SLS 3D 프린팅 마스터하기:기술, 재료 및 실제 응용

선택적 레이저 소결(SLS)은 부품 설계 및 생산 방식을 변화시킨 혁신적인 적층 가공(3D 프린팅) 기술입니다. SLS는 열가소성 분말을 체계적으로 소결하여 연속적인 층으로 부품을 만드는 강력한 레이저를 통해 부품을 만듭니다. 다른 제조 방법으로는 생산하기 어려운 언더컷이나 내부 기능이 있는 복잡한 플라스틱 부품을 SLS 3D 프린팅을 사용하면 후처리가 거의 필요하지 않고 쉽게 만들 수 있습니다. 또한 나일론, 폴리프로필렌, 열가소성 우레탄과 같은 광범위한 열가소성 재료를 모두 SLS 공정에 사용할 수 있습니다. 적층 제조(AM) 방법인 SLS는 제품 개발 및 프로토타입 제작 프로세스를 간소화했을 뿐만 아니라 중소 규모 배치용 부품 생산 방식의 패러다임 전환을 가져왔습니다.

선택적 레이저 소결 3D 프린팅이란?

선택적 레이저 소결(SLS)은 PBF 3D 프린팅 기술입니다. 이 기술은 3D 프린팅 부품이 완성될 때까지 레이저를 사용하여 플라스틱 입자를 층별로 소결합니다. SLS는 일반적으로 플라스틱과 함께 작동하며 분말 자체가 충분한 지지력을 제공하므로 지지 구조가 필요하지 않습니다.

선택적 레이저 소결은 먼저 플라스틱의 용융 온도 바로 아래로 가열되는 베드 플레이트에 플라스틱 입자의 얇은 층을 분포시키는 방식으로 작동합니다. 이 플라스틱은 원하는 두께의 재료 층을 놓는 리코터에 의해 배포됩니다. 그런 다음 레이저를 스캐닝 거울로 보내 부품의 단면을 추적하고 입자를 함께 소결합니다. 레이어가 완성되면 프린트 베드가 아래로 이동하고 다른 파우더 레이어가 이전 레이어 위에 쌓입니다. 부품이 완성될 때까지 이 과정이 반복됩니다.

SLS 프린팅으로 제작된 펜 홀더

선택적 레이저 소결 3D 프린팅은 어떻게 작동하나요?

SLS의 장점과 단점은 무엇인가요?

아래 표 1에는 SLS 3D 프린터 기술의 장단점이 나와 있습니다.

표 1:SLS의 장점과 단점

장점 단점

장점

SLS 부품은 파우더 자체가 재료를 지지하므로 서포트 재료가 필요하지 않습니다. 이렇게 하면 인쇄 후 분말이 배출되는 경로가 있는 경우 내부 볼륨을 쉽게 인쇄할 수 있습니다.

단점

SLS는 FDM(Fused Deposition Modeling)과 같은 다른 기술에 비해 사용 가능한 재료 범위가 상대적으로 제한되어 있습니다. 나일론, 폴리스티렌 및 TPU는 SLS에 사용 가능한 재료이며 나일론이 가장 일반적으로 사용됩니다.

장점

SLS는 일반적으로 흰색, 검정색 또는 회색 나일론을 사용하지만 부품은 인쇄 후 다양한 색상으로 염색될 수 있습니다.

단점

SLS 부품은 다공성입니다. 개별 플라스틱 입자가 균일한 덩어리로 완전히 녹지 않고 오히려 입자 말단에서 함께 소결되어 그 사이에 빈 공간이 남기 때문입니다.

장점

SLS 부품은 매우 미세하고 세부적인 기능을 가질 수 있습니다. 이 출력은 레이저의 초점이 너무 작기 때문에 발생합니다. 0.75mm만큼 작은 형상도 인쇄할 수 있습니다.

단점

인쇄 중에 사용되지 않은 분말 중 50%만 재활용할 수 있습니다. 이는 시간이 지남에 따라 일부 재료를 폐기해야 하므로 FDM 또는 SLA(광조형)와 같은 다른 기술과 비교할 때 SLS가 상대적으로 낭비적이라는 것을 의미합니다.

장점

SLS 인쇄는 각 레이어를 거의 즉시 소결할 수 있으므로 FDM 및 SLA와 같은 기술과 비교할 때 매우 빠릅니다.

단점

SLS 인쇄 기술은 재료를 소결하는 데 레이저가 필요하기 때문에 핵심 기술이 전문화되지 않은 SLA 및 FDM에 비해 비용이 많이 듭니다.

SLS 인쇄 재료란 무엇입니까?

SLS에는 사용 가능한 재료 수가 제한되어 있으며 나일론이 가장 일반적으로 사용됩니다. 다음은 이용 가능한 다양한 자료 목록입니다:

나일론/PA11: 이 소재는 견고하고 내충격성이 우수합니다. PA11은 PA12보다 내열성이 더 높으며 PA12에 비해 파손되기 전에 더 높은 수준의 변형을 겪을 수 있습니다.
나일론/PA12: 이 소재는 견고하고 강도가 높으며 내화학성이 우수하고 생체 적합성이 뛰어납니다. PA12는 PA11에 비해 열 저항이 낮습니다. PA12는 SLS 인쇄에서 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다.
충전 나일론: PA11 및 PA12는 열적 및 기계적 특성을 향상시키는 유리 및 탄소 섬유와 같은 필러를 포함하여 특성을 수정할 수 있습니다.
주조 가능한 폴리스티렌: 이 소재는 진공 성형 및 사형 주조의 마스터 부품으로 사용되도록 설계되었습니다. 인성이 낮고 녹는점이 낮아 기능성 부품에는 적합하지 않습니다.
TPU 엘라스토머: 이 소재는 고무와 같은 유연성을 갖고 있으며 인성과 내마모성이 우수합니다. 또한 쇼어 A 스케일에서 다른 경도를 갖도록 수정될 수도 있습니다.

이것의 장점은 실제로 지원되지 않는 부품을 만들 수 있다는 것입니다. 전통적인 3D 프린팅 방법은 일반적으로 돌출된 형상에 대한 지지 구조를 가지고 있습니다. SLS는 좀 더 간단합니다. 마치 보물찾기와 같습니다. 내부에서 부품을 찾아 제거할 수 있습니다.

그렉 폴슨

응용 엔지니어링 부문 이사

SLS 3D 프린터의 주요 부품은 무엇입니까?

3D SLS 프린터의 다양한 부분은 다음과 같습니다:

레이저: 레이저(일반적으로 CO2 레이저)는 플라스틱 입자를 서로 소결하는 데 사용됩니다. 레이저는 레이어 단면을 추적하도록 레이저를 지시하는 스캐닝 거울을 사용하여 지시됩니다.
자료 전달 시스템: 재료 전달 시스템은 모든 분말을 저장합니다. 부품이 제작됨에 따라 이 메커니즘은 리코터에 재료를 공급합니다.
리코터: 리코터는 분말 전달 시스템에서 재료를 끌어와 인쇄 베드/이전 레이어에 배치합니다.
인쇄용 침대: 부품이 인쇄될 때 인쇄 베드는 필요한 해상도에 따라 일반적으로 레이어당 50~200미크론으로 아래로 이동합니다. 리코터에 의해 각각의 새 부품 레이어에 대해 얇은 플라스틱 층이 프린트 베드에 배치됩니다.
히터: 히터는 레이저가 분말을 소결하는 데 필요한 에너지를 줄여 소결 공정을 돕기 위해 빌드 볼륨을 높은 온도로 유지합니다.

SLS 3D 프린팅 다이어그램

최고의 SLS 3D 프린팅 레진은 무엇입니까?

SLS는 제한된 범위의 3D 프린팅 재료를 보유하고 있습니다. 그러나 그 중 가장 좋은 것은 다음과 같습니다:

PA12(나일론): PA12는 우수한 기계적, 열적, 화학적 저항성을 제공하므로 광범위한 응용 분야에 이상적인 소재입니다. PA12는 SLS 인쇄에 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다.
PA12CF(나일론): 탄소 충전 나일론은 기본 나일론의 강성, 강도 및 경도를 크게 향상시키고 무게 대비 강도 비율이 뛰어난 고성능 부품을 만들 수 있습니다.
TPU 엘라스토머: TPU 엘라스토머를 사용하면 내마모성과 인성이 우수한 유연한 부품을 만들 수 있습니다.

SLS 3D 프린팅에 관해 자주 묻는 질문

SLS 3D 프린팅은 의료 산업에서 어떻게 사용되나요?

SLS 3D 프린팅은 환자 신체의 3D 스캔을 기반으로 맞춤형 보철물을 제작하는 데 사용됩니다. SLS 3D 프린팅은 수술 계획을 위한 3D 스캔을 기반으로 환자별 참조 모델을 만드는 데에도 사용됩니다.

SLS 3D 프린팅은 보석 산업에서 어떻게 사용되나요?

SLS 3D 프린팅은 다른 방법으로는 불가능했던 매우 상세한 모델을 만드는 데 사용됩니다. 이 모델은 주조 금형을 만드는 데 사용됩니다. 특히 폴리스티렌과 같은 재료를 인쇄하여 귀금속 주조용 주형을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

SLS 프린터는 크고 세밀한 작품을 제작할 수 있나요?

예, SLS 프린터는 상당한 크기의 부품을 수용할 수 있는 대규모 제작 볼륨을 갖추고 있습니다. 정밀 레이저를 사용하면 매우 큰 부품에 미세한 디테일을 통합할 수 있습니다.

SLS와 SLA의 차이점은 무엇인가요?

SLS(선택적 레이저 소결)는 레이저를 사용하여 플라스틱 입자를 소결하는 반면, SLA(광 조형)는 레이저를 사용하여 액체 포토폴리머를 선택적으로 경화합니다. 두 기술 모두 매우 상세한 부품을 생산할 수 있으며 인쇄 속도는 비슷합니다.

요약

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딘 맥클레먼츠

Dean McClements는 기계공학 학사 우등 졸업생으로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 그의 전문적인 경력에는 Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace 및 Hyster-Yale과 같은 선두 기업에서 중요한 역할이 포함되며, 그곳에서 그는 엔지니어링 프로세스 및 혁신에 대한 깊은 이해를 발전시켰습니다.

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