3D 프린팅 부품 강도 높이기: 검증된 기술 총정리

3D 프린팅은 강한 폴리머와 금속 부품을 만들 수 있습니다. 그러나 특정 응용 분야에서는 3D 프린팅 부품에 훨씬 더 많은 강도가 필요할 수 있습니다. 설계와 소재 선택이 3D 프린팅 부품 강도를 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 하지만 다른 간단하고 중요한 강도 향상 기술을 무시하면 잘 설계된 부품도 서비스 중 약점을 보이거나 실패할 수 있습니다.

3D 프린트 강화를 위한 다양한 기술이 있습니다. 이들은 크게 세 가지 범주로 그룹화할 수 있습니다: 부품 지오메트리, 프린팅 설정, 후처리.

부품 지오메트리

부품 지오메트리는 3D 프린트 강도를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 필렛과 챔퍼 사용은 모서리의 기계적 강도를 높이고, 리브와 거셋은 구조적 지지를 제공합니다.

필렛 또는 챔퍼 사용

필렛이나 챔퍼는 3D 부품의 얇은 섹션에 강한 기반을 제공합니다. 노즐이 프린트에서 섬세한 부분을 떨어뜨리는 것을 방지합니다.

리브와 거셋 사용

리브와 거셋은 벽이나 평면에서 수직으로 돌출된 얇은 돌출부입니다. 이들은 지지를 제공하고 부품 강도를 높입니다. 리브 두께는 벽 두께의 절반이어야 하며 최소 벽 두께의 2배 간격으로 배치해야 합니다. 크고 높은 리브는 피하고 여러 개의 작은 리브를 사용하세요.

3D 프린팅 설정

더 강한 부품을 생산하려면 3D 프린팅 공정의 최적 설정이 필요합니다. 이러한 설정에는 다음이 포함됩니다.

3D 프린팅 인필

인필은 3D 부품 외벽 내부의 소재 양을 의미합니다. 이 기술은 FDM 3D 프린팅에서 강도를 높이기 위해 흔히 사용됩니다. 인필 설정은 인필 패턴과 인필 밀도 두 가지 방식으로 수행됩니다.

인필 패턴

이것은 3D 프린트 부품 내부의 공간을 채우는 반복 구조입니다. 보통 시야에서 숨겨집니다. 수많은 인필 패턴 스타일이 있습니다. 삼각형 패턴, 아치, 직사각형, 허니콤/육각형, 동심원 등이 있습니다. 아치 인필 패턴은 원형 또는 둥근 부품에 가장 적합합니다. 직사각형 인필 패턴은 평행 및 수직 그리드로 100% 밀도 부품을 만들 수 있습니다. 육각형 인필 패턴은 가장 높은 강도-중량비를 제공하지만 프린팅 시간이 가장 깁니다.

인필 밀도

0% 인필은 인필이 없고, 100% 인필은 완전히 단단한 부품을 만듭니다. 100% 인필이 가장 강한 부품을 만듭니다. 그러나 많은 경우 불필요한 소재 사용으로 무게와 비용을 증가시킵니다. 허니콤 패턴은 50% 미만 백분율에 최적이며, 직선 패턴은 50% 이상에 최적입니다. 일반적인 인필 밀도는 20%~25% 사이입니다.

부품 방향

3D 프린트 부품은 빌드 인클로저와 평행한 평면에서 가장 강합니다. 층 내 분자 결합이 층간 접착 결합보다 훨씬 강하기 때문입니다. 이들은 X, Y 평면입니다. 이 기술은 FDM 3D 프린팅에 일반적이지만 SLA, SLS 등 다른 공정에서도 강도 향상에 사용할 수 있습니다. 부품 방향은 부품에서 하중과 압력을 경험할 위치에 따라 달라집니다.

쉘 두께

이는 3D 부품 강화에 중요한 역할을 합니다. 더 두꺼운 쉘은 부품을 더 강하게 만듭니다. FDM 프린팅의 경우 노즐 직경의 3~4배 쉘 두께가 지속적이고 무거운 하중을 받을 부품에 최적입니다. 대부분의 3D 프린팅 공정은 약 1mm 두께의 표준 최솟값을 사용합니다. 그러나 이를 늘리면 인장 및 내충격 강도가 향상됩니다. 다른 3D 프린팅 기술의 권장 두께에 대한 자세한 정보는 설계 가이드를 참조하세요.

후처리 공정

프린트 부품 강도를 더욱 높이기 위해 후처리도 고려할 수 있습니다. 다음 후처리 작업은 3D 프린트 부품 강도를 크게 높일 수 있습니다.

어닐링

어닐링은 단순히 3D 프린트 부품을 가열하고 점진적으로 냉각시켜 내부 응력을 완화하여 더 강한 부품을 만드는 공정입니다. 금속과 유리는 어닐링할 수 있지만 모든 폴리머가 어닐링 가능한 것은 아닙니다. 어닐링에 적합한 소재로는 PLA, PET, PA 12 등이 있습니다.

전기도금

전기도금은 부품을 물과 금속 염 용액에 담그는 후처리 기술입니다. 전류를 용액에 통과시키면 금속 양이온이 부품 주위에 얇은 코팅을 형성합니다. 이 기술은 FDM, SLS, SLA, SCM 프린터의 3D 부품에 적용할 수 있습니다. 금속 부품과 거의 동일한 기계적 특성을 부여하므로 여러 응용 분야에서 금속 3D 프린팅보다 훨씬 저렴한 대안이 됩니다.

그러나 전기도금 부품은 내부가 여전히 플라스틱이므로 내부 플라스틱의 연화 온도보다 높은 온도로 가열하면 외부 금속이 녹지 않더라도 내부 강도가 손실됩니다. 아연, 크롬, 니켈, 구리 등 여러 금속을 전기도금에 사용할 수 있습니다. 전기도금 전에 3D 부품을 프라이밍하여 금속이 부착될 전도성 표면을 구축하는 것이 중요합니다. 흑연이 프라이밍에 흔히 사용됩니다.

레진 코팅

에폭시 레진이나 폴리에스터 레진을 3D 프린트 부품 코팅에 사용할 수 있습니다. 에폭시 코팅은 에폭시 페인트로 수행되는 불용성 표면 코팅입니다. 페인트에는 에폭시 레진과 경화제 두 화학 물질이 포함됩니다. 결과 코팅은 일반적으로 코팅되지 않은 부품보다 더 내구적이고 강합니다. 그러나 극한의 기하학적 정확도와 날카로운 모서리가 필요한 부품에는 에폭시 코팅이 적절하지 않습니다. 반면 폴리에스터 레진은 얇고 복잡한 부품에 펴 바를 수 있습니다. 도포 후 5분부터 경화되기 시작하며 보통 24시간 만에 완전히 건조됩니다. 레진 코팅은 모든 프린터의 모든 부품에 적용 가능합니다.

탄소 섬유 강화

탄소 또는 유리 섬유로 3D 부품을 강화할 수도 있습니다. 탄소 섬유는 우수한 강도-중량비를 가지며 지속적인 하중 조건의 부품에 최적입니다. 유리는 탄소와 달리 파단될 때까지 구부러집니다. 섬유는 두 가지 방식으로 라미네이팅할 수 있습니다:

• 단섬유 강화

이 방법에서는 섬유를 다져서 열가소성 수지와 혼합하여 강도와 강성을 향상시킵니다.

• 연속 섬유 강화

이 기술에서는 섬유가 압출 및 증착되면서 열가소성 수지에 지속적으로 통합되어야 합니다. 이 기술은 동시에 프린팅하는 두 개의 노즐이 필요합니다.

결론

Xometry Europe에서는 고객 요청에 따라 3D 프린트 부품의 다양한 강화 옵션을 제공합니다. 즉석 견적 플랫폼으로 모델을 업로드하고 옵션을 선택하면 고강도 3D 프린트 부품이 며칠 내로 배송됩니다.