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3D 프로토타입 제작: 3D 프로토타입 프린팅 개요

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하이탑 / 블로그 / <a href="https://hitopindustrial.com/ko/3d-프로토타입-프린팅/" title="3D 프로토타입 제작: 3D 프로토타입 프린팅 개요">3D 프로토타입 제작: 3D 프로토타입 프린팅 개요

수제 모델의 시대는 지났습니다. 오늘날 잠재적 투자자, 고객 또는 관리자의 마음을 사로잡고 싶다면 제품의 실행 가능성과 기능을 보여줄 수 있는 유형의 프로토타입이나 모델이 필요합니다. 이는 다음을 사용하여 충족될 수 있습니다. 3D 프린팅 프로토타입 개발을 위해. 3D 프로토타입보다 제품의 표현 가치와 매력을 능가할 수 있는 것은 없습니다. 만들기 쉽고 가격도 저렴하며 다양한 장점이 있습니다. 

다음은 귀하를 위한 제조 기술의 개요입니다. 

3D 프로토타입 프린팅이란 무엇입니까?

3D 프로토타이핑 또는 첨가제 제조 프로토타이핑과 혁신을 위한 강력한 도구입니다. 이 프로세스는 3차원 개체의 물리적 모델을 만드는 데 도움이 되며 제품 디자인, 엔지니어링 및 기타 응용 프로그램을 위한 프로토타입을 만드는 데 널리 사용됩니다.

전통적인 방법(절삭 가공)과 같이 재료를 제거하는 대신 재료(재료, 플라스틱 등)의 레이어가 추가됩니다. 이는 여러 가지 이유로 인기를 얻습니다.

  • 복잡한 형상 생성: 전통적인 방법은 복잡한 모양이나 내부 기능으로 인해 어려움을 겪는 반면, 적층 제조는 층별로 쉽게 제작할 수 있습니다.
  • 유연성과 반복: 디자인을 수정해야 합니까? 디지털 파일을 수정하고 새 버전을 인쇄하기만 하면 됩니다. 이 빠른 반복 주기는 대량 생산에 착수하기 전에 프로토타입을 빠르게 테스트하고 개선하는 데 적합합니다.
  • 폐기물 및 자재 사용량 감소: 스크랩 재료를 생성하는 절삭 방식과 달리 적층 가공은 최종 개체에 필요한 재료만 사용합니다. 이는 보다 효율적이고 환경친화적일 수 있습니다.

프로토타입 제작을 위한 3D 프린터 유형

시중에는 프로토타입 개발을 처리하기 위해 특별히 설계된 다양한 프린터가 있습니다. 그 중 일부는 다음과 같습니다. 

FDM(융합 증착 모델링)

적층 제조 공정을 묘사하는 노란색 필라멘트로 융합 증착 모델링을 실행하는 3D 프린터

이 기술의 또 다른 용어는 FFF(융합 필라멘트 제조)입니다. 융합 증착 모델링은 간단한 부품의 빠르고 저렴한 프로토타입 제작 외에도 기본적인 개념 증명 모델에 작동하는 프로세스입니다. 다른 방법에 비해 정확도와 분해능이 더 높습니다. 그러나 복잡한 디자인의 경우에는 피해야 합니다. 

FDM 3D 프린팅용 재료: ABS, PLA, PETG, 나일론, TPU, PVA, HIPS 및 복합재(탄소 섬유, 케블라, 유리 섬유). 

장점단점
매우 저렴한 가격낮은 해상도
만들기 쉬운퀄리티가 너무 높진 않아요
오염 걱정은 NO구조적 완전성은 높지 않습니다.
다양한 필라멘트 소재를 사용제한된 색상 옵션

SLS(선택적 레이저 소결)

CAD 설계를 CAM 및 레이저 제작으로 전환하는 선택적 레이저 소결 공정 예시

SLS(레이저 분말층 융합)는 레이저의 도움으로 분말 폴리머를 층으로 녹입니다. 엔진과 기계의 실제 테스트에 사용할 수 있는 기능적 프로토타입을 만들 수 있습니다. 신속한 프로토타이핑에서는 품질이 타의 추종을 불허합니다. 예를 들어, 탄소 섬유로 채워진 나일론은 불리한 기후 조건에도 견딜 수 있도록 세부 사항까지 세심한 주의를 기울여 제작되었습니다.  

선택적 레이저 소결용 재료: 표준 수지, 투명 수지, 드래프트 수지, 견고하고 내구성 있는 수지, 경질 수지, 폴리우레탄 수지, 고온 수지, 유연하고 탄성이 있는 수지, 실리콘 40A 수지, 의료 및 치과용 수지, ESD 수지, 난연성(FR) 수지, 알루미나 4N 수지 및 쥬얼리 수지. 

장점단점
대량의 부품을 빠르게 프린팅생산 후 수축으로 인한 변형
생성된 부품은 매우 유연하고 정확합니다.표면의 매끄러움이 부족함
지원 구조가 필요하지 않습니다.분말 사용으로 인한 호흡기 문제

SLA(스테레오리소그래피)

층별로 3D 부품을 생성하기 위한 레이저 경화 액체 포토폴리머를 갖춘 광조형 장치 다이어그램

광중합 기술은 UV 광원을 사용하여 감광성 수지를 굳히고 모델이 준비될 때까지 복잡한 프로토타입을 층별로 제작합니다. 고해상도 3D 프로토타입에만 적용할 수 있습니다. 기계 부품, 건축 모형, 보석 디자인 및 기타 소비자 제품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

스테레오리소그래피용 재료: 나일론 12, 나일론 11, 나일론 복합재, 폴리프로필렌, TPU. 

장점단점
높은 표면 마감으로 매끄러운 표면환경 친화적이지 않음
내부 및 외부 형상을 모두 정확하게 인쇄합니다.큰 인쇄물을 인쇄할 수 없습니다.
짧은 인쇄 시간인쇄할 때마다 경화가 필요함 

2광자 중합(TPP)

펨토초 레이저와 정밀 XYZ 포지셔닝 스테이지를 사용한 2광자 중합 설정의 개략도.

마이크로 프린팅 기술인 TPP는 0.1 마이크론보다 작은 부품을 프린팅할 수 있습니다. 감광성 수지와 특수 수지를 겨냥한 펄스 펨토초 레이저를 사용합니다. 이 레이저는 액체의 작은 조각을 고체 조각으로 변환하여 층별로 3D 물체를 만듭니다. 이를 통해 나노미터 디테일로 몇 밀리미터 크기의 상세한 개체를 만들 수 있습니다.

TPP는 마이크로 크기 전극 및 광학 센서와 같은 작은 부품의 의료 응용, 연구 및 제조에 적용됩니다.

2광자 중합용 재료: 액상 고분자 수지

장점단점
비교할 수 없는 해상도느린 인쇄 속도
직접 3D 제작. 지원 구조가 필요하지 않습니다.값비싼 장비
소재의 다양성제한된 재료 선택
최소한의 열 영향제한된 빌드 볼륨

디지털 조명 처리(DLP)

관련 전자 장비와 함께 제어실에 설치된 디지털 조명 처리(DLP) 프로젝터

DLP 3D 프린팅에서는 디지털 라이트 프로젝터를 활용하여 각 레이어의 이미지를 보여줍니다. 이는 수지층에서 발생합니다. DLP는 부품 수에 관계없이 일관된 시간을 제공하므로 단일 배치로 더 큰 부품이나 여러 부품을 생산하는 데 일반적으로 선택됩니다. 

디지털 조명 처리는 정적 디스플레이, 대화형 디스플레이는 물론 보안, 의료 및 산업 용도에도 적용할 수 있습니다.

디지털 광처리용 소재: 열가소성 수지, 금속, 자외선 경화형 수지

장점단점 
높은 정확성과 디테일제한된 빌드 볼륨
빠른 인쇄 속도복셀화 유발
다양한 재료수지 엉망
상대적으로 저렴한복셀레이션 유발

액정 디스플레이(LCD)

순차적 레이어 투영 및 높이 단계를 사용한 LCD 기반 3D 프린팅 프로세스 그림

이는 디지털 라이트 프로세싱(DLP)과 거의 유사합니다. 그러나 차이점은 전자에 LCD를 사용한다는 점이다. 또한, 가격이 비싼 이유도 있습니다. DLP와 마찬가지로 LCD 화면에는 작은 정사각형 점으로 구성된 디지털 사진이 표시됩니다. 화면에 나타나는 점의 크기에 따라 인쇄의 정교함이 결정됩니다. 

액정 디스플레이용 재료: 복합 재료

장점 단점
높은 디테일과 해상도제한된 빌드 볼륨
더 빠른 인쇄 속도깨지기 쉬운 인쇄물
매끄러운 표면 마감레진이 혼재되어 있어 환기가 필요합니다.
광범위한 재료 다양성더 높은 비용

금속 3D 프린팅

금속제품의 경우 금속시제품이 필요합니다. 폴리머 대안은 금속 3D 프린팅 기술보다 저렴하다는 점을 기억하십시오. 3D 프린팅을 선택하는 것이 더 나은 선택입니다. CNC 밀링 스테인레스 스틸 또는 사출 성형 폐기물을 남기지 않고 프로토타입을 만들기 때문입니다.  

금속 3D 프린팅의 종류

금속 FDM: 기존 FDM 프린터와 마찬가지로 금속으로 채워진 필라멘트를 압착하고 결합 층을 용광로에서 벗겨 부품을 제작합니다.  

SLM(선택적 레이저 용융) 및 DMLS(직접 금속 레이저 소결): 폴리머에서 한 단계 더 발전한 SLM 및 DMLS 기술은 레이저의 힘을 활용하여 금속 분말을 세심하게 융합하여 복잡한 층층이 생성물을 만듭니다. 이 제품은 항공우주, 자동차, 의료 분야의 여러 응용 분야에 적합합니다.

금속 3D 프린팅용 재료: 티타늄, 스테인리스강, 알루미늄, 공구강, 니켈 합금.

장점단점
매우 복잡한 형상 및 내부 기능 생성 가능고비용
신속한 프로토 타입종종 광범위한 후처리가 필요함
재료 낭비 감소정확도와 표면 조도가 원하는 대로 되지 않음
경량 부품 생산재료 선택을 제한합니다.

용도 

3D 프린팅을 사용하면 과거의 딱딱한 틀과 형태에서 벗어날 수 있습니다. 복잡한 곡선, 복잡한 격자, 속이 빈 구조도 문제가 되지 않습니다.

3D 프린팅용 재료 유형

3D 프린팅에는 혁신적이고 미래 지향적인 프로토타입을 만들기 위해 일부 원자재가 필요합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

플라스틱

3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 하나는 플라스틱입니다. 널리 사용되는 이유는 어린이용 장난감, 정교한 가정용 비품 등 다양한 산업 분야의 프로토타입을 제작할 수 있기 때문입니다. 예로는 액션 피규어, 기구, 꽃병 등이 있습니다. 

플라스틱 – 원료는 투명하거나 색상이 있거나 스풀로 사용할 수 있습니다. 원하는 질감에 따라 무광택 또는 광택 플라스틱을 구입할 수 있습니다. 더욱이, 그들은 비용 효율적이며 주머니에 구멍을 파지 않을 것입니다. 

FDM 프린터는 주로 플라스틱 제품을 만드는 데 사용됩니다. 3D 프린팅된 모든 플라스틱은 평평한 코스터부터 복잡한 기어, 부드러운 곡선, 질감이 있는 풍경까지 상상할 수 있는 모든 형태로 변형될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 몇 가지 유형의 플라스틱은 다음과 같습니다.

폴리유산(PLA): 친환경 옵션 – 사탕수수, 옥수수 전분과 같은 천연 제품에서 추출됩니다. 부드러운 형태와 단단한 형태로 모두 제공됩니다. 후자는 더 강하므로 다양한 산업 제품에 적합합니다.

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS): 다른 이름, 레고 플라스틱, 이것은 3D 프린터를 위한 선택입니다. 이는 매우 강하고 구부러지는 재료를 만드는 데 도움이 되는 파스타 같은 필라멘트로 구성됩니다. 끝없는 물건을 만들거나 어떤 표면에도 재미있는 디자인을 붙이는 데 이상적입니다. 취미로 인쇄하는 사람들이 선호하는 동시에, 상업적으로 이용 가능한 소비재 생산에도 일반적으로 활용됩니다.

폴리카보네이트(PC): 다른 유형에 비해 많이 사용되지 않는 PC는 노즐의 정밀도가 높은 고온 프린터와 호환됩니다. 

폴리비닐알코올 플라스틱(PVA): 예산 친화적인 프린터를 찾고 있다면 PVA가 올바른 선택입니다. PVA는 용해 가능한 지지 물질로 적합한 선택입니다. 고강도 제품에는 적합하지 않을 수 있지만 임시 사용 품목에는 여전히 비용 효율적인 솔루션 역할을 합니다.

분말

하이테크 3D 프린터는 분말 재료를 사용하여 분말을 녹이고 겹쳐서 다양한 제품을 조각합니다. 이를 통해 완벽한 두께, 질감 및 패턴을 갖춘 개체가 만들어집니다. 3D 프린팅에 사용되는 다양한 유형의 분말은 다음과 같습니다.

폴리아미드(나일론): 폴리아미드를 나머지 제품과 차별화하는 두 가지 이유는 강도와 유연성입니다. 이 독특한 조합으로 인해 작은 로봇의 기어나 소형 인형의 섬세한 특징과 같이 세밀한 디테일이 있는 물체를 프린팅하는 데 적합합니다. 

알루미드: 폴리아미드와 회색 알루미늄의 조합인 폴리아미드는 매우 높은 강도의 3D 프린팅 모델을 보장합니다. 산업용 프로토타입 및 모델에 대해 신뢰할 수 있습니다. 

수지.

다른 재료에 비해 수지는 강하지도 않고 유연하지도 않습니다. 액체 폴리머로 구성되어 있기 때문에 수지는 자외선에 노출되면 굳어집니다. 주로 검은색, 흰색, 투명 옵션으로 제공됩니다. 일부 인쇄된 항목도 주황색, 빨간색, 파란색 및 녹색으로 만들어졌습니다. 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

투명수지. 비교할 수 없는 강도로 인해 3D 프린팅 제품에 가장 많이 사용되는 수지 중 하나입니다. 결과 프로토타입은 이름에서 알 수 있듯이 투명하고 부드럽습니다. 

도장 가능한 수지: 일부 레진은 미용 부문에서 탁월합니다. 예를 들어, 실제와 같고 칠할 수 있는 얼굴 세부 묘사가 있는 인형이나 모든 사람의 시선을 끄는 매끄러운 조각품은 모두 칠할 수 있는 레진의 결과물입니다. 

하이 디테일 레진: 작은 모델이지만 광범위한 디테일이 있는 것이 하이 디테일 레진의 특징입니다. 키가 겨우 4인치이고 복잡한 옷과 실물과 같은 얼굴 특징으로 장식된 인형을 상상해 보세요. 

궤조

플라스틱 다음으로 가장 널리 사용되는 재료는 금속이다. 복잡한 보석이나 항공기 부품과 같이 일상적인 마모를 처리하는 제품에 생명을 불어넣을 수 있습니다. 또한 금속 기반 3D 프린팅 기술의 발전으로 제조업체는 DMLS를 활용하여 고속 및 대량 생산이 가능해졌습니다. 

3D 프린팅에 사용되는 다양한 금속은 다음과 같습니다.

  • 알루미늄: 얇은 금속 물체에 이상적
  • 청동: 꽃병 및 기타 비품
  • 스테인레스 스틸: 물과 직접 접촉할 수 있는 구성 요소
  • 니켈: 동전 인쇄에 사용됩니다.

기타 재료 

3D 프린팅에 사용되는 몇 가지 다른 재료로는 탄소 섬유, 니티놀, 흑연, 그래핀 및 종이가 있습니다. 

3D 프로토타입을 인쇄하는 방법

이는 간단한 4단계로 진행됩니다:

  • 컴퓨터 프로그램을 사용하여 모델을 디자인합니다. 결함이 발견되면 이 단계에서 변경하세요. 
  • 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 얇은 층으로 분해합니다. 레이어 높이, 채우기 비율, 지지 구조 및 인쇄 속도와 같은 설정을 조정합니다. 이 프로세스는 G 코드를 생성합니다.
  • 프린터는 선택한 재료와 방법을 사용하여 개체를 층별로 구성합니다. 모든 레이어가 인쇄되면 개체가 완성되고 빌드 플랫폼에서 제거될 수 있습니다. 
  • 플라이어와 커터를 사용하여 지지 구조물을 조심스럽게 제거합니다. 브러싱, 샌딩, 세척 등의 방법을 사용하여 인쇄물 표면의 잔여 물질이나 잔해물을 청소합니다.

3D 프린팅의 응용

소비재

맞춤화와 혁신은 오늘날 역동적인 소비자 시장에서 성공의 초석입니다. 3D는 소매업체와 제조업체가 모든 기능을 잠금 해제할 수 있는 새로운 시대의 기술입니다. 이는 우리가 좋아하는 제품을 디자인하고 생산하고 경험하는 새로운 방법입니다.

산업용 데스크탑 3D 프린터의 R&D는 엔지니어와 디자이너가 이 산업이 작동하는 방식에 혁신을 가져오는 것을 더 쉽게 만들고 있습니다. 

패션

맞춤형 디자인을 제작하는 것이 결코 쉬운 일은 아닙니다. 이제 패션 업계는 고객의 요구에 부응하기 위해 3D 프린팅 기술을 활용하고 있습니다. 많은 수동 간섭 없이 복잡한 설계를 쉽고 빠르게 수행할 수 있습니다. 

심지어 플라스틱과 같은 전례 없는 소재를 사용하여 디자인을 만들어 섬유의 지평을 확장합니다.

항공우주

항공우주산업은 3D 프린팅을 사용하는 최초의 산업 중 하나입니다. 실제로 전 세계 항공우주 3D 프린팅 시장 규모는 2023년에 무려 US$ 46억 달러에 달했습니다. 이뿐만 아니라 2024년부터 2032년까지 CAGR 16.2%로 성장할 것으로 예상됩니다. 

Airbus, Boeing, GE, GKN 및 Safran이 이 분야의 핵심 기업입니다. 이들은 3D 프린팅을 활용하여 경량 구성 요소, 기능성 프로토타입 및 툴링을 만듭니다. 

교육

이 부문에서는 3D의 힘을 활용하여 학생들의 학습 방식을 혁신하고 있습니다. 학생들은 이 기술을 사용하여 모델을 만들 수 있습니다. 이는 후자가 개념을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 뿐만 아니라 교사들도 이를 사용하여 수업 계획을 준비합니다.

그렇다면 시장은 놀랄 일이 아니다. 3D 프린팅 교육 부문은 2022년에서 2027년 사이에 CAGR 12.12%로 성장할 것입니다. 

건설

건설 과정에서 3D 프린팅을 사용하여 다양한 구성 요소와 구조를 준비합니다. 복잡한 구조도 모두 훨씬 저렴한 가격으로 만들 수 있습니다. 이 기술을 사용하는 일부 구조물에는 금형 및 형태가 포함됩니다. 

건설업계의 3D 프린팅 시장이 2032년까지 5,194억 9천만 달러에 이를 것으로 예상하는 이유가 여기에 있습니다. 

의료

3D 프린팅의 사용은 업계에서 증가하고 있으며 앞으로도 계속될 것입니다. 전문가들은 그들의 사용법이 여기에 남아 있다고 믿습니다. 적용 범위는 보철물, 임플란트, 바이오프린팅부터 수술 계획 및 테스트까지 다양합니다.

저비용의 신속한 프로토타이핑 덕분에 의료 기기 제조업체는 설계를 신속하게 테스트하고 개선할 수 있습니다. 이는 환자에게 새로운 아이디어를 더욱 빠르게 제공하는 데 도움이 될 것입니다. 이뿐만 아니라 3D는 환자별 장치를 제작하고 완벽한 맞춤과 최적의 결과를 보장하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

자동차:

SmartWatch의 보고서에 따르면 전 세계 3D 프린팅 수익은 2027년까지 $79억에 이를 것입니다. 이는 3D 프로토타이핑이 이 산업에서 얼마나 필수적인지 보여줍니다. 프로토타입을 제외하고 회사에서는 툴링을 3D 프린팅의 주요 용도 중 하나로 사용하고 있습니다. 

따라서 자동차 산업에서 3D 프로토타입을 사용하면 더 빠른 생산 외에도 맞춤형 솔루션을 기대할 수 있습니다. 뿐만 아니라 디자이너는 프로토타입을 디자인할 때 다양한 디자인 대안과 유연성을 얻을 수 있습니다.

결론

우리는 프로토타입 제작이 다양한 산업을 다양한 방식으로 지원하는 제품 개발의 필수 프로세스라는 것을 알고 있습니다. 3D 프린팅은 프로토타입 개발에 놀라운 기능을 제공합니다. 이를 사용함으로써 이러한 산업은 경쟁에서 앞서 나갈 수 있습니다. 

프로젝트에 3D 프린팅의 잠재력을 최대한 활용하려는 사람이라면 다음과의 파트너십을 고려해보세요. 하이탑산업. 우리는 경험과 전문 지식을 활용하여 모든 혁신가, 디자이너, 엔지니어가 자신의 비전을 실현할 수 있도록 돕습니다. 

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