FDM 3D 프린팅을 위한 부품을 디자인하는 방법
FDM 3D 프린팅용 부품을 디자인하는 방법은 무엇입니까?
FDM 3D 프린팅 프로세스란 무엇입니까?
FDM 3D 프린팅은 재료 압출 기술을 사용하는 적층 제조 공정입니다. FFF(융합 필라멘트 제조)라고도 알려진 FDM은 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 기술입니다.
시중에서 가장 저렴한 3D 프린팅 기술인 FDM(융합 증착 모델링)은 신속하고 저렴한 프로토타입 제작을 위한 탁월한 선택이며 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
모든 제조 방법과 마찬가지로 FDM에는 인쇄할 수 있는 항목에 대한 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 이제 최적의 FDM 인쇄 품질을 위해 디자인을 조정하는 방법을 다룹니다.
FDM 3D 프린팅을 디자인하는 방법은 무엇입니까?
최상의 결과를 얻으려면 FDM 3D 프린팅용 부품을 설계할 때 FDM의 기능과 제약 조건을 염두에 두십시오.
브리징
FDM의 브리징은 프린터가 두 지지점 또는 고정점 사이를 인쇄해야 할 때 발생합니다.
기반으로 할 것이 없기 때문에 인쇄되는 초기 레이어에 대한 지원이 제공되지 않으며 재료가 처지는 경향이 있습니다. 브리지는 물체의 벽이나 속이 빈 부품의 최상층(또는 지붕)에 있는 수평축 구멍에서 가장 자주 발생합니다.
한 가지 해결책은 교량의 거리를 줄이는 것이지만 그 영향은 부품 설계 제약 조건에 따라 달라집니다.
처짐을 방지하는 또 다른 솔루션은 지지대를 포함하는 것입니다. 지원은 브리징 레이어 구축을 위한 임시 플랫폼을 제공합니다. 서포트 재료는 프린트가 완료되면 제거되지만 서포트가 최종 부품에 연결된 표면에 자국이 남거나 손상될 수 있습니다.
주요 설계 고려 사항:FDM의 특성상 브릿지가 5mm 미만이 아닌 이상 서포트 재료의 처짐이나 자국이 어느 정도 항상 존재합니다.
매끄럽고 평평한 표면이 필요한 경우 고급 솔루션은 디자인을 별도의 부품으로 분할하거나 일종의 후처리를 수행하는 것입니다.
수직축 구멍
FDM은 종종 크기가 작은 수직 샤프트 구멍을 인쇄합니다. 이러한 구멍의 인쇄 과정과 직경이 감소하는 이유는 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
노즐이 수직축 구멍의 둘레를 인쇄하면서 새로 인쇄된 레이어를 기존 빌드 레이어 위로 압축하여 접착력을 향상시킵니다.
노즐의 압축력은 압출된 원형 층의 모양을 둥근 모양에서 더 넓고 평평한 모양으로 변형시킵니다.
이렇게 하면 이전에 인쇄된 레이어와의 접촉 면적이 증가하여 접착력이 향상되지만 압출 섹션이 넓어집니다.
이로 인해 인쇄된 조리개가 더 작아집니다. 이러한 감소는 특히 구멍 직경과 노즐 직경의 비율로 인해 효과가 더 큰 작은 직경의 구멍을 인쇄할 때 문제가 될 수 있습니다.
언더사이즈의 양은 프린터, 슬라이싱 소프트웨어, 구멍 크기 및 재료에 따라 다릅니다.
수직축 구멍의 직경 감소는 슬라이싱 프로그램에서 종종 고려되지만 정확도는 다를 수 있습니다. 원하는 정확도를 얻으려면 여러 번의 테스트 인쇄가 필요할 수 있습니다. 높은 수준의 정확도가 필요한 경우 인쇄 후 구멍을 뚫어야 할 수도 있습니다.
주요 설계 고려 사항: 수직축 구멍의 직경이 중요한 경우 작은 크기로 인쇄한 다음 구멍을 올바른 직경으로 뚫는 것이 좋습니다.
위에 걸리다
오버행 문제는 가장 일반적인 FDM 인쇄 품질 문제 중 하나입니다. 드레이프는 인쇄물의 레이어가 아래 레이어에 의해 부분적으로만 지지될 때 발생합니다. 브리징과 마찬가지로 빌드 레이어 아래 표면에서 제공되는 지지가 충분하지 않으면 레이어 접착력이 저하되거나 부풀어 오르거나 컬링될 수 있습니다.
재료에 따라 일반적으로 품질 저하 없이 최대 45°의 오버행을 인쇄할 수 있습니다. 45°에서는 새로 인쇄된 레이어가 이전 레이어의 50%를 지원합니다. 이렇게 하면 구축하기에 충분한 지지력과 접착력이 생성됩니다.
45° 이상에서는 새로 인쇄된 레이어가 아래쪽으로 부풀어오르지 않고 노즐에서 멀어지지 않도록 지지대가 필요합니다.
돌출부를 인쇄할 때 발생하는 또 다른 문제는 말림입니다. 새로 인쇄된 레이어는 돌출된 가장자리에서 점점 더 얇아집니다. 이로 인해 냉각이 고르지 않아 위쪽으로 변형됩니다.
주요 설계 고려 사항: 45° 이상의 벽 각도에 대한 지지대를 사용하면 돌출부의 한계를 극복할 수 있습니다. 지지가 필요한 더 큰 오버행의 경우 후처리를 하지 않으면 최종 표면에 표시가 나타납니다.
코너
FDM 인쇄 노즐은 둥글기 때문에 모서리와 가장자리의 반경은 노즐 크기와 같습니다. 이는 피처가 완벽하게 정사각형이 될 수 없음을 의미합니다.
인쇄의 첫 번째 레이어는 날카로운 모서리와 모서리에 특히 중요합니다. 수직 구멍에 대해 위에서 설명한 것처럼 각 인쇄된 레이어에 대해 노즐은 접착력을 향상시키기 위해 인쇄물을 아래쪽으로 압축합니다. 초기 인쇄 레이어의 경우 이는 종종 플레어라고 불리는 플레어를 생성합니다."코끼리 발."
플레어는 지정된 치수 이상으로 돌출되어 FDM 부품을 조립하는 기능에 영향을 미칩니다.
첫 번째 레이어를 FDM으로 인쇄할 때 발생하는 또 다른 일반적인 문제는 뒤틀림입니다. PLA에 비해 ABS는 인쇄 온도가 높기 때문에 휘어지기 쉽습니다. 맨 아래 레이어는 인쇄할 첫 번째 레이어입니다. 다른 열 레이어가 위에 인쇄되면서 냉각됩니다. 이로 인해 냉각이 고르지 않게 되고 베이스 레이어가 수축하면서 빌드 플레이트에서 말려 나올 수 있습니다.
빌드 플레이트와 접촉하는 부품의 가장자리를 따라 모따기 또는 반경을 추가하면 이러한 문제의 영향을 줄일 수 있습니다. 또한 인쇄가 완료된 후 빌드 플레이트에서 구성 요소를 쉽게 제거할 수 있습니다.
주요 설계 고려 사항: 어셈블리 또는 전체 치수가 FDM 부품의 기능에 중요한 경우 빌드 플랫폼 플레이트와 접촉하는 모든 가장자리에 45° 모따기 또는 반경을 포함합니다.
수직 핀
수직 핀은 부품을 조립하거나 정렬해야 할 때 FDM을 사용하여 인쇄되는 경우가 많습니다. FDM이 정확하게 프린팅할 수 있는 수직 핀의 크기를 아는 것이 중요합니다. 이러한 기능은 종종 유용하기 때문입니다.
큰 다웰(직경 5mm 이상)에는 둘레와 패딩이 인쇄되어 인쇄물의 나머지 부분과 강력한 연결을 제공합니다.
더 작은 직경의 다웰(직경 5mm 미만)은 채우기 없이 주변 인쇄로만 구성될 수 있습니다. 이로 인해 인쇄물의 나머지 부분과 핀 사이에 불연속성이 발생하여 연결이 약해져 쉽게 끊어질 수 있습니다. 최악의 경우 새로 인쇄된 레이어가 접착될 인쇄 재료가 충분하지 않아 작은 핀으로 전혀 인쇄되지 않을 수 있습니다.
적절한 프린터 보정(최적의 레이어 높이, 인쇄 속도, 노즐 온도 등 포함)은 종종 핀 오류 가능성을 줄여줍니다. 핀 베이스에 반경을 추가하면 해당 지점의 응력 집중이 제거되고 강도가 증가합니다. 직경이 5mm 미만인 중요한 핀의 경우 인쇄된 구멍에 삽입되는 기성 핀이 가장 좋은 솔루션일 수 있습니다.
주요 설계 고려 사항: 디자인에 직경 5mm보다 작은 핀이 포함된 경우 핀 바닥에 작은 필렛을 추가합니다. 기능이 중요한 경우 디자인의 핀 위치에 구멍을 포함하고 구멍을 올바른 크기로 뚫은 다음 기성 핀을 삽입하는 것이 좋습니다.
고급 FDM 설계를 위한 팁
FDM으로 인쇄할 때 필요한 지원 양을 줄이는 방법, 부품 방향 및 부품이 빌드 플랫폼에서 제작되는 방향을 고려하십시오.
모델 분할
모델을 분할하면 복잡성이 줄어들어 비용과 시간이 절약되는 경우가 많습니다. 많은 양의 지지가 필요한 돌출부는 복잡한 모양을 개별적으로 인쇄되는 섹션으로 분할하여 제거할 수 있습니다. 원하는 경우 인쇄가 완료된 후 섹션을 서로 붙일 수 있습니다.
구멍 방향
구멍 지원을 방지하는 가장 좋은 방법은 인쇄 방향을 변경하는 것입니다. 수평축 구멍에서 서포트를 제거하는 것은 종종 어려울 수 있지만 빌드 방향을 90° 회전하면 서포트가 필요하지 않습니다. 서로 다른 방향에 여러 개의 구멍이 있는 구성요소의 경우 막힌 구멍의 우선순위를 정하고 그 다음으로 직경이 가장 작은 구멍부터 가장 큰 구멍, 구멍 크기의 중요성 순으로 지정합니다.
빌드 방향
FDM 프린팅의 이방성 특성으로 인해 부품의 적용과 제작 방법을 이해하는 것이 디자인 성공에 매우 중요합니다. FDM 구성 요소는 레이어 방향으로 인해 본질적으로 한 방향으로 더 약합니다.
FDM 3D 프린팅 모범 사례
브릿지가 5mm를 초과하는 경우 서포트 재료가 처지거나 표시가 생길 수 있습니다. 디자인을 분할하거나 후처리하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.
중요한 수직 구멍 직경의 경우 정확도를 높이기 위해 인쇄 후 구멍을 뚫습니다.
지지대를 추가하면 FDM 프린터가 45°보다 큰 벽 각도를 인쇄할 수 있습니다.
빌드 플레이트와 접촉하는 FDM 부품의 모든 가장자리에 45°도 모따기 또는 반경을 포함합니다.
작은 수직 핀이 있는 애플리케이션의 경우 바닥에 작은 필렛을 추가하거나 기성 핀을 인쇄된 구멍에 삽입하는 것을 고려하십시오.
모델 분할, 구멍 방향 조정, 제작 방향 지정 등은 모두 비용을 절감하고 인쇄 프로세스 속도를 높이며 디자인 강도와 인쇄 품질을 높일 수 있는 요소입니다.
