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플러스 4
3D 프린팅 재료에 대한 포괄적 인 가이드
3D 프린팅 기술 최근 몇 년 동안 제조와 제품 설계에 혁명을 일으켰습니다. 적층 제조라고도 하는 3D 프린팅은 플라스틱, 금속, 세라믹, 복합재 등의 재료를 사용하여 한 겹씩 쌓아 물체를 제작합니다. 3D 프린팅 하드웨어와 소재는 계속해서 발전하고 있습니다.점점 더 많은 산업에서 이 기술을 도입하고 있습니다. 하지만 현재 시중에는 다양한 기계와 소재 옵션이 제공되고 있어 초보자에게는 어려울 수 있습니다. 이 가이드는 일반적인 3D 프린팅 기술과 소재에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다.
3D 프린팅 기술 유형 및 선호되는 재료
3D 프린팅에서 레이어링 공정 중에 재료를 융합하는 데는 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 미러를 통해 조사되는 자외선 레이저 빔을 이용하여 액상 수지를 경화 플라스틱으로 만듭니다. 이 수지는 낮은 점도와 빠른 경화 시간을 위해 제조됩니다.
- 선택적 레이저 소결(SLS) 고출력 레이저를 이용하여 미세 플라스틱, 세라믹 또는 금속 분말을 소결합니다. 지지 구조물이 필요 없으며, 복잡한 내부 형상도 제작할 수 있습니다.
- 디직접 중에탈 엘아세르 에스인터링 (DMLS) 고강도 금속 합금을 가공하기 위해 특별히 설계된 유사한 분말층 기술입니다.
재료 분사 및 바인더 분사와 같은 다른 방법을 사용하면 풀컬러로 인쇄하거나 특수 금속 합금을 사용할 수 있습니다. 3D 프린팅 기술과 소재가 발전함에 따라 이러한 가능성은 계속 확장되고 있습니다.
3D 프린팅의 플라스틱
재료 엔지니어들은 FDM 프린팅을 위한 열가소성 플라스틱의 성능을 계속해서 발전시키고 있습니다. 다음은 그 중 일부입니다. 고급 필라멘트 내구성 있는 최종 사용 제품을 인쇄할 수 있음:
- ASA(아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트)ABS에 가까운 자외선 저항성과 야외 기상 조건에 대한 내구성을 제공합니다.
- PC(폴리카보네이트)경우에 따라 기계 가공된 금속 부품을 대체할 수 있는 초강력 플라스틱 부품을 생산합니다. 하지만 우수한 층간 접착력을 위해서는 인쇄 기술이 필수적입니다.
- TPU(열가소성 폴리우레탄) 및 유연한 TPE 필라멘트착용형 제품이나 맞춤형 그립과 같은 응용 분야에 뛰어난 굽힘성을 갖춘 고무와 같은 인쇄물을 구현합니다.
- PEEK(폴리에테르에테르케톤)강한 화학 물질과 살균 과정을 견뎌내므로 의료 기기 및 과학 도구 제조에 적합합니다. 그러나 PEEK 필라멘트의 터무니없이 높은 가격은 산업 분야 외에서는 채택에 큰 제약이 됩니다.
금속 3D 프린팅
최근까지 금속은 항공우주 및 의료 분야의 고가 SLS 또는 DMLS 산업용 프린터에서만 사용되었습니다. 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈, 알루미늄 합금이 일반적으로 사용됩니다. 작업장, 대학, 디자인 스튜디오용으로 설계된 소형 금속 3D 프린터는 이제 하드웨어 비용 절감 덕분에 접근성이 확대되고 있습니다. 대부분의 프린터는 금속 분말 함량이 최대 70%인 복합 필라멘트를 압출하기 위해 금속 결합 증착(Bound Metal Deposition) 방식을 사용합니다.
1. 스테인리스 스틸 - 고강도 및 내식성
스테인리스 스틸 인쇄 옥외 사용이나 화학 물질에 노출되는 부품에 탁월한 치수 안정성을 제공합니다. 결합 금속 증착의 층 접착력 덕분에 지지대 없이도 브리지나 오버행을 인쇄할 수 있습니다.부품은 소결 후 기계 가공, 나사 가공, 연마 작업을 거쳐 전통적으로 제조된 스테인리스 스틸과 유사한 특성을 갖게 됩니다.
2. 티타늄 - 매우 가볍고 강함
항공우주 산업에서는 알루미늄보다 강도 대 중량 비율이 뛰어나 티타늄 합금을 자주 사용합니다. 복잡한 티타늄 부품 3D 프린팅 티타늄 가공 구조를 약화시키는 용접 접합부를 일체형으로 피해야 합니다. 티타늄 분말의 높은 가격은 모터스포츠와 같은 경량 금속 부품을 찾는 산업 외에서는 여전히 장벽으로 남아 있습니다.
3. 알루미늄 – 접근 가능한 대체 금속
알루미늄은 무게가 가볍고 내부식성이 뛰어나 널리 사용됩니다. 금속 3D 프린팅을 통해 과거에 조립 방식으로 제작되었던 맞춤형 알루미늄 부품을 통합할 수 있습니다. 툴링 프로토타입, 로봇 부품, 설계 모델 모두 다음과 같은 이점을 누릴 수 있습니다. 3D 프린팅 알루미늄프린터 비용이 더욱 낮아짐에 따라, 소규모 기업은 외부 공급업체에 의존하지 않고도 신속한 알루미늄 툴링을 활용할 수 있습니다.
세라믹 및 이국적인 소재 3D 프린팅
알루미나, 지르코니아, 탄화규소로 만든 산업용 세라믹은 효율적인 가공을 위해 매우 높은 온도와 정밀 공구가 필요합니다. 세라믹 펌프 임펠러나 미사일 유도 시스템과 같은 부품은 이전에는 특수 주조 공장이 아니면 생산이 불가능했습니다. 3D 프린팅은 복잡한 세라믹 부품을 소결하는 분말 베드 기술을 통해 이러한 장벽을 제거합니다.
또한, 그 가능성은 세라믹을 넘어 확장됩니다. 금속 및 세라믹 분말을 바인더 젯팅(Binder Jetting) 방식으로 사용하는 연구가 더 활발해짐에 따라, 은이나 금과 같은 희귀하고 귀중한 재료도 3D 프린팅할 수 있습니다. 이 기술은 실제 구리나 그래핀 페이스트로 인쇄된 전도성 트레이스를 통합하여 맞춤형 의료용 임플란트나 전자 장치를 제작하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 이제 막 이러한 잠재력을 탐구하기 시작했습니다. 3D 프린팅 세라믹, 유리, 이국적인 재료.
복합 재료 및 3D 프린팅
플라스틱, 금속, 세라믹은 여전히 제조에 사용되는 전통적인 재료이지만, 폴리머와 다른 강화재를 결합한 복합재는 기존 방법으로는 달성할 수 없는 뛰어난 기계적 특성을 제공합니다.
1. 3D 프린팅 탄소 섬유 복합재
FDM 인쇄 탄소 섬유 필라멘트 가볍고 단단한 폴리머로 부품을 채웁니다. 딱딱한 필라멘트는 나일론보다 강하고 알루미늄에 가까운 내마모성 부품을 인쇄하기 위해 강화된 강철 노즐이 필요합니다. 적용 분야는 맞춤형 쿼드콥터 프레임부터 고성능 자동차 부품까지 다양합니다.
2. 금속 및 목재 충전 복합재
용융 증착 모델링(FDM)은 표준 ABS 및 PLA 플라스틱을 금속 분말이나 목재 펄프와 쉽게 결합하여 미적, 열적, 기능적 특성을 변화시킵니다. 황동, 구리, 청동을 주입한 프린트는 플라스틱의 가벼운 무게를 유지하면서도 기계 가공된 금속과 시각적으로 유사합니다. 목재를 채운 라멘트는 가구 프로토타입을 위한 사실적인 나뭇결 패턴을 구현하기도 합니다.
이상적인 3D 프린팅 재료를 선택하는 방법
이제 모든 응용 분야와 예산에 맞는 수많은 기계와 소재가 제공되므로, 인쇄 기술을 설계 목표와 소재 요구 사항에 적절히 맞추려면 다음과 같은 핵심 요소에 대한 조사와 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 3D 프린팅 소재 비교
| 재료 | 속성 | 인쇄 매개변수 | 비용 |
|---|---|---|---|
| 인민해방군 | 중간 강도, 낮은 유연성, 중간 내구성 | 180~230°C | 낮은 |
| ABS | 튼튼하고, 적당히 유연하며, 내구성이 매우 뛰어납니다. | 210~250°C | 중간 |
| PETG | 견고하고 유연하며 내구성이 우수합니다 | 230~260°C | 중간 |
| TPU | 중간 강도, 매우 높은 유연성, 적당한 내구성 | 220~250°C | 중간-높음 |
| 나일론 | 높은 강도와 유연성, 뛰어난 내구성 | 240~260°C | 높은 |
| 몰래 엿보다 | 매우 강력하고 최소한의 유연성, 매우 높은 내구성 | 360~400°C | 매우 높음 |
| 수지 | 강도와 내구성은 종류에 따라 다르며, 유연하지 않고 UV 경화됨 | 해당 없음 | 높은 |
복잡한 제작을 시도하기 전에 경험을 쌓는 것이 여전히 중요합니다. 끊임없는 소재 혁신을 통해 3D 프린터의 성능은 매년 향상되고 있습니다. 안전 지침이나 기술 자료와 같은 정량적 데이터를 참고하면 엔지니어와 설계자가 각 용도에 맞는 최적의 소재를 선택하고 검증하는 데 도움이 됩니다.
3D 프린팅된 물체의 후처리
빌드 플레이트에서 바로 출력한 새 출력물은 처음부터 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 다양한 마감 공정을 통해 강도, 미관, 그리고 기능성이 향상됩니다.
- 지지 구조 제거– 지지체를 떼어내거나 화학 용액에 녹입니다.
- 샌딩 및 파일링– 인쇄물에 보이는 층 사이의 표면적 계단 현상을 매끄럽게 합니다.
- 프라이밍 및 페인팅– 특히 SLA 인쇄물은 샌딩 후 드러난 인쇄 층 단계를 숨기기 위해 매끄럽게 다듬고 밀봉한 후 도색해야 합니다.
- 부품 결합- 용제, 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 틈새시장의 쾌속 조형(RP) 용도에서 벗어나 다양한 산업 분야의 최종 부품 제조로 확장되고 있습니다. 규모의 경제, 낮은 프린터 비용, 그리고 더욱 다양한 소재를 통해 완전히 분산되고 주문형으로 생산되는 미래가 실현될 가능성이 높습니다. 하지만 진정한 지속가능성은 기술 발전에 따라 자원을 절약하기 위해 공급망을 재편하는 데 달려 있습니다.
획기적인 발전 재생 가능한 바이오 플라스틱과 친환경 화학 3D 프린터용 소재 합성 과정에서 폐기물과 에너지 사용량을 최소화할 수 있습니다. 또한 새로운 복합재나 기술 폴리머를 개발할 때 재활용성도 더욱 고려해야 합니다. 기업, 연구자, 규제 기관 간의 협력을 통해 3D 프린팅은 전 세계적으로 기후 친화적이고 공평한 제조 상품 접근성을 제공할 수 있습니다.
테이크어웨이
프린터와 소재가 발전하여 더 낮은 비용으로 더 높은 정밀도, 강도, 그리고 기능성을 제공함에 따라 그 가능성은 무궁무진합니다. 여기에서 다루는 기본적인 방법, 소재, 그리고 후처리 기술에 대한 지식을 바탕으로 엔지니어들은 3D 프린팅을 활용하여 완전히 새로운 제품 디자인과 사업을 구상할 수 있습니다. 3D 프린팅이 더욱 확산됨에 따라 책임감 있고 지속 가능한 관행을 유지하는 것은 이 기술이 전 세계적으로 공평하고 번영하는 미래를 향해 나아가도록 하는 데 도움이 될 것입니다.
