됩니다(위 참조). 이 번갈아 가는 턴어라운드 영역은 층을 관통하는 경로나 공기 갭, 즉 래스터가 윤곽 내부 가장자리와 만나는 검은 삼각형 영역을 남깁니다.

평행 오프셋 래스터(Parallel Offset Rasters)를 선택하면 Insight가 세 파라미터를 수정합니다:

1. 각 층의 윤곽 수를 변화시켜 래스터 턴어라운드를 숨깁니다. 이미 다중 윤곽을 설정했더라도 적용됩니다.
2. 래스터 툴패스를 인접 층과 평행하게 배치합니다(0° 델타).
3. 래스터 툴패스를 오프셋해 이전 층의 이음새를 덮습니다.

이로써 밀봉 준비가 완료되었습니다. FDM 밀봉 애플리케이션을 위한 STL 처리 시작점으로 훌륭합니다.

밀봉을 한 단계 더 끌어올릴 다른 후처리 기법에 대한 글도 있습니다. 하지만 주의하세요. 그것들은 부품 형상에 영향을 줍니다.

태그: FDM 기술, 열성형, Ultem