3D 프린팅의 장점

소개

3D 인쇄 한 번에 한 레이어씩 객체를 만들어 부품을 만듭니다. 이 방법은 가장 중요한 기존 제조 기술(예:CNC 가공)에 비해 많은 이점을 제공합니다. 이 중 업계 전체에 적용되는 내용은 이 기사에서 다룹니다.

3D 프린팅이 많은 기존 제조 방법을 대체할 가능성은 낮지만 3D 프린터가 기능성 소재에서 높은 정확도로 디자인을 신속하게 전달할 수 있는 많은 응용 분야가 있습니다.

3D 프린팅의 장점을 이해하면 설계자는 제조 공정을 선택할 때 더 나은 결정을 내리고 최적의 제품을 제공할 수 있습니다.

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속도

적층 제조의 주요 장점 중 하나는 기존 제조 방법에 비해 부품을 생산할 수 있는 속도입니다. 복잡한 디자인 CAD 모델에서 업로드하고 몇 시간 안에 인쇄할 수 있습니다. 이것의 장점은 디자인 아이디어의 빠른 검증과 개발입니다.

과거에는 프로토타입을 받는 데 며칠 또는 몇 주가 걸렸지만 적층 제조는 몇 시간 내에 디자이너의 손에 모델을 제공합니다. . 산업용 적층 제조 기계가 많을수록 부품을 인쇄하고 후처리하는 데 시간이 더 오래 걸리지만 기능적인 최종 부품을 소량에서 중간 규모로 생산할 수 있는 능력은 기존 제조 기술(종종 리드 타임)과 비교할 때 엄청난 시간 절약 이점을 제공합니다. 사출 성형 다이만 몇 주가 소요될 수 있음).

단일 단계 제조

설계자에게 가장 큰 관심사 중 하나는 가능한 한 효율적으로 부품을 제조하는 방법입니다. 대부분의 부품은 기존 기술로 생산하기 위해 많은 제조 단계가 필요합니다. 이러한 단계가 발생하는 순서는 디자인의 품질과 제조 가능성에 영향을 미칩니다.

전통적인 제조 방법을 통해 만들어진 맞춤형 강철 브래킷을 고려하십시오.

적층 제조와 유사하게 프로세스는 CAD 모델로 시작됩니다. 설계가 완료되면 먼저 강철 프로파일을 크기에 맞게 절단하여 제작이 시작됩니다. 그런 다음 프로파일을 제자리에 고정하고 한 번에 하나씩 용접하여 브래킷을 형성합니다. 때로는 모든 구성 요소가 올바르게 정렬되었는지 확인하기 위해 사용자 지정 지그를 구성해야 합니다. 그런 다음 용접을 연마하여 우수한 표면 조도를 제공합니다. 브래킷을 벽에 장착할 수 있도록 다음 구멍을 뚫습니다. 마지막으로 브래킷은 샌드 블라스트 처리되고 프라이밍되고 도색되어 외관이 향상됩니다.

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적층 제조 기계는 빌드 단계에서 기계 작업자의 상호 작용 없이 한 단계로 빌드를 완료합니다. CAD 설계가 완료되는 즉시 기계에 업로드하여 몇 시간 안에 한 단계로 인쇄할 수 있습니다.

한 단계에서 부품을 생산할 수 있는 기능은 다양한 제조 프로세스(가공, 용접, 페인팅)에 대한 의존도를 크게 줄이고 설계자가 최종 제품을 더 잘 제어할 수 있도록 합니다.

비용

제조 비용은 3가지 범주로 나눌 수 있습니다. 기계 작동 비용, 재료비 및 인건비.

기계 운영 비용 :


대부분의 데스크탑 3D 프린터는 랩톱 컴퓨터와 동일한 양의 전력을 사용합니다. 산업용 적층 제조 기술은 단일 부품을 생산하는 데 많은 양의 에너지를 소비합니다. 그러나 단일 단계에서 복잡한 형상을 생성하는 기능은 효율성과 처리 시간을 높입니다. 기계 작동 비용은 일반적으로 전체 제조 비용에 가장 적게 기여합니다.

재료비 :


적층 제조의 재료 비용은 기술에 따라 크게 다릅니다. 데스크탑 FDM 프린터는 kg당 약 $25의 비용이 드는 필라멘트 코일을 사용하는 반면, SLA 인쇄에는 리터당 약 $150의 소매가인 수지가 필요합니다. 적층 제조에 사용할 수 있는 재료의 범위는 전통적인 제조와의 비교를 정량화하는 것을 어렵게 만듭니다. SLS에 사용되는 나일론 분말은 kg당 약 $70이며 사출 성형에 사용되는 유사한 나일론 펠릿은 kg당 $2 - $5 정도에 구입할 수 있습니다. 재료 비용은 적층 제조를 통해 제조되는 부품 비용에 가장 큰 영향을 미칩니다.

인건비 :


3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 인건비가 저렴하다는 것입니다. 후처리를 제외하고 대부분의 3D 프린터는 작업자가 버튼을 누르기만 하면 됩니다. 그런 다음 기계는 완전히 자동화된 프로세스를 따라 부품을 생산합니다. 일반적으로 고도로 숙련된 기계 기술자와 작업자가 필요한 기존 제조 방식에 비해 3D 프린터의 인건비는 거의 0입니다.

소량의 적층 제조는 기존 제조에 비해 비용 경쟁력이 매우 높습니다. 형태와 적합성을 검증하는 프로토타입 생산의 경우 다른 대체 제조 방법(예:사출 성형)보다 훨씬 저렴하고 일회성 기능 부품 제조에 경쟁력이 있는 경우가 많습니다. 기존 제조 기술은 볼륨이 증가함에 따라 비용 효율성이 높아지고 대량 생산으로 인해 높은 설치 비용이 정당화됩니다.

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위험 완화

결함이 있는 프로토타입을 주문하면 디자이너의 시간과 비용이 듭니다. 금형이나 제작 방법의 작은 변화라도 재정적 영향이 클 수 있습니다.

고가의 제조 장비(예:몰드 또는 툴링 및 지그)에 투자하기 전에 생산 준비가 된 프로토타입을 인쇄하여 설계를 검증할 수 있으므로 프로토타입 프로세스 중 위험이 제거됩니다. 이것은 대량 생산 수준에 필요한 대규모 투자를 하기 전에 설계에 대한 자신감을 구축하는 데 도움이 됩니다.

복잡성과 디자인의 자유

만들 수 있는 것에 대해 전통적인 제조 방식에 의해 부과된 제한은 일반적으로 적층 제조와 관련이 없습니다. 구성 요소는 한 번에 한 레이어씩 구성되므로 3D 인쇄할 부품을 설계할 때 구배 각도, 언더컷 및 도구 액세스와 같은 설계 요구 사항이 적용되지 않습니다.

정확하게 인쇄할 수 있는 최소 크기 기능에는 몇 가지 제한이 있지만 대부분의 적층 제조의 한계는 지원 의존도와 인쇄 실패 가능성을 줄이기 위해 인쇄 방향을 최적으로 지정하는 방법에 중점을 둡니다. 이것은 디자이너에게 많은 디자인 자유를 주고 매우 복잡한 지오메트리를 쉽게 생성할 수 있게 해줍니다.

맞춤화

3D 프린팅은 더 많은 디자인 자유를 허용할 뿐만 아니라 디자인을 완전히 사용자화할 수 있습니다. 현재의 적층 제조 기술은 단일 부품을 한 번에 하나씩 제작하는 데 탁월하기 때문에 일회성 생산에 완벽하게 적합합니다.

이 개념은 맞춤형 보철물, 임플란트 및 치과 보조기 제조를 위해 의료 및 치과 산업에서 채택되었습니다. 운동선수에게 완벽하게 맞도록 맞춤 제작된 고급 스포츠 장비부터 맞춤형 선글라스 및 패션 액세서리에 이르기까지 적층 제조를 통해 맞춤형 부품을 비용 효율적으로 한 번에 생산할 수 있습니다.

3D 프린팅 시장의 현황에 대한 깊은 이해

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접근성

적층 제조는 30년 이상 동안 존재했지만 대부분의 성장은 2010년 이후에 이루어졌습니다. 이로 인해 많은 3D 프린터가 업계에 진입하여 설계자가 적층 제조 기술에 훨씬 더 쉽게 접근할 수 있게 되었습니다.

2015년에만 $5000 미만의 적층 제조 프린터가 전 세계적으로 278,000대 이상 판매되었습니다. 그 이후로 판매된 프린터의 수는 지속적으로 두 배가 되었습니다. 원래는 제조 산업의 작은 부분에서만 접근할 수 있는 틈새 기술이 이제는 쉽게 사용할 수 있고 광범위한 산업에서 활용되는 비용 경쟁력 있는 부품 생산 방법입니다.

지속 가능성

CNC 밀링 또는 터닝과 같은 빼기 제조 방법은 초기 블록에서 상당한 양의 재료를 제거하여 많은 양의 폐기물을 생성합니다.

적층 제조 방법은 일반적으로 부품을 만드는 데 필요한 재료만 사용합니다. 대부분의 공정은 하나 이상의 빌드에서 재활용 및 재사용할 수 있는 원자재를 사용합니다. 결과적으로 적층 제조 공정에서는 폐기물이 거의 발생하지 않습니다.

전 세계적으로 적층 제조 기계의 수가 증가하면서 프로토타입이 배송되는 거리에도 영향을 미쳤습니다.

탁상용 3D 프린터는 성공적으로 작동하기 위한 학습 곡선이 상대적으로 작기 때문에 설계를 제조하기 위해 전문가에게 보낼 필요가 없습니다. 또한 산업용 적층 제조 시스템의 설치 공간은 기존 제조 현장의 설치 공간보다 훨씬 작습니다.

이러한 이유로 전문 3D 프린팅 서비스는 토지 비용이 높은 위치(예:런던 또는 뉴욕)에서도 전 세계적으로 생성됩니다. 운송 요구 사항의 감소는 환경에 긍정적인 영향을 미칩니다. 이는 현장에서 예비 부품을 인쇄하고 생산할 수 있는 능력과 함께 적층 제조를 통해 생산되는 대부분의 부품에 대해 훨씬 더 적은 탄소 발자국을 초래합니다.

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