적층 제조 마스터하기: 필수 설계 팁 5가지

제조 기술이 진화함에 따라 제조 산업의 제조 가능 설계(DFM) 기술도 진화해야 합니다. 특히 적층 제조 환경은 지난 10년간 극적으로 발전했습니다. 3D 프린팅은 시제품 제작 도구거나 심지어 신기한 것으로 여겨졌지만, 이제 기술이 산업용 등급 역량에 도달하면서 적층 제조를 위한 설계(DFAM)는 엔지니어와 제품 개발자들 사이에서 매우 탐나는 역량이 되었습니다.

빠른 변화 속도를 고려할 때, 레거시 제조 기술에 대한 DFM 전문성을 연마하는 데 수년을 보냈다면 새로운 DFAM 기술을 배워야 한다는 전망이 압도적으로 느껴질 수 있습니다. 이 도전은 다른 3D 프린팅 기술들로 인해 더욱 복잡해질 수 있습니다. 예를 들어 융착 적층 모델링(FDM)을 위한 최적의 DFAM 기술은 스테레오리소그래피(SLA), 카본 디지털 라이트 신서시스™(DLS), HP 멀티 제트 퓨전(HP MJF)과 다를 수 있으며, 상당한 새로운 비용, 소재, 설계 고려사항을 수반합니다.

3D 프린팅 기술 이해하기

설계 프로젝트는 그것을 생성하는 데 사용될 기술에 대한 이해를 바탕으로 개발되어야 합니다. 3D 프린팅은 적층 제조 공정으로, 완성된 부품을 형성하기 위해 소재가 층별로 점진적으로 추가됩니다. 이는 절삭 공구로 워크피스에서 소재를 제거하는 CNC 가공 같은 절삭 제조 공정과 반대됩니다.

그러나 기존 제조 방법과의 차이에도 불구하고, 적층 제조를 기존 생산 프레임워크와 통합하는 것이 어렵지 않아야 합니다. 약간의 창의적 사고와 인식 전환의 의지만 있다면 적층 생산을 위한 설계 피벗이 상상만큼 어렵지 않을 것입니다.

변화할 준비가 되었다면, 시작하는 데 도움이 되는 5가지 3D 프린팅 설계 팁을 소개합니다:

1. 새로운 도전에 대비하세요

적층 제조는 이전에 '만들 수 없는' 부품들을 상대적인 속도와 효율성으로 만들 수 있게 하는 다양한 제조 가능성을 열었습니다. 그러나 DFAM은 설계자와 엔지니어가 부품을 디지털 상태에서 물리적 생산으로 가져갈 때 고려해야 할 새로운 도전들도 가져옵니다. 예를 들어 3D 프린터의 빌드 볼륨은 특정 부품의 크기를 제한할 수 있고, 프로젝트를 여러 프린트로 제작해야 할 수도 있습니다. 한편 특정 프린팅 기술들은 고유한 과제를 가집니다: FDM은 디지털 설계에 표현되지 않을 수 있는 눈에 보이는 레이어 라인을 가진 부품을 생성합니다(후처리로 부드럽게 할 수 있음), HP MJF 공정은 부품이 프린트 후 냉각 공정을 거쳐야 하고 세척되어야 하므로 생산 일정이 연장될 수 있습니다.

DFAM은 의심할 여지 없이 흥미로운 개척지지만 3D 프린팅 기술에서 최대한의 효과를 얻으려면 프로젝트를 개발하면서 이러한 실용적 고려사항을 중심으로 설계하는 것이 중요합니다.

2. 서포트 구조 조정하기

오버행이 있는 요소를 고려하기 위해 부품에는 서포트 구조가 필요할 수 있으며, 이는 설계 과제를 생성할 수 있습니다. 서포트 구조의 필요성은 오버행이 설정된 각도에 따라 달라지며, 서포트가 3D 프린팅 소재를 소비하여 프린트 공정에 추가 비용과 시간을 더한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.

다행히 몇 가지 간단한 전략으로 오버행을 지지할 필요성을 줄이고 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 좋은 경험 법칙은 부품의 오버행 각도를 가능한 한 최소화하는 것입니다: 45도 이상의 경사는 일반적으로 서포트가 필요하지만 45도 미만은 필요하지 않습니다. 마찬가지로 특정 부품을 앵커링하여 필요한 서포트를 설계의 일부로 만들거나 빌드 플레이트에서 부품의 방향을 조정할 수 있습니다. 마지막으로 더 '서포트 친화적인' 프린팅 방법을 선택할 수 있습니다: HP MJF 같은 파우더 베드 3D 프린팅 공정은 부품이 만들어지는 파우더가 자체 지지적이기 때문에 부품을 서포트와 함께 설계할 필요가 없습니다.

3. 뒤틀림 줄이기

적층 제조 여정을 막 시작했다면 사용 가능한 적층 소재와 그 특성이 낯설 수 있습니다.

특히 3D 프린팅 공정은 소재가 뒤틀리게 하는 경향이 있습니다(특히 크고 평평한 표면에서). 뒤틀림은 서로 다른 온도 변수의 결과로 발생할 수 있습니다: FDM 공정에서 소재 필라멘트는 고온에서 압출된 후 냉각됩니다. SLA와 DLS 프린팅에서 부품은 프린트 후 베이킹 공정을 거칩니다. HP MJF 공정에서 뒤틀림은 소결의 결과로 발생하며, 이는 가열된 소재 베드에서 일어나고 프린트 후 냉각을 포함합니다. 일부 3D 프린팅 공정은 다른 공정보다 뒤틀림에 더 취약합니다: 예를 들어 FDM 3D 프린트의 모서리는 열 수축을 거치며 프린트 베드에서 들뜨고 뒤틀릴 수 있습니다.

3D 프린터가 올바르게 캘리브레이션되었는지 확인하거나 부품이 프린트 베드에 적절한 접착력을 갖도록 하여 뒤틀림을 해결할 수 있습니다. 뒤틀림 효과는 부품의 날카로운 모서리나 오버행 요소를 줄이거나 모서리를 둥글게 하여 열 응력을 더 고르게 분산시킴으로써 설계 단계에서 완화될 수도 있습니다. 마찬가지로 길거나 얇은 부품은 뒤틀림 경향이 더 높으므로 설계 단계에서 해당 부품을 두껍게 하면 효과를 줄일 수 있습니다. Fast Radius 같은 경험 많은 파트너와 협업하면 프린팅 전 모든 장비 캘리브레이션이 올바르게 처리되도록 하여 뒤틀림을 예방할 수 있습니다(가능한 경우).

4. 벽 두께 고려하기

3D 프린팅 기술은 인상적인 정밀도를 달성하고 매우 미세한 디테일을 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 매우 얇은 부품도 포함됩니다. 그러나 사출 성형 부품과 마찬가지로 3D 프린트 부품이 얇을수록 프린팅 공정 중 오류가 발생할 가능성이 높습니다: 너무 얇은 특징은 레진이 식기 전에 부품에서 변형되거나 분리될 위험이 있습니다. 마찬가지로 극도로 얇은 부품은 생산 후 냉각되면서 후속 뒤틀림을 악화시킬 수 있습니다. 얇은 부품이 프린트 공정을 통과하더라도 필요한 세척, 마감, 후처리 과정에서 손상될 수 있습니다.

이러한 요소들을 염두에 두고 사용 중인 3D 프린팅 기술에 권장되는 최소 벽 두께로 부품을 설계해야 합니다. Fast Radius 엔지니어들은 귀하의 부품에 적합한 벽 두께를 결정하고 귀하의 설계와 관련된 고유한 과제들을 관리하는 데 협력할 것입니다.

5. 창의적 기회 탐색하기

3D 프린팅 기술은 다른 제조 방법으로는 불가능한 방식으로 생산 공정을 간소화하고 최적화할 기회를 가져옵니다. 그런 기회에는 강도를 훼손하지 않으면서 소재를 제거하여 부품을 경량화하는 것이 포함됩니다. 3D 프린트 부품을 위한 가장 효과적인 경량화 방법 중 하나는 격자 구조로 설계하는 것입니다: 모든 축을 따라 테셀레이션될 수 있는 크로스해치 구조로, 3D 프린팅 소재를 덜 사용하고 부품의 전체 무게를 줄입니다.

DFAM 최적화 기회에 대해 창의적으로 생각하세요. 예를 들어 격자 구조는 벌집과 산호 등 자연 발생 구조물에서 많이 발견됩니다. 자연 세계는 추가적인 DFAM 최적화 아이디어를 위한 방대한 자원을 나타내며, 잠재적으로 유용한 설계 영감의 스펙트럼을 제공합니다. 무게 외에도 부품은 인성, 파단 신율, 열전달 같은 특성들에 대해 최적화될 수 있습니다. 이 지표들은 인간 뼈의 구조적 특성 등에서 상응하는 것을 가지며, 3D 프린팅 기술로 (다양한 정도로) 모방될 수 있습니다.

DFAM 전문성의 가치

기술 발전이 적층 제조 환경을 변화시키고 있지만 인간 엔지니어링 입력의 중요성을 없애지는 않았습니다. DFAM으로 전환할 때 최고의 엔지니어도 제3자의 경험과 전문성, 또는 단순히 외부 사운드보드를 갖는 것에서 혜택을 볼 수 있습니다. 3D 프린팅 기술을 위한 설계를 할 때 말입니다.

간단히 말해, 탐색할 수 있는 많은 DFAM 리소스가 있지만 대면 문제 해결은 여전히 필수적입니다. 기존 설계 최적화 도움이 필요하든, 처음부터 설계를 시작하든 Fast Radius의 엔지니어링 팀이 도움을 드릴 준비가 되어 있습니다: 오늘 연락하여 시작하세요.

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