무지지 금속 3D 프린팅의 현실과 이점
무지지 금속 3D 프린팅의 현실과 이점

2022년 10월 10일 | 읽기 시간: 4 분

지지대가 필요 없는 3D 금속 프린팅은 매력적인 제안입니다. 하지만 실제로 어떤 의미이며 왜 그렇게 매력적인 것일까요? 서포트 프리 프린팅이 무엇인지, 실제로 가능한지, 어떤 이점이 있는지 알아보세요.

무료 지원이란 무엇인가요?

적층 제조(AM)에서 서포트 프리 빌드란 서포트 구조와 완전히 독립적으로 3D 프린팅 부품을 제작하는 방법을 개발하는 것을 말합니다. 서포트는 일반적으로 제작 과정에서 제작 중인 파트의 구조를 보강하고 유지하기 위해 사용됩니다. 이는 제작되는 파트의 크기와 모양에 따라 다양한 이유로 필요합니다.

서포트는 열 응력으로 인한 변형을 방지하고, 용융된 재료에서 열 전달을 촉진하며, 충격이 발생하면 파트의 모양이 변형될 수 있는 리코터 블레이드로부터 성형 부품을 보호하기 위해 전략적으로 배치됩니다. 또한 빌드 프로세스 중에 부품을 빌드 플레이트에 부착하여 안정적으로 유지하는 등 부품에 추가적인 강성을 제공할 수 있습니다. 올바른 모양으로 적층 재료를 쌓기 위해 파우더의 일부를 사용하여 프린팅할 파트의 돌출된 요소를 지탱하는 지지대를 만듭니다. 서포트 프리 프린팅이라는 아이디어는 이러한 서포트를 없애고 프린팅이 완료되는 즉시 부품을 완전히 독립적으로 제작하여 바로 사용할 수 있도록 합니다. 개념적으로 서포트 프리 프린팅은 많은 이점이 있기 때문에 업계에서 계속해서 열망하는 기술입니다. 제작 과정에서 사용되는 재료의 양이 적을 뿐만 아니라 다른 장점도 있습니다. 그렇다면 가장 큰 문제는 서포트 없이 완전히 3D 프린팅하는 것이 물리적으로 가능할까요?
 

서포트가 있는 3D 프린팅의 장단점

서포트는 기본적으로 제작 중인 파트 아래에 작은 돌출형 빌드 플랫폼으로 작동합니다. 이는 빌드에 추가적인 구조를 제공합니다. 경우에 따라 올바른 서포트가 없으면 파트가 완전히 형성되지 않을 수 있습니다. 이는 부품의 돌출된 부분이나 부품을 관통하는 구멍이 필요한 경우 가장 흔하게 발생하며, 이러한 시나리오는 빌드 프로세스 중에 고정할 수 없을 때까지만 진행됩니다. 서포트를 사용하면 베이스가 좁거나 틈이 있는 파트를 제작할 수 있습니다. 일반적으로 빌드 플랫폼에서 45도 미만으로 연장되는 모든 측면에 서포트가 필요한 경향이 있는데, 이는 예각으로 올라가는 모든 부품은 빌드에 서포트를 고려해야 할 수 있음을 의미합니다. AM 프로세스 중에 서포트를 구성하면 더 복잡하고 정교한 파트를 제작하는 데 도움이 되지만, 몇 가지 단점도 있습니다. 이러한 단점은 주로 재료, 프린트 시간 및 후처리와 관련이 있습니다.

단점 #1 - 인쇄 시간

각 서포트는 파트 자체를 레이어별로 제작하는 것과 같은 방식으로 빌드의 각 레이어마다 점진적으로 프린팅해야 합니다. 따라서 프린트 시간이 길어져 효율성이 떨어지고 에너지가 더 많이 사용되므로 빌드 비용에 여러 가지 방식으로 영향을 미칩니다.

단점 #2 - 재료 소비

서포트는 제작되는 나머지 부품과 동일한 방식으로 제작되기 때문에 불필요한 재료가 사용됩니다. 서포트는 후처리 과정에서 최종 제품에서 제거되어 폐기물로 처리되므로 시간과 비용에 영향을 미칩니다.

단점 #3 - 포스트 프로세싱

대부분의 3D 프린팅 부품은 후처리 단계를 거치는데, 이는 부품을 마무리하고 사용하기에 적합하게 만드는 데 필요한 사항에 따라 여러 단계로 구성될 수 있습니다. 여기에는 부품의 공차를 개선하고 표면 거칠기를 줄이기 위한 가공 및 표면 처리, 기계적 특성을 개선하고 제작 과정에서 발생하는 열 응력을 제거하기 위한 열처리가 포함될 수 있습니다. 외부 가루를 제거하기 위해 최종 세척 단계가 필요한 경우가 많습니다. 서포트의 개수나 크기를 줄일 수 있는 경우보다 더 크고 많은 서포트를 사용하여 제작할 경우 더 길고 집중적인 마감 공정이 필요합니다. 이렇게 시간이 많이 소요되는 공정은 수작업이 필요할 뿐만 아니라 추가 비용도 발생합니다. 전문 인력의 노동 시간과 필수 도구는 제품 제조의 수익에 추가됩니다. 또한 일부 서포트에 접근이 불가능하여 제거할 수 없는 경우도 있습니다. 이러한 경우 부품의 기능을 방해하지는 않지만 무게가 증가하여 부품의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 정밀 엔지니어링의 경우 이러한 서포트 없이 프린팅할 수 있다면 향후 부품 사용에 큰 도움이 될 수 있습니다.

지원 없는 빌딩의 이점

서포트가 필요 없는 3D 프린팅으로 전환하면 경제성, 환경성, 시간 측면에서 AM 프로세스를 개선할 수 있습니다. 제작 중에 서포트를 만들 필요가 없다는 것은 파우더 베드에서 녹는 재료의 양이 줄어든다는 것을 의미하며, 이는 AM에 여러 가지 이점을 가져다 줍니다.

제조 속도 향상 비결 #1: 생산 시간 단축

프린터의 레이저가 빌드가 진행됨에 따라 서포트에 레이어를 계속 추가할 필요가 없다면 프린트 시간을 단축할 수 있습니다. 빌드의 각 레이어마다 약간의 시간 절약 효과가 있지만, 전체 빌드 과정에서 부품 생산을 완료하는 데 걸리는 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 이를 대규모 제조에 적용하면 기업은 생산 시간을 훨씬 더 크게 단축할 수 있습니다.

제조 속도 향상 비결 #2: 후처리 리소스 절약 

애초에 서포트가 없으면 후처리 단계에서 서포트를 완전히 제거할 수 없으므로 리드 타임에 상당한 영향을 미칩니다. 후가공에 소요되는 많은 시간이 서포트 제거에 집중됩니다. 서포트는 최종 제품에 부착되어 있기 때문에 제거한 후 나머지 부품 표면과 완벽하게 일치할 때까지 표면을 처리해야 합니다. 이를 위해서는 전문적인 기술과 도구가 필요하므로 기업은 비용과 시간이 많이 듭니다. 극단적인 경우, 빌드 중 1분만 처리해도 리드 타임이 하루가 늘어날 수 있습니다. 서포트가 없는 빌드를 사용하면 이러한 집중적인 후처리 조정이 필요하지 않으므로 부품을 훨씬 더 빠르고 저렴하게 완성할 수 있습니다. 또한 부착된 서포트를 제거할 필요가 없으므로 프린트된 파트의 표면 마감이 즉시 더 균일하고 향상됩니다.

제조 속도 향상 비결 #3: 재료 소비를 줄이고 환경에 미치는 영향 줄이기

지속 가능성과 책임 있는 제조를 염두에 두고 서포트를 사용하지 않거나 크기와 개수를 줄이면 재료 사용량이 줄어든다는 것은 분명합니다. 따라서 재료 낭비가 줄어들고 에너지 소비가 감소하여 3D 프린팅의 재정적 비용과 환경 비용을 모두 절감할 수 있습니다. 또한 초기 프린팅 과정과 부품을 완성하기 위한 후처리 과정의 전체 시간이 단축되어 효율성과 단순성이 향상됩니다.

업계 리더들의 혁신적인 사고 덕분에 이제 45도라는 중요한 각도에 대한 의문과 도전이 제기되고 있습니다. 이제 3D 프린팅 공정의 효율성과 생산된 금속 부품의 품질에 영향을 주지 않으면서 훨씬 낮은 각도로 오버행과 브리지를 프린팅할 수 있는 다양한 소프트웨어와 파라미터 패키지를 사용할 수 있게 되었습니다.

오버행 각도의 한계를 10도까지 끌어올렸음에도 불구하고 서포트 없이 제작할 수 있었던 슈라우드 임펠러 사례 연구를 살펴보세요. 이 프로젝트에서는 내부 서포트를 완전히 제거하여 후처리 절차가 훨씬 덜 복잡해졌습니다. 부품 내부에 어색하게 배치된 서포트는 크기가 크지 않더라도 제거하기가 가장 까다로울 수 있습니다. 이렇게 서포트의 크기와 수를 줄임으로써 임펠러의 전체 생산 비용을 35% 절감할 수 있었습니다. 공정 개발 팀은 이와 같은 맞춤형 전문 프로젝트에서 얻은 결과를 '플러그 앤 플레이' 3D 프린팅 소프트웨어에 사용할 수 있는 표준 공정에 적용했습니다. 즉, 이제 전문 컨설턴트 없이도 각도 제한을 20도까지 표준으로 줄일 수 있습니다.

EOS가 지원 없는 인쇄를 지원하는 방법

당사의 전문 소프트웨어인 EOSPRINT 2는 3D 프린팅 요구 사항을 관리할 수 있는 가장 다재다능한 플랫폼을 제공하도록 설계되었습니다. 적층 제조를 시작하려는 사용자를 위해 일련의 '플러그 앤 플레이' 솔루션이 사전 로드되어 제공됩니다. 이러한 솔루션은 파라미터를 구성하거나 조정할 필요 없이 간편하게 제품을 제작하는 데 필요한 모든 것을 제공합니다. 소프트웨어의 고급 프로그래밍이 대부분의 작업을 처리하므로 쉽게 인쇄할 수 있습니다. 3D 프린팅 경험이 있는 분이라면 EOSPRINT 에서 더 많은 실험과 보정을 할 수 있습니다. 사전 설정된 솔루션을 사용하는 대신 직접 수동으로 설정을 변경할 수 있습니다. 이 기능은 사용 중인 소프트웨어의 품질이 최고 수준이라는 확신을 가지고 적층 제조를 향상시키고자 하는 모든 사람에게 적합합니다. 3D 금속 프린팅 개발을 지원하고 소프트웨어의 기능을 최대한 활용할 수 있도록 온라인 학습 과정을 제공합니다. 이 3D 프린팅 모듈은 금속용 무지원 적층 제조에 대한 포괄적인 개요를 제공하여 비용을 절감하고 시간을 절약하며 프로세스 체인 전반에서 혁신을 추진할 수 있는 전문 지식을 제공합니다.

마지막으로, 결실을 맺고 싶은 특정 프로젝트가 있는 경우, 애디티브 마인즈 팀이 도와드릴 수 있습니다. 소프트웨어 패키지가 제공할 수 있는 것보다 더 높은 수준의 고려와 이해가 필요한 맞춤형 프로젝트의 경우, 이 팀이 가장 적합한 곳입니다. 경험 수준에 관계없이 지원 없는 3D 금속 프린팅을 추구할 수 있도록 도와드립니다.