3D 프린팅
산업 제조
적층 및 절삭 제조 개념에 대해 잘 알고 계십니까? 빼기(Subtractive)는 원하는 모양을 얻기 위해 재료를 제거하는 작업을 포함하는 반면, 추가(Additive)는 재료 레이어에서 모양을 만드는 것을 의미합니다. 여기서는 3D 프린팅과 압축 성형이 두 가지 적층 제조 방법입니다. 그러나 3D 프린팅과 압축 성형에는 몇 가지 근본적인 차이점이 있습니다.
차이점은 주로 생산 속도, 효율성, 설계 유연성, 정밀도 및 응용 분야에 있습니다. 또한 이 기사에서는 두 가지 방법의 차이점을 비교하여 살펴보겠습니다.
연속적인 재료층을 쌓고 융합하여 정밀하고 복잡한 기능성 부품이나 제품을 만드는 적층 제조 기술입니다. 따라서 3D 프린터는 모양을 조작하기 위해 재료 블록을 사용하지 않습니다. 대신, 노즐은 업로드된 디자인의 슬라이스 패턴에 따라 인쇄 베드에서 아래에서 위로 재료를 한 겹씩 증착합니다.
한편, 슬라이스 패턴은 CAD 모델이 분할되는 개별 수평 레이어를 의미합니다. 각 슬라이스는 프린터가 재료 레이어를 증착하기 위해 따르는 모델의 단면적을 나타냅니다.
또한 여러 3D 프린팅 기술에 대한 설명이 필요할 수도 있습니다. 그들은 동일한 기본 원칙을 따릅니다. 그러나 작동 메커니즘, 재료 호환성 및 인쇄 기능에는 차이가 있습니다. 3D 프린팅 기술의 일반적인 유형은 다음과 같습니다.
유형 자료 설명/작업 중 장점 단점 FDM(Fused Deposition Modeling)열가소성 플라스틱(ABS, PLA, 나일론)재료 필라멘트를 층별로 녹이고 압출하여 최종 형태를 얻습니다.구조적 안정성, 저비용, 다양한 재료거친 마감 및 적당한 정밀도SLA(Stereolithography)포토폴리머 수지SLA는 자외선 레이저를 사용하여 탱크 내 포토폴리머 수지를 경화하여 층을 생성합니다.높은 정밀도, 매끄러운 마감 처리 및 상세한 모델 및 프로토타입을 생성합니다.제한된 재료 선택SLS(선택적 레이저 소결)고분자 분말(나일론 PA 12, 유리 충전 나일론)레이저 빔은 산화를 방지하기 위해 종종 불활성 가스를 사용하여 챔버에서 재료 분말을 소결합니다.복잡한 형상 가능더 긴 리드 타임 및 거친 표면 질감DMLS(직접 금속 레이저 소결)금속 분말(다양한 합금, 알루미늄, 구리, 니켈)DMLA는 금속 분말 입자를 레이저로 층층이 융합합니다.복잡하고 강한 금속 부품을 인쇄합니다.높은 비용과 제한된 재료 선택.3D 프린팅 제조는 여러 응용 분야에 유리합니다. 이는 디자인 유연성, 더 빠른 리드 타임, 맞춤화 등을 제공합니다. 다음은 일반적인 3D 프린팅의 장점을 자세히 설명한 것입니다.
압축 성형과 3D 프린팅을 통해 디자인이 복잡해질 수 있다는 사실을 알면 3D 프린터는 매우 복잡한 형상과 윤곽을 만들어냅니다. 또한 CNC 선반 가공이나 사출 성형과 같은 기존 방법보다 더 복잡합니다. 절삭 가공처럼 복잡한 속이 빈 부분, 언더컷, 내부 격자를 제한하지 않습니다.
또한 복잡한 모양의 기능은 설계자에게 직접적인 이점을 제공합니다. 제조 요구사항을 해결하기 위해 보다 혁신적이고 복잡한 설계를 만들 수 있습니다. 또한 디자이너는 3D 프린팅 디자인을 만드는 동안 구배 각도, 도구 접근, 두께 균일성, 대규모 조립 및 기타 제한 사항을 고려할 필요가 없습니다. 따라서 최고의 디자인 유연성을 제공합니다.
생산 속도, 우수한 정밀도 및 비용 효율성으로 인해 3D 프린팅은 신속한 프로토타이핑 프로젝트를 위한 신뢰할 수 있는 옵션입니다. 복잡성과 3D 프린팅 재료에 따라 부품 하나에 시간이 몇 분에서 몇 시간까지 걸릴 수 있습니다. 또한 초기 툴링 비용이 없고 설계 변경 프로세스가 용이하기 때문에 3D 프린팅 프로토타이핑을 사용하면 비용이 더 낮아집니다.
예를 들어, 3D 프린팅 반복을 통해 즉석에서 필요한 조정을 통해 새로운 드론 디자인의 프로토타입을 빠르게 제작하고 테스트할 수 있습니다. 동시에 다른 방법을 사용하면 최대 몇 달이 걸릴 수도 있습니다.
3D 프린팅 프로세스에는 디지털 파일을 통한 직접 제조가 포함되며 복잡한 디자인을 처리할 수 있습니다. 결과적으로 3D 프린팅을 통해 특정 요구 사항에 따라 맞춤형 부품과 제품을 만들 수 있습니다. 맞춤형 디자인(3D 모델)이 있는 경우 적합한 재료와 인쇄 장비를 사용하여 실제 현실에 정확하게 반영할 수 있습니다.
이러한 맞춤화는 의료 응용 분야에 매우 유용합니다. 예를 들어, 3D 프린팅을 통해 환자에게 꼭 맞는 임플란트를 제작할 수 있습니다.
소규모 배치 생산에서 3D 프린팅 부품의 비용이 저렴한 주된 이유는 금형이나 툴링과 같은 값비싼 제조 설정이 필요하지 않기 때문입니다. 한편, 사출 성형과 같은 다른 접근 방식에는 금형에 막대한 초기 투자가 필요하므로 소규모 배치 또는 소량 생산을 위해 부품당 주조량이 더 높아집니다.
예를 들어, 나일론 부품을 소량 생산하려면 먼저 최소 10,000달러의 알루미늄 사출 금형이 필요하지만 3D 프린팅에는 그런 비용이 들지 않습니다.
3D 프린팅에는 많은 이점이 있지만 재료 선택, 크기, 정밀도, 표면 마감 등 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 각 단점을 개별적으로 논의해 보겠습니다.
3D 프린팅의 경우 CNC 가공과 같은 다른 프로세스보다 재료 선택이 더 적습니다. 실제로 3D 프린팅과 압축 성형 측면에서는 옵션이 훨씬 적습니다. 3D 프린팅 기계는 일반적으로 플라스틱(ABS, PETG, TPU), 포토폴리머, 일부 열경화성 재료 및 금속(강철, 티타늄, 알루미늄)과 호환됩니다.
그러나 3D 프린팅은 기본적인 열가소성 플라스틱을 넘어 소재 기능을 빠르게 확장했습니다. 재료 과학 혁신과 새로운 3D 프린팅 기술로 인해 점점 더 많은 재료가 호환되고 있습니다.
3D 프린터는 재료 레이어를 추가하여 디자인을 변환하므로 최종 부품의 기계적 강도가 저하됩니다. 예를 들어, FDM 부품은 특정 방향(일반적으로 Z축)에 대한 응력을 받으면 박리되거나 성능이 저하됩니다. 또한 부품은 경도나 피로 강도와 같은 원래 특성을 잃을 수도 있습니다. 이러한 이유로 부품의 내구성도 떨어지게 됩니다.
3D 프린팅의 부품은 눈에 보이는 레이어 표시를 남기고 때로는 일부 서포트 재료 잔여물을 남깁니다. 따라서 샌드블래스팅, 디버링 또는 가공과 같은 후처리가 필요합니다. 3D 프린팅 부품의 Ra 값은 약 4μm까지 낮을 수 있습니다.
다음으로, 다른 널리 사용되는 제조 기술보다 정확도가 떨어집니다. 3D 프린팅은 일반적으로 ±0.2mm의 정밀도를 제공하는 반면, CNC는 압축 성형 고무 부품의 경우 ±0.005mm 및 ~±0.025를 달성할 수 있습니다.
3D 프린팅은 사출 성형이나 레이저 절단과 같은 다른 공정에 비해 부품 크기 제한이 있습니다. 크기 기능은 3D 프린터 기계의 빌드 볼륨과 베드 크기(인쇄 챔버)에 의해 제한됩니다. 예를 들어, 3D 프린팅은 크기 제한으로 인해 긴 풍력 터빈 블레이드를 만들 수 있습니다. 그러나 작은 개별 3D 프린팅 조각을 조립하면 큰 부품도 가능합니다.
닫힌 금형에서 재료를 압축하여 원하는 모양을 만드는 특수 폴리머 성형 공정입니다. 이 제조 방법은 우수한 특성을 지닌 열경화성 복합재에 널리 사용됩니다.
압축 성형 공정에는 원하는 형상의 네거티브 형상을 정확하게 구현하는 다중 캐비티 압축 금형이 필요합니다. 한편, 금형은 두 개의 반쪽(고정된 하단 부분과 이동 가능한 상단 부분)으로 구성됩니다. 먼저 미리 계산된 양의 재료를 가열된 금형 캐비티 내부에 넣은 다음 금형을 가열하고 압축합니다. 여기에서는 압축과 금형 가열로 인해 재료가 캐비티를 통해 흐르고 채워집니다.
그러나 압축 중에는 적절한 압력, 온도 속도 및 경화 시간 설정이 필수적입니다. 다음으로 금형 개구부에는 냉각 후 응고된 부품이 드러납니다.
다음은 다양한 제조 분야에서 잘 알려진 압축 성형의 장점입니다.
생산량은 특히 압축 성형과 3D 프린팅을 비교할 때 가장 중요한 장점입니다. 일단 금형을 제작하면 이를 재사용하여 최대 수천 주기까지 대량으로 동일한 부품을 제조할 수 있습니다. 그러나 금형의 수명은 금형 재료, 전하 마모성 및 기타 요인에 따라 달라집니다.
이러한 대량 생산 효율성은 장기적으로 부품당 비용을 크게 줄여줍니다. 반면 3D프린팅 대량생산으로는 부품당 비용 절감 효과가 없다.
성형 부품은 층별 구조 대신 콤팩트하고 압착된 구조 형태를 포함합니다. 따라서 압축 성형은 뛰어난 부품 강도를 제공합니다. 결과적으로 보이드 형성 가능성이 낮아 부품의 구조적 완전성이 탁월해집니다.
관련 연구에 따르면 테스트 중 압축 성형된 샘플의 강도, 경도, 인장 강도 및 탄성이 3D 프린팅 부품보다 더 높은 것으로 나타났습니다.
이 성형 방법은 표면 마감이 우수한 부품을 성형합니다. 이는 압축으로 인해 재료가 금형 표면에 밀접하게 일치하기 때문입니다. 금형 표면에 밀착되도록 합니다. 고도로 연마된 금형과 최적의 가공 조건을 통해 최저 0.1마이크로미터(μm)의 Ra 값을 달성할 수 있습니다. 한편, 캐비티 벽의 표면 마감은 압축 성형 부품의 매끄러운 마감을 위해 매우 중요합니다.
압축 성형을 통해 달성 가능한 부품 크기는 금형 크기에 따라 다릅니다. 따라서 적절한 금형을 설계하고 높은 압축 톤수를 사용하여 더 큰 부품을 만들 수 있습니다. 예를 들어 항공기 날개 스킨은 CM으로 가능합니다.
이후, 사출 방식을 사용하는 대신 충전재를 금형에 미리 배치하면 대형 성형이 용이해집니다. 그 이유는 압축을 통해 재료가 흐름 및 압력 요구 사항에 따른 제한 없이 대형 금형 캐비티 전체에 고르게 분포될 수 있기 때문입니다.
압축 성형은 수많은 장점을 제공하지만 설계 유연성, 툴링 비용, 생산 시간 및 엄격한 정밀도에는 한계가 있습니다. 이러한 제한 사항을 이해하면 최종 성형 부품에서 발생할 수 있는 결함을 방지하고 더 나은 결정을 내리는 데 도움이 될 수 있습니다. 각 제한 사항에 대한 설명은 다음과 같습니다.
압축 성형은 크고 상대적으로 단순한 설계에 적합합니다. 여기에서 제한된 설계 유연성은 주로 압축 금형의 복잡한 금형 캐비티의 재료 흐름 패턴으로 인해 발생합니다. 디자인에 심하게 기울어진 각도나 모서리의 작은 디테일과 같은 복잡한 특징이 있는 경우 재료 흐름이 이러한 구멍을 정확하게 채우지 못합니다.
또한 재료 흐름 제한으로 인해 압축 공기가 갇혀 공극이 형성될 수도 있습니다. 반면 디자이너는 3D 프린팅을 통해 폭넓은 자유를 누릴 수 있습니다.
3D 프린팅과 압축 성형의 툴링 비용을 살펴보면 금형 툴링이 상당히 높습니다. 이는 금형 및 기타 보조 툴링의 초기 비용이 높기 때문입니다. 또한 디자인이 약간 변경되면 금형에 다시 상당한 투자가 필요합니다. 반대로 3D 프린팅에는 그렇게 비싼 툴링 비용이 들지 않습니다.
압축 성형 공정은 일반적으로 압축 성형과 사출 성형의 경우에도 더 긴 주기를 갖습니다. 여기에는 금형 및 장입물 예열, 장입물 사전 로딩, 상대적으로 긴 경화 시간 등이 모두 포함되어 생산 시간이 길어집니다. 이어서, 생산 후 성형 표면의 플래시 및 버 제거 공정에도 시간이 추가됩니다.
마지막으로 플라스틱 압축 성형은 다른 고급 제조 기술과 마찬가지로 높은 정확도와 품질을 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 다른 성형 방법에 비해 재료 흐름이 덜 균일하기 때문에 예비적인 현상입니다. 다음으로, 모든 열경화성 및 열가소성 소재는 냉각 중에 어느 정도 수축하므로 수축 및 뒤틀림 등의 다른 품질 문제가 있을 수 있습니다.
정밀도와 관련하여 압축 성형 공차는 일반적으로 ±0.127~±0.508mm 범위입니다. 여기서 공차는 금형 캐비티 표면 품질, 공정 매개변수 및 충전 재료의 특성에 따라 달라집니다.
3D 프린팅과 압축 성형의 장단점을 이해한 후 다양한 측면에서 이러한 프로세스를 직접 비교해 보겠습니다.
재료 선택은 제조 방법에 관계없이 최종 부품의 최종 특성과 기능을 결정하는 기초입니다. 따라서 더 많은 자료 옵션이 있다는 것은 귀하의 요구 사항에 정확히 맞는 자료를 얻을 수 있는 기회가 더 많다는 것을 의미합니다.
자료 유형 3D 프린팅 재료 압축 성형 재료 열경화성 플라스틱거의 없음, 극히 소수의 특수 시나리오에폭시, 페놀, 폴리에스터, 비닐 에스테르, 멜라민열가소성 수지ABS, PLA, PETG, TPU, 나일론, PEEK, PC폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(폴리아미드), 폴리카보네이트(PC), 아세탈(POM)복합 재료탄소 섬유 강화 PLA, 유리 섬유 강화 나일론, 목재 충전 PLA, 금속 충전 PLA, 케블라 충전 나일론유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP), 시트 몰딩 컴파운드(SMC), 벌크 몰딩 컴파운드(BMC), 섬유 강화 열경화성 수지금속티타늄, 알루미늄, 인코넬, 구리, 금, 은극소수의 시나리오에서압축 성형보다 3D 프린팅에 대한 더 많은 재료 옵션을 찾을 수 있습니다. 그러나 두 방법 모두에 적합한 재료를 비교하면서 비용, 요구 사항, 설계 사양 및 최종 부품의 용도를 고려해야 합니다.
3D 프린팅과 압축 성형의 비용은 생산량에 따라 크게 달라집니다. 압축 성형은 금형 비용이 높기 때문에 생산량이 늘어날수록 비용이 저렴해집니다. 한편, 3D 프린팅은 대규모 생산으로 인해 생산 비용이 크게 절감되지는 않습니다.
생산 규모 3D 프린팅 압축 성형 프로토타이핑저비용 (금형 불필요)고비용 (금형 필요)소규모 배치적당한 비용초기 금형 투자로 인한 비용 높음중량 생산 속도 저하로 인한 비용적중적 비용 (금형 비용 상각)많은 양높은 비용저비용다음으로 복잡한 압축 성형에서는 더 복잡한 금형이 필요하고 사이클 시간이 단축되므로 비용이 증가합니다. 반면, 복잡한 3D 프린팅 디자인에서는 비용이 증가하지 않을 수 있습니다. 재료 사용량은 전체 비용에서 큰 부분을 차지하므로 복잡한 부품에 3D 프린팅에 필요한 재료 양이 적다면 비용을 줄일 수 있습니다.
3D 프린팅은 프로토타입 프로젝트를 제외하면 성형보다 속도가 느린 프로세스입니다. 압축 성형은 금형 제작 및 툴링 배열로 인해 프로토타입 제작에 훨씬 더 많은 시간이 소요됩니다. 그러나 압축성형기는 금형을 냉각시킨 후 바로 다음 사이클로 넘어갑니다. 따라서 프로토타입 제작 및 소량 생산에서는 압축 성형 속도가 제한될 뿐입니다.
결과적으로 3D 프린팅의 효율성은 생산량이 증가함에 따라 감소합니다. 그러나 추가 비용 없이 복잡한 부품을 생산하는 데는 매우 효율적입니다. 반면, 압축성형은 확장성이 뛰어납니다. 상대적으로 저렴한 비용으로 수천에서 수백만 개의 일관된 장치를 제조할 수 있습니다.
먼저 압축성형과 3D 프린팅의 품질을 비교해보겠습니다. 성형 부품의 구조적 품질은 3D 프린팅 부품보다 높습니다. 그것은 모두 그들의 형성 과정 때문이다. 3D 프린터의 레이어 구축 방식은 부품의 구조적 강도를 낮추는 반면, 압축 성형 중 압력을 가하면 부품이 구조적으로 손상되지 않습니다. 따라서 인쇄 방법에 따라 인쇄면의 마감 품질이 달라집니다. 예를 들어 FDM은 디스플레이 레이어 라인을 인쇄하므로 추가 마무리가 필요하며 SLA 방법은 더 매끄러운 표면을 생성합니다. 한편, 압축 성형은 일관되고 부드러운 마감을 제공합니다.
게다가 어느 것이 더 내구성이 좋습니까? 대답은 압축 성형 제품입니다. 이는 재료의 균일성과 경화 중 열과 압력의 영향 때문입니다. 반면, 계층화된 구조는 3D 프린팅 제품에 취약점을 야기합니다.
앞서 언급했듯이 3D 프린팅은 압축 성형 기술보다 더 많은 디자인 유연성을 제공합니다. 금형 제조는 그 자체로 복잡한 프로세스이며 기계가공은 내부 형상이 복잡한 설계를 지원하지 않는 경우가 많습니다. 한편, 3D 프린팅에는 이러한 제한이 없습니다.
다음은 3D 프린팅이 수용할 수 있지만 압축 성형으로는 수용할 수 없는 기능 목록입니다.
압축 성형은 고무와 엘라스토머를 강력하고 내구성 있는 탄성 부품으로 성형할 수 있기 때문에 씰과 개스킷이 가장 일반적인 두 가지 응용 분야입니다. 반면, 3D 프린팅은 프로토타입 제작 및 맞춤형 제조에 매우 적합합니다.
산업/애플리케이션 3D 프린팅 예 압축 성형 예 항공우주제트 엔진용 연료 노즐, 위성 부품용 브래킷, 드론 부품 및 다양한 프로토타입 제작. 덜 인기 있는 항공기용 셀링자동차냉각 덕트, 맞춤형 대시보드 구성 요소, 신체 부위 프로토타입 제작 및 내부 구성 요소개스킷 및 씰, 고무 호스 및 벨트, 진동 감쇠 부품. 의료 맞춤형 수술 모델, 치과 크라운 및 브릿지, 맞춤형 보철 사지 등 내구성 의료 장비용 부품, 실험실용 씰 용기, 실리콘 마스크 등.소비자 제품스마트폰 케이스, 맞춤형 신발, 장난감 등.도구 및 스포츠 장비용 시계 케이스 및 미끄럼 방지 그립, 밀폐형 식품 보관 용기전자제품맞춤형 인클로저, 다양한 프로토타이핑리모컨용 버튼 및 키패드, 내구성 있는 실외 조명 부품, 커넥터용 절연 하우징3D 프린팅과 압축 성형 사이에서 요구 사항에 적합한 방법을 결정하기 위한 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 주로 생산량, 설계 복잡성, 부품 크기 및 비용에 따라 다릅니다. 예를 들어, 3D 프린트 제조는 소량의 소형 맞춤형 부품 생산에 적합합니다. 대조적으로, 압축 성형은 대형 부품을 더 많은 양으로 생산하는 데 탁월합니다.
그러나 3D 프린팅과 압축 성형에 대한 올바른 결정을 내리기 전에 RapidDirct와 같은 업계 리더와 상담하는 것이 좋습니다. 우리는 플라스틱 성형, 3D 프린팅 서비스를 포함한 주문형 제조 서비스의 선두에 있습니다. 당사의 고급 성형 및 3D 프린팅 제조 시설을 통해 당사 엔지니어는 귀하의 고유한 프로젝트를 처리할 수 있습니다.
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3D 프린팅
너무 많은 처짐은 공구나 공작물에 치명적인 고장을 일으킬 수 있으므로 모든 기계공은 공구 처짐에 대해 알고 있어야 합니다. 처짐은 곡률 및/또는 파손을 유발하는 하중 하에서 물체의 변위입니다. 예: 사람의 체중이 가해지는 압력 없이 정지해 있는 다이빙 보드를 보면 보드는 직선입니다. 그러나 다이버가 보드 끝으로 더 내려가면서 더 구부러집니다. 툴링의 처짐도 비슷한 방식으로 생각할 수 있습니다. 편향으로 인해 발생할 수 있는 결과: 단축된 공구 수명 및/또는 공구 파손 낮은 표면 마감 부품 치수의 부정확성 도구 편향 구제책
화학 원소 주기율표.