융합 적층 모델링(FDM) 지원 구조 숙달: 우수한 3D 프린팅 결과를 위한 전략, 혁신 및 모범 사례. 최적화된 지원이 인쇄 품질과 효율성을 어떻게 변화시킬 수 있는지 알아보세요.
- FDM 지원 구조 소개
- 지원 생성의 과학
- FDM 인쇄의 지원 구조 유형
- 효과적인 지원을 위한 재료 선택
- 최소 지원 사용을 위한 설계
- 자동 대 수동 지원 배치
- 지원 제거 기술 및 후처리
- 지원의 표면 마감 및 정확도에 대한 영향
- 용해 가능 및 분리 가능한 지원의 혁신
- FDM 지원 구조의 미래 동향과 도전 과제
- 출처 및 참고문헌
FDM 지원 구조 소개
융합 적층 모델링(FDM)은 열가소성 재료를 압출하여 객체를 층별로 구성하는 널리 채택된 적층 제조 기술입니다. FDM에서의 내재적 도전 중 하나는 특히 오버행, 다리 또는 복잡한 내부 공동이 있는 복잡한 형상을 제작하는 것입니다. 이러한 도전을 해결하기 위해 인쇄 과정 중에 지원 구조가 사용됩니다. 이러한 임시 비계는 오버행 또는 고립된 요소에 기계적 안정성을 제공하여 치수 정확성을 보장하고 제작 중 변형이나 붕괴를 방지합니다.
FDM의 지원 구조는 일반적으로 슬라이싱 소프트웨어에 의해 자동으로 생성되며, 이 소프트웨어는 3D 모델을 분석하고 적절한 배치에 충분한 하부 재료가 부족한 영역을 식별합니다. 가장 일반적인 지원 재료는 메인 파트에 사용되는 동일한 열가소성 재료인 폴리락틱산(PLA) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)입니다. 그러나 고급 FDM 시스템은 폴리비닐알콜(PVA) 또는 고내충격 폴리스티렌(HIPS)과 같은 전용 용해 가능한 지원 재료를 사용할 수 있으며, 이는 인쇄 후 용해되어 수동 제거 없이 더 복잡하고 섬세한 구조를 생성할 수 있게 해줍니다.
지원 구조의 설계 및 구현은 성공적인 FDM 인쇄에 있어 매우 중요합니다. 잘못 설계된 지원은 표면 손상, 재료 소비 증가 및 긴 후처리 시간을 초래할 수 있습니다. 반면, 최적화된 지원 전략은 재료 사용을 최소화하고 인쇄 시간을 줄이며 보다 쉬운 제거를 촉진하면서 인쇄된 객체의 무결성을 유지합니다. 지원 패턴, 밀도 및 인터페이스 층의 선택은 지원의 효과와 제거 가능성에 영향을 미치는 주요 매개변수입니다.
FDM 기술의 원래 개발자이자 분야의 선도적 기업인 Stratasys와 같은 기관은 지원 생성 및 제거를 개선하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 선도해 왔습니다. UltiMaker (구 Ultimaker)와 같은 오픈 소스 커뮤니티 및 기업 역시 사용자가 특정 응용 프로그램 및 재료에 맞게 지원 구조를 조정할 수 있도록 사용자 정의 가능한 지원 옵션을 제공하는 슬라이싱 소프트웨어를 개발하여 크게 기여했습니다.
요약하자면, 지원 구조는 FDM 3D 프린팅의 필수 요소로, 인쇄가 불가능한 복잡한 설계를 구현할 수 있게 합니다. 지원 재료 화학, 슬라이싱 알고리즘 및 프린터 하드웨어의 지속적인 발전은 FDM 기술의 능력과 효율성을 확장하여 산업 및 데스크탑 사용자 모두에게 점점 더 접근 가능해지고 있습니다.
지원 생성의 과학
융합 적층 모델링(FDM)은 열가소성 재료를 압출하여 객체를 층별로 구성하는 널리 채택된 적층 제조 기술입니다. FDM에서의 주요 도전 중 하나는 오버행 특징이나 복잡한 형상을 제작하는 것으로, 이를 위해 인쇄 과정에서 변형, 처짐 또는 붕괴를 방지하기 위해 임시 지원 구조가 필요합니다. FDM에서 지원 생성의 과학은 재료 과학, 계산 기하학 및 공정 엔지니어링의 조합으로 구성됩니다.
FDM의 지원 구조는 일반적으로 인쇄된 부품이 수직에서 약 45도 이상의 각도를 초과하는 오버행이 있는 곳에 생성되며, 여기서 압출된 필라멘트는 제대로 부착할 충분한 하부 재료가 부족합니다. 3D 모델을 기계 지침으로 변환하는 슬라이싱 소프트웨어는 부품의 기하학을 분석하고 지원이 필요한 영역을 자동으로 식별합니다. 알고리즘은 일반적으로 안정성과 제거 용이성 모두를 최적화하여 그리드, 나무 또는 선형 패턴으로 지원 비계를 생성합니다.
지원 구조에 사용되는 재료는 모델 재료(단일 압출 시스템)와 동일하거나 이중 압출 시스템에서 서로 다른 물질 성분인 경우가 많습니다. PVA(폴리비닐알콜)나 HIPS(고내충격 폴리스티렌)와 같은 물에 용해되는 지원을 사용하면 복잡한 내부 공동과 복잡한 오버행을 생성할 수 있으며, 이들은 인쇄 후 용해되어 주요 부품에 손상을 주지 않습니다. 이 접근법은 기하학적 자유도가 절대 필요한 연구, 프로토타이핑 및 산업 응용에 특히 유용합니다.
지원 구조의 설계 및 배치는 지원 재료의 기계적 특성, 지원과 모델 간의 접착 및 후처리의 용이성 등 여러 요인의 영향을 받습니다. 고급 슬라이싱 소프트웨어는 사용자가 지원 밀도, 패턴 및 인터페이스 층을 사용자 정의하여 인쇄 신뢰성과 재료 효율성 및 표면 품질의 균형을 이룰 수 있도록 합니다. 예를 들어, 밀도가 높은 지원은 더 큰 안정성을 제공하지만 제거하기 어렵고 더 많은 재료를 소모하며, 희박한 지원은 더 쉽게 분리할 수 있지만 복잡한 기능을 충분히 지지하지 못할 수 있습니다.
FDM 지원 전략의 연구 및 개발은 지속적으로 이루어지고 있으며, 국립표준기술연구소(NIST) 및 ASTM 국제와 같은 기관들은 적층 제조 공정의 표준화 및 최적화에 기여하고 있습니다. 이러한 노력은 지원 생성의 예측 가능성, 반복성 및 효율성을 개선하여 궁극적으로 산업 및 과학 응용을 위한 FDM 기술의 능력을 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다.
FDM 인쇄의 지원 구조 유형
융합 적층 모델링(FDM)은 열가소성 재료를 압출하여 객체를 층별로 구성하는 널리 사용되는 적층 제조 기술입니다. 인쇄 과정에서 오버행, 다리 및 복잡한 기하학은 종종 치수 정확성을 보장하고 변형을 방지하기 위해 임시 지원 구조가 필요합니다. 지원 구조의 설계 및 선택은 인쇄 품질, 재료 효율성 및 후처리 용이성을 위해 매우 중요합니다. FDM 인쇄에 일반적으로 사용되는 여러 유형의 지원 구조가 있으며, 각기 다른 특성과 응용 프로그램이 있습니다.
- 선형/격자 지원: 가장 보편적인 유형인 선형 또는 격자 지원은 오버행 특징에 강력한 기계적 안정성을 제공하는 격자 구조로 구성됩니다. 이러한 지원은 일반적으로 슬라이싱 소프트웨어에 의해 자동으로 생성되며 인쇄 후 쉽게 제거할 수 있습니다. 그들의 규칙적인 구조는 지원 강도와 재료 사용 사이의 균형을 제공합니다.
- 나무 같은 지원: 나무의 가지 구조에서 영감을 받은 이 지원은 제자리에서 자생적으로 성장하여 오버행을 지원하는 데 필요한 곳만 최적의 재료를 사용합니다. 나무 같은 지원은 복잡하거나 유기적인 형태에 특히 유리하며, 재료 소모를 줄이고 인쇄된 파트에 대한 흉터를 최소화합니다. 이 접근 방식은 고급 슬라이싱 소프트웨어에서 일반적으로 발견되며 복잡한 기하학을 가진 모델에 특히 유용합니다.
- 사용자 정의/수동 지원: 일부 고급 사용자는 특정 모델 요구 사항에 맞도록 사용자 정의 지원 설계를 선택합니다. 이 방법은 정확한 배치와 최적화를 가능하게 하여 후처리 노력을 줄이고 표면 마감을 향상시킵니다. 사용자 정의 지원은 부품 품질이 가장 중요한 전문적인 설정 또는 연구에서도 널리 사용됩니다.
- 분리 가능한 지원: 이들은 인쇄 후 수동으로 쉽게 제거될 수 있도록 설계되었습니다. 분리 가능한 지원은 일반적으로 메인 프린트와 같은 재료로 제작되며, 깨끗하게 분리되도록 엔지니어링되어 있습니다. 이들은 프로토타입 및 기능적인 부품에서 널리 사용됩니다.
- 용해 가능한 지원: 내부 공동이나 복잡한 세부 사항이 있는 더 복잡한 인쇄를 위해 폴리비닐알콜(PVA) 또는 고내충격 폴리스티렌(HIPS)과 같은 재료로 만들어진 용해 가능한 지원이 사용됩니다. 이러한 지원은 메인 재료와 함께 인쇄되며 물이나 적절한 용매로 용해되어 이론상으로 불가능한 기하학을 제작할 수 있도록 합니다. 이 기술은 듀얼 압출 FDM 프린터에 의해 지원되며 일반적으로 전문 및 교육 환경에서 사용됩니다.
FDM 인쇄에서 지원 구조의 선택은 모델 복잡성, 재료 호환성, 프린터 기능 및 원하는 표면 마감과 같은 요소에 따라 달라집니다. Stratasys 및 Ultimaker와 같은 적층 제조 분야의 선도적인 기관들은 다양한 응용 프로그램을 위해 사용자들이 지원 전략을 최적화할 수 있도록 돕는 포괄적인 지침 및 소프트웨어 도구를 제공하고 있습니다. FDM 기술이 발전함에 따라 지원 구조 설계의 혁신이 계속해서 인쇄 품질을 향상시키고 재료 낭비를 줄이며 후처리를 간소화하고 있습니다.
효과적인 지원을 위한 재료 선택
재료 선택은 널리 사용되는 적층 제조 기술인 융합 적층 모델링(FDM)의 지원 구조 효과에 중요한 요소입니다. 지원 재료의 선택은 인쇄 품질, 후처리 용이성 및 성공적으로 제작할 수 있는 기하학의 범위에 직접적인 영향을 미칩니다. FDM에서 지원 구조는 오버행, 다리 및 복잡한 기능을 지원하는 임시 비계 역할을 하여 부품의 변형이나 붕괴를 방지합니다.
가장 일반적인 접근 방식은 모델과 지원 모두에 동일한 열가소성 재료, 예를 들어 폴리락틱산(PLA) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)을 사용하는 것입니다. 이 방법은 비용 효율적이고 간단하지만, 지원이 기계적으로 제거되어야 하므로 후처리를 복잡하게 만들 수 있습니다. 지원 재료와 모델 재료의 호환성은 인쇄 중 적절한 접착을 보장하고 이후 깨끗한 분리를 위해 필수적입니다.
이러한 도전 과제를 해결하기 위해 이중 압출 FDM 프린터는 모델 재료와는 다른 전용 지원 재료의 사용을 가능하게 합니다. 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 물에 용해되는 고분자 및 고내충격 폴리스티렌(HIPS)과 같은 알칼리 용해성 물질이 인기 있는 선택입니다. PVA는 PLA와 호환되며 물에 용해되어 기계적 개입 없이 쉽게 제거할 수 있습니다. 한편 HIPS는 일반적으로 ABS와 함께 사용되며 리모닌이라는 온화한 용매로 용해될 수 있습니다. 이러한 용해 가능한 지원은 수동 제거가 비현실적이거나 불가능한 내부 공동 및 복잡한 기하학에 특히 유리합니다.
재료 선택은 지원 및 모델 재료 간의 열적 및 화학적 호환성에 의해서도 영향을 받습니다. 예를 들어, 지원의 인쇄 온도는 변형이나 접착 불량을 방지하기 위해 모델의 인쇄 온도와 일치해야 합니다. 또한, 선택된 지원 재료는 인쇄 부품의 표면 마감에 부정적인 영향을 미치지 않아야 합니다. 일부 고급 FDM 시스템은 특정 모델 폴리머와 최적의 성능을 위해 설계된 독점 지원 재료를 제공하여 인쇄 가능한 기하학의 범위를 더 확장하고 프로세스의 신뢰성을 향상시키고 있습니다.
<FDM 프린터 및 재료의 선도적 제조업체인 Stratasys는 분리형 및 용해 가능 옵션을 포함한 다양한 엔지니어링 열가소성에 맞춘 지원 재료를 개발하였습니다. ASTM International는 또한 산업 전반의 일관성과 품질을 보장하기 위해 적층 제조 재료에 대한 표준 및 지침을 제공합니다.
요약하자면, FDM에서 효과적인 지원 구조 재료 선택은 인쇄 가능성, 제거 용이성, 호환성 및 최종 부품의 원하는 표면 품질 간의 균형입니다. 재료 과학 및 프린터 기술의 발전은 더 복잡하고 고품질의 FDM 출력 옵션을 가능하게 하고 있습니다.
최소 지원 사용을 위한 설계
융합 적층 모델링(FDM)에서 지원 구조는 오버행, 다리 및 복잡한 기하학을 인쇄하기 위해 필수적인 요소로, 이러한 요소들은 아래에 추가 재료 없이 층별로 제작될 수 없습니다. 그러나 과도한 지원 사용은 재료 소비, 인쇄 시간 및 후처리 노력을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 최소 지원 사용을 위한 설계는 효율적인 FDM 인쇄의 중요한 측면입니다.
지원 필요성을 최소화하기 위한 첫 번째 단계는 FDM 기술의 한계를 이해하는 것입니다. 대부분의 FDM 프린터는 오버행이 수직에서 45도까지 신뢰할 수 있게 인쇄할 수 있으며, 이 임계값은 재료, 냉각 및 프린터 교정에 따라 달라질 수 있습니다. 부품을 배치하여 오버행이 이 각도를 초과하지 않도록 하면, 디자이너는 종종 지원의 필요성을 제거할 수 있습니다. 또한, 두 점 간의 수평 간격을 인쇄하는 브리징은 짧은 거리에서 지원 없이 달성할 수 있으며, 특히 최적화된 인쇄 설정과 좋은 브리징 특성을 가진 재료를 사용할 때 더욱 그렇습니다.
또 다른 효과적인 전략은 복잡한 모델을 여러 개의 구성 요소로 나누어 각각 별도로 인쇄하고 인쇄 후 조립하는 것입니다. 이 접근법은 각 부품이 최소한의 오버행 및 지원 요구 사항으로 배치되도록 허용합니다. 경사면 또는 둥근 모서리와 같은 자체 지지 구조를 통합하면 추가 지원 요구 사항이 줄어듭니다. 예를 들어, 90도 오버행을 45도 경사로 교체하면 추가 재료 없이도 기능이 인쇄 가능해집니다.
디자이너는 슬라이싱 소프트웨어에서 제공하는 지원 인터페이스 설정 및 지원 패턴 최적화의 사용도 고려해야 합니다. 지원 밀도, 패턴 유형 및 인터페이스 층과 같은 매개변수를 조정함으로써 인쇄 품질을 유지하면서 지원 재료의 양을 줄일 수 있습니다. 일부 고급 슬라이서들은 전통적인 그리드 지원보다 적은 재료를 사용하고 제거하기 쉬운 나무 같은 형태 또는 유기 지원 구조를 제공합니다.
재료 선택도 역할을 합니다. 일부 FDM 프린터는 이중 압출을 지원하며, PVA 또는 HIPS와 같은 용해 가능한 지원 재료의 사용을 가능하게 합니다. 이는 지원 재료의 양을 줄이지는 않지만, 특히 복잡한 기하학에서 후처리를 상당히 쉽게 합니다. 그러나 최선의 방법은 가능한 한 적은 지원을 요구하는 부품을 설계하는 것으로, 지속 가능성과 효율성을 모두 고려해야 합니다.
와 국제표준화기구(ISO)와 같은 조직들은 FDM에서 지원 구조 최소화를 포함한 적층 제조 설계에 대한 지침 및 표준을 제공합니다. 이러한 표준을 준수하면 부품이 제조 가능하고 FDM 프로세스에 최적화되도록 돕습니다.
자동 대 수동 지원 배치
융합 적층 모델링(FDM)에서 지원 구조는 직접적으로 인쇄 플랫폼에 인쇄할 수 없는 오버행, 다리 및 복잡한 기하학을 제작하는 데 필수적입니다. 이러한 지원의 배치는 사용자가 수동으로 관리할 수도 있고 슬라이싱 소프트웨어가 자동으로 관리할 수도 있으며, 각 접근 방식은 뚜렷한 장점과 도전을 제공합니다.
자동 지원 배치는 대부분의 최신 FDM 슬라이싱 소프트웨어에서 기본 모드입니다. 이 경우 소프트웨어는 3D 모델을 알고리즘 방식으로 분석하고 오버행 각도 및 브리징 거리 등을 기준으로 지원이 필요한 영역을 식별하여 그에 따라 지원 구조를 생성합니다. 이 과정은 매우 효율적이며, 사용자 개입의 필요성을 줄이고 초보자도 성공적인 인쇄를 달성할 수 있도록 보장합니다. 자동 지원 생성은 모든 필요한 지원 영역을 수동으로 식별하는 데 시간이 오래 걸리거나 오류가 발생할 위험이 있는 복잡하거나 유기적인 형태에 특히 유용합니다. UltiMaker 및 Stratasys와 같은 선도적인 FDM 프린터 제조업체 및 소프트웨어 개발자는 플랫폼에 고급 지원 알고리즘을 통합하여 지원 밀도, 패턴 및 인터페이스 층과 같은 사용자 정의 가능한 매개변수를 통해 인쇄 품질과 제거 용이성을 모두 최적화할 수 있습니다.
그러나 자동 지원 배치에도 단점이 있습니다. 알고리즘이 필요 이상으로 많은 지원 재료를 생성할 수 있으며, 이는 재료 소비, 인쇄 시간 및 후처리 노력을 증가시킬 수 있습니다. 경우에 따라 지원은 제거하기 어렵거나 제거 시 소중한 기능을 손상할 위험이 있는 영역에 배치될 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 슬라이싱 도구가 수동 지원 배치 옵션을 제공합니다. 이 접근 방식은 사용자가 지원이 생성되는 위치를 세밀하게 제어할 수 있도록 하여 부품의 기하학 및 의도된 기능에 따라 지원 구조를 추가, 제거 또는 수정할 수 있도록 허용합니다. 수동 배치는 지원 사용을 최소화하고 중요한 표면을 보호하거나 더 쉬운 후처리를 촉진하려는 경험이 많은 사용자가 특히 유용합니다.
자동 지원 배치와 수동 지원 배치 간의 선택은 부품의 복잡성, 사용자의 전문성 및 의도된 응용 프로그램에 따라 달라지는 경우가 많습니다. 빠른 프로토타이핑 또는 표준 기하학 인쇄 시 자동 지원이 일반적으로 충분하고 시간을 절약할 수 있습니다. 기능성 프로토타입, 최종 사용 부품 또는 복잡한 세부 사항이 있는 모델에는 수동 개입이 더 나은 결과를 얻어 손상 및 표면 마감을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. UltiMaker에서 제공하는 일부 고급 슬라이싱 플랫폼은 사용자가 자동 지원을 시작하고 필요에 따라 수동으로 조정할 수 있는 하이브리드 워크플로우를 제공합니다.
궁극적으로 FDM 작업 흐름에서 자동 지원 배치 도구와 수동 지원 배치 도구의 통합은 사용자가 효율성, 재료 사용 및 인쇄 품질의 균형을 맞출 수 있도록 하여 각 프로젝트의 특정 요구 사항에 적응할 수 있게 합니다.
지원 제거 기술 및 후처리
지원 구조는 Fused Deposition Modeling (FDM)에서 오버행, 다리 및 복잡한 기하학을 제작할 수 있도록 하기 위해 필수적입니다. 그러나 인쇄 과정이 완료된 후 이러한 지원은 원하는 최종 부품을 얻기 위해 제거해야 합니다. FDM 지원 구조의 제거 및 후처리에는 각각 고유한 장점과 한계, 최상의 사용 시나리오가 있는 여러 기술이 포함됩니다.
가장 일반적인 지원 제거 기술은 수동 제거입니다. 이 방법은 펜치, 커터 또는 주걱과 같은 도구를 사용하여 인쇄된 부품에서 지원 재료를 물리적으로 분리하는 것입니다. 수동 제거는 간단하고 비용 효율적이며 특히 간단한 기하학 및 부품과 지원 모두에 동일한 재료를 사용하는 경우 유용합니다. 그러나 노동 집약적일 수 있으며, 주의하지 않으면 표면 결함을 남기거나 섬세한 기능을 손상시킬 수 있습니다.
보다 복잡한 인쇄에서 또는 높은 표면 품질이 요구될 때는 용해 가능한 지원이 자주 사용됩니다. 이중 압출 장비를 갖춘 FDM 프린터는 모델을 하나의 재료(예: PLA 또는 ABS)로 인쇄하고 지원을 물용해 가능한 재료인 PVA(폴리비닐알콜) 또는 HIPS(고내충격 폴리스티렌)와 같은 화학용해 가능한 재료로 인쇄할 수 있습니다. 인쇄 후 이 부품은 물이나 적절한 용매에 담가서 지원 재료를 기계적 개입 없이 용해시킬 수 있습니다. 이 기술은 복잡한 내부 공동 및 섬세한 특징에 특히 유리하며, 손상 위험을 최소화하고 표면 품질을 향상시킵니다. UltiMaker 및 Stratasys와 같은 선도적인 FDM 프린터 제조업체는 용해 가능한 지원 응용을 위해 특별히 설계된 시스템과 재료를 제공합니다.
지원 제거 후 후처리 단계가 종종 필요하여 원하는 표면 품질과 치수 정확성을 달성해야 합니다. 이러한 단계에는 지원이 부착된 영역을 매끄럽게 하기 위해 샌딩, 파일링 또는 연마가 포함될 수 있습니다. 경우에 따라 화학적 매끄러움 처리(예: ABS의 아세톤 증기)를 사용하여 표면을 더 정련할 수 있습니다. 또한 용해 가능한 지원을 사용할 경우 잔여 받침 재료나 용매를 제거하기 위해 청소 및 건조가 중요합니다.
지원 제거 및 후처리 기술의 선택은 부품 기하학, 재료 호환성, 요구되는 표면 마감 및 사용 가능한 장비와 같은 요소에 따라 달라집니다. 설계 및 슬라이싱 단계에서 지원 전략을 적절히 계획하고 선택하면 후처리 시간을 현저히 줄이고 FDM 인쇄된 부품의 전체 품질을 향상시킬 수 있습니다. ASTM International과 같은 조직은 적층 제조 후처리에 대한 표준 및 지침을 제공하여 완제품의 일관성과 품질을 보장하는 데 도움을 줍니다.
지원의 표면 마감 및 정확도에 대한 영향
Fused Deposition Modeling (FDM)에서 지원 구조는 오버행, 다리 및 복잡한 기하학을 제작할 수 있게 해주는 필수 요소입니다. 그러나 이러한 지원의 존재와 이후 제거는 최종 부품의 표면 마감 및 치수 정확성에 상당한 영향을 미칩니다.
지원 구조는 일반적으로 메인 부품과 동일한 열가소성 재료로 인쇄되거나, 이중 압출 시스템에서는 전용 용해성 지원 재료로 인쇄됩니다. 지원이 동일한 재료로 인쇄될 때, 이들은 부품과의 접합 면에서 더 거친 표면 마감을 유발하는 경우가 많습니다. 이는 층별 적층 과정 때문에, 지지되는 표면이 가시적인 계층 선, 증가된 표면 거칠기 및 지원 제거 후 물질 잔여물이 발생할 수 있습니다. PVA 또는 HIPS와 같은 용해 가능한 지원을 사용할 때도 용해 과정에서 소량의 표면 결함이 남거나 매끄러운 마감을 위해 후처리가 필요할 수 있습니다.
표면 마감에 대한 영향은 특히 하향 방향의 표면이나 지원과 직접 접촉하는 표면에서 가장 두드러집니다. 이러한 영역은 지원이 부착된 본래 품질에 맞추기 위해 샌딩이나 화학적 매끄러움 처리 등의 추가 후처리를 요구하는 경우가 많습니다. 표면 거칠기에 대한 영향은 지원 밀도, 인터페이스 층 설정 및 프린터의 압출 시스템 정밀도와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다. FDM 기술의 선도적 개발자인 Ultimaker와 Stratasys는 표면 결함을 최소화하기 위해 지원 매개변수를 최적화하고 가능한 경우 용해 가능한 지원을 사용할 것을 권장합니다.
치수 정확성은 지원 구조에도 영향을 받습니다. 물리적 또는 화학적 제거 과정에서 소량의 변형이나 재료 손실이 발생할 수 있으며, 특히 작은 부품이나 섬세한 기능에서 그러합니다. 이는 정밀한 허용오차가 요구되는 공학 응용 프로그램에서 특히 중요합니다. Stratasys에 따르면, 지원 설정의 세심한 조정과 고급 슬라이싱 소프트웨어의 사용이 이러한 문제를 완화할 수 있지만, 어떤 정도의 치수 변화는 종종 피할 수 없습니다.
결론적으로, 지원 구조는 FDM의 설계 가능성을 확장하는 데 필수적이지만, 표면 마감 및 정확성과 관련된 도전 과제를 수반합니다. 지원 재료의 선택, 프린터의 교정 및 후처리 기술이 모두 FDM 인쇄된 부품의 최종 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. Ultimaker와 Stratasys와 같은 조직의 지속적인 지원 재료 화학 및 슬라이싱 알고리즘 혁신은 결과를 개선하고 있지만, 사용자는 FDM용 설계를 할 때 내재된 상충 관계를 인식해야 합니다.
용해 가능 및 분리 가능한 지원의 혁신
융합 적층 모델링(FDM)은 열가소성 필라멘트를 사용하여 객체를 층별로 구성하는 널리 채택된 적층 제조 기술입니다. FDM의 중요한 측면은 오버행 특성 및 복잡한 형태에 대한 임시 비계를 제공하는 지원 구조의 사용입니다. 전통적으로 이러한 지원은 인쇄된 부품과 동일한 재료로 제작되며 수동으로 제거해야 하므로 노동 집약적이며 섬세한 표면을 손상시킬 수 있습니다. 최근 용해 가능 및 분리 가능한 지원 재료의 혁신은 FDM 인쇄의 효율성, 표면 품질 및 설계 자유도를 크게 향상시켰습니다.
용해 가능한 지원은 FDM 기술에서 중요한 발전을 나타냅니다. 이러한 지원은 특정 용매에서 선택적으로 용해될 수 있는 재료로 인쇄되어 주요 부품을 그대로 유지합니다. 일반적인 용해 가능한 재료에는 폴리비닐알콜(PVA) 및 고내충격 폴리스티렌(HIPS)이 포함됩니다. PVA는 물에 용해되므로 PLA와 같은 표준 열가소성과 함께 사용하기에 적합하며 HIPS는 리모닌에서 용해되어 종종 ABS와 함께 사용됩니다. 이중 압출 FDM 프린터를 사용하면 빌드 및 지원 재료의 동시 배치가 가능하여 전통적인 분리 구조로는 깨끗하게 지원할 수 없는 복잡한 내부 공동 및 오버행을 생성할 수 있습니다. 이 기술은 정밀성이 요구되는 엔지니어링 프로토타입, 생물 의학 모델 및 교육 응용에서 특히 귀중합니다. Stratasys 및 Ultimaker와 같은 선도적인 FDM 프린터 제조업체는 이러한 과정을 간소화하기 위해 독점 용해 가능 지원 필라멘트 및 호환 가능한 하드웨어를 개발해 왔습니다.
분리 가능한 지원은 반면 솔벤트가 필요 없이 손쉽게 수동으로 제거할 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 지원은 일반적으로 인쇄물에 대한 접착력이 낮은 재료로 인쇄되어, 인쇄 후 쉽게 깨끗하게 분리될 수 있도록 합니다. 분리 가능한 지원 재료의 혁신은 인쇄 중 강력한 지원과 인쇄 후 쉽게 제거할 수 있는 것 간의 균형을 최적화하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 예를 들어, 일부 제조업체는 지지하는 표면의 흉터를 최소화하고 마감을 개선하기 위해 맞춤형 기계적 특성과 표면 화학을 가진 지원 필라멘트를 엔지니어링하였습니다. 이 접근 방식은 후처리 시간을 최소화해야 하는 빠른 프로토타이핑 및 기능 부품에 특히 유용합니다.
용해 가능 및 분리 가능한 지원의 지속적인 개발은 FDM 기술의 능력을 확장하고 있습니다. 복잡한 기하학을 보다 향상된 표면 품질과 함께 생성하고 후처리를 줄이는 혁신은 항공 우주에서 의료에 이르기까지 다양한 산업에서 FDM의 도입을 추진하는 데 도움을 주고 있습니다. ASTM International와 같은 조직도 재료 및 프로세스의 표준화를 위해 노력하며, 적층 제조 워크플로우에서 고급 지원 전략의 통합을 더 지원하고 있습니다.
FDM 지원 구조의 미래 동향과 도전 과제
융합 적층 모델링(FDM)은 특히 프로토타입 제조 및 기능적인 부품 생산에서 가장 널리 채택된 적층 제조 기술 중 하나가 되었습니다. FDM의 중요한 측면은 오버행 기능에 대한 임시 비계를 제공하여 복잡한 기하학의 제작을 가능하게 하는 지원 구조의 사용입니다. 기술이 성숙함에 따라 FDM 지원 구조 개발 및 응용에서 여러 가지 미래 동향과 도전 과제가 나타나고 있습니다.
하나의 중요한 트렌드는 지원 재료 조성의 발전입니다. 전통적인 FDM 시스템은 종종 부품과 지원 각각에 대해 동일한 열가소성을 사용하는데, 이는 후처리를 복잡하게 만들 수 있습니다. 폴리비닐알콜(PVA) 또는 고내충격 폴리스티렌(HIPS) 기반의 용해 가능한 지원 재료의 도입은 보다 쉬운 제거와 향상된 표면 품질을 가능하게 합니다. 현재 진행 중인 연구는 더 넓은 범위의 빌드 재료와 호환되며 환경 친화적인 새로운 지원 재료 개발에 초점을 맞추고 있습니다. FDM 기술의 선구자인 Stratasys는 이 분야에서 지속적으로 혁신을 이루어내고 있으며, 산업 프린터를 위한 독점 용해 가능한 지지대를 제공합니다.
또한, 지원 생성 소프트웨어 알고리즘의 진화도 중요합니다. 현대의 슬라이싱 소프트웨어는 점점 더 많은 인공지능과 고급 계산 기하학을 활용하여 지원 배치를 최적화하고, 재료 사용을 최소화하며, 인쇄 시간을 줄이는 계약을 합니다. 이러한 알고리즘은 구조적으로 충분한 지원을 생성하면서도 쉽게 제거할 수 있는 방법을 목표로 하며 최종 부품에 흉터를 최소화합니다. UltiMaker와 같은 오픈 소스 커뮤니티 및 FDM 프린터 및 소프트웨어의 주요 제조업체는 이러한 지능형 지원 솔루션 개발의 최전선에 있습니다.
이러한 발전에도 불구하고 여러 가지 도전이 여전히 존재합니다. 특히 복잡한 내부 공동에서 지원 구조의 제거는 노동 집약적이며 섬세한 기능을 손상시킬 위험이 있습니다. 또한, 지원 재료 사용은 FDM 인쇄의 비용 및 환경 발자국을 증가시키며, 특히 재활용할 수 없거나 생분해되지 않는 재료를 사용할 경우 더욱 그러합니다. 최적의 지원 설계 전략은 프린터, 재료 및 부품 기하학에 따라 크게 달라질 수 있기 때문에 개선된 표준 및 지침이 필요합니다.
앞으로 다중 재료 인쇄의 통합, 지원 제거의 자동화 진행 및 재사용 가능하거나 재활용 가능한 지원 재료 개발이 FDM 지원 구조의 미래 경향을 형성할 것입니다. 프린터 제조업체, 재료 과학자 및 ASTM International와 같은 표준 조직 간의 협력이 이러한 문제를 해결하고 적층 제조에서 새로운 가능성을 열어주는 데 필수적입니다.
출처 및 참고문헌
