3D 인쇄 기술 유형

3D 프린팅이라는 용어는 부품을 층층이 쌓는 여러 제조 기술을 포함합니다. 각각은 플라스틱 및 금속 부품을 형성하는 방식이 다르며 재료 선택, 표면 마감, 내구성, 제조 속도 및 비용이 다를 수 있습니다.

3D 프린팅에는 다음과 같은 여러 유형이 있습니다.

• SLA(스테레오리소그래피)
• 선택적 레이저 소결(SLS)
• FDM(Fused Deposition Modeling)
• 디지털 조명 프로세스(DLP)
• 멀티 제트 퓨전(MJF)
• 폴리젯
• DMLS(Direct Metal Laser Sintering)
• 전자빔 용해(EBM)

애플리케이션에 적합한 3D 프린팅 프로세스를 선택하려면 각 프로세스의 강점과 약점을 이해하고 이러한 특성을 제품 개발 요구에 매핑해야 합니다. 먼저 3D 프린팅이 제품 개발 주기 내에서 어떻게 적합한지 논의한 다음 일반적인 유형의 3D 프린팅 기술과 각각의 장점을 살펴보겠습니다.

신속한 프로토타이핑 및 그 이상을 위한 3D 프린팅

3D 프린팅이 프로토타이핑에 가장 많이 사용된다고 해도 과언이 아닙니다. 단일 부품을 신속하게 제조할 수 있는 기능을 통해 제품 개발자는 비용 효율적인 방식으로 아이디어를 검증하고 공유할 수 있습니다. 프로토타입의 목적을 결정하면 가장 유익한 3D 프린팅 기술을 알 수 있습니다. 적층 가공은 단순한 물리적 모델에서 기능 테스트에 사용되는 부품에 이르는 다양한 프로토타입에 적합할 수 있습니다.

SLA 기술은 UV 레이저로 액체 열경화성 수지를 경화시켜 플라스틱 부품을 형성합니다. 부품이 제작되면 제작이 완료되면 제거되는 지지 구조가 필요합니다.

3D 프린팅이 신속한 프로토타이핑과 거의 동의어임에도 불구하고 실행 가능한 생산 프로세스인 시나리오가 있습니다. 일반적으로 이러한 응용 분야에는 소량 및 복잡한 형상이 포함됩니다. 종종 항공우주 및 의료 응용 분야용 부품은 이전에 설명한 기준과 일치하는 경우가 많기 때문에 생산 3D 프린팅에 이상적인 후보입니다.

5가지 3D 프린팅 고려 사항

삶의 대부분의 일과 마찬가지로 3D 프린팅 프로세스를 선택할 때 간단한 대답은 거의 없습니다. 고객이 3D 프린팅 옵션을 평가하도록 지원할 때 일반적으로 어떤 기술이 고객의 요구 사항을 충족할지 결정하기 위한 5가지 주요 기준을 제시합니다.

1. 예산
2. 기계적 요건
3. 외관
4. 재료 선택
5. 기하학

SLS 빌드가 완료되면 기술자는 파우더 베드에서 부품을 제거하고 과도한 재료를 털어낸 다음 그런 다음 비드가 부품을 폭발시킵니다.

폴리머 3D 프린팅 프로세스

몇 가지 일반적인 플라스틱 3D 인쇄 프로세스를 간략히 설명하고 각각이 제품 개발자, 엔지니어 및 디자이너에게 가장 큰 가치를 제공하는 경우에 대해 논의해 보겠습니다.

SLA(스테레오리소그래피)

SLA(Stereolithography)는 최초의 산업용 3D 프린팅 프로세스입니다. SLA 프린터는 높은 수준의 디테일, 매끄러운 표면 마감 및 엄격한 공차로 부품을 생산하는 데 탁월합니다. SLA 부품의 고품질 표면 마감은 보기에 좋을 뿐만 아니라 부품의 기능(예:어셈블리 적합성 테스트)에 도움이 될 수 있습니다. 의료 산업에서 널리 사용되며 일반적인 응용 분야에는 해부학 모델 및 미세 유체가 포함됩니다. 우리는 SLA 부품용으로 3D Systems에서 제조한 Vipers, ProJets 및 iPros 3D 프린터를 사용합니다.

선택적 레이저 소결(SLS)

선택적 레이저 소결 (SLS)는 나일론 기반 분말을 함께 녹여 단단한 플라스틱으로 만듭니다. SLS 부품은 실제 열가소성 수지로 만들어졌기 때문에 내구성이 뛰어나고 기능 테스트에 적합하며 리빙 힌지와 스냅핏을 지원할 수 있습니다. SL에 비해 부품은 더 강하지만 표면 마감이 더 거칠습니다. SLS는 지지 구조가 필요하지 않으므로 전체 빌드 플랫폼을 활용하여 여러 부품을 단일 빌드에 중첩할 수 있으므로 다른 3D 프린팅 프로세스보다 많은 부품 수량에 적합합니다. 많은 SLS 부품이 언젠가는 사출 성형될 디자인의 시제품 ​​제작에 사용됩니다. SLS 프린터에는 3D Systems에서 개발한 sPro140 기계를 사용합니다.

폴리젯

PolyJet은 또 다른 플라스틱 3D 프린팅 공정이지만 반전이 있습니다. 색상 및 재료와 같은 여러 속성을 가진 부품을 제작할 수 있습니다. 설계자는 엘라스토머 또는 오버몰딩 부품의 프로토타이핑 기술을 활용할 수 있습니다. 디자인이 단단한 단일 플라스틱인 경우 SL 또는 SLS를 사용하는 것이 더 경제적입니다. 그러나 오버몰딩 또는 실리콘 고무 디자인의 시제품을 제작하는 경우 PolyJet을 사용하면 개발 주기 초기에 툴링에 투자할 필요가 없습니다. 이를 통해 디자인을 더 빠르게 반복하고 검증하고 비용을 절약할 수 있습니다.

디지털 라이트 프로세싱(DLP)

디지털 광 처리는 빛을 사용하여 액체 수지를 경화한다는 점에서 SLA와 유사합니다. 두 기술의 주요 차이점은 DLP는 디지털 라이트 프로젝터 스크린을 사용하는 반면 SLA는 UV 레이저를 사용한다는 것입니다. 즉, DLP 3D 프린터는 빌드의 전체 레이어를 한 번에 이미징할 수 있으므로 빌드 속도가 빨라집니다. 빠른 시제품 제작에 자주 사용되지만 DLP 인쇄의 처리량이 높기 때문에 플라스틱 부품의 소량 생산에 적합합니다.

Protolabs는 금속 3D 프린팅 부품에 Concept Laser의 Mlab 및 M2 기계를 사용합니다.

멀티 제트 퓨전(MJF)

SLS와 유사하게 Multi Jet Fusion도 나일론 분말로 기능성 부품을 제작합니다. 분말을 소결하기 위해 레이저를 사용하는 대신 MJF는 잉크젯 어레이를 사용하여 융합제를 나일론 분말 베드에 적용합니다. 그런 다음 가열 요소가 베드를 통과하여 각 층을 융합합니다. 그 결과 SLS에 비해 기계적 특성이 더 일관되고 표면 마감이 개선됩니다. MJF 프로세스의 또 다른 이점은 제작 시간이 단축되어 생산 비용이 절감된다는 것입니다.

FDM(Fused Deposition Modeling)

FDM(Fused Deposition Modeling)은 플라스틱 부품을 위한 일반적인 데스크톱 3D 프린팅 기술입니다. FDM 프린터는 플라스틱 필라멘트를 빌드 플랫폼에 층별로 압출하여 작동합니다. 물리적 모델을 생성하는 비용 효율적이고 빠른 방법입니다. FDM을 기능 테스트에 사용할 수 있는 경우가 있지만 상대적으로 표면 마감이 거칠고 강도가 부족한 부품으로 인해 기술이 제한됩니다.

금속 3D 프린팅 프로세스

DMLS(Direct Metal Laser Sintering)

금속 3D 프린팅은 금속 부품 설계의 새로운 가능성을 열어줍니다. Protolabs에서 금속 부품을 3D 프린팅하기 위해 사용하는 프로세스는 직접 금속 레이저 소결(DMLS)입니다. 금속, 다중 부품 어셈블리를 내부 채널 또는 속이 빈 형상이 있는 단일 부품 또는 경량 부품으로 줄이는 데 자주 사용됩니다. DMLS는 가공이나 주조와 같은 전통적인 금속 제조 방법으로 생산된 부품만큼 밀도가 높기 때문에 시제품 제작과 생산 모두에 실행 가능합니다. 복잡한 형상의 금속 부품을 만들면 부품 설계가 유기적 구조를 모방해야 하는 의료 응용 분야에도 적합합니다.

전자빔 용해(EBM)

전자 빔 용해는 전자기 코일에 의해 제어되는 전자 빔을 사용하여 금속 분말을 녹이는 또 다른 금속 3D 프린팅 기술입니다. 프린팅 베드는 빌드 중에 가열되고 진공 상태가 됩니다. 재료가 가열되는 온도는 사용 중인 재료에 따라 결정됩니다.

3D 프린팅을 사용해야 하는 경우

앞서 언급했듯이 3D 프린팅 애플리케이션에는 몇 가지 공통 분모가 있습니다. 부품 수량이 비교적 적은 경우 3D 프린팅이 최적일 수 있습니다. 3D 프린팅 서비스 고객에게 제공하는 지침은 일반적으로 1~50개의 부품입니다. 볼륨이 수백 개에 가까워지기 시작하면 다른 제조 프로세스를 탐색할 가치가 있습니다. 디자인에 내부 냉각 채널이 있는 알루미늄 부품과 같이 부품 기능에 중요한 복잡한 형상이 있는 경우 3D 프린팅이 유일한 옵션일 수 있습니다.

올바른 프로세스를 선택하는 것은 각 기술의 장점과 한계를 애플리케이션의 가장 중요한 요구 사항에 맞추는 것입니다. 아이디어가 쏟아지고 동료와 공유할 모델만 있으면 되는 초기 단계에서는 부품의 계단식 표면 마감이 크게 문제가 되지 않습니다. 그러나 사용자 테스트를 수행해야 하는 시점에 도달하면 외관 및 내구성과 같은 요소가 중요해지기 시작합니다. 만능 솔루션은 없지만 제품 개발 전반에 걸쳐 3D 프린팅 기술을 적절히 활용하면 설계 위험을 줄이고 궁극적으로 더 나은 제품을 만들 수 있습니다.