적층 가공 설계에 도움이 되는 5가지 팁

제조 기술이 발전함에 따라 제조 산업의 DFM(Design for Manufacturing) 기술도 발전해야 합니다. 특히 적층 제조 환경은 지난 10년 동안 극적으로 발전했습니다. 3D 프린팅은 예전에는 프로토타입 도구 또는 심지어 참신한 것으로 간주되었지만 이제는 기술이 산업 등급 기능에 도달하면서 적층 제조를 위한 설계(DFAM)가 되었습니다. 엔지니어와 제품 개발자 사이에서 매우 탐나는 기능입니다.

빠른 변화 속도를 감안할 때 레거시 제조 기술에 대한 DFM 전문 지식을 연마하는 데 수년을 보냈다면 새로운 DFAM 기술을 배워야 할 가능성이 압도적으로 보일 수 있습니다. 이러한 문제는 다양한 3D 프린팅 기술로 인해 더욱 복잡해질 수 있습니다. 예를 들어 FDM(Fused Deposition Modeling)을 위한 최적의 DFAM 기술은 SLA(광조형술), DLS(Carbon Digital Light Synthesis™) 또는 HP Multi Jet Fusion과 다를 수 있습니다. (HP MJF) – 상당한 새로운 비용, 재료 및 설계 고려 사항이 수반됩니다.

3D 프린팅 기술 이해

디자인 프로젝트는 그것을 만드는 데 사용될 기술에 대한 이해와 함께 개발되어야 함은 물론입니다. 3D 프린팅은 절삭 공구로 공작물에서 재료를 제거하는 CNC 머시닝과 같은 뺄셈 제조 프로세스와 달리 재료가 층별로 점진적으로 추가되어 완성된 부품을 형성하는 것을 의미하는 적층 제조 프로세스입니다.

그러나 기존 제조 방법과의 차이점에도 불구하고 적층 제조를 기존 생산 프레임워크와 통합하는 것이 어려울 필요는 없습니다. 약간의 창의적인 사고와 인식을 바꾸려는 의지가 있다면 적층 생산을 위한 피봇 디자인은 상상만큼 어렵지 않을 것입니다.

변경할 준비가 되었다면 시작하는 데 도움이 되는 5가지 3D 프린팅 디자인 팁을 소개합니다.

1. 새로운 도전에 대비하십시오

적층 제조는 다양한 제조 가능성을 열어 상대적인 속도와 효율성으로 이전에는 '만들 수 없는' 부품을 생성할 수 있게 되었습니다. 그러나 DFAM은 또한 설계자와 엔지니어가 부품을 디지털 상태에서 실제 생산으로 전환할 때 고려해야 하는 새로운 문제를 야기합니다. 예를 들어, 3D 프린터의 빌드 볼륨은 특정 부품의 크기를 제한할 수 있으며 여러 인쇄를 사용하여 프로젝트를 빌드해야 할 수 있습니다. 한편, 특정 인쇄 기술에는 고유한 문제가 있습니다. FDM은 디지털 디자인으로 표현되지 않을 수 있는 가시적인 레이어 선이 있는 부품을 생산하고(이는 생산 후 매끄럽게 될 수 있음) HP MJF 프로세스에서는 부품이 냉각 프로세스를 거쳐야 합니다. 그런 다음 인쇄 후 세척하여 생산 일정을 연장할 수 있습니다.

DFAM은 부인할 수 없을 정도로 흥미로운 분야이지만 3D 프린팅 기술을 최대한 활용하려면 프로젝트를 개발할 때 이러한 실용적인 고려 사항을 중심으로 디자인하는 것이 중요합니다.

2. 지지 구조 조정

돌출부가 있는 요소를 설명하기 위해 부품은 설계 문제를 일으킬 수 있는 지지 구조가 필요할 수 있습니다. 지지 구조의 필요성은 돌출부가 설정되는 각도에 따라 다르며 지지대가 3D 프린팅 재료를 소비하므로 프린팅 프로세스에 추가 비용과 시간이 추가된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.

다행히도 몇 가지 간단한 전략으로 돌출부를 지지할 필요성을 줄이고 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 경험상 가능한 한 부품의 돌출 각도를 최소화하는 것이 좋습니다. 45도 이상 경사면에는 일반적으로 지지대가 필요하지만 45도 미만 경사면에는 지지대가 필요하지 않습니다. 마찬가지로, 필요한 지지대를 디자인의 일부로 만들거나 제작판에서 부품 방향을 조정하여 특정 부품을 고정할 수 있습니다. 마지막으로, 보다 '지지하기 쉬운' 인쇄 방법을 선택할 수 있습니다. HP MJF와 같은 파우더 베드 3D 인쇄 프로세스에서는 부품을 만드는 데 사용되는 파우더가 자체 지지형이기 때문에 부품을 지지대와 함께 설계할 필요가 없습니다.

3. 뒤틀림 감소

적층 제조 과정을 막 시작했다면 사용 가능한 적층 재료와 그 속성이 생소할 수 있습니다.

특히 3D 프린팅 공정은 재료가 휘는 경향이 있습니다(특히 크고 평평한 표면에서). 다양한 온도 변수로 인해 뒤틀림이 발생할 수 있습니다. FDM 공정에서 재료 필라멘트는 고온에서 압출된 다음 냉각됩니다. SLA 및 DLS 인쇄에서 부품은 인쇄 후 베이킹 프로세스를 거칩니다. HP MJF 공정에서는 가열된 재료 베드에서 발생하고 인쇄 후 냉각이 수반되는 소결의 결과로 뒤틀림이 발생합니다. 일부 3D 프린팅 프로세스는 다른 프로세스보다 휘어지기 쉽습니다. 예를 들어 FDM 3D 프린트의 모서리는 열 수축을 거치면서 휘어지고 프린트 베드에서 올라올 수 있습니다.

3D 프린터가 올바르게 보정되었는지 확인하거나 부품이 프린트 베드에 적절하게 접착되도록 하여 뒤틀림을 해결할 수 있습니다. 뒤틀림 효과는 또한 부품의 날카로운 모서리 또는 돌출된 요소의 수를 줄이거나 모서리를 둥글게 하여 열 응력을 보다 균일하게 분산함으로써 설계에서 완화될 수 있습니다. 유사하게, 길거나 얇은 부품은 휘어지는 경향이 더 높으므로 설계 중에 해당 부품을 두껍게 하면 효과가 감소할 수 있습니다. Fast Radius와 같은 숙련된 파트너와 협력하면 인쇄 전에 모든 장비 보정이 올바르게 처리되도록 할 수 있으므로 가능한 경우 뒤틀림을 방지하는 좋은 방법입니다.

4. 벽 두께 고려

3D 프린팅 기술은 인상적인 정밀도를 달성하고 매우 얇은 부품을 포함하여 매우 미세한 디테일의 부품을 생산할 수 있습니다. 그러나 사출 성형 부품과 마찬가지로 3D 인쇄 부품이 얇을수록 인쇄 프로세스 중에 오류가 발생할 가능성이 더 높습니다. 너무 얇은 형상은 수지가 냉각되기 전에 부품에서 변형되거나 분리될 위험이 있습니다. 유사하게, 극도로 얇은 부품은 부품이 사후 생산을 식힐 때 뒤따르는 뒤틀림을 악화시킬 수 있습니다. 얇은 부분이 인쇄 공정을 통과하더라도 필요한 청소, 마무리 또는 후가공으로 인해 손상될 수 있습니다.

이러한 요소를 염두에 두고 사용 중인 3D 인쇄 기술에 권장되는 최소 벽 두께로 부품을 설계해야 합니다. Fast Radius 엔지니어가 귀하와 협력하여 부품에 적합한 벽 두께를 결정하고 설계와 관련된 고유한 문제를 관리할 것입니다.

5. 창의적인 기회 탐색

3D 프린팅 기술은 다른 제조 방법으로는 불가능한 방식으로 생산 공정을 간소화하고 최적화할 수 있는 기회를 제공합니다. 이러한 기회에는 재료를 제거하여 강도를 저하시키지 않으면서 부품을 경량화하는 것이 포함됩니다. 3D 프린팅 부품을 위한 가장 효과적인 경량화 방법 중 하나는 격자를 사용하여 설계하는 것입니다. 즉, 모든 축을 따라 테셀레이션할 수 있고 3D 프린팅 재료를 덜 사용하고 부품의 전체 무게를 줄이는 크로스해칭 구조입니다.

DFAM 최적화 기회에 대해 창의적으로 생각하세요. 예를 들어, 격자는 벌집과 산호를 포함하여 수많은 자연 발생 구조에서 발견됩니다. 실제로 자연 세계는 잠재적으로 유용한 디자인 영감의 스펙트럼을 제공하는 추가 DFAM 최적화 아이디어를 위한 방대한 자원을 나타냅니다. 중량 외에도 부품은 인성, 파손 시 연신율 및 열 전달을 포함한 특성에 대해 최적화될 수 있습니다. 예를 들어, 사람 뼈의 구조적 특성에 필연적인 결과가 있고 3D 프린팅 기술로 에뮬레이션될 수 있는 메트릭스(다양한 정도) .

DFAM 전문성의 가치

기술의 발전은 적층 제조 환경을 변화시키고 있지만 인간 공학 투입의 중요성을 제거하지는 못했습니다. DFAM으로 전환할 때 최고의 엔지니어라도 3D 인쇄 기술을 위해 설계할 때 타사 경험과 전문 지식을 활용하거나 단순히 외부 공명판을 보유함으로써 이점을 얻을 수 있습니다.

요컨대, 탐색할 수 있는 사용 가능한 DFAM 리소스가 많이 있지만 직접 문제를 해결하는 것은 여전히 ​​필수 불가결한 상태입니다. 따라서 기존 설계를 최적화하는 데 도움이 필요하거나 처음부터 설계를 시작하는 데 도움이 필요하면 Fast Radius의 엔지니어링 팀이 도와드릴 준비가 되어 있습니다. 시작하려면 지금 연락하세요.

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