효율적인 섬유 라우팅으로 3D 프린트 파트 강도 최적화 - 1부

편집자 주: 이것은 Markforged 3D 프린터의 효율적인 섬유 라우팅에 대한 종합 시리즈 1부입니다. Markforged 플랫폼이 처음이시라면 여기로 문의하세요. 이 글을 읽은 후 2부에서 고급 기술을 살펴보세요.

섬유 충전 유형

우리 고강도 3D 프린터는 파트 강화를 위한 두 가지 독특한 섬유 충전 전략을 제공합니다: 등방성 섬유와 동심원 섬유. 이 옵션들은 파트 뷰 페이지에서 전역적으로 적용하거나 내부 뷰 페이지에서 층별로 적용할 수 있습니다. 각 충전 유형은 고유한 강화 특성을 제공합니다. 자세한 내용은 아래를 참조하세요. Markforged 프린터가 없으셔도 Eiger 체험판으로 이 전술을 테스트할 수 있습니다.

먼저, 모두가 같은 페이지에 있도록 표준 명명 규칙을 정하겠습니다. 다양한 축과 평면에서의 강도를 자주 언급하므로, 이 키를 가이드로 사용하세요:

동심원 충전 강화

동심원 충전은 파트 외곽 윤곽 내에 특정 수의 쉘을 추적해 파트 벽을 Z축 중심 굽힘에 대해 강화합니다. 프린트 헤드가 안쪽으로 나선형으로 이동하며 외곽 곡률을 따르므로 이동이 비선형이고, 정확한 툴 경로 추적을 위해 헤드가 감속해야 해 빌드 시간이 증가합니다. 원하는 동심원 링 수를 지정해 층당 섬유 사용량을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

등방성 충전 강화

우리 연속 섬유 프린터는 전통적인 라미네이트 복합재료의 단방향 층을 모방하는 등방성 섬유 충전 패턴도 생성할 수 있습니다. 각 층은 단일 각도 방향의 평행 섬유로 구성되며, 가장자리에서 180° 회전합니다. 후속 등방성 층은 Eiger에 의해 자동으로 45° 회전하지만, 맞춤 방향 패턴도 가능합니다(2부 참조). 등방성 섬유는 XY 평면에서 굽힘에 저항합니다. 가해진 힘이 최소 일부 섬유에 인장 하중을 생성하고, 섬유는 인장에서 탁월하기 때문입니다. 또한 샌드위치 패널을 구축해 해당 평면의 비틀림 강도를 높이는 데도 사용할 수 있습니다.

기본적으로 등방성 섬유는 외부 표면 주위에 두 개의 동심원 링을 추가해 매끄럽게 강화된 외관을 보장합니다. 이 방법은 각 층의 전체 평면을 강화하지만 섬유와 시간이 많이 소모되며, 강한 파트를 위해 항상 필요하지는 않을 수 있습니다.

기본 섬유 라우팅 기술

이 두 가지 섬유 라우팅 옵션으로 특정 하중 경로를 타겟팅해 소재와 프린트 시간을 절약하면서 강도를 극대화할 수 있습니다.

단일 샌드위치 패널

샌드위치 패널은 복합재료 시트가 형성하는 표면 주위의 비틀림 강성을 향상시키는 일반적인 복합재료 적층입니다. I빔의 복합재료 버전으로 생각하면 됩니다. 상단과 하단 층이 가장 많은 굽힘 응력을 받습니다. 파트가 XY 평면에서 비틀림을 경험한다면 샌드위치 패널이 비틀림 강도를 크게 높여줍니다.

우리 소프트웨어는 '섬유 사용' 선택 시 자동으로 샌드위치 패널을 생성하지만, 상단과 하단 층이 일치하는 대칭 파트에서 가장 잘 작동합니다. 예시에서 브레이크 레버의 상단 표면은 작은 돌출부이므로, 가장 큰 상단 표면 아래에 수동으로 섬유를 추가했습니다. 일반적으로 샌드위치 패널은 유사한 단면적을 가진 층들로 구성되어야 합니다.

샌드위치의 균형을 유지하려면 강화하려는 상단과 하단 표면에 동일한 수의 등방성 층을 배치하세요. 불균형한 샌드위치는 비대칭 굽힘 강성을 생성해 휨이나 조기 파손을 유발할 수 있습니다. 각 면에 더 많은 층을 배치하고 샌드위치 간격이 멀수록 파트는 더 강해집니다. 파트 중앙에 배치된 섬유는 굽힘 강도에 미치는 영향이 작으므로 내부를 완전히 채우는 것은 불필요합니다.

섬유 둘레

샌드위치 패널이 XY 평면을 강화하는 동안, 섬유 둘레는 파트를 Z축 중심으로 강화합니다. 원하는 층에 동심원 충전을 적용해 벽의 Z축 굽힘 강성을 높입니다. 이 접근법은 솔리드 블록 대신 C채널이나 튜브를 사용해 무게를 줄이면서 강도를 보존하는 엔지니어링 관행을 반영합니다.

섬유 둘레를 설정하려면 강화하려는 층에 동심원 충전을 선택하세요. 동심원 링 수를 늘리거나 더 많은 층에 동심원 충전을 확장하면 Z축 강도가 향상됩니다. 브레이크 레버 예시에서는 모든 층에 세 개의 동심원 링으로 강화해 강성을 극대화했으며, 내부에는 최소한의 굽힘을 경험하므로 강화하지 않았습니다.

쉘링

파트가 모든 방향의 굽힘에 저항해야 하거나 하중 경로가 불확실할 때, 샌드위치 패널과 중간 섬유 쉘을 결합하세요. 결과적인 설계는 모든 축에서 굽힘 강도를 제공합니다. 예를 들어, 중장비 로봇용 모터 브래킷은 모든 면에서 견고한 강화가 필요합니다.

이 경우, 매우 견고한 파트를 위해 20층의 등방성 샌드위치 패널링(상단 10, 하단 10)을 선택했습니다. 상단 면에 볼트 구멍 돌출부가 있으므로 상단 패널을 상단 표면 아래에 재배치했습니다.

내부 뷰 하단의 바는 각 섹션의 섬유 사용량을 최대치 대비 정규화해 모니터링할 수 있게 합니다. 여기서는 단순 등방성 샌드위치 패널에 대한 두 개의 별도 섬유 강화 영역을 볼 수 있습니다. 두 패널 사이의 중앙 영역을 선택해 그룹화하고, 두 개의 링으로 동심원 섬유 충전을 할당하면 효율적인 다축 강화 전략이 완성됩니다.

각 충전 유형의 강화 메커니즘을 명확히 이해하면, 위 조합 같은 단순하면서 강력한 트릭을 적용해 파트 성능을 향상시키고 섬유 낭비 없이 프린트 시간을 단축할 수 있습니다.

더 배우고 싶으신가요? Eiger 체험판을 요청해 우리 소프트웨어와 섬유 강화 옵션을 실험해 보세요. 2부에서 고급 섬유 라우팅 기술도 확인하세요!