FDM 3D 프린팅: 알아야 할 모든 것

FDM 3D 프린팅의 기본에 대해 알아보고 싶으신가요? 이 기사에서는 FDM 기술의 기본 원리를 살펴보고, 왜 그것이 신속한 프로토타입 제작에 실행 가능하고 비용 효율적인 옵션인지 설명합니다. 3D 프린팅 옵션을 살펴볼 때 정보에 입각한 결정을 내리기 위해 최신 3차원 프린팅 기술에 대한 통찰력을 얻으려면 계속 읽어보세요.

차례
성장하는 FDM 3D 프린팅 시장
FDM 3D 프린팅 기술에 대한 종합적인 이해
FDM 3D 프린팅 방식의 장단점
FDM 3D 프린팅의 응용 분야

성장하는 FDM 3D 프린팅 시장

글로벌 3D 프린팅 시장 규모는 XNUMX억 XNUMX천만 달러에 달한다.13.84 2021년에는 20.8억 달러에 달할 것으로 예상되며 2020년부터 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 3%로 성장할 것으로 예상됩니다. 이 시장은 XNUMXD 프린팅에 대한 R&D에 대한 상당한 투자와 자동차, 의료, 방위 산업에서 프로토타입 애플리케이션에 대한 수요 증가로 인해 성장했습니다.

FDM 3D 프린팅은 최근 몇 년 동안 더 낮은 비용으로 높은 성능을 제공하기 때문에 인기를 얻었으며, 기업은 툴링 공정에서 최대 50%를 절감할 수 있습니다. 다른 이점으로는 빠른 프로토타입 제작, 주문형 인쇄, 설계 유연성, 최소한의 낭비 등이 있습니다.

기본 사항에 대해 알아보려면 계속 읽어보세요. FDM 3D 기술, 그 특성 및 다른 인쇄 방법과 비교했을 때의 장점.

FDM 3D 프린팅 기술에 대한 종합적인 이해

3D 프린팅에 사용되는 FDM 기술이란?

FDM(Fused Deposition Modeling)은 노즐을 통해 재료를 압출하고 이를 융합하여 3차원 물체를 생산하는 적층 제조 기술입니다. 콘크리트 및 식품 XNUMXD 프린팅과 비교할 때 표준 FDM 공정은 다른 재료 압출 기술과 다릅니다. 이는 일반적으로 필라멘트 또는 펠릿 형태의 열가소성 플라스틱을 원료로 사용합니다.

일반적으로 FDM 3D 인쇄기 가열된 노즐을 통해 폴리머 기반 필라멘트를 밀어 재료를 녹입니다. 그런 다음 재료가 2D 레이어로 빌드 플랫폼에 증착됩니다. 이러한 레이어는 결국 융합되어 3D 부품을 형성합니다.

전반적으로 FDM 프린터는 3D 프린팅을 위한 가장 빠른 방법이며 접근성이 좋고 효율적입니다. 이러한 프린터는 수지 3D 프린터보다 사용하기 쉽고 SLS와 같은 파우더 기반 프린터보다 저렴하기 때문에 3D 프린팅 시장을 지배합니다. 

FDM 기술은 언제 도입되었나요?

FDM은 현재 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 기술이지만, 만들어진 최초의 3D 기술은 아니었습니다. 입체석판 인쇄(SLA)와 선택적 레이저 소결(SLS)에 대한 특허가 출원된 지 몇 년 후, 스콧 크럼프가 1989년에 최초의 FDM 특허를 제출했습니다.

FDM 기술은 주로 자체 복제 장치를 만드는 데 관심이 있는 University of Bath의 학자들과 같은 비상업적 사용자들에게만 인기가 있었습니다. 그러나 FDM 특허는 2009년에 만료되었고, 이 기술을 개척한 사람들은 3D 프린터를 상용화하기 위해 MakerBot Industries를 설립했습니다. 프린터.

FDM 3D 프린팅은 어떻게 작동하나요?

An FDM 3D 프린터는 녹은 필라멘트 재료를 빌드 플랫폼 위에 한 겹씩 쌓아 올려 완전한 부품이 될 때까지 물체를 만듭니다. 기계에 업로드된 디지털 디자인 파일을 사용하여 물리적 치수를 얻습니다. 이러한 프린터는 PLA, ABS, PEI, PETG와 같은 폴리머를 사용하며, 이는 가열된 노즐을 통해 실로 전송됩니다.

열가소성 필라멘트 스풀을 프린터에 로드하여 프린터를 시작합니다. 노즐이 원하는 온도에 도달하면 필라멘트가 압출 헤드와 노즐을 통과합니다. 

이 압출 헤드는 3축 시스템에 연결되어 있으며 X, Y, Z축을 따라 움직일 수 있습니다. 그런 다음 기계는 녹은 재료를 얇은 스탠드에 압출하여 미리 정해진 디자인에 층층이 쌓습니다. 결국 재료는 냉각되고 응고됩니다. 

프로젝트를 완성하려면 여러 번 통과해야 합니다. 빌드 플랫폼이 내려오고 프린터는 이전 레이어를 완성한 후 다음 레이어 작업을 시작합니다. 일부 기계에서는 압출 헤드가 위아래로 움직여 조각이 완성됩니다.

FDM 3D 프린팅의 특징은 무엇입니까?

FDM 3D 프린터 브랜드와 모델에 따라 부품 품질과 압출 시스템이 다르지만, 몇 가지 특징은 모든 FDM 프린터에서 일관되게 적용됩니다. 

1. 빌드 속도 및 온도

거의 모든 FDM 시스템은 사용자가 필요에 따라 온도, 빌드 속도, 냉각 팬 속도 및 레이어 높이를 변경할 수 있도록 합니다. 이는 일반적으로 인쇄 서비스 제공업체가 결정하며 재료에 따라 다릅니다.

2. 볼륨을 구축하세요

빌드 볼륨은 프린터가 만들 수 있는 부품의 크기를 말합니다. DIY 3D 프린터는 일반적으로 빌드 볼륨이 200 x 200mm인 반면 산업용 기계는 빌드 볼륨이 1000 x 1000 x 1000mm일 수 있습니다. 사용자는 구매하기 전에 프린터의 빌드 볼륨과 제안된 디자인을 고려해야 합니다. 그러나 대형 모델은 더 작은 청크로도 인쇄할 수 있습니다. 

3. 층 접착력

FDM 프린팅에서는 부품의 증착된 층 사이의 긴밀한 접착이 필수적입니다. 이전에 인쇄된 층은 프린터가 노즐을 통해 압출하는 용융 열가소성 수지와 융합됩니다. 이 층은 높은 압력과 온도에서 다시 용융되어 이전 층과 결합할 수 있습니다.

또한, 용융된 재료의 모양은 이전에 인쇄된 층에 압력을 가하면서 타원으로 바뀝니다. 어떤 층 높이를 사용하든 FDM 부품은 항상 물결 모양의 표면을 가지며, 나사산이나 작은 구멍과 같은 작은 특징은 후처리가 필요할 수 있습니다.

4. 레이어 높이

FDM 기계에서 층 높이는 0.02mm에서 0.4mm 사이가 될 수 있습니다. 더 매끄러운 부품이 생산되고, 곡선 지오메트리는 더 낮은 층 높이로 정확하게 캡처됩니다. 반면에, 더 높은 층 높이로 부품을 인쇄하는 것은 더 빠르고 저렴합니다. 0.2mm의 층 높이는 일반적으로 시간, 비용, 품질 간의 좋은 균형입니다.

5. 충전재 및 셸 두께

FDM 프린터는 일반적으로 인쇄 시간을 단축하고 재료를 낭비하기 위해 솔리드 파트를 생산하지 않습니다. 대신 프린터는 내부를 채우기 전에 쉘의 바깥쪽 둘레를 여러 번 추적합니다. 이를 인필이라고 하며 내부 저밀도 구조입니다.

인쇄된 부품의 강도는 충전재와 셸 두께에 따라 결정됩니다. 대부분의 데스크탑 FDM 프린터는 기본 충전 밀도가 20%이고 셸 두께가 1mm입니다. 이는 빠른 인쇄를 위한 강도와 속도의 완벽한 균형을 이룹니다.

6. 뒤틀림

뒤틀림은 가장 흔한 FDM 결함 중 하나입니다. 압출된 재료가 응고되면 크기가 줄어듭니다. 게다가 인쇄된 부품의 다른 섹션은 다양한 속도로 냉각되고 치수도 다른 속도로 변경됩니다. 이 차등 냉각으로 인해 내부 응력이 축적되어 기본 레이어가 위로 이동하여 뒤틀립니다.

그러나 뒤틀림을 방지하는 다양한 방법이 있습니다. 한 가지 접근 방식은 시스템, 특히 빌드 플랫폼과 챔버의 온도를 면밀히 모니터링하는 것입니다. 두 번째 단계는 빌드 플랫폼과 부품 간의 접착력을 개선하는 것입니다.

FDM 3D 프린팅 방식의 장단점

장점

퍼포먼스

• 수지 3D 프린터와 같은 다른 방법과 달리 FDM은 프린터 각 갠트리의 이동만이 제한될 뿐, 손쉽게 원하는 크기로 확장할 수 있습니다. 
• 인쇄 재료에 관해서라면 FDM 필라멘트는 저렴하며, 특히 SLS나 레진 인쇄 등 다른 방식에 필요한 재료와 비교하면 더욱 그렇습니다.
• 경쟁사에 비해 FDM 프린터는 더 유연합니다. 몇 가지 개선 및 수정만으로도 다양한 열가소성 소재를 인쇄할 수 있는데, 이는 소재가 수지 또는 미세한 분말이어야 하는 다른 방법으로는 불가능합니다.

인쇄 품질

• FDM 프린터는 유연하며 다양한 FDM 소재를 수용할 수 있습니다. 필라멘트 유형을 변경하기만 하면 다양한 속성과 모양의 부품을 만들 수 있습니다.
• 인쇄 품질은 외관뿐만 아니라 기계적 성능도 의미합니다. 깨지기 쉬운 레진 3D 프린트와 비교했을 때, FDM은 견고하고 내구성 있는 부품을 생산합니다.
• FDM 프린터는 속도와 민첩성을 위해 인쇄 품질을 희생할 수도 있어, 심미적으로 만족스럽고 기능적인 부품을 모두 만드는 데 이상적인 도구입니다.

단점

• FDM 3D 프린팅은 소형 부품 생산에 가장 적합하지만, 완제품의 표면이 거칠 수 있으므로 더 매끈한 마감을 위해 후처리가 필요합니다.
• FDM 프린터는 필라멘트를 층층이 쌓아 올리기 때문에 파손이 발생하기 쉽고, 이로 인해 인쇄물이 이방성이 됩니다.
• FDM 인쇄에는 지지 구조를 사용해야 하므로 비용이 증가할 수 있습니다.

FDM 3D 프린팅의 응용 분야

건축 모델링: 3D 프린터는 기존 방식보다 빠르고 비교적 저렴하기 때문에 건축 모델을 만드는 데 널리 사용됩니다. 필라멘트 한 롤로 XNUMX~XNUMX개의 모델을 생산할 수 있어 비용이 절감됩니다. 

자동차 제조: 3D 프린팅은 일반적으로 자동차의 내부 구조를 설계하는 데 사용됩니다. 사용자는 3D 소프트웨어를 사용하여 자동차 제조를 위한 정확한 치수를 만들 수 있습니다.

수술 모델다음 FDM 3D 기술은 의사들이 환자의 복제품인 장기를 제공함으로써 수술을 더 잘 계획할 수 있게 해주었습니다. 이들은 정밀한 구조를 가지고 있으며, 단단하거나 속이 비어 있을 수 있으며, 몇 시간 안에 인쇄할 수 있습니다.