3D 프린팅 기술의 유형

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3D 프린팅적층 제조라고도 하는 3D 프린팅은 디지털 파일에서 재료를 한 층씩 쌓아 올려 물체를 만들 수 있는 기술입니다. 현재 사용 가능한 3D 프린팅 기술에는 다양한 유형이 있으며, 각 기술마다 고유한 장점과 이상적인 응용 분야가 있습니다. 특정 프로젝트에 적합한 3D 프린팅 기술을 선택하는 것은 재료의 기능, 속도, 정밀도, 비용 등과 같은 요소에 따라 달라집니다.

용융 증착 모델링(FDM)

FDM(용융 증착 모델링)은 가장 일반적이고 저렴한 3D 프린팅 유형 중 하나입니다. 열가소성 필라멘트를 반액체 상태로 가열한 후 노즐을 통해 빌드 플랫폼에 한 층씩 압출하는 방식으로 작동합니다. 한 층이 냉각되어 굳으면 빌드 플랫폼이 낮아지고 다음 층이 그 위에 프린트됩니다. 이 과정은 오브젝트가 완성될 때까지 계속됩니다.

FDM 3D 프린팅의 장점:

프린터와 재료 모두 저렴한 비용
PLA, ABS, PETG, 나일론 등 다양한 열가소성 소재를 사용할 수 있습니다.
우수한 강도 및 열적 특성
간단한 작동 및 유지 관리

FDM의 이상적인 애플리케이션:

프로토타이핑
도구, 지그 및 고정 장치
장난감 및 취미 용품
기능성 부품 및 최종 사용 제품

FDM 3D 프린터는 저렴한 비용으로 맞춤형 플라스틱 부품을 제작하는 데 탁월하지만 표면 마감과 정밀도 측면에서 한계가 있습니다. 프린팅 공정의 레이어드 특성으로 인해 경사진 표면에서 계단식 계단 효과가 나타납니다.

FDM 머티리얼

FDM 3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 재료는 다음과 같습니다:

PLA 폴리락트산; 옥수수 전분에서 추출한 생분해성 열가소성 플라스틱. 인쇄가 용이하고 냄새가 적은 모델을 생산합니다. 다른 플라스틱보다 더 잘 부서집니다.
ABS 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌; 내구성이 뛰어나고 적당히 유연한 열가소성 폴리머입니다. 냉각 중에 약간 수축하는 경향이 있어 정밀도가 저하될 수 있습니다. 인쇄 시 연기를 방출합니다.
PETG 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 내구성이 뛰어난 인쇄 부품을 위한 강도와 유연성이 결합된 소재입니다. 다양한 화학 물질에 대한 내성과 낮은 습기 흡수율.
나일론 – 강하고 유연한 엔지니어링 플라스틱으로 특성이 뛰어나지만 성공적으로 인쇄하기가 더 어렵습니다. 강도가 필요한 기능성 부품에 주로 사용됩니다.
TPU 열가소성 폴리우레탄은 유연한 물체, 개스킷, 호스 등에 사용되는 고무와 같은 유연한 필라멘트입니다. 인쇄하기 어렵고 특정 프린터 설정이 필요합니다.

스테레오리소그래피(SLA)

광조형(SLA) 3D 프린팅은 자외선(UV) 레이저를 사용하여 액체 플라스틱 수지를 한 층씩 경화시켜 물체가 형성될 때까지 경화시킵니다. SLA 3D 프린터에는 UV 레이저로 선택적으로 경화되는 광중합체 수지가 담긴 통이 들어 있습니다.

SLA 인쇄의 장점:

매우 높은 정확도와 선명한 디테일
뛰어난 표면 마감 품질
다양한 포토폴리머 수지 사용 가능
작은 물체를 위한 빠른 인쇄

SLA 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

치과 및 의료 기기
주얼리 주조 패턴
매우 섬세한 미니어처
정밀 엔지니어링 부품
기능적 프로토타입

SLA 3D 프린팅은 뛰어난 부품 품질을 제공하지만 공정이 지저분하고 재료가 더 비싸며 일부 형상에는 지지 구조가 필요할 수 있습니다. 또한 인쇄된 부품을 헹구고 경화하기 위해 후처리가 필요합니다.

SLA 자료

일반적인 SLA 포토폴리머 수지 재료에는 다음이 포함됩니다:

표준 수지 프로토타이핑 및 캐스팅 마스터를 위한 제품입니다. 저렴하지만 깨지기 쉽습니다.
견고한 수지 – 강도와 유연성을 제공하는 내구성이 뛰어난 플라스틱과 유사한 수지.
치과용 레진 – 치과용 기기로 승인된 생체 적합성 레진.
캐스터블 수지 – 희생적인 주얼리 주조 장인이 로스트 왁스 주조를 할 수 있도록 설계되었습니다.
생체 적합성 수지 인체와 접촉하는 의료 기기의 경우 – 인체와 접촉하는 의료 기기.
엔지니어링 수지 고급 기계적 특성을 지닌 내열성 및 내화학성 소재.

재료 분사(MJ)

재료 분사(MJ) 3D 프린팅은 잉크젯 스타일의 프린트 헤드를 사용하여 UV 경화성 액체 광중합체의 작은 방울을 빌드 플랫폼에 선택적으로 증착합니다. 액체는 빠르게 고형화되어 층층이 쌓입니다. 재료 분사를 통해 매끄러운 표면을 가진 매우 섬세하고 정확한 부품을 제작할 수 있습니다.

MJ 인쇄의 장점:

매우 높은 피처 디테일 해상도
뛰어난 표면 마감 &8211; 매끄럽고 광택이 있습니다.
용해 가능한 자료 지원
여러 자료를 결합할 수 있습니다.

MJ 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

세부 의료 모델
고충실도 프로토타입
지그 및 가이드와 같은 제조 도구
주얼리 패턴 및 주조

재료 분사의 단점으로는 다소 부서지기 쉬운 재료, 높은 장비 비용, 저사양 장비에서 제작량이 적다는 점 등이 있습니다. 재료 비용도 상당히 높습니다.

MJ 머티리얼즈

재료 분사에는 독점적인 포토폴리머 수지가 사용됩니다. 몇 가지 옵션이 있습니다:

리지드 불투명 – 시각적 모델 및 프로토타입용
리지드 투명 플라스틱과 같은 투명한 부품
고무 같은 탄성 특성을 지닌 유연한 부품
고온 – 내열성 모델 및 고정 장치
캐스터블 &8211; 주얼리 주조 패턴용 수지
생체 적합성 의료 기기 및 도구의 경우
세라믹 같은 &8211; 무광택 마감으로 단단하고 뻣뻣함

바인더 제팅

바인더 제팅 3D 프린팅에서는 액체 결합제를 선택적으로 증착하여 분말 재료를 한 층씩 결합합니다. 이 프로세스에는 파우더 베이스 재료와 액체 바인더라는 두 가지 재료가 사용됩니다. 바인더는 파우더 입자를 서로 결합하여 한 번에 한 층씩 얇은 고체 부품을 형성합니다.

바인더 젯팅의 장점:

우수한 소재 강도 및 안정성
다공성 구조 가능
다양한 소재 옵션
비교적 빠른 인쇄

바인더 제팅의 이상적인 응용 분야:

금속 및 모래 주조
풀 컬러 개체
다공성 기능성 부품
대형 세라믹 부품

바인더 분사의 주요 한계는 거친 표면 마감과 다공성 재료 특성입니다. 강도와 마감을 개선하기 위해 침투가 필요한 경우가 많습니다.

바인더 분사 재료

바인더 분사에는 액체 바인더와 결합된 다양한 기본 분말 재료를 활용할 수 있습니다. 재료 옵션은 다음과 같습니다:

금속 스테인리스 스틸, 알루미늄, 공구강, 인코넬, 티타늄, 귀금속
모래 &8211; 모래 주조 금형 및 코어용
세라믹 – 알루미나, 지르코니아, 인산 삼칼슘, 유리
플라스틱 – 나일론, PBT, TPU, PMMA
파운드리 샌드 – 금속 주조 금형 및 코어용

지향성 에너지 증착(DED)

지향성 에너지 증착(DED)은 레이저, 전자빔 또는 플라즈마 아크와 같은 집중된 열 에너지원을 사용하여 재료를 증착하면서 녹여 융합하는 방식입니다. DED 3D 프린팅을 사용하면 금속 분말이나 와이어로 부품을 제작할 수 있습니다.

DED 인쇄의 장점:

인쇄된 금속 부품의 우수한 구조적 무결성
대용량 빌드 가능
인쇄 금속의 우수한 재료 특성
증착 헤드는 다축 암 또는 로봇 시스템에 장착할 수 있습니다.

DED 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

금속 기능성 부품 및 최종 제품
기존 금속 부품의 수리 및 기능 추가
항공우주 및 항공 부품
맞춤형 금속 의료용 임플란트
자동차 부품

DED의 한계는 파우더 베드 융합 기술에 비해 미세한 피처의 해상도가 낮고 속도가 느리다는 점입니다. 장비도 매우 비쌉니다.

DED 자료

DED는 다음을 포함한 다양한 금속으로 부품을 인쇄하는 데 사용됩니다:

스테인리스 스틸 316L, 17-4, 15-5 등
알루미늄 – AlSi10Mg, AlSi7Mg, 스칼말로이 등
티타늄 – Ti6Al4V, 상업적으로 순수한 티타늄, 니켈 티타늄.
공구강 – H13, D2, M2 고속 강철.
초합금 – 인코넬 625, 718 등
귀금속 골드, 실버, 플래티넘.

파우더 베드 퓨전(PBF)

파우더 베드 퓨전(PBF) 3D 프린팅은 열 에너지가 파우더 베드의 영역을 층별로 선택적으로 융합하는 공정을 말합니다. 두 가지 주요 PBF 기술은 선택적 레이저 소결(SLS)과 직접 금속 레이저 소결(DMLS)입니다.

선택적 레이저 소결(SLS)

SLS 인쇄 작동 방식:

열가소성 플라스틱 분말을 빌드 플레이트에 얇게 펴 바르기
레이저가 분말을 스캔하고 소결하여 고체 부품으로 융합합니다.
빌드 플레이트가 낮아지고 더 많은 파우더가 위에 퍼집니다.
부품이 완성될 때까지 레이어별 소결이 계속됩니다.

SLS 인쇄의 장점:

우수한 재료 특성 및 기계적 강도
다양한 열가소성 소재 사용 가능
최소한의 지원 구조 필요
복잡한 지오메트리 허용

SLS 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

기능적 프로토타입
최종 사용 부품 및 하우징
지그 및 픽스처와 같은 제조 도구
맞춤형 나일론 부품

SLS의 단점으로는 다공성 표면, 미세 피처의 해상도 저하, 소형 기계로 제작할 경우 제작 부피가 작아진다는 점 등이 있습니다. 재료 비용도 높을 수 있습니다.

SLS 자료

일반적인 SLS 열가소성 소재에는 다음이 포함됩니다:

나일론 11 및 12 – 강력하고 반유연성 엔지니어링 열가소성 플라스틱. 가장 인기 있는 SLS 플라스틱.
TPU 92A 고무와 같은 특성을 지닌 유연한 폴리우레탄.
PEEK 뛰어난 기계적 특성을 지닌 내열성 열가소성 플라스틱입니다.
졸업생 알루미늄 파우더가 함유된 나일론 복합 소재로 금속을 모방했습니다.
카본마이드 나일론 복합 소재에 탄소 섬유를 사용해 강도를 높였습니다.

직접 금속 레이저 소결(DMLS)

DMLS 인쇄 작동 방식:

빌드 플레이트 위에 얇은 금속 분말 층을 펼칩니다.
고출력 레이저가 지정된 영역에서 분말을 녹여 융합합니다.
플레이트가 낮아지고 더 많은 분말이 위에 분포됩니다.
파트가 완성될 때까지 레이어별 용융이 계속됩니다.

DMLS 인쇄의 장점:

뛰어난 재료 특성을 지닌 완전 고밀도 금속 부품
복잡한 형상 및 맞춤형 합금 가능
최소한의 지원 구조 필요
고가의 금속 소재를 효율적으로 사용

DMLS 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

금속 기능성 프로토타입
보철과 같은 맞춤형 의료 임플란트
항공우주 및 자동차 부품
금속을 추가하여 금형 수리하기
브래킷과 같은 경량 맞춤형 금속 부품

DMLS는 대형 금속 부품을 프린트할 때 속도가 느리고 장비 비용이 DED 공정보다 높습니다. 정확한 합금 구성을 확인하기가 어려울 수 있습니다.

DMLS 자료

DMLS는 일반적인 금속 합금과 희귀 금속 합금을 모두 인쇄하는 데 사용됩니다:

스테인리스 스틸 17-4, 316L, 304L, 15-5 등
알루미늄 – AlSi10Mg, AlSi7Mg, 스칼말로이 등
티타늄 – Ti6Al4V ELI, 5등급, 23등급.
공구강 – H13, P20, D2, M2 고속 강철.
인코넬 – 인코넬 625, 718.
코발트 크롬 – CoCrMo, BioDur CCM Plus 등

연속 액체 인터페이스 생산(CLIP)

연속 액체 인터페이스 생산(CLIP) 3D 프린팅은 자외선 이미지 투사 평면 아래에 산소 투과성 창을 사용하여 자외선 경화성 광중합체 수지 풀에서 모델을 연속적으로 생성합니다.

CLIP 인쇄 작동 방식:

자외선은 산소 투과성 창을 통해 액체 수지 통으로 비춰집니다.
빌드 플랫폼이 낮아져 창 위로 굳어지는 경화된 레진이 노출됩니다.
자외선 패턴이 수지를 경화시키고 바닥층이 플랫폼에 융합됩니다.
경화된 레진을 연속적으로 꺼내면 매우 빠른 인쇄 속도가 가능합니다.

CLIP 인쇄의 장점:

매우 빠른 인쇄 &8211; SLA보다 최대 100배 빠름
생산적인 제조 기술
뛰어난 표면 마감과 섬세한 디테일
SLA 대비 낮은 운영 비용

CLIP 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

플라스틱 부품 대량 생산
대량 프로토타이핑
보청기 하우징
치아 교정기 및 장치
플라스틱 인클로저 및 하우징

빌드 볼륨이 작고 현재 사용 가능한 머티리얼 옵션이 적다는 한계가 있습니다. 하지만 기술은 빠르게 발전하고 있습니다.

클립 자료

현재 CLIP 3D 프린팅에 사용되는 광폴리머 수지 재료는 다음과 같습니다:

RIGUR® RPS – 내열성을 갖춘 견고하고 단단한 소재.
RIGUR® BPA – 광학적으로 투명한 소재.
RIGUR® ABA 다용도 플라스틱 소재로 저렴하고 인쇄하기 쉽습니다.

적층 물체 제조(LOM)

적층 물체 제조(LOM)는 열과 압력을 사용하여 얇은 재료 시트를 서로 접착한 다음 물체의 단면을 한 층씩 절단하는 방식으로 작동합니다.

LOM 인쇄 작동 방식:

종이, 플라스틱 또는 금속 시트가 빌드 플랫폼에 굴러갑니다.
가열 롤러가 시트를 이전 레이어에 라미네이팅합니다.
레이저 또는 블레이드가 부품 단면의 윤곽을 절단합니다.
여분의 재료는 잘라내어 제거합니다.
다른 시트가 위에 추가되고 프로세스가 반복됩니다.

LOM 인쇄의 장점:

다양한 라미네이션 소재
추가 지원 자료가 필요하지 않습니다.
대형 오브젝트 생성 가능
상대적으로 저렴한 장비 비용

LOM 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

레이어드 페이퍼로 제작한 컨셉 모델
가구 및 간판과 같은 목재 물체
골판지 포장 및 디스플레이 구성 요소
섬유 강화 복합재

부품 정확도와 표면 마감은 다른 3D 프린팅 공정에 비해 낮은 경향이 있습니다. 또한 레이어링된 재료로 인해 이방성 특성이 발생할 수 있습니다.

LOM 자료

적층 물체 제조에는 다양한 시트 재료를 사용할 수 있습니다:

종이 &8211; 접착지, 판지 및 판지 시트
플라스틱 – ABS, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트
금속 – 스테인리스 스틸, 티타늄, 알루미늄
합성물 – 유리 섬유, 탄소 섬유

멀티 제트 퓨전(MJF)

멀티 젯 퓨전(MJF) 인쇄는 잉크젯 프린트헤드 배열을 사용하여 퓨징 및 디테일 에이전트를 파우더 베드에 선택적으로 증착하여 재료를 층별로 완전히 녹이고 고정밀로 퓨전합니다.

MJF 인쇄 작동 방식:

빌드 플랫폼 위에 파우더 레이어가 펼쳐집니다.
프린트헤드는 퓨징 및 디테일 에이전트를 입금합니다.
적외선 램프가 용융제가 증착된 분말을 녹여 용융시킵니다.
융합되지 않은 파우더는 나중에 제거할 때까지 지지대 역할을 합니다.
파트가 완성될 때까지 추가 레이어가 쌓입니다.

MJF 인쇄의 장점:

우수한 정확도와 표면 마감
뛰어난 기계적 특성
빠른 빌드 속도로 생산적인 인쇄
지원 구조가 필요하지 않습니다.

MJF 인쇄의 이상적인 응용 분야:

우수한 소재 특성을 갖춘 기능성 프로토타입 제작
단기 사출 성형 생산
내구성이 뛰어나고 정밀한 최종 사용 부품
툴링의 컨포멀 냉각 채널

현재 소재 옵션은 HP의 몇 가지 고성능 열가소성 플라스틱으로 제한되어 있습니다. 하지만 기술은 빠르게 발전하고 있습니다.

MJF 자료

MJF 3D 인쇄는 HP의 고성능 열가소성 수지를 활용합니다:

PA 11 우수한 강도와 내열성을 위해 설계된 나일론 소재.
PA 12 – 뛰어난 기계적 특성을 지닌 나일론으로 다양한 용도에 이상적입니다.
PA 12GB &8211; 유리구슬 강화 나일론 12로 강성과 치수 안정성이 뛰어납니다.
PEEK 내열성과 우수한 기계적 특성을 갖춘 탁월한 열가소성 플라스틱입니다.

선택적 억제 소결(SIS)

선택적 억제 소결(SIS)은 융합제를 사용하여 분말 재료를 층별로 선택적으로 결합합니다. 억제제가 인쇄되어 원치 않는 영역에서의 소결을 방지합니다.

학생 정보 시스템 인쇄 작동 방식:

파우더 머티리얼이 빌드 플랫폼에 퍼집니다.
잉크젯이 억제제를 증착하여 부품 윤곽을 정의합니다.
파우더 베드 전체가 열이나 자외선에 고르게 노출됩니다.
용융제는 억제제가 이를 방지하는 경우를 제외하고 분말을 소결시킵니다.
각 층이 끝난 후 여분의 파우더를 진공 청소기로 제거합니다.

학생 정보 시스템 인쇄의 장점:

고밀도 금속, 플라스틱 또는 세라믹 부품
지원 구조가 필요하지 않습니다.
사용하지 않은 파우더는 재사용 가능
재료 낭비 최소화

학생 정보 시스템 인쇄의 이상적인 애플리케이션:

대량 맞춤형 소비자 제품
맞춤형 금속 하드웨어
세라믹 아트웨어 및 장식
제조 조립 지그

현재는 엑스원 등 일부 기업에서만 상업적으로 제공되고 있지만, 앞으로 더 많이 채택될 가능성이 있습니다.

학생 정보 시스템 자료

선택적 억제 소결에는 여러 가지 재료를 사용할 수 있습니다:

플라스틱 – 나일론 11 및 12, TPU 엘라스토머.
금속 스테인리스 스틸, 공구강, 청동, 텅스텐 카바이드.
세라믹 실리카 모래, 알루미나, 인산 삼칼슘, 지르코니아.
유리 – 소다 석회 유리, 붕규산 유리.

결론

3D 프린팅 기술에는 각각 고유한 기능을 갖춘 다양한 기술이 있습니다. 각 공정의 주요 특성을 이해하면 필요한 재료, 정확도, 표면 마감, 제작 속도, 비용 등의 요소에 따라 주어진 용도에 맞는 최적의 기술을 선택할 수 있습니다. FDM 및 SLA와 같은 가장 일반적인 기술은 컨셉 모델링 및 프로토타입 제작에 경제적인 선택입니다. 최종 사용 플라스틱 부품의 단기 생산의 경우 MJF와 SLS는 높은 생산성과 함께 우수한 기계적 특성을 제공합니다. 보석, 의료 기기 및 첨단 엔지니어링 부품은 재료 분사, CLIP 및 바인더 분사 등의 기술을 통해 뛰어난 정확도와 표면 마감 처리의 이점을 누릴 수 있습니다. DED와 DMLS는 항공우주, 자동차 및 의료용 기능성 금속 부품을 직접 프린팅할 수 있는 새로운 문을 열었습니다. 더 빠르고, 더 저렴하고, 더 많은 기능을 갖춘 시스템으로 3D 프린팅은 거의 모든 산업 분야에서 제품을 설계, 맞춤화 및 제조하는 방식을 혁신하고 있습니다.

자주 묻는 질문

가장 경제적인 데스크톱 3D 프린팅 기술은 무엇인가요?

FDM(용융 증착 모델링)은 일반적으로 오늘날 애호가와 기업에서 가장 저렴하고 접근하기 쉬운 데스크톱 3D 프린팅 기술입니다. Creality, Prusa Research, FlashForge 등의 회사에서 저렴한 비용으로 우수한 기능을 제공하는 FDM 3D 프린터를 많이 판매하고 있습니다.

최고의 표면 마감과 디테일 해상도를 제공하는 기술은 무엇인가요?

광조형(SLA)과 재료 분사(MJ)는 일반적인 3D 프린팅 기술 중 최고 품질의 표면 마감, 미세한 피처 디테일 및 전반적인 부품 정확도를 제공합니다. 하지만 장비 비용이 상당히 높은 편입니다.

기능성 금속 부품에 가장 적합한 3D 프린팅 공정은 무엇인가요?

지향성 에너지 증착(DED)과 직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 고밀도의 기능성 금속 부품을 3D 프린팅하는 두 가지 주요 기술입니다. DED는 용접된 금속 분말 또는 와이어로 부품을 제작하는 반면, DMLS는 금속 분말 베드 층을 선택적으로 용융 및 융합합니다.

대량 맞춤형 플라스틱 제품에 이상적인 기술은 무엇인가요?

HP의 멀티 제트 퓨전(MJF)은 우수한 기계적 특성을 지닌 정밀 플라스틱 부품을 경제적으로 단기간 생산할 수 있어 대량 맞춤화와 신속한 제조에 이상적인 솔루션입니다. 프로세스도 매우 빠릅니다.

세라믹 부품을 3D 프린팅할 수 있나요?

예, 여러 3D 프린팅 기술이 세라믹 소재를 지원합니다. 바인더 젯팅은 분말 소재와 액체 바인더를 결합하여 대형 세라믹 물체를 프린팅할 수 있습니다. 또한 선택적 억제 소결은 분말을 층별로 소결하여 고밀도 세라믹 부품을 제작할 수 있습니다.

어떤 3D 프린팅 프로세스가 가장 빠릅니까?

연속 액체 인터페이스 생산(CLIP)은 현존하는 가장 빠른 3D 프린팅 기술로, SLA 3D 프린팅보다 최대 100배 빠른 속도로 기능성 플라스틱 부품을 프린팅할 수 있습니다. 따라서 대량 제조 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 이제 데스크탑 CLIP 프린터를 사용할 수 있습니다.