3D 프린팅
산업 제조
적층 가공 재료 기여 형성에 기반한 전체 제조 기술 집합을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. . 즉, 절삭 가공(전통적인 CNC 가공 방법을 포괄함)과 달리 선택적인 방식으로 재료의 정확한 양을 층별로 제공하여 구성 요소를 기반으로 합니다.
그러나 이 범주 내에서 우리는 각각 장점과 단점이 있는 매우 이질적인 다수의 기술을 찾을 수 있으므로 각 요구에 가장 적합한 기술을 선택하기 위해서는 기본 사항과 한계를 아는 것이 매우 중요합니다.
많은 기술과 변형이 있지만 업계에서 가장 일반적이고 널리 퍼진 기술은 다음 세 가지입니다.
가장 널리 퍼진 것은 의심할 여지 없이 FDM 기술입니다. 주로 이 기술을 기반으로 한 저가형 3D 프린터의 등장으로 인해 최근 몇 년 동안 SLA 및 SLS 기술이 모두 기반을 다지고 있습니다 . Formlabs와 같은 회사 또는 소결 각각 SLA 및 SLS를 기반으로 하는 시장 장비는 매우 경쟁력 있는 가격으로 산업적 품질을 달성할 수 있습니다. 이것은 새로운 재료의 출현과 함께 현재 회사나 전문가가 하나의 기술 또는 다른 기술을 선택하는 것을 어렵게 만듭니다.
아래에서는 각각의 주요 특징과 차이점, 장단점에 대해 자세히 설명합니다.
지금까지 가장 인기 있는 기술입니다. . 용융 온도보다 높은 열가소성 수지인 노즐 또는 "노즐"을 통한 압출을 기반으로 합니다. 압출된 재료가 필라멘트 노즐에서 나올 때 선택적으로 증착되고 층별로 적층되어 부품을 형성합니다.
가장 일반적이지만 인쇄할 파일을 디자인하고 준비할 때 가장 복잡합니다. . 3D FDM 프린팅의 한계가 디자인 자체를 결정하는 경우가 많습니다 , 그래서 일반적으로 이 기술을 사용하여 부품을 생산할 때 호환되도록 설계하거나 재설계해야 합니다. 3D 프린팅의 목표가 나중에 다른 생산 방법을 사용하여 생산될 모델을 검증하는 것이라면 이는 큰 문제가 될 수 있습니다.
모든 제한 사항 중에서 가장 중요한 것은 지지대를 사용해야 하고 기계적 등방성을 얻을 수 없다는 것입니다.
용융된 재료는 공기 중에 침전될 수 없기 때문에 브리지나 오버행을 직접 인쇄할 수 없으므로 이러한 경우 지지 구조를 추가해야 합니다. 이는 부품이 이러한 지지대를 제거하기 위해 후처리가 필요하고 접촉 영역의 표면 품질이 영향을 받는다는 사실 외에도 더 많은 재료 및 시간 비용을 가정합니다.
용지 사용의 단점 중 일부를 최소화하는 한 가지 방법은 용해성 재료를 사용하여 인쇄하는 것 . 이렇게 하면 제거가 용이해지고 접촉 영역의 표면 품질이 향상됩니다. 이렇게 하려면 프린터에 이중 압출기 시스템이 있어야 합니다. BCN3D Sigma 및 BCN3D Sigmax 프린터용 IDEX 시스템 또는 Raise Pro2 3D 프린터에 통합된 Bondtech 이중 압출기와 같은 것입니다.
한편, 이전 기사에서 설명한 바와 같이 FDM을 사용하면 등방성 부품을 얻을 수 없습니다. , 이는 특정 기계 및 구조 응용 프로그램에서 주요 문제입니다.
다른 중요한 제한 사항은 낮은 해상도와 높은 허용 오차입니다. . 작은 직경의 노즐을 사용하여 SLA 또는 SLS에 의해 달성되는 것에 가까운 Z 해상도를 달성할 수 있지만 XY 해상도는 항상 훨씬 낮고 사용된 재료에 따라 조절됩니다 . 해상도는 사용하는 노즐의 직경에 따라 결정되며 모든 재료가 작은 직경의 노즐과 호환되는 것은 아니기 때문입니다.
그러나 모두 단점은 아닙니다. FDM 기술은 지금까지 가장 광범위한 재료를 저렴한 비용으로 보유하고 있습니다. , 더 많은 인쇄량 외에도 서로 다른 기술 간의 가격 차이는 줄어들었지만 여전히 가장 저렴한 기술입니다.
<강>
FDM(Fused Deposition Modeling)
이미지 1:FDM 인쇄. 출처:commons.wikimedia.com
이미지 2:지지대가 있는 인쇄 부품. 출처:Simplify3D
영화 1:IDEX BCN3D 시스템. 출처:BCN3D
깨끗하고 안전한 기술이기도 합니다. 인쇄하기 전에 약간의 준비가 필요 . 이를 통해 모든 환경에 배치할 수 있으며 보다 광범위한 준비 및 청소 작업이 필요한 SLA 및 SLS 인쇄보다 더 즉각적으로 수행할 수 있으므로 초급부터 고급 연구에 이르기까지 모든 수준의 교육 응용 프로그램에 완벽한 기술입니다.
이는 템플릿 및 도구 인쇄, 중간 부피가 큰 부품 또는 다른 기술에서는 사용할 수 없는 특정 재료가 필요한 응용 분야에 이상적인 기술입니다.
3D FDM 프린팅이 큰 이점을 제공하는 또 다른 분야는 건축 모델 제작입니다. . 일반적으로 이러한 유형의 프로젝트는 높은 정밀도가 필요하지 않은 부피가 큰 부품으로 구성됩니다. 여기에 Filamet, Timberfill, Smartfil EP 또는 PLA Mukha와 같은 재료의 가용성과 함께 후처리 없이 조각에 금속, 목재 또는 세라믹 마감을 제공할 수 있습니다.
두 번째로 가장 일반적인 3D 프린팅 기술입니다. 광 경화성 수지의 큐벳을 층별로 선택적으로 자외선에 노출시키는 것을 기반으로 . 이 선택적 노출은 레이저 스캔(SLA), 프로젝터(DLP) 또는 마스킹된 LED(LED-LCD / MSLA)를 통해 이루어질 수 있습니다.
3D FDM 프린팅과 마찬가지로 지원이 필요 그러나 3D SLA 인쇄는 현재 두 가지 재료로 동시에 인쇄할 수 없으므로 서포트를 제거하는 유일한 방법은 기계적으로 . 이것은 이 경우 조각의 표면도 영향을 받는다는 것을 의미합니다. 지원팀과 접촉한 지역에서.
3D FDM 프린팅과의 또 다른 근본적인 차이점은 열가소성 수지 대신 열경화성 폴리머를 사용한다는 것입니다. 또한 SLA 재료는 FDM 재료보다 비싸고 약간의 독성이 있는 경향이 있습니다 . 이는 조각이 세척 및 후처리가 필요하다는 사실과 함께 이 기술은 교육 부문에 덜 권장됩니다.
그러나 고해상도와 3D SLA 프린팅을 통해 얻을 수 있는 우수한 표면 마감이 강점입니다. 일반적으로 모든 평면에서 최대 50um의 해상도를 달성할 수 있습니다. .
3D FDM 프린터에 필적하는 인쇄량이 많은 SLA 프린터가 있음에도 불구하고 일반적으로 3D SLA 프린터는 인쇄량이 상당히 적은 경향이 있습니다.
고해상도와 우수한 표면 마감이 필요한 소형 부품 프린팅에 적합합니다. . 현재 치과 및 보석 산업에서 가장 인기 있는 3D 프린팅 기술입니다. . 이것이 가장 광범위한 치과용 및 주조용 레진 카탈로그를 보유하고 있는 이유입니다.
아마도 가장 덜 알려진 기술일 것입니다. , 산업 환경에서 가장 오래되고 가장 흔한 것 중 하나에도 불구하고.
최근까지 모든 SLS 3D프린팅 장비는 적절한 설비가 필요하고 장비와 임플란트 비용이 모두 높았기 때문입니다. 최근 몇 년 동안 구현 비용이 FDM 및 SLA 시스템의 구입 비용에 가까운 Lisa 및 Lisa Pro 프린터와 같은 데스크톱 형식의 SLS 프린터의 등장 덕분에 변경되었습니다. 이 기술을 사용하면 열가소성 수지와 금속 부품을 모두 생산할 수 있지만 이 기사의 목적은 세 가지 기술의 차이점을 이해하는 것이므로 3D SLS 열가소성 인쇄에만 초점을 맞출 것입니다.
3D SLS 인쇄는 레이저 스캐닝 시스템을 사용하여 분말 재료 층을 선택적으로 소결하는 것으로 구성됩니다. 레이어가 소결될 때마다 빌드 데크가 낮아지고 리코터라는 특수 장치가 새로운 파우더 레이어를 적용합니다.
이 기술의 주요 장점은 지원 없이 인쇄할 수 있다는 것입니다. . 이는 다른 어떤 기술보다 디자인 제약을 훨씬 적게 만듭니다. , 후처리를 크게 단순화하는 것 외에도 부품의.
이는 높은 정밀도와 결합됩니다. 3D 프린팅 SLA 또는 FDM으로 얻은 것보다 뛰어난 레이저로 달성한 덕분에 구성 요소를 개별적으로 인쇄할 필요 없이 복잡한 어셈블리를 직접 인쇄할 수 있습니다.
또 다른 중요한 장점은 SLS로 인쇄된 부품이 밀도가 높고 등방성이 높다는 것입니다. , 기능적 모델 및 프로토타입 생산에 이상적인 기술입니다. 이 모든 것이 우수한 표면 마감과 함께 최종 제품의 소규모 시리즈 생산에도 적합합니다. .
SLS 3D 프린터는 3D FDM 인쇄와 같이 호환되는 재료가 광범위하지 않습니다 , 그러나 다양한 유형의 나일론 또는 TPE 및 TPU와 같은 기술 소재 사용 가능성 , 대부분의 애플리케이션을 다룰 수 있습니다.
모든 장점에도 불구하고 SLS 3D 프린팅의 주요 제한 요소는 빌드 볼륨입니다. 산업 장비에는 FDM 시스템에서 발견되는 것과 유사한 대량 제작 볼륨이 있지만 SLS 데스크톱 3D 프린터는 SLA 프린터와 비슷한 인쇄 볼륨을 가지고 있습니다.
또한 부품 후처리는 소결 없이 과도한 분말을 제거하기 위한 세척으로 제한되지만 , SLS 3D 프린터는 FDM 인쇄보다 덜 즉각적인 준비 및 청소가 필요합니다. .
이러한 모든 특성으로 인해 이 기술은 업계 표준이 되었습니다. , 그것의 높은 비용은 중소기업에 대한 접근을 제한했습니다. 최근 몇 년 동안 Lisa 및 Lisa Pro와 같은 저렴한 데스크탑 SLS 3D 프린터의 출현으로 상황이 바뀌고 있습니다. 비용은 여전히 FDM 및 SLA의 동급 모델보다 약간 높지만 현재 비용은 하나의 기술 또는 다른 기술을 선택할 때 더 이상 결정 요인이 아닙니다.
<강> 
세 가지 기술을 제대로 비교하려면 두 가지 수준, 즉 특성 측면과 설계 및 제조 제한 측면에서 비교해야 합니다.
각 기술의 주요 특징은 다음과 같습니다.
특성>기능 | |||
|---|---|---|---|
| 기능 | FDM | SLA | SLS |
| 작동 원리 | 용융 재료의 압출 | 수지 광중합 | 소결 미립자 |
| 호환 가능한 자료 유형 | 열가소성 수지 | 광중합 수지 | 열가소성 수지 |
| 호환되는 재료의 양 | 매우 높음 | 보통 | 낮음 |
| 재료비 | 보통 - 낮음 | 높음 | 보통 |
| 복잡성 | 높음 | 보통 | 보통 |
| 즉각성 | 매우 높음 | 보통 | 낮음 |
| 최소 레이어 해상도 | 0.1mm | 0.05mm | 0.06mm |
| XY의 최대 해상도 | 0.25mm | 0.05mm | 0.08 - 0.08mm |
| 정밀도 | 낮음 | 보통 | 높음 |
| 애플리케이션 | 신속한 프로토타이핑. 교육. 템플릿 및 도구 제조. | 작은 디테일이 있는 모델. 주얼리 및 치과용 주조 가능한 네거티브 부목. | 기능적 프로토타입. 짧은 시리즈. 템플릿 및 도구. 정형외과 구성요소. 의료 모델 |
| 장점 | 저렴한 가격. 즉시성. 재료 사용 가능. | 고해상도. 고품질의 치과 및 주조 재료. | 서포트 없이 인쇄. 고품질 부품. 어셈블리를 직접 인쇄. 높은 정확도. |
| 단점 | 지지대를 사용해야 합니다. 일부 재료는 수축률이 높습니다. | 높은 재료비. 적은 인쇄량. | 인쇄 시간이 깁니다. 인쇄량이 적습니다. |