3D 인쇄 기술(2부)

2부:3D 프린팅 기술

적층 제조(AM)라고도 하는 3D 프린팅은 선택할 수 있는 다양한 프린팅 기술을 제공합니다. 각 방법 간에 상당한 차이가 있을 수 있지만 모든 3D 프린팅 기술은 동일한 기본 원칙에 따라 작동합니다. 적층 제조 기술은 레이어별로 또는 프로그래밍된 경로를 따라 증착하여 공작물을 제작합니다.

레이어를 만드는 방법에 따라 3D 프린팅 기술은 주로 7가지 범주로 나뉩니다.

1. 금속 압출

노즐 또는 기타 오리피스는 재료를 선택적으로 분배합니다. 레이어가 완성되면 빌드 플랫폼이 아래로 이동하거나 압출 헤드가 위로 이동하고 다음 레이어가 압출되어 이전 레이어에 접착됩니다. 이 기술은 주로 다음과 같은 재료를 다룹니다.

• 열가소성
• 공정 금속
• 도자기
• 합성물
• 클레이 모델링
• 금속 충전 점토
• 콘크리트
• 음식
• 살아 있는 세포

이 기술에는 융합 증착 모델링(FDM) 또는 융합 필라멘트 제작(FFF)의 두 가지 하위 범주가 포함됩니다. 이 기술의 주요 제공업체에는 Stratasys, Arbur, Aleph Objects, Beijing Tiertime, MarkerBot Industries 및 Ultimaker가 있습니다. 금속 압출 기술은 AM 기계의 가장 큰 설치 기반을 나타냅니다. 이 프로세스는 Stratasys가 개척했습니다.

2. 재료 분사

하나 이상의 잉크젯 인쇄 헤드는 파우더 베드를 가로질러 이동할 때 건축 자재의 작은 방울을 떨어뜨립니다. 여러 개의 프린트 헤드를 사용할 수 있으므로 각각 다른 재료를 인쇄할 수 있습니다. 이 기술은 또한 나노 입자 크기의 인쇄 재료를 원자화하고 불활성 캐리어 가스와 결합하여 에어로졸로 만든 다음 에어로졸을 표면으로 밀어내는 "직접 쓰기" 기술을 채택할 수 있습니다.

이 기술은 다음과 같은 재료를 다룹니다.

• 포토폴리머
• 밀랍과 유사한 재료
• 금속/비금속
• 지휘자
• 유전체

주요 제공업체로는 3D Systems, Stratasys, Solidscape 및 Keyence가 있습니다. 이 기술은 매몰 주조 패턴을 생성할 수 있습니다.

3. 바인더 분사

바인더 젯팅은 분말 재료를 결합하기 위해 잉크젯 프린트 헤드 노즐을 사용하여 액체 결합제를 빠르게 증착합니다. 재료 분사와 달리 노즐을 통해 분사되는 재료는 건축 자재의 원료가 아니라 분말 베드에 증착되어 원하는 모양의 분말을 유지하는 액화 결합 재료입니다.

이 기술은 다음과 함께 작동합니다.

• 아크릴 폴리머
• 금속
• 모래
• 세라믹

이 기술의 주요 제공업체로는 3D Systems, ExOne Company, Voxeljet Technology GmbH, Microjet Technology, Digital Metal 및 HP가 있습니다. 이 방법은 모래 주조 공정을 위한 모래 패턴을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

4. 시트 적층

시트 라미네이션은 시트 재료의 레이어를 결합하여 디자인을 구현합니다. 시트 재료는 완전히 형성된 물체에 적층될 때 합판과 유사한 고체를 형성하는 접착제로 처리된 종이이거나 대신 금속 부품을 생성하는 금속 호일 및 테이프입니다. 시트 라미네이션은 LOM(Laminated Object Manufacturing)이라고도 합니다.

이 기술의 주요 제공업체에는 Helisys, Micro Technologies 및 Fabrisonic이 있습니다.

5. Vat 광중합

Vat에 포함된 액체 포토폴리머는 광활성화 중합을 사용하여 선택적으로 경화됩니다. 이 기술은 포토폴리머에서만 작동합니다. 현재 시장에 나와 있는 Vat 광중합 기술에는 두 가지 유형이 있습니다.

• 스테레오리소그래피 (SLA)는 컴퓨터 유도 검류계에 장착된 자외선 레이저와 X-Y 스캐닝 미러를 사용하여 통에 있는 액체 포토폴리머의 최상층을 경화합니다. 그런 다음 레이저에 닿은 각 지점이 치료됩니다. SL은 AM 초기에 확실한 선두 프로세스였습니다.

• Vat 중합은 디지털 광 처리도 포함하도록 확장되었습니다. (DLP). 경화를 위한 광원으로 레이저를 사용하는 대신 DLP AM 프린터에는 전체 레이어 이미지를 한 번에 투사하고 경화하는 디지털 광 프로젝터 스크린이 있습니다.

이 기술의 주요 제공업체로는 3D Systems, Envisiontec, DWS, Asiga 및 Rapid Shape 등이 있습니다.

6. 파워 베드 퓨전

열 에너지는 분말 베드의 영역을 선택적으로 융합합니다. 열에너지는 분말 재료를 녹인 다음 냉각되면서 고체상으로 변합니다. 이 기술에 사용되는 에너지원은 레이저 또는 전자빔일 수 있습니다.

이 프로세스는 다음과 같이 알려져 있습니다.

• 레이저 소결
• 직접 금속 레이저 소결
• 선택적 레이저 소결
• 전자빔 용해
• 선택적 레이저 용융

레이저 기반 기술은 전자빔 설정보다 더 나은 표면 마감과 미세한 디테일을 생성합니다. 전자빔은 초기 비용이 더 많이 들지만 더 빠르고 잔류 응력 수준이 낮은 부품을 생산합니다.

금속 AM 시스템의 대부분은 분말 베드 융합 공정을 사용합니다. EOS는 가장 큰 설치 기반을 가진 잘 정립된 금속 AM 프로세스입니다. 고에너지 PBF(Powder Bed Fusion) 공정은 높은 비용에도 불구하고 전통적인 매몰 주조 산업의 시장 점유율을 위협하고 있습니다. PBF 공정은 인베스트먼트 주조의 야금학적 특성과 거의 일치하는 합금으로 복잡한 3D 형상을 생성할 수 있습니다. SLM은 가장 성숙한 AM 방식이며 금속 인쇄 시장의 70% 이상을 차지합니다.

이 기술은 폴리머, 금속 및 모래와 함께 작동합니다. 주요 제공업체로는 3D 시스템, EOS, Arcam, SLM Solutions, Realizer, Concept Laser, Aconity3D, Proto Labs 등이 있습니다.

7. 직접 에너지 증착

열 에너지는 재료가 증착될 때 재료를 융합하는 데 사용됩니다. 대부분의 경우 레이저는 에너지의 원천이며 재료는 일종의 금속 분말입니다. 4축 또는 5축 모션 시스템은 증착 헤드의 위치를 ​​지정하는 데 사용됩니다. 이 기술은 금속 재료에만 작동하지만 한 번에 두 가지 이상의 금속 재료 유형을 사용할 수 있습니다.

DED(Directed Energy Deposition) 기술의 주요 공급업체에는 Optomec, POM Group, BeAM, Trumpf, RPM 및 Innovations가 있습니다. DED는 Blown Powder AM 및 Laser Cladding으로도 알려져 있습니다. 기존 공작물에 소재를 추가할 때 적합한 방식으로 부품의 수리 및 개조에 최적입니다.

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