3D 프린팅

공정 개요

효율적이고 신뢰할 수 있는 제조를 위한 최신 기술 도입

3D 프린팅 공정 개요

적층 제조라고도 불리는 이 공정은 여러 층을 차례로 용착·융합하여 부품 형상을 성장시키는 방식입니다. 부품은 3D CAD 모델에 따라 제조되며, 해당 데이터가 연산 시스템에 입력됩니다. 3D 프린팅은 제조에 사용되는 소재 유형에 따라 여러 방식으로 분류됩니다.

  • SLS (선택적 레이저 소결) – 이 3D 프린팅 기술은 CO2 레이저를 이용해 열가소성 분말의 미세 입자를 융합하여 부품 형상을 제작합니다. 이 공정으로 제작된 부품은 후처리가 필요하지 않아 바로 최종 용도에 사용할 수 있습니다. 고정밀·고내구성 부품이 제작되나, 소량 생산에 적합합니다.
  • FDM (융합 적층 모델링) – 이 방식에서는 압출기가 폴리머의 공급 이동을 조절하여 원료를 시스템에 투입하고, 히터에서 용융됩니다. 이 용융 폴리머가 노즐을 통해 압출되어 빌드 플랫폼이라고도 하는 프린트 베드에 용착됩니다. 압출기, 히터, 노즐은 모두 프린트 헤드에 포함됩니다. 이 공정은 속도, 정밀도, 경쟁력 있는 비용으로 알려져 있습니다.
  • SLA (광조형) – 액상 폴리머 수지에 UV 광을 조사하여 부품 형상을 층별로 선택적으로 고화하는 적층 제조 공정입니다. 프린팅이 완료되면 부품을 용제 용액으로 세척하여 미경화 수지를 제거하고, UV 광 오븐에서 최종 경화합니다. SLA 프린팅 부품은 미세한 디테일과 표면 마감을 갖습니다.
  • PolyJet – 이 공정에서는 UV 경화 수지를 겔상의 서포트 소재와 함께 초박막 층으로 빌드 플랫폼에 분사합니다. 각 층이 UV 광으로 경화되면 빌드 플랫폼이 하강하고 공정이 반복됩니다. 서포트 소재는 워터 제팅으로 제거되며, 경화 후 즉시 사용할 수 있습니다. 단일 빌드에서 다양한 소재, 색상, 투명도의 부품을 높은 정밀도, 속도, 미세 디테일로 제작할 수 있습니다.
  • DMLS (직접 금속 레이저 소결) – 레이저의 열을 이용해 금속 입자를 연속 층으로 융합하므로 금속 3D 프린팅에 가장 적합한 공정입니다. 레이저는 3D CAD 모델에 따라 스캐닝 베드를 따라 안내됩니다. 프린팅이 완료되면 잉여 분말을 제거하고, 잔류 응력 제거를 위해 부품을 열처리합니다. 복잡한 형상과 정교한 형태의 금속 부품 제작에 사용할 수 있습니다.
  • 금속 바인더 제팅 – 이 공정에서는 먼저 결합제로 금속 분말을 결합합니다. 부품이 결합되면 그 형상을 그린 파트라고 하며, 경화시킨 뒤 로에 넣어 소결합니다. 이러한 부품은 수축이 발생하기 쉽고 약간의 기공을 가집니다.

소재

완제품으로 가공하는 소재

선택적 레이저 소결

  • 나일론 PA 6
  • 나일론 PA 12 (유리 충전)

융합 적층 모델링

  • ASA
  • ABS
  • PC

광조형

  • Accura 25
  • Accura 60
  • Accura Extreme Grey

PolyJet

  • 광중합체(경질) 및 광중합체(고무)

직접 금속 레이저 소결

  • 스테인리스강
  • 알루미늄
  • 티타늄

금속 바인더 제팅

  • 스테인리스강 및 그 변종 혼합

역량

당사의 기술과 전문성 개요

  • 프로젝트 범위에 따른 부품의 쾌속 프로토타이핑
  • 치과 임플란트, 해부학 모형, 수술 가이드, 보조기 등 헬스케어 분야용 부품 제조
  • 위에 명시된 폭넓은 소재 선택
  • 사용 소재에 따라 부품 제조 공정을 유연하게 선택
  • 프로토타입 및 양산 로트 제조

적용 분야 및 이점

경쟁사보다 우위를 확보하십시오

3D 프린팅 적용 분야 및 이점
3D 프린팅 적용 분야 및 이점 3D 프린팅 적용 분야 및 이점

3D 프린팅은 뛰어난 이점으로 인해 최근 급속히 발전했으며, 항공우주, 방위, 주얼리, 소비재, 프로토타이핑 등에서 폭넓게 적용되고 있습니다.

  • 복잡성 – 복잡하고 정교한 형상과 프로파일을 용이하게 제조할 수 있습니다
  • 유연성 – 동일 소재라도 특성에 따라 부품 제조에 서로 다른 공정을 채택할 수 있습니다
  • 정밀도 – 좁은 치수 공차와 높은 정확도의 부품을 제조할 수 있습니다
  • 반복성 – 다른 어떤 대체 제조 공정보다 높은 반복성으로 부품을 제작할 수 있습니다
  • 소재 선택 – 철계 및 비철 합금, 플라스틱 등 거의 모든 소재로 부품을 제작할 수 있습니다
  • 범용성 – 장비 크기 한도 내에서 거의 모든 부품을 제조할 수 있습니다
  • 쾌속 프로토타이핑 – 프로토타입을 5일 이내에 제작하여 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다

자주 묻는 질문

궁금한 점이 있으신가요? 답변해 드립니다!

  • 3D 프린팅은 적층 제조(AM)라고도 하며, 3차원 디지털 모델로부터 다양한 유형의 소재를 연속적인 얇은 층으로 쌓아 올려 실물 객체를 만드는 공정입니다.
  • 건축가는 모형 제작에, 기계 기술자는 공구 제작에 활용합니다. 미디어 하우스에서는 맞춤형 프로모션 기프트 제조에 사용됩니다. 또한 스타트업이 소량 생산으로 케이싱 프로토타입이나 케이싱 자체를 제작해야 할 때 훌륭한 도구입니다.
  • 3D 프린팅이 널리 사용되는 분야로는 의료, 건축, 전자, 교육, 자동차, 프로토타이핑, 툴링, 주조, 플라스틱 성형, 맞춤형 기프트 등이 있습니다.
  • 3D 프린팅은 제조에 사용되는 소재 유형에 따라 여러 방식으로 분류됩니다. 채택할 수 있는 다양한 3D 프린팅 방식에는 선택적 레이저 소결(SLS), 융합 적층 모델링(FDM), 광조형(SLA), Carbon DLS, PolyJet, 직접 금속 레이저 소결(DMLS), 금속 바인더 제팅 등이 있습니다. 자세한 내용은 본 페이지의 개요 섹션을 참조해 주십시오.
  • 열가소성 수지, 열경화성 수지, 금속의 다양한 형상으로 3D 프린팅할 수 있는 다양한 소재가 있습니다. 자세한 내용은 본 페이지의 소재 섹션을 참조해 주십시오.
  • 3D 프린팅은 다이 및 금형에 대한 투자 없이 정교한 디테일의 부품을 프린팅할 수 있어 시간과 비용을 크게 절감하므로, 프로토타이핑 및 신부품 개발에 주로 사용됩니다.
  • 부품의 크기, 형상, 복잡성에 따라 설계 확정 후 빠르면 5일 이내에 프로토타입 부품을 프린팅할 수 있습니다.
  • 3D 프린팅은 기존 가공 공정과 비교해 다양한 적용 분야와 이점을 제공합니다. 그러나 모든 상황에 이상적인 생산 공정은 아닙니다. 요구 사항에 대해 현명한 결정을 내릴 수 있도록 몇 가지 장단점을 아래에 정리했습니다.
    • 장점
      • 속도 – 기존 제조 공정과 달리 셋업과 툴링이 필요하지 않아 하루 이내에도 부품을 제작할 수 있습니다
      • 유연성 – 정교한 설계의 부품 제작에 가장 적합한 공정입니다. 설계자가 기능을 타협하지 않고 핵심 형상을 유지할 수 있습니다
      • 쾌속 프로토타이핑 – 공정의 속도와 유연성 덕분에 최적화를 위한 설계 변경을 신속하게 반영할 수 있습니다
      • 지속가능성 – 맞춤형 부품 제작의 유연성과 투입 소재의 폐기물이 거의 없어, 기존 제조 공정보다 더 지속가능한 공정입니다
      • 비용 효율성 – 셋업 시간, 툴링, 마감 요구, 원자재 폐기물, 공정 모니터링이 최소화되어 대부분의 경우 경제적입니다
      • 내구성 – 3D 프린팅 부품은 높은 충격 강도, 평균적인 유연성, 환경 인자에 대한 높은 저항성을 갖습니다
      • 고정밀 – 최신 3D 프린팅 기술 발전으로 높은 정밀도와 정확도의 부품을 생산할 수 있습니다
    • 단점
      • 불균일한 표면 마감 – 3D 프린팅 부품은 다층으로 구성되므로, 수직면에 보이는 층 단차가 생겨 미관이 떨어질 수 있습니다. 보다 균일한 표면과 외관을 위해서는 증기 스무딩 처리가 필요합니다
      • 제한된 소재 선택 – 주조, 단조, 사출 성형에 시중에서 제공되는 수천 가지 소재에 비해 3D 프린팅의 소재 옵션은 적습니다
      • 크기 제한 – 프린터의 크기와 선정에 따라 극소형 또는 대형 부품 프린팅에 제약이 있을 수 있습니다
      • 3D 프린터 한계 – 데스크탑 3D 프린터는 키트로 조립되고 수작업으로 조정되는 경우가 많아 생산에서 불일치가 발생할 수 있습니다
      • 대량 생산에 부적합 – 3D 프린팅 부품은 소량 생산 및 프로토타이핑에서 경제적이지만, 일일 100개 이상을 넘으면 가치가 감소하는 경향이 있습니다. 사출 성형 및 다이캐스팅과 같은 다른 공정이 더 높은 생산량을 제공합니다
  • 첫 층 접착 문제 – 프린트의 첫 층이 베드에 붙지 않는 상태를 말합니다.
    • 베드 레벨링 확인 – 베드가 적절히 수평이 아니면 첫 층이 플레이트에 붙지 않을 수 있습니다
    • 베드 온도 확인 – 일부 소재는 프린트가 베드에 붙도록 가열 베드가 필요합니다
    • 최적 프린트 속도 설정 – 프린트 속도는 층 접착에 크게 영향을 줍니다. 속도가 빠를수록 베드 접착이 낮아집니다
    • 노즐 높이 조정 – 노즐이 베드에서 너무 높으면 용착된 층이 붙지 않거나 원하는 위치에 떨어지지 않습니다
    • 외부 접착제 사용 – 층이 베드에 붙지 않으면, 테이프, 글루 또는 ABS 슬러리와 같은 외부 접착제를 사용해 적절한 층 접착을 확보할 수 있습니다
  • 노즐의 소재 압출 실패 – 압출기가 가열되는 동안 내부에 있는 소재가 용융되기 시작하고, 일부가 노즐에서 흘러내리거나 스며나오기 때문에 발생합니다. 이로 인해 노즐에 공극이 생기고, 실제 프린트가 시작될 때 노즐이 소재를 압출하지 못합니다.
    • 노즐 프라이밍 확보 – 모든 프린트를 몇 층의 ‘스커트’로 시작하면 실제 모델 프린팅 전에 소재의 일정한 유동을 유지하는 데 도움이 됩니다
    • 노즐 높이 조정 – 노즐이 빌드 플레이트에 너무 가까우면 압출기가 필요한 양의 소재를 베드에 용착하지 못할 수 있습니다. 따라서 노즐 높이를 적절히 설정하는 것이 중요합니다
    • 필라멘트 문제 확인 – 필라멘트를 적절히 보관하지 않으면 주변 환경에 노출되어 소재가 열화될 수 있습니다. 필라멘트가 수분을 과도하게 흡수하면 기포가 형성되어 유동을 막고 압출 유동을 방해합니다
  • 약한 인필 – 인필 밀도와 패턴은 부품 강도에 중요한 역할을 하며, 모델의 안정성과 형상도 결정합니다. 따라서 인필을 신중히 선택하고 사용해야 합니다.
    • 최적 프린트 속도 설정 – 인필은 여러 역할을 하며 다른 층과 마찬가지로 정밀하게 프린팅해야 합니다. 따라서 프린트 속도를 조정하고 일반적으로 저속으로 프린팅해야 합니다. 이는 시행착오를 통해 쉽게 해결할 수 있습니다
    • 압출 폭 확인 – 더 큰 압출 폭으로 인필을 프린팅하면 인필이 상당히 강해질 수 있습니다. 그러나 인필 압출 폭을 늘리면 용착되는 소재량도 증가하므로, 모델이 작으면 인필 패턴이 겹칠 수 있습니다. 따라서 큰 모델에만 시도해야 합니다
    • 적절한 인필 패턴 사용 – 일부 인필 패턴은 다른 패턴보다 강하고, 일부는 제거가 쉽습니다. 슬라이싱 소프트웨어에서 제공되는 인필 패턴을 실험하면 약한 인필 문제를 해소하는 데 도움이 됩니다
  • 스트링잉 또는 오징 – 적절한 리트랙션 방법으로 방지할 수 있습니다. 리트랙션은 용융 소재의 과도한 스며나옴을 막기 위한 필라멘트의 후퇴 이동입니다. 이 파라미터를 신중히 관리하면 오징 또는 스트링잉 문제를 해소할 수 있습니다.
    • 이상적인 리트랙션 속도 설정 – 속도가 너무 빠르면 용융된 플라스틱이 위쪽의 미용융 필라멘트에서 분리되어 리트랙션의 목적을 잃게 됩니다. 속도가 느리면 오징 감소에 도움이 되지 않을 수 있습니다
    • 이상적인 리트랙션 거리 설정 – 리트랙션 거리는 압출 시스템, 다이렉트 드라이브 또는 보든 드라이브에 따라 달라집니다. 다이렉트 드라이브 압출기는 짧은 리트랙션 거리(일반적으로 약 1~2mm)로 작동하며, 보든 압출기 시스템은 약 5~10mm의 리트랙션 거리가 필요합니다. 이 거리는 소재 종류와 사용하는 프린터에 따라서도 달라지므로, 최적 프린팅을 위해 거리를 신중히 찾아야 합니다
    • 히터 온도 조정 – 온도가 너무 높으면 소재의 점도가 낮아져 필라멘트를 리트랙션해도 소재가 떨어집니다. 낮은 온도는 오징을 멈추지만 프린트 품질에 영향을 줍니다
    • 긴 공회전 이동 회피 – 슬라이서 설정의 세부 항목을 통해 노즐의 공회전 이동을 제어할 수 있습니다. 이러한 설정은 다음 용착 지점까지의 최단 경로를 찾거나, 열린 공간을 가로지르지 않도록 이동을 제어하는 데 도움이 됩니다
  • 휨 – 용착된 소재가 빠르게 냉각될 때 발생합니다. 냉각 과정에서 소재가 수축하고, 이로 인해 끝이 들려 휨이 발생합니다. 휨은 프린트의 균열로도 이어집니다.
    • 베드 온도 조정 – 휨 문제를 해소하는 핵심 해결책은 ABS와 같이 휨이 발생하는 소재로 프린팅할 때 가열 베드를 사용하는 것입니다. 핵심 아이디어는 첫 층을 가열된 상태로 유지하고 빠르게 냉각되지 않게 하는 것입니다
    • 팬 속도 조정 – 고급 슬라이서 설정을 사용해 처음 몇 층 동안 팬을 완전히 끄거나 팬 속도를 최소로 유지합니다. 초기 층 이후에는 팬을 켤 수 있습니다
    • 최적 주변 온도 설정 – 3D 프린팅 시 엔클로저를 사용하는 것이 바람직합니다. 밀폐형 3D 프린터는 비용이 더 들 수 있으나, 이 추가 비용은 휨, 노즐 막힘 등의 문제를 피하는 데 도움이 됩니다
    • 새로운 빌드 플레이트 시도 – 층과 빌드 플레이트 사이의 빌드 접착을 높이기 위해 새로운 유형의 빌드 표면과 플레이트를 사용할 수 있습니다
  • 3D 프린팅 공정, 특히 SLM 방식에서는 프린팅에 사용되는 분말을 둘러싼 분위기가 산화되어 융점을 변화시키고 프린팅된 부품을 변형시킬 수 있습니다.
  • 3D 프린팅 공정은 용접과 유사하여, 산소가 공정을 오염시키지 않도록 아르곤 또는 헬륨의 불활성 분위기에서 융합이 이루어집니다. 미량의 산소만으로도 부품의 색상과 물리적 특성이 변할 수 있습니다.
  • 프린팅 후 열처리의 주요 이점 중 하나는 응력 완화 효과입니다. 프린팅 단계에서 소재에 내부 응력과 장력이 축적되어 기계적 특성이 저하될 수 있으며, 열처리로 이를 되돌릴 수 있습니다.
  • 프린팅된 제품의 특성을 최적화하고, 내열성 또는 인장 강도와 같은 추가 특성을 부여하는 데 사용할 수 있습니다. 진공 열처리는 프린팅 후 열처리에서 최상의 성능을 제공합니다.
  • 진공 사용은 3D 프린팅 후 검출되는 표면 오염 정도를 최소화하여 부품의 물리적 성능을 향상시킵니다. 또한 기술자가 프린팅된 부품에 대해 정확하고 반복 가능한 부식 시험을 수행할 수 있게 합니다. 프린팅된 부품의 미관에도 이점이 있습니다.