3D 프린팅 재료에 대한 종합 가이드
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3D 프린팅 기술 최근 몇 년 동안 제조 및 제품 설계에 혁명을 일으켰습니다. 적층 제조라고도 알려진 3D 인쇄는 플라스틱, 금속, 세라믹 및 복합재와 같은 재료를 사용하여 레이어별로 물체를 만듭니다. 3D 프린팅 하드웨어 및 소재는 계속해서 발전하고 있습니다, 더 많은 산업이 이 기술을 채택하고 있습니다. 하지만 현재 사용 가능한 기계와 소재 옵션이 너무 많아서 초보자에게는 압도적일 수 있습니다. 이 가이드는 일반적인 3D 프린팅 기술과 소재에 대한 포괄적인 개요를 제공하는 것을 목표로 합니다.
3D 프린팅 기술의 종류와 선호되는 소재
3D 프린팅에서 레이어링 과정 중에 재료를 융합하는 데에는 여러 가지 방법이 있습니다.
- 용융 증착 모델링(FDM) 프린터는 가열된 열가소성 필라멘트를 노즐을 통해 빌드 플레이트 위로 압출합니다. ABS와 PLA 플라스틱이 일반적으로 사용됩니다.
- 광조형(SLA) 스캐닝 미러로 지시된 자외선 레이저 빔을 사용하여 액체 수지를 경화된 플라스틱으로 응고시킵니다. 수지는 낮은 점도와 빠른 경화 시간을 위해 제형됩니다.
- 선택적 레이저 소결(SLS) 고출력 레이저로 미세 플라스틱, 세라믹 또는 금속 분말을 소결합니다. 지지 구조가 필요 없으며 복잡한 내부 특징을 생산할 수 있습니다.
- 디직접 중에탈 엘아세르 에스인터링 ((DMLS) 고강도 금속 합금을 가공하기 위해 특별히 설계된 유사한 분말층 기술입니다.
재료 분사 및 바인더 분사와 같은 다른 방법은 풀 컬러로 인쇄하거나 이국적인 금속 합금을 사용할 수 있습니다. 3D 인쇄 기술과 재료가 발전함에 따라 가능성은 계속 확장됩니다.
3D 프린팅의 플라스틱
재료 엔지니어는 FDM 인쇄를 위한 열가소성 플라스틱의 기능을 계속해서 확장하고 있습니다. 다음은 몇 가지 예입니다. 고급 필라멘트 내구성 있는 최종 사용 제품을 인쇄할 수 있음:
- ASA(아크릴로니트릴스티렌아크릴레이트)ABS에 가까운 자외선 저항성과 야외 기상 조건을 견딜 수 있는 내구성을 갖추고 있습니다.
- PC(폴리카보네이트)일부 경우 기계 가공된 금속 부품을 대체할 수 있는 초강력 플라스틱 부품을 생산합니다. 그러나 우수한 층간 접착력을 위해서는 인쇄 노하우가 필수적입니다.
- TPU(열가소성 폴리우레탄) 및 유연한 TPE 필라멘트웨어러블이나 맞춤형 그립과 같은 응용 분야에 뛰어난 굽힘성을 갖춘 고무와 같은 인쇄물을 구현할 수 있습니다.
- PEEK(폴리에테르에테르케톤)공격적인 화학 물질과 살균 절차를 견뎌내므로 의료 기기와 과학 도구 제조에 적합합니다. 그러나 PEEK 필라멘트의 엄청나게 높은 가격은 산업 외에서의 채택을 심각하게 제한합니다.
금속 3D 프린팅
최근까지 금속은 항공우주 및 의료 분야의 값비싼 SLS 또는 DMLS 산업용 프린터의 전유물이었습니다. 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈 및 알루미늄 합금이 일반적으로 사용됩니다. 워크숍, 대학 및 디자인 스튜디오를 위해 설계된 소형 금속 3D 프린터는 이제 하드웨어 비용이 낮아져 접근성이 확대되었습니다. 대부분은 최대 70%의 금속 분말 함량을 포함하는 복합 필라멘트를 압출하기 위해 결합된 금속 증착을 사용합니다.
1. 스테인리스 스틸 - 고강도 및 내식성
스테인리스 스틸 인쇄 옥외에서 사용하거나 화학 물질에 노출되는 부품에 대해 뛰어난 치수 안정성을 제공합니다. 결합된 금속 증착의 층 접착력은 지지대 없이도 브리지나 오버행을 인쇄할 수 있습니다.소결 후 부품을 기계로 가공하고, 나사로 고정하고, 연마하면 전통적으로 제조된 스테인리스 강철과 유사한 특성을 얻을 수 있습니다.
2. 티타늄 - 매우 가볍고 강함
항공우주 산업에서는 알루미늄보다 강도 대 중량 비율이 뛰어나 티타늄 합금을 자주 사용합니다. 복잡한 티타늄 부품을 3D 프린팅 일체형으로 가공된 티타늄 구조를 약화시키는 용접 접합부를 피하십시오. 티타늄 파우더의 높은 가격은 모터스포츠와 같은 산업 외부에서 경량 금속 부품을 찾는 데 장벽으로 남아 있습니다.
3. 알루미늄 - 접근 가능한 대체 금속
알루미늄은 무게가 가볍고 내식성이 뛰어나 널리 사용됩니다. 금속 3D 프린팅을 통해 과거에 조립품으로 제작된 맞춤형 알루미늄 부품을 통합할 수 있습니다. 툴링 프로토타입, 로봇 구성 요소 및 설계 모델은 모두 이점을 얻습니다. 3D 프린팅 알루미늄프린터 비용이 더욱 낮아짐에 따라 소규모 기업은 외부 공급업체에 의존하지 않고도 빠른 알루미늄 툴링을 활용할 수 있습니다.
세라믹 및 이국적인 소재 3D 프린팅
알루미나, 지르코니아, 실리콘 카바이드로 만든 기술 세라믹은 효율적으로 가공하기 위해 매우 높은 온도와 정밀 도구가 필요합니다. 세라믹 펌프 임펠러와 미사일 유도 시스템과 같은 부품은 이전에는 특수 주조소 밖에서는 생산할 수 없었습니다. 3D 프린팅은 복잡한 세라믹 구성요소를 소결하는 분말 베드 기술을 통해 이러한 장벽을 제거합니다.
게다가 가능성은 세라믹을 넘어 확장됩니다. 더 많은 연구에서 바인더 제트를 사용한 금속 및 세라믹 파우더를 조사함에 따라 은이나 금과 같은 희귀하고 귀중한 재료도 3D로 인쇄할 수 있습니다. 이 기술은 실제 구리 또는 그래핀 페이스트에서 인쇄된 전도성 트레이스를 통합한 맞춤형 의료 임플란트 또는 전자 장치를 용이하게 할 수 있습니다. 우리는 이제 막 잠재적인 스패닝을 탐색하기 시작했습니다. 3D 프린팅 세라믹, 유리, 이국적인 재료.
복합소재와 3D 프린팅
플라스틱, 금속, 세라믹은 여전히 제조에 사용되는 기존 재료이지만, 폴리머와 다른 강화재를 결합한 복합재는 기존 방법으로는 달성할 수 없는 뛰어난 기계적 특성을 제공합니다.
1. 3D 프린팅 탄소 섬유 복합재
FDM 인쇄 탄소섬유 필라멘트 가볍고 단단한 폴리머로 부품을 채웁니다. 단단한 필라멘트는 나일론이나 알루미늄보다 더 강한 내마모성 부품을 인쇄하기 위해 경화된 강철 노즐이 필요합니다. 적용 분야는 맞춤형 쿼드콥터 프레임부터 고성능 자동차 부품까지 다양합니다.
2. 금속 및 목재 충전 복합재
용융 증착 모델링은 또한 표준 ABS 및 PLA 플라스틱을 금속 분말 또는 목재 펄프와 쉽게 결합하여 미적, 열적 및 기능적 특성을 변경합니다. 황동, 구리 및 청동 주입 인쇄물은 플라스틱의 가벼운 무게를 유지하면서도 기계로 가공한 금속과 시각적으로 유사합니다. 목재로 채워진 라멘트는 가구 프로토타입을 위한 사실적인 곡물 패턴을 포착하기도 합니다.
이상적인 3D 프린팅 소재를 선택하는 방법
이제 모든 애플리케이션과 예산에 사용할 수 있는 수많은 기계와 재료가 있으므로 인쇄 기술을 설계 목표와 재료 요구 사항에 적절하게 맞추려면 다음과 같은 핵심 요소에 대한 연구와 고려가 필요합니다.
- 부품 기능 - 하중이나 혹독한 환경 조건을 견뎌낼 수 있는가?
- 치수 정확도 및 인쇄 정밀도가 필요합니다.
- 강성, 내마모성 또는 온도 한계와 같은 기계적 특성
- 재료 비용 - 이국적인 필라멘트는 프리미엄 가격을 가질 수 있습니다.
- 후처리 용이성 - 일부 소재의 인쇄 지원은 제거하기가 더 쉽습니다.
- 3D 프린터 모델 및 사양 - 재료 성능은 다양합니다.
주요 특성을 활용한 인기 있는 3D 프린팅 소재 비교
| 재료 | 속성 | 인쇄 매개변수 | 비용 |
|---|---|---|---|
| 플라 | 중간 강도, 낮은 유연성, 중간 내구성 | 180~230도 | 낮은 |
| ABS | 튼튼하고, 적당히 유연하며, 내구성이 매우 좋습니다. | 210~250°C | 중간 |
| 페트지(PETG) | 견고하고 유연하며 내구성이 우수함 | 230~260도 | 중간 |
| 티피유 | 중간 강도, 매우 높은 유연성, 적당한 내구성 | 220~250도 | 중간-높음 |
| 나일론 | 강도와 유연성이 뛰어나며 내구성이 우수함 | 240~260°C | 높은 |
| 몰래 엿보다 | 매우 강하고, 최소한의 유연성, 매우 높은 내구성 | 360~400°C | 매우 높음 |
| 수지 | 강도와 내구성은 유형에 따라 다르며 유연하지 않고 UV 경화됩니다. | 없음 | 높은 |
복잡한 빌드를 시도하기 전에 경험을 쌓는 것이 여전히 중요합니다. 지속적인 소재 혁신은 또한 3D 프린터에 매년 더 많은 기능을 제공합니다. 안전 또는 기술 시트와 같은 정량적 데이터를 참조하면 엔지니어와 설계자가 각 애플리케이션에 대한 최적의 소재를 선택하고 적격성을 평가하는 데 도움이 됩니다.
3D 인쇄 객체 후처리
빌드 플레이트에서 바로 꺼낸 신선한 인쇄물은 거의 상자에서 꺼내자마자 요구 사항을 충족시키지 못합니다. 다양한 마무리 공정은 강도, 미학 및 기능을 개선합니다.
- 지지 구조 제거– 지지체를 떼어내거나 화학 용액으로 용해합니다.
- 샌딩 및 깎기– 인쇄물에서 보이는 층 사이의 표면적인 계단 현상을 부드럽게 합니다.
- 프라이밍 및 페인팅– 특히 SLA 인쇄물은 샌딩 후 드러난 인쇄 층 단계를 숨기기 위해 매끈하게 다듬고 밀봉하고 도색해야 합니다.
- 부품 결합- 용매, 에폭시 또는 MABS 용접 풀 이음새를 사용하여 부품을 접착합니다.
- 금속 프린트– 폴리머를 태우고 분말을 고체 금속으로 융합시키기 위해 탈지 및 소결 사이클이 필요합니다.
3D 프린팅 소재의 미래
3D 프린팅은 틈새 시장의 신속한 프로토타입 제작 목적에서 산업 전반의 최종 부품 제조로 계속 확장되고 있습니다. 규모의 경제성, 낮은 프린터 비용, 더 광범위한 소재로 완전히 분산되고 주문형 생산의 미래가 가능합니다. 그러나 진정한 지속 가능성은 기술이 발전함에 따라 자원을 보존하기 위해 공급망을 재편하는 데 달려 있습니다.
의 획기적인 진전 재생 가능한 바이오 플라스틱과 녹색 화학 3D 프린터를 위한 재료 합성 중에 폐기물과 에너지 사용을 최소화할 수 있습니다. 재활용성도 새로운 복합재나 기술 폴리머를 제조하는 동안 더 많은 고려가 필요합니다. 기업, 연구자, 규제 기관 간의 협력적 노력을 통해 3D 프린팅은 전 세계적으로 제조 상품에 대한 기후 친화적이고 공평한 접근성을 제공할 수 있습니다.
테이크어웨이
프린터와 소재가 더 낮은 비용으로 더 높은 정밀도, 강도, 기능성을 제공하도록 발전함에 따라 가능성은 무한합니다. 여기에서 다루는 기본적인 방법, 소재, 후처리 기술에 대한 지식을 바탕으로 엔지니어는 3D 프린팅을 활용하여 완전히 새로운 제품 디자인과 사업을 상상할 수 있습니다. 3D 프린팅이 더욱 확산됨에 따라 책임감 있고 지속 가능한 관행을 유지하면 이 기술이 전 세계적으로 공평하고 번영하는 미래를 향해 발전할 수 있습니다.