소개:3D 프린팅 사출 금형은 소형 물체의 시제품 제작 및 소량 생산(약 10~1,000개 부품)에 시간을 절약하고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 또한 보다 유연한 제조 방법을 제공하여 엔지니어와 디자이너가 금형 설계를 테스트하고 쉽게 수정할 수 있도록 지원합니다. 이 글에서는 3D 프린터를 활용하여 작은 물체를 사출 성형하는 과정에 대해 자세히 설명합니다.

3D 프린팅 이해

3D 프린팅이란 무엇인가요?

3D 프린팅 기술은 신속한 프로토타이핑의 한 형태입니다. 이 기술은 컴퓨터로 만든 3차원 디지털 모델을 여러 층의 평면 조각으로 분해하는 과정을 포함합니다. 그런 다음 분말, 액체 또는 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 모래와 같은 필라멘트 재료를 사용하여 이러한 레이어를 인쇄합니다. 이 기술은 슬라이스 패턴을 기반으로 이러한 복합 재료를 한 층씩 쌓아 올려 완전한 물체를 만드는 방식으로 작동합니다.

그런 다음 용융된 플라스틱은 플런저 또는 스크류의 압력으로 압축되어 앞으로 이동한 후 배럴의 앞쪽 끝에 있는 노즐을 통해 닫힌 금형에 고속으로 주입됩니다. 플라스틱이 일정 시간 동안 냉각되고 모양이 잡히면 금형을 열어 최종 제품을 드러냅니다.

3D 프린터 설정

FDM3D 프린터

FDM(용융 증착 모델링) 프린터는 오늘날 시장에서 가장 널리 보급된 3D 프린터 유형입니다. 3D 프린터 제조업체의 약 60%가 주로 FDM 모델을 제공하는 데 주력하고 있습니다. FDM 프린터는 용융 재료의 증착을 통해 신속한 프로토타입 제작이 가능하며, 주요 재료는 ABS와 PLA입니다. 주요 장점 중 하나는 비용 효율성입니다.

그러나 FDM 프린터는 낮은 정밀도, 느린 인쇄 속도, 인쇄물의 거친 표면 마감과 같은 단점이 있습니다. 최근 몇 년간 부침을 겪었지만 FDM에 뿌리를 둔 3D 프린팅 기술은 초기 성장 단계를 넘어섰습니다.

데스크톱 3D 프린터는 오픈 소스 하드웨어와 개인용 러프니스에서 벗어나 상업용 및 지능형 기능의 상당한 발전을 수용하고 있습니다. 또한 전문가용 장비는 이제 인간 중심의 설계와 사용자 친화성을 강조하며 실제 적용 시나리오에 더욱 밀접하게 부합하고 있습니다.

SLA3D 프린터

SLA 3D 프린터는 FDM 프린터에 비해 인쇄 정확도가 뛰어나 윤곽이 더 세밀한 모델을 제작할 수 있습니다. 하지만 높은 하드웨어 비용으로 인해 전체 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 또한 슬라이싱 소프트웨어와 작동 절차의 복잡성으로 인해 많은 사용자가 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 요인들은 공급과 수요를 모두 제약합니다.

현재 개발 추세는 FDM 데스크톱 3D 프린팅 장비가 주도하는 데스크톱 광경화 3D 프린터를 선호합니다. 그러나 느린 인쇄 속도, 제한된 인쇄량, 액체 감광성 수지 재료의 복잡한 취급과 같은 문제로 인해 이 기술에 대한 거부감이 널리 퍼져 있습니다.

SLS3D 프린터

SLS 3D 프린터는 주로 산업 및 군사 생산에 활용됩니다. SLS 3D 프린팅 기술의 발전은 기능성 부품을 제작할 때 다양한 소재에 대한 수요로 인해 지속적으로 추진되고 있습니다. 이러한 3D 프린터에 사용되는 주요 재료는 분말 재료로, 선택적 레이저 소결을 통해 통합됩니다.

DLP3D 프린터

DLP 3D 프린팅 기술은 각 레이어가 시트 형태로 경화되기 때문에 비교 가능한 SLA보다 빠릅니다. DLP 기술은 주로 DLP 프로젝션을 사용하여 전체 레이저 표면을 표면에 집중시킵니다. 3D 프린팅 재료.

DLP 3D 프린터는 일반적으로 소형 컬러 터치 스크린, 여러 언어 지원, 선명한 디스플레이 인터페이스, USB 케이블, Wi-Fi, 유선 네트워크 연결 등을 지원하는 고화질 인쇄 성능이 우수합니다. 그리고 관리도 쉽습니다.

작은 물체를 위한 디자인 금형

금형 설계 프로세스에는 주로 무엇이 포함되나요?

a. 배정 편지를 수락합니다.

b. 도면을 분석합니다: 제품 기술 요구 사항, 주요 제어 치수 및 공차 요구 사항을 분석합니다.

c. 금형 계획을 미리 확인합니다: 금형 구조, 금형 사양 및 캐비티 수를 확인합니다.

d. 금형 비용 분석을 수행하고 견적을 제공합니다.

e. 금형의 주요 구조를 결정합니다.

f. 몰드 다이어그램을 만듭니다.

g. 금형 도면을 검토, 발행 및 보관합니다.

h. 금형 처리 절차를 개발합니다.

i. 각 단계에 대한 프로세스 문서(프로세스 도면, 프로세스 카드)를 준비합니다.

j. 프로세스 문서를 검토, 발행 및 보관합니다.

3D 프린터 사출 성형용 재료 선택

유백색의 SLA 광경화 고속 시제품 제작 감광성 수지 3D 프린팅 소재는 상대적으로 낮은 인성에도 불구하고 만족스러운 질감과 적절한 강도를 제공합니다. 작고 얇은 부품은 부서지기 쉬운 파손에 취약할 수 있지만 연마가 용이하고 전기 도금에 적합하며 다양한 페인팅 및 컬러링 옵션을 제공합니다.

감광성 수지는 광개시제와 수지(프리폴리머, 희석제 및 소량의 첨가제로 구성)라는 두 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. 광개시제와 희석제의 용량은 수지의 경화 속도와 품질에 큰 영향을 미칩니다. 최적의 비율의 광개시제와 희석제는 경화 속도를 향상시킬 뿐만 아니라 경화 품질도 개선합니다. 따라서 성숙하고 안정적인 감광성 레진 3D 프린팅 재료를 전문으로 하는 평판이 좋은 제조업체를 선택하는 것이 가장 중요합니다.

감광성 수지 3D 프린팅 재료의 성능과 관련해서는 고강도, 투명성, 고온 저항성, 습기 및 방수 특성을 자랑하는 수입 옵션이 있습니다.

또한 알루미나(AI2O3), 지르코니아(ZRO2), 하이드록시아파타이트(HAP), 인산트리칼슘과 같은 복합 세라믹 3D 프린팅 재료는 도자기와 같은 광택을 제공합니다. 고해상도 세라믹 파우더와 감광성 레진으로 구성된 이러한 재료는 3D 프린팅 애호가에게 대안적인 선택지를 제공합니다.

FDM 용융 증착 모델링 열가소성 3D 프린팅 재료

이에 비해 표면 인쇄 레이어 마크는 상대적으로 더 눈에 잘 띄고 거칠습니다. 그럼에도 불구하고 우수한 강도, 유연성, 높은 내충격성, 강한 내용제성, 안정적인 내구성 등의 재료 특성으로 인해 정밀한 기능 테스트, 금형 및 최종 제품 제작에 적합합니다. 이 기술에 사용되는 3D 프린팅 재료는 산업용 등급 재료와 데스크톱 3D 프린터용 소모품으로 구성되어 있습니다.

SLS 선택적 레이저 소결 분말 3D 프린팅 재료

PA 시리즈 나일론 3D 프린팅 재질: 내마모성, 고강도 및 강성, 우수한 내화학성, 장기간 안정적인 거동, 높은 선택성 및 세부 해상도, 생체 적합성, EN ISO 10993-1 및 USP 준수, 식품 접촉에 사용하도록 승인된 EU 플라스틱 지침을 준수합니다. 이 소재의 일반적인 용도는 최고 품질의 완전 기능성 플라스틱 부품입니다. 그러나 표면이 비교적 거칠습니다.

얀시르는 딥 드로잉 금형 또는 특정 강성, 높은 열 변형 온도 및 낮은 마모가 요구되는 모든 응용 분야를 위한 PA3200GF 나일론 유리 섬유 소재를 제공합니다. 또한 금속 외관의 열 부하 부품에 일반적으로 사용되는 알루미늄 충전 나일론 소재도 제공합니다. 데스크탑 수준의 LS 레이저 소결의 경우, 대안으로 PA12 나일론 분말 소재도 제공합니다.

DLP 디지털 이미지 프로젝션 3D 프린팅 재료

독립적인 픽셀 제어를 사용하는 마스크 프로젝션 레이어링은 고품질의 매우 정밀한 3차원 처리 방법을 제공합니다. 인쇄 정확도가 매우 뛰어나 연마할 필요가 없는 섬세한 표면을 얻을 수 있습니다.

그러나 필요에 따라 로컬 지지점을 제거, 수리 및 연마하는 것이 중요합니다. 다양한 산업 분야에서 다양한 물리적 재료를 선택할 수 있으며, 애니메이션 인형의 빨간색 왁스 3D 프린팅이 일반적으로 사용됩니다.

현재 다양한 데스크톱 수준의 DLP 프린터가 출시되어 원하는 대로 컬러 3D 프린팅 재료를 혼합할 수 있는 유연성을 제공합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 장치의 인쇄 정확도는 산업용 프린터에 비해 여전히 부족합니다.

3D 프린팅에 대한 단계별 가이드

디자이너는 컴퓨터 모델링 소프트웨어를 사용하여 제품의 3차원 디지털 모델을 만든 다음, 이 모델을 기반으로 인쇄 프로세스를 자동으로 분석합니다. 분석이 완료되면 사용자는 "인쇄" 버튼을 누르기만 하면 3D 프린터가 물체를 생산합니다. 3D 프린팅의 원리는 기존 인쇄와 유사하지만 사용되는 원자재는 다릅니다.

기존 인쇄는 잉크를 사용하지만 3D 인쇄에는 액상, 분말 또는 필라멘트 형태의 플라스틱, 금속 등의 재료가 필요합니다. 세라믹이나 모래와 같은 재료도 3D 프린팅 공정에 사용할 수 있으며, 프린팅 후 이러한 재료를 재조합하여 최적의 물리적, 화학적 특성을 갖출 수 있습니다.

3D 디자인

3D 프린팅 디자인 프로세스는 컴퓨터 모델링 소프트웨어를 사용하여 모델을 생성한 다음, 모델을 프린팅 과정에서 프린터의 가이드 역할을 하는 세그먼트화된 레이어별 섹션 또는 슬라이스로 분할하는 것으로 시작됩니다. 3D 디자인 소프트웨어는 3D 프린팅의 기본 데이터 소스 역할을 하며 프린팅 프로세스에 필요한 모델을 생성합니다.

국내에서 일반적으로 사용되는 3D 디자인 소프트웨어로는 CAD, ZW3D, CAx 등이 있습니다. 3D 프린팅을 위한 수많은 전문 소프트웨어 프로그램이 있지만, 3D 프린팅에 특화된 보다 사용자 친화적이고 간단하며 실용적인 솔루션의 개발은 여전히 진행 중입니다.

슬라이신

3D 프린팅은 레이저 조형 기술과 마찬가지로 레이어 처리와 중첩 조형을 통해 3D 솔리드 프린팅을 완성합니다. 각 레이어의 인쇄 프로세스는 두 단계로 나뉩니다. 먼저 프린터가 파일에서 단면 정보를 읽고 지정된 영역에 특수 접착제 층을 적용합니다. 접착제 방울은 아주 작아서 퍼지기 어렵습니다.

그 후 균일한 파우더 층이 분사됩니다. 접착제와 접촉하면 파우더가 빠르게 고형화되고 접착되어 접착되지 않은 부분은 느슨하게 남습니다. 접착제 층과 파우더 층을 번갈아 가며 실제 모델을 "인쇄"하여 모양을 만듭니다. 프린팅 후 파우더는 쓸어내려서 쉽게 제거할 수 있으며, 남은 파우더는 재활용할 수 있습니다.

인쇄 완료

3D 프린터의 해상도는 일반적으로 대부분의 애플리케이션에 적합하지만 곡면에서는 정밀도가 떨어질 수 있어 최종 이미지의 가장자리가 들쭉날쭉해질 수 있습니다. 더 높은 해상도의 결과물을 얻으려면 먼저 기존 3D 프린터를 사용하여 물체를 약간 크게 인쇄하는 것이 한 가지 전략입니다. 표면을 부드럽게 연마하면 매끄러운 마감 처리로 '고해상도' 물체를 얻을 수 있습니다.

일반적인 문제 해결

최상위 레이어에 간격이 있습니다.

재료 보존을 위해 대부분의 인쇄물은 속이 빈 격자 구조로 둘러싸인 단단한 가장자리가 특징입니다. 예를 들어 30% 인필 비율의 경우 인쇄물의 30%만 솔리드 재료로 구성되고 나머지는 공기로 구성됩니다. 내부는 속이 비어 있지만 외부는 단단한 것처럼 보이게 하는 것이 목표입니다. 따라서 슬라이싱 소프트웨어는 상단 및 하단 레이어의 두께를 결정하기 위한 설정을 제공합니다. 이 문제에는 다양한 잠재적 원인과 그에 따른 해결책이 있습니다:

a. 문제: 최상위 레이어의 두께가 부적절합니다(레이어 수 부족).

해결 방법: 슬라이싱 소프트웨어 내에서 최상위 레이어의 두께를 늘리거나 레이어 수를 늘립니다.

b. 문제: 낮은 채우기 비율.

솔루션: 슬라이싱 소프트웨어를 통해 채우기 비율을 증폭하세요.

c. 문제: 압출 볼륨이 부족합니다.

솔루션: 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 압출 볼륨 늘리기

레이어 분리 및 절개 문제

FDM 3D 프린터의 기본 원리는 한 번에 한 레이어씩 프린팅하고 순차적으로 쌓아 최종 물체를 만드는 방식으로 물체를 제작하는 것입니다. 생산된 물체의 강도는 각 레이어 간의 안전한 접착력에 크게 좌우됩니다. 접착력이 충분하지 않으면 레이어가 분리되고 불완전한 결과물이 나올 수 있습니다.

다음은 이 문제의 몇 가지 잠재적 원인과 제안된 해결 방법입니다:

원인 과도한 레이어 높이(레이어 두께)

솔루션: 대부분의 3D 프린터에 일반적으로 사용되는 노즐의 직경은 0.3mm~0.5mm입니다. 레이어 높이를 노즐 직경의 20% 미만으로 설정하는 것이 좋습니다. 이 가이드라인을 준수하면 새 레이어가 이전 레이어에 약간의 압력으로 적용되어 레이어 간의 강력한 융합을 촉진할 수 있습니다.

문제 원인: 인쇄 온도가 너무 낮습니다.

솔루션 제안: 낮은 인쇄 온도에 비해 높은 인쇄 온도는 소모품이 더 잘 접착될 수 있습니다. 레이어 높이에 문제가 없다고 확신하는 경우 인쇄 온도를 조정해 보세요. 최적의 온도 설정에 도달할 때까지 10도씩 높여가며 인쇄 효과를 관찰하는 것이 좋습니다.

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실 물림 문제

필라멘트 물림은 압출기의 필라멘트 압착 휠이 필라멘트를 고정하지만 전진하지 못할 때 발생합니다. 이 문제는 압착 휠이 계속 회전하는 상태에서 필라멘트가 고정되어 압출기 근처에 플라스틱 파편이 쌓이는 것으로 나타납니다. 다음은 이 문제의 잠재적 원인과 권장 해결 방법입니다:

문제 원인: 인쇄 온도가 너무 낮습니다.

해결 방법 제안: 인쇄 온도를 5~10도 높여 보세요.

문제 원인: 인쇄 속도가 너무 빠릅니다.

해결 방법: 인쇄 온도를 높인 후에도 상황이 개선되지 않으면 인쇄 속도를 50% 낮추십시오.

c. 문제 원인: 노즐이 막혔습니다. 해결 방법 제안: 앞의 두 가지 해결 방법으로도 문제가 해결되지 않으면 노즐이 막혔을 가능성이 높습니다.

3D 프린터로 성형한 작은 물체를 튼튼하게 만들기 위한 팁

냉각 감소

냉각은 3D 프린팅 프로세스는 레이어가 굳은 후 접착력에 직접적인 영향을 미치므로 주의해야 합니다. 빠르게 냉각하면 연속되는 레이어가 제대로 접착되지 않을 수 있으므로 접착력을 저해할 수 있습니다. 냉각의 효과는 사용되는 소재의 유형에 따라 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, PLA는 강력한 냉각 팬과 함께 사용할 때 최적의 결과를 보여줍니다. 따라서 사용하는 특정 소재에 따라 냉각 속도를 조절하는 것이 좋습니다.

강력한 채우기 모드 사용

3D 프린팅 결과를 더욱 향상시키려면 적절한 채우기 패턴을 선택하는 것이 좋습니다. 인필 패턴은 3D 프린트의 내부 지지 구조 역할을 하여 인필 밀도를 보완합니다. 이러한 패턴은 파트의 강성을 향상시킬 뿐만 아니라 벽면 변형을 방지하는 데도 도움이 됩니다. 견고한 3D 프린트를 얻으려면 30~50% 범위의 고밀도 인필 패턴을 선택하세요.

사례 연구 및 예시

최근 3D 프린팅 기술의 발전은 오디오 산업에 혁신을 가져왔으며, 제조업체는 디지털 프린팅을 활용하여 청각학, 소음 보호 및 소비자 청각 제품을 위한 맞춤형 귀 장치를 매우 저렴한 비용으로 생산할 수 있게 되었습니다. 지난 몇 년 동안 3D 프린팅 제조업체는 피부 접촉에 안전한 생체 적합성 소재를 출시하여 사용자가 귀 모형과 귀마개를 자체적으로 생산할 수 있도록 지원했습니다.

맞춤형 헤드폰은 사용자의 귀에 완벽하게 맞는 디자인으로 독특하고 개별화된 청취 경험을 제공합니다. 이 맞춤형 핏은 이어폰이 제자리에 단단히 고정되어 흘러내릴 위험을 방지합니다. 또한 편안함과 차음성을 향상시켜 탁월한 오디오 경험을 선사합니다.

인쇄 기술, 모바일 스캐닝, 머신 러닝의 통합을 통해 개인 맞춤형 제조와 관련된 장애물을 효과적으로 해결할 수 있습니다. 이 획기적인 기술을 통해 고객은 헤드셋의 맞춤형 반복 생산을 손쉽게 할 수 있어 생산 시간을 4일에서 2일로 크게 단축할 수 있습니다. 또한 신속한 당일 배송 서비스의 가능성을 열어 고객 경험을 혁신적으로 개선할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 3D 프린팅 기술이 급속도로 발전하면서 3D 프린팅 장기가 주목할 만한 사례로 떠오르는 등 영향력 있는 사용 사례가 많이 등장하기 시작했습니다.

새로운 장기를 쉽게 제조할 수 있는 능력은 재생 의학을 전문으로 하는 과학자들이 오랫동안 탐내던 목표였습니다. 아직 초기 단계이지만, 3D 워크플로를 활용하여 이식에 적합한 오가노이드를 생성하는 것은 이미 유망한 결과를 낳고 있습니다.

이 선구적인 연구를 주도하고 있는 셰필드 대학교의 샘 파슈네-탈라(Sam Pashneh-Tala) 박사가 있습니다. 파슈네-탈라 박사는 다양한 형상의 조직 공학 혈관을 제작하기 위해 데스크톱 규모의 광조형(SLA) 3D 프린팅 기술을 연구에 활용하고 있습니다.

이러한 혁신은 현재 전 세계적으로 가장 높은 사망률을 자랑하는 심혈관 질환에 효과적으로 대처하기 위한 환자 맞춤형 혈관 이식 개발, 수술 절차 개선, 새로운 혈관 의료 기기를 위한 고유한 테스트 플랫폼 제공의 길을 열어줄 수 있습니다.

제조 환경은 3D 프린팅의 발전으로 인해 이론적 가능성을 뛰어넘어 큰 영향을 받고 있습니다. As 3D 프린팅 방법론은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하여 다양한 분야에 침투하면서 이 기술의 혁신적 기능이 분명해졌습니다.

과학 및 의료 분야에서부터 소비재, 건설, 제조 분야에 이르기까지 3D 프린팅으로 제작된 최종 제품을 점점 더 많이 접하고 있습니다. 3D 프린팅의 궤적은 부품을 보다 경제적으로 맞춤 제작하고, 처리 시간과 운영 비용을 간소화하며, 소비자와 제품 제조 공정 간의 긴밀한 연결을 촉진하여 기능을 향상시키는 등 그 영향력이 더욱 확대되고 있음을 나타냅니다.

결론

기본적으로 3D 프린터는 다른 방법으로는 만들 수 없는 복잡한 형상과 내부 공간에 생명을 불어넣어 정교한 모양, 섬세한 디테일, 세련된 표면을 구현할 수 있습니다.

또한 3D 프린팅을 사용하면 성형 공정에서 높은 수준의 자동화가 가능합니다. 이 기술은 소규모 생산을 위한 다양하고 비용 효율적인 접근 방식을 제공합니다. 제조업체는 3D 프린팅의 정밀성과 적응성을 활용하여 금형 설계를 신속하게 테스트하고 개선함으로써 궁극적으로 제품 품질을 향상시키고 출시 기간을 단축할 수 있습니다.

앞으로 3D 프린팅 기술의 적용 분야는 더욱 다양한 프린팅 재료와 프린팅 장비의 기능 향상으로 더욱 확대될 것입니다. 이러한 발전은 전통적인 생산 방식과 인류 생활에 지대한 영향을 미치며 새로운 제조 혁명의 시대를 예고할 것으로 예상됩니다.