3D 프린팅의 정확성, 정밀도 및 공차

3D 프린터의 사양 중 "고해상도"가 있다고 해서 모든 3D 인쇄 부품이 정확하고 정밀하다는 의미는 아닙니다. 모든 3D 프린팅에서 좋은 결과를 얻으려면 정확성, 정밀성 및 공차의 의미를 이해하는 것이 필수적입니다. 아래에서는 3D 인쇄와 관련하여 각 용어가 의미하는 바를 자세히 설명합니다.

정확도

우리는 측정값이 실제 값에 얼마나 가까운지 정확히 이해합니다. 예를 들어 타겟으로 설정하면 타겟의 중심에 가까울수록 샷이 더 정확해집니다. 3D 프린팅에서 진정한 가치는 CAD 설계에서 투영된 치수입니다. 따라서 3D 프린팅 조각의 정확도는 디지털 디자인과 유사할수록 더 커집니다.

정밀도

정확도는 측정의 반복성을 측정합니다. 표적의 예에 따라 샷은 항상 같은 지점(정확할 것임) 근처에 충돌할 수 있지만 해당 지점은 표적의 중심이 아닐 수 있습니다. 3D 프린팅의 맥락에서 이는 각 프린트에서 예상되는 결과를 생성할 수 있는 신뢰성으로 해석됩니다. 엔지니어링 분야에서 다양한 3D 프린팅 재료를 비교할 때 "정밀성"이라는 용어는 재료가 매우 복잡한 형상을 인쇄할 수 있는 능력을 나타내는 데 사용됩니다.

이미지 1:정확도와 정밀도의 차이 예. 출처:Formlabs

허용

공차는 주어진 3D 프린트에서 얼마나 정확해야 하는지를 정의합니다. 공차는 사용자가 정의하며 각 특정 용도에 따라 달라집니다. 예를 들어 기계 조립 부품은 플라스틱 케이스의 3D 프린팅보다 더 엄격한 공차가 필요합니다.

과녁의 예로 돌아가서 왼쪽의 예에서는 샷이 서로 매우 가깝고 정확하다고 정의할 수 있는 반면 오른쪽 예에서는 서로 멀리 떨어져 있어 샷이 정확하다고 말할 수 있습니다. 정확하지 않습니다. 이제 3링의 거리를 허용 가능한 정확도 범위로 정의하면 샷이 사양 내에 있을 것입니다.

이미지 2:공차는 허용 가능한 정확도 범위입니다. 출처:Formlabs

3D 프린팅의 정확성과 정밀도

3D 프린터를 선택할 때 특정 요구 사항을 파악하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해서는 정확도와 정밀도의 개념을 이해하는 것이 중요합니다.

부정확하고 정확한 3D 프린터는 특정 응용 분야에 가장 적합한 옵션일 수 있습니다. 예를 들어, 저비용 FDM 3D 프린터는 덜 정확한 부품을 생산하지만 학생들이 3D 프린팅에 대해 배우는 교육용으로 인쇄된 부품의 치수가 CAD 디자인의 치수와 정확히 일치하는 것이 중요하지 않을 수 있습니다. 그러나 3D 프린터가 성공적인 경험을 달성하기 위해 사용자가 필요로 하는 허용 오차 내에서 예상대로 일관되게 작동한다는 확신을 갖는 것이 중요합니다.

반대로 산업 응용 프로그램의 경우 매우 엄격한 공차로 정확도와 우수한 정확도를 보장하는 3D 프린터가 반드시 필요합니다.

3D 프린터의 정확성과 정밀도를 결정하는 네 가지 주요 요소가 있습니다.

1. 3D 프린팅 기술

3D 프린팅은 부품이 레이어로 제작되는 추가 프로세스이며 각 레이어는 부정확할 위험이 있습니다. 또한 레이어가 형성되는 프로세스는 레이어의 정확도(반복성) 수준에 영향을 미칩니다. 3D FDM 프린트에서는 복잡한 디테일을 구현하는 능력이 부족한 노즐(노즐)에 의해 레이어가 압출되는 반면, 3D 스테레오리소그래피(SLA) 프린팅에서는 액상 수지 재료가 고정밀 레이저로 경화되어 각 레이어를 형성합니다. 고품질 결과를 반복적으로 달성할 때 훨씬 더 정교하고 신뢰할 수 있는 세부 정보를 얻을 수 있습니다.

이미지 3:FDM(왼쪽)과 SLA(오른쪽)로 인쇄된 제품의 차이점. 출처:Formlabs

3D 프린터의 사양만으로는 최종 치수 정확도를 나타내지 않습니다. 일반적인 오류는 XY 해상도를 치수 정확도로 설명하는 것입니다. DLP(Digital Light Processing) 프린터의 경우 XY 해상도는 투사된 픽셀 크기입니다. 많은 3D 프린터 시스템은 이 투사된 픽셀 크기 또는 XY 해상도를 전체 정확도 수치로 사용합니다(예:투사된 픽셀 크기를 75미크론으로 취하고 기계의 정확도가 ± 75미크론이라고 명시). 그러나 이러한 데이터는 인쇄된 조각의 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 구성 요소에서 교정에 이르기까지 정확도에 영향을 미칠 수 있는 오류의 원인은 물론 우리가 분석할 다음 요소(재료 및 후처리)가 있습니다. 요컨대, 3D 프린터를 평가하는 가장 좋은 방법은 이론적인 것과 비교하여 실제 조각을 검사하는 것입니다.

2. 재료

3D 프린팅에 사용되는 재료의 특성도 프린트의 변형 가능성에 영향을 미칠 수 있습니다. 앞에서 언급했듯이 모든 것은 각 애플리케이션의 요구 사항에 따라 다릅니다. 치과용 3D 프린팅에서는 3D 디자인과 관련된 정확도가 필수적이므로 매우 정확한 결과를 보장하는 이러한 애플리케이션용 특정 제품이 있습니다. 반대로 기능이 없는 프로토타입의 3D 프린팅의 경우 목표가 단순히 실제 제품에 대한 일반적인 아이디어를 갖는 것일 수 있으므로 정확도는 덜 중요합니다.

3. 후처리

일반적으로 레진으로 3D 프린팅된 부품은 부품이 수축할 수 있는 프린팅 후 경화 공정이 필요합니다. 경화 공정 후 결과 부품이 원래 CAD 설계와 관련하여 치수가 정확하도록 하기 위해 상기 수축을 고려하여 설계 시 이를 고려해야 합니다.

4. 생태계

성공적인 3D 프린팅을 달성하려면 3D 프린팅 자체뿐만 아니라 전체 프로세스 전체에 주의를 기울여야 합니다. 디자인, 라미네이팅 소프트웨어, 재료, 온도, 후처리 도구 등 모든 것이 최종 결과에 영향을 미칩니다.