FDM 마스터하기: 제조 가능 설계를 위한 종합 가이드

이 삽화 체크리스트는 팀이 융착 적층 모델링(FDM)을 위한 제조 가능 설계(DFM)의 기초를 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

소개

FDM이란?

융착 적층 모델링(FDM)은 가장 일반적인 적층 제조 형태 중 하나이며, 대부분의 사람들이 '3D 프린팅'을 들었을 때 생각하는 것입니다.

FDM은 어떻게 작동하나요? 이 공정에서 FDM 기계는 가열된 열가소성 필라멘트를 노즐을 통해 압출하여 구성요소를 한 번에 하나의 수평 층씩 쌓아 올립니다. 이 공정의 중요한 이점 중 하나는 레거시 기술에 비해 기계가 부품을 얼마나 빠르게 생산할 수 있는지입니다. 처리 기간이 24시간 정도로 짧을 수 있어 FDM은 저렴한 시제품 제작과 일부 기능성 부품 제작에 유용한 공정입니다.

FDM 프린팅의 편의성과 FDM 소재의 접근성은 전문가와 취미 사용자 모두 사이에서 기술의 인기를 이끌었으며, 이들은 이 기술을 장난감부터 식품, 전자 인클로저까지 모든 것을 만드는 데 사용할 수 있습니다. FDM 공정 혁신은 여전히 진행 중이며, 새로운 기능으로는 비평면 프린팅, 복합 소재 프린팅, 멀티 소재 프린팅이 포함됩니다.

제조 가능 설계는 제조 기술에 관계없이 모든 설계자와 제품 팀에게 중요합니다. 부품 설계는 시제품이나 최종 부품에서 기대되는 원하는 기능적, 소재적 요구사항을 충족해야 할 뿐만 아니라 제조 공정 자체도 고려해야 합니다.

이 가이드에는 FDM 프린트 부품이 고품질이고 효율적으로 생산되도록 보장하는 5가지 팁이 포함되어 있습니다. 제출 전 이 목록과 설계를 대조 확인하면 부품을 개선하고, 시간과 자원을 절약하며, 생산 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

1. 설계가 이방성 거동을 고려하는가?

FDM 프린터가 열가소성 소재 라인을 한 번에 한 층씩 압출하는 방식 때문에 이 공정은 본질적으로 이방성입니다. 즉, 부품의 벌크 기계적 특성이 방향에 따라 다릅니다. 이는 층간 결합 강도가 평면 내 강도와 다르기 때문입니다. FDM 프린트 부품은 프린트 헤드 경로와 평행한 방향(X-Y, 또는 슬라이스 평면 내)에서 가장 높은 인장 강도를 제공합니다. 층간 결합 강도는 Z-방향의 인장 강도에 영향을 미치며, 이는 일반적으로 X-Y 평면 내 인장 강도보다 낮습니다.

열가소성 수지는 오랜 기간 높은 응력 하에 놓이면 소재 크리프에 취약하므로 FDM은 중요한 기계적 구성요소 생산에 권장되지 않습니다. 부품의 빌드 방향과 기하학은 이를 고려하거나 완화하도록 수정될 수 있습니다. 마찬가지로 부품과 툴링에 챔퍼와 둥근 모서리를 통합하면 수명을 개선하고 응력 집중을 줄일 수 있습니다.

2. 공차 기대가 합리적인가?

제품 팀은 FDM 공정이 극도로 엄격한 공차를 달성할 수 없다는 것을 알아야 합니다.

대부분의 산업용 FDM 기계는 ±0.15%(하한 ±0.2mm)의 치수 정확도를 제공할 수 있고, 데스크톱 프린터는 ±0.5%(하한 ±0.5mm)의 공차를 달성할 수 있습니다. 그러나 FDM은 많은 양의 열을 수반하므로 기하학 같은 다른 요인들이 냉각되면서 프린트된 조각의 정확도에 영향을 미칠 것입니다. 부품이 FDM 프린터가 직접 달성할 수 있는 것보다 더 높은 정확도의 중요한 표면이나 고공차 홀을 요구한다면, 후처리 작업이나 부싱 및 나사 인서트 같은 구성요소 추가를 고려하세요. 종종 FDM 공차 이슈는 추가 후처리로 줄일 수 있습니다.

텍스트 크기의 경우 평면 내 텍스트의 최소 권장 크기는 6mm 볼드체이지만 실제 값은 프린터에 따라 다릅니다. 수직 벽의 텍스트는 3.5mm 볼드체까지 작을 수 있습니다.

부품에 얇은 간극이 포함된 경우 서포트 소재가 쉽게 제거될 수 있도록 최소 5mm 너비를 유지해야 합니다. 간극을 X-Y 평면에 수직이 되도록 부품 빌드 방향을 설정하면 양호한 표면 마감을 유지하는 데 도움이 됩니다.

3. 벽 두께, 홀 크기, 오버행을 고려했는가?

부품의 최적 벽 두께는 필라멘트 크기에 의해 결정됩니다. 일반적으로 필라멘트 두께의 2배 이하인 특징은 프린트되지 않습니다. 벽의 경우 필라멘트 두께의 4배가 적절합니다.

닫힌 평면 프로파일은 닫힌 루프가 빠르고 매끄러운 프린팅을 허용하므로 FDM으로 매우 잘 프린트됩니다. 예를 들어 꽃병, 컵, 튜브가 있으며, 불연속적인 면과 날카로운 특징이 있는 복잡한 부품보다는 낫습니다. 좋은 부품을 얻기 위해 필수는 아니지만 이를 염두에 두고 설계하면 성공적인 FDM 프린트를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

FDM 프린팅으로 생성되는 홀은 특징이 잘 해결되도록 직경이 1mm보다 작아서는 안 됩니다. 간극과 마찬가지로 홀을 X-Y 평면에 수직이 되도록 프린트 방향을 설정하면 특징 품질을 개선할 수 있습니다. 후처리 중 드릴링 아웃 또는 리밍 홀은 정확성을 보장하는 또 다른 방법입니다.

FDM이 부품을 층별로 구축하기 때문에 부품의 오버행이 충분히 크면 새로운 소재를 빌드 플레이트에서 떨어뜨리기 위해 지탱할 서포트가 충분하지 않습니다. 이 소재는 프린팅 소프트웨어에서 희생적 서포트 기하학으로 지지되거나 오버행을 제거하도록 부품을 수정해야 합니다.

4. 설계가 뒤틀릴 가능성이 있는가?

뒤틀림은 조각의 다른 구간이 다른 속도로 굳고 수축할 때 냉각 공정 중에 발생하여 물질을 비균일하게 당기는 내부 응력을 생성합니다. 뒤틀림은 모든 FDM 프린트 부품의 문제가 아니지만, 수직 벽, 얇은 구간, 높은 종횡비 특징 같은 특정 설계 특징은 냉각 공정 중 부품이 뒤틀릴 가능성을 높일 수 있습니다.

뒤틀림은 다음으로 피할 수 있습니다:

• 수직 벽에 리브 추가
• 날카로운 모서리에 필렛 추가
• 얇거나 돌출된 특징의 가장자리에 추가 서포트 추가
• 높은 종횡비(길이-너비/두께 비율)를 가진 부품 피하기

5. 박스 밖 문제 해결을 위해 부품 분할(Sectioning) 고려했는가?

분할(Sectioning)은 단순히 부품의 CAD 파일을 작고 개별적으로 프린트된 구성요소들로 나누는 것을 의미합니다. 분할은 프린터의 빌드 볼륨에 너무 큰 부품을 만들고 조립하거나 서포트 구조의 필요성을 줄이는 것을 가능하게 합니다. 취약한 특징을 별도로 프린트하면 더 적합한 빌드 방향을 사용할 수 있어 더 강하고 우수한 부품을 생산할 수 있습니다. 부품 분할은 어느 정도 전문성과 주의가 필요합니다. 부품이 조각으로 잘릴 때마다.

DFM 전문가와 함께 시작하기

FDM은 열가소성 시제품과 부품을 생산하는 매우 효율적이고 저렴한 방법이 될 수 있습니다. 짧은 리드 타임, 프린팅 기술의 접근성, 넓은 소재 호환성 사이에서 전문가와 취미 사용자 모두가 FDM의 혜택을 활용하려 하는 것은 당연합니다.

Fast Radius 같은 경험 많은 제조업체와 파트너십을 맺으면 이러한 고려사항들(그리고 더 많은 것들)이 모두 고려될 것임을 확신할 수 있습니다. 우리 엔지니어와 제품 매니저 팀은 최첨단 디지털 설계 기술과 수십 년의 경험을 활용하여 우리가 생산하는 각 부품이 그 일에 가장 적합한 부품이 되도록 합니다. 그뿐만 아니라 우리 팀은 설계부터 납품까지 각 단계에서 고객과 긴밀히 협력하여 각 부품이 최종 용도와 제조 가능성에 최적화되도록 합니다.

오늘 문의하여 우리가 어떻게 여러분의 아이디어를 현실로 만들 수 있는지 자세히 알아보세요.

적층 제조, CNC 가공, 기타 생산 공정에 대해 더 알아보려면 Fast Radius 리소스 센터를 방문하세요.

융착 적층 모델링(FDM) 제조 가능 설계 가이드를 다운로드하세요.

Fast Radius와 함께 부품 제작을 시작할 준비가 되셨나요?

견적 요청하기