성공적인 3D 프린팅을 위한 벽 두께 최적화

3D 프린팅은 기존 가공 방법에 비해 최근 몇 년간 가장 급속한 발전을 이룬 분야 중 하나이며, 점점 더 편리하고 비용 효율적이 되고 있습니다. 여기에는 소재 요인, 프린팅 기술, 모델 파일 해상도, 벽 두께 등 많은 핵심 요인이 있습니다. 벽 두께는 종종 설계의 초기 단계이며 가장 필요한 요소로 고려되어야 합니다. 프린팅이 완료된 후에야 부적절한 벽 두께가 문제를 일으킨다는 것을 알게 되기 때문입니다.

벽 두께란 무엇인가?

벽 두께는 3D 프린팅에서 매우 중요한 개념입니다. 벽 두께는 모델의 내부 표면과 외부 표면 사이의 거리이며, 최소 벽 두께는 프린팅된 아이템의 강도를 직접 결정하고, 심지어 아이템이 프린팅될 수 있는지 여부를 결정합니다. 적절한 벽 두께는 구조 최적화, 비용 절감, 다양한 사고 방지 등 많은 이점을 위해 사용될 수 있습니다. 이는 설계를 완벽하게 보여줄 뿐만 아니라 작업에서 더 나은 성능을 발휘하게 합니다.

올바른 벽 두께를 고려해야 하는 이유

두꺼운 벽 두께는 특히 고강도 작동 환경의 파트에 의심할 여지없이 더 나은 선택입니다. 그러나 벽 두께를 줄이는 것이 더 비용 효율적으로 보이며, 파트의 기능과 강도가 손상되지 않을 때 더 얇은 벽 두께의 이점이 훨씬 더 두드러질 수 있습니다. 예:

1. 프린팅 시간과 비용 절약, 더 빠른 냉각과 더 높은 출력 비율 달성.

2. 냉각 공정에서의 휨(warpage) 크게 방지.

3. 더 가벼운 무게로 운송과 관리 용이.

주목할 점은, 파트의 벽 두께가 얇을수록 좋은 것이 아니라, 구조와 형상의 다양한 요구사항에 따라 불필요한 벽 두께를 줄이면서 프린팅 난이도와 파트 요구사항을 고려하여 기능성을 보장하는 것이 최선의 선택이라는 것입니다.

부적절한 벽 두께의 결과

3D 프린팅 파트는 벽이 너무 얇거나 프린팅 공정 중 파트를 제자리에 유지하기 위한 서포트 구조가 사용되지 않아 얇은 벽이 휘고 파트가 휨(warping)을 겪는 경우가 많습니다. 프린터는 레이어별로 작동하므로 레이어들이 서로 안정적으로 접촉하고 프린팅 공정 중 추가 지지를 갖는 것이 중요합니다. 마치 건물을 지을 때 콘크리트가 단단히 결합되고 철근이 지지하는 것과 같습니다.

(1) 휨(Warping)

휨은 프린팅 공정 중 물체 바닥 모서리가 위쪽으로 휘어지는 현상을 말합니다. 가벼우면 물체 변형을, 심하면 프린팅 도중 물체가 떨어져 프린팅이 완전히 실패하게 만듭니다. 휨의 원인은 고온 노즐에서 나온 프린트 소재가 냉각되면서 수축하기 때문이며, 큰 물체 프린팅 시 주변 수축이 크면 변형이 나타납니다. ABS 소재가 PLA보다 수축이 더 심하므로 ABS로 큰 물체를 프린팅하는 것은 매우 어렵습니다.

(2) 컬링(Curling)

컬링은 3D 프린팅 공정에서 흔한 문제로, 프린팅 소재의 열팽창 수축 원리로 인해 모델과 프린팅 플랫폼이 접촉하는 바닥 가장자리가 휘거나 플랫폼에서 떨어지기 쉽습니다. 가벼우면 모델 바닥 변형에 영향을 주고, 심하면 프린팅 실패로 이어집니다.

균일한 벽 두께 선택

균일한 벽 두께는 3D 프린팅 냉각 공정에 매우 필요합니다. 두께 차이가 큰 파트를 특정 과도한 부분에서 결합하면 이 파트는 냉각 공정 중 휨, 균열, 주전자 현상(kettle - 역자 주: 원문 오타로 추정, 왜곡 의미) 또는 전체에 영향을 줄 수 있습니다. 응력과 수축으로 인한 영향을 피하기 위해 일관되고 균일한 벽 두께가 최선의 선택이며, 일관된 벽 두께를 보장할 수 없더라도 점진적인 과도 벽 두께가 좋은 접근 방식입니다.

벽 두께 설계 시 고려해야 할 4가지 요소

(1) 소재

각 소재는 고유한 특성을 가집니다. 부서지기 쉬운 것, 강한 것, 광택 있는 것, 거친 것, 가벼운 것, 무거운 것 등. 다른 소재는 다른 설계 원칙을 가집니다.

다른 소재는 다른 프린팅 기술을 사용합니다. ABS/PLA는 FDM, 나일론/알루미늄은 SLS, 레진은 SLA 또는 DLP 사용. 다양한 프린팅 기술로 생성되는 표면 효과가 다르고, 다른 기술의 프린터는 프린트 크기 공간이 다르며, 후처리 방법도 다르고, 일부는 복잡하고 일부는 단순합니다.

(2) 제품 작업 환경 및 기능

제품 작업 환경이 고온, 고습인가?

제품이 장기간 햇빛과 바람에 노출되는가?

제품이 고부하 환경에서 작동해야 하는가?

제품이 투명하거나 좋은 광학 특성을 가져야 하는가?

제품에 지정된 색상이 필요한가, 소재 본연의 색상인가 아니면 스프레이 도색으로 달성하는가?

(3) 제품 설계

제품의 형상과 크기, 보강재, 둥근 모서리, 베벨, 전이는 모두 벽 두께를 참조합니다. 제품의 벽 두께는 제품의 최종 수요와 제품이 견뎌야 할 외부 힘에 따라 달라집니다. 다른 파트의 압력을 받는지 아니면 다른 파트를 위한 지지 파트로 사용되는지. 최종 제품이 실제로 작동할 때 시나리오를 시뮬레이션하여 초기 제품 설계를 기반으로 벽 두께를 결정합니다. 최종 제품의 무게, 특성, 전기적 특성, 안정성, 치수 정확도, 조립 요구사항.

(4) 비용

얇은 벽이 가장 소재 비용을 절약하는 옵션이지만, 소재 비용을 아끼려다 프린팅된 아이템이 실패할 확률이 높기 때문에 잠재적으로 가장 비용이 많이 드는 옵션이기도 합니다. 재설계와 재프린팅은 더 많은 소재를 낭비할 뿐만 아니라 귀중한 시간도 낭비합니다. 아이템의 크기, 용량, 작업 환경을 기반으로 아이템의 벽 두께를 설계하고 프린팅하는 것이 최적의 벽 두께를 결정할 수 있다면 의심할 여지 없이 최선의 선택입니다.

결론

위 모든 사항을 고려한 후, 귀하는 적절한 소재와 벽 두께 선택을 하셨을 것입니다. 물론 귀사의 솔루션이 확정되기 전에 여전히 저희 엔지니어들에게 문의하실 수 있으며, 더 많은 후보 소재와 상세한 가공 솔루션을 추천해 드리겠습니다. 웨이켄(WayKen)에 연락하여 조언을 구하세요.