Objet 나무결의 대시보드

피니싱 애플리케이션

3D 프린팅 파트의 접착, 밀봉 및 미화

사출 성형으로 제작된 제품, 첨단 툴링 애플리케이션, 내구성이 강한 커스텀 장비와 외관과 느낌 면에서 거의 차이점을 찾기 어려운 시제품을 제작하기 위해서는 3D 프린팅 파트에 여러 간편한 후처리 공정을 거칩니다.

Finishing Touch 스무딩 스테이션: 가능성 확장

개요

적층 제작 애플리케이션의 범위는 매우 넓으며 점점 늘어나고 있습니다. 공정과 재료가 발전함에 따라 업계에서는 프로타이핑을 넘어 제조까지 기술 활용 범위를 넓혔습니다. 애플리케이션이 다양하기는 하지만 모두가 공감하는 한 가지 딜레마가 있습니다. 즉, 미적인 품질과 기능성 사이의 기본적인 트레이드 오프입니다. 최적의 표면 마감이 가능한 적층 제작 기술은 최고 강도를 제공하는 제작 기술과 명확하게 구분되었습니다.

사실 어떠한 인성, 내구성 및 강도를 가진 부품이라도 후처리를 통해 도장 준비가 된 매끄러운 표면을 만들 수는 있습니다. 그러나 이 작업을 수행하는 데 비용과 시간이 너무 많이 소비되거나 부품 정확도에 대한 영향이 부적합할 수 있습니다. 결과적으로, 과거에는 시간과 비용을 줄이고 피처의 디테일을 유지하기 위해 약하고 내구성이 떨어지는 대안을 사용하기로 선택했을 수 있습니다.

시제품, 금형 구성품 또는 최종 사용 부품의 후처리는 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있으며 각각 리드 타임, 비용 및 품질에 대한 영향이 다양합니다. 가장 일반적인 대안은 수공으로 또는 전동 공구를 사용하여 부품에 샌딩 작업을 수행하는 것입니다. 전체적으로, 이 방법은 특히 피처와 디테일이 적은 적절한 크기의 부품에 효과적입니다. 그러나 부품에 피처가 많고, 디테일이 작거나 깊은 공동이 있는 경우 샌딩 작업이 힘들고, 시간이 많이 걸리며 비싸집니다. 또 다른 고려 사항은 재료를 제거할 때 부품을 취급하는 개인에 따라 치수 정확도가 변한다는 것입니다.

샌딩 작업 사이에 부품에 필러나 프라이머를 바를 수 있습니다. 이는 부품에 매우 매끄러운 마감을 제공하기 때문에 도장을 위해 부품을 준비할 때 일반적인 기법입니다. 또한 부품에 샌딩 작업을 시작하기 전에, 움푹한 부분을 채우기 때문에 필러와 프라이머는 치수 정확도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 이러한 도장 준비 마감은 비용이 듭니다. 필러와 프라이머로 여러 차례 코팅할 경우 훨씬 더 많은 시간이 필요하고 각 코팅 작업 사이의 샌딩 작업도 늘어납니다. 따라서 부품에 대한 리드 타임과 비용이 증가합니다.

열가소성 수지로 구성된 부품을 매끄럽게 하는 또 다른 방법은 용제로 외부 표면을 “용해”시키는 것입니다. 브러시를 사용하여 부품 표면에 MEK 또는 ProWeld를 바르거나 재료조에 부품을 담글 수 있습니다. 용제는 플라스틱을 용해시켜 표면의 낮은 영역을 채웁니다. 용제는 다공성 표면을 밀봉하는 데에도 추가적인 이점이 있습니다. 그러나 여기에는 약간의 단점이 있습니다. 작은 피처가 왜곡될 수 있고 공동에 접근할 수 없으며 떨어진 용제 방울이 가시적 얼룩을 남길 수 있습니다. 또 다른 고려 사항은 다공성 표면 내의 깊은 곳에서 부터 용제를 기화시켜야 하는 경우 건조 시간이 길 수 있다는 점입니다.

업계에서 특히 DDM(직접 디지털 제조) 애플리케이션을 추구하는 경우에 필요로 하는 것은 리드 타입과 비용을 최소로 유지하고 높은 정확도와 뚜렷한 피처 디테일을 가진 견고한 기능성 부품을 제공하는 후처리 기법입니다.

FDM 및 스무딩 공정

현재, FDM 부품 공정에 대해 대체 가능한 후처리 방법을 사용할 수 있습니다. Finishing Touch 스무딩 스테이션은 짧은 작업 시간과 공정 주기로, 시제품, 공구 및 최종 사용 부품을 도장, 도금 또는 제조에 사용 가능하도록 후처리합니다. 스무딩 스테이션은 32미크론 - 63미크론의 표면 마감을 제공할 수 있습니다.

스무딩 공정의 성공으로 여러 회사들이 경쟁 기술을 사용한 애플리케이션에 대해 FDM을 재평가했습니다. 대부분의 경우, FDM을 선호했지만 부품의 후처리 시간과 비용이 애플리케이션에 적합하지 않았습니다. 스무딩 스테이션은 이러한 회사에게 FDM 부품의 강도와 원하는 수준의 매끄러운 표면 마감을 제공합니다.

스무딩 스테이션은 냉각 및 경화를 위한 챔버 한 개와 스무딩을 위한 챔버 한 개로, 모두 두 개의 챔버로 구성되어 있습니다. 먼저 부품을 냉각 챔버에 넣고 온도를 낮춥니다. 그런 다음 10초 - 30초 동안 스무딩 챔버로 옮깁니다. 부품의 온도를 낮출수록 스무딩 물질이 모든 피처에 골고루 응축됩니다. 이에 따라 부품의 표면을 덮고 정교하게 마감될 때까지 스무딩 작업이 진행됩니다. 15분 - 20분 동안 경화시킵니다. 가볍게 샌딩 작업하고 필요에 따라 주기를 반복합니다. 샌딩 작업은 필수가 아니지만 최적의 결과를 제공할 수 있습니다. 필요에 따라 주기를 반복한 후 부품을 경화 챔버에 넣습니다. 부품이 30분 - 45분 내에 건조됩니다. 최적의 결과를 위해 부품을 12시간 - 18시간 동안 경화해야 합니다.

부품을 스무딩 스테이션에서 꺼내면 광택 마감이 완료되어 있습니다. 무광택 마감을 선호하는 경우 스무딩 공정 후에 비드 블라스터(샌드 블래스터라고도 함)로 닦으십시오. Stratasys는 다음 블라스터의 사용을 권장합니다. 스프레이 노즐에서 30psi 또는 2.068바 이하, 덮개 크기 1016 x 509 x 508 mm(40 x 22 x 22 인치). Polyhard Type III 플라스틱 비드 미디어(www.ustechnology.com/stratasys에서 온라인 주문)로 표면을 닦아내면 부품에 사출 성형 부품과 비슷한 균일하고 매끄러운 텍스처를 제공합니다.

이 공정은 FDM 부품의 후처리를 위한 일반적인 무접촉 방법입니다. 이 공정은 작은 피처가 왜곡되거나 실수로 제거되지 않도록 합니다. 또한 FDM 부품의 치수 정확도를 유지합니다.

이 결론은 텍사스 대학교의 El Paso’s(UTEP) W.M. Keck Center for 3D Innovation에서 실시한 연구에 의해 확인되었습니다. W.M. Keck 센터 관리자인 Frank Medina에 따르면 “FDM 400mc의 정확도는 +/- 0.005인치(+/- 0.013mm)로 명시되었습니다. 스무딩 공정으로 인한 부품의 변화는 0.0009인치(0.023mm) 미만입니다. 따라서 3회 노출 후 스무딩으로 인한 정확도의 변화는 큰 의미가 없습니다.” UTEP에서 David Espain, Frank Medina 및 Ryan Wicker에 의해 실시된 별도의 조사에서 이 팀은 치수 정확도가 노출 기간이나 노출 횟수에 크게 영향을 받지 않는다는 사실을 확인했습니다. 또한 팀은 스무딩 챔버에서 꺼낸 후 1시간 20분이면 부품을 완전히 경화시키기에 충분하다고 확인했습니다.

스무딩 스테이션은 표면 텍스처가 부품 기능성, 리드 타임 및 비용만큼 중요한 애플리케이션에 FDM을 재사용합니다. FDM 부품의 일반적인 배치는 15분 미만의 작업 시간을 포함하여 2시간 내에 공정을 거치고 도장 준비를 완료할 수 있습니다.

애플리케이션

스무딩 공정에 대한 실제 애플리케이션의 예는 도장된 판촉 샘플부터 완제품 제조에 이르기까지 전 범위를 포함합니다. 스무딩 스테이션을 출시한 이후, 다양한 애플리케이션을 위한 Fortus 시스템의 사용이 확대되었습니다. 스무딩 공정을 통해 회사는 FDM의 활용을 기능성 및 매끄러운 표면 모두를 요구하는 애플리케이션으로 확장하고 있습니다. 애플리케이션은 다음과 같습니다. 1. 도장이나 전기 도금을 통한 마스터 부품의 후처리, 2. 마스터 금형, 3. 액체 애플리케이션을 위한 부품 밀봉, 4. 몰드 열성형, 5. 인베스트먼트 주법.

도장:

선도적인 자동차 제조업체는 도장을 위한 시제품 전방 그릴을 준비하는 데 3일의 시간과 $700.00의 비용이 필요하다고 추정합니다. 작업자는 3일 과정에 걸쳐 차체 필러 바르기, 모든 표면의 샌딩 작업, 프라이머 분무, 모든 표면 재샌딩 작업 및 프라이머 상부 코팅으로 후처리를 실시합니다. 아주 대조적으로, 동일한 그릴이 2시간 내에 스무딩 처리되고 도장 준비를 마칩니다. 스무딩 공정의 총 작업 시간은 단 ¾시간이며 소모품 비용은 $10.00 미만입니다. 시간과 비용의 90% 절감도 인상적이지만 회사는 빌드 시간 감소에서 가장 큰 이점을 발견했습니다.

그릴의 수공 샌딩 작업 시간을 최소화하기 위해 자동차 회사는 차량에 장착되는 동일한 방향으로 FDM 부품을 제작합니다. 또한 작은 슬라이스 두께로 부품을 제작합니다. 스무딩 작업은 이러한 시간 소모적인 방법을 모두 없애 줍니다. 뒤쪽에 더 두꺼운 슬라이스를 포함하는 그릴을 제작하여 회사는 제작 시간을 절반 이상 줄였습니다. 이로 인해 부품 비용이 줄고, 납기가 단축되며 기계 생산 용량이 증대되었습니다. 생산 용량 증대와 리드 타임 단축으로 외주를 줄였으며, 민감한 기밀 설계 정보를 조직 내에 유지하면서 시제품 비용을 추가로 절감했습니다.

아동용 장난감 및 유아용 기구의 선도적 제조업체는 1년에 제조하는 모든 적층 제작 부품의 거의 절반을 도장한다고 추정하고 있습니다. 이러한 부품의 도장 준비를 위해 샌딩 작업, 필링 작업을 거쳐 프라이머 코팅제로 분무한 후 재샌딩 작업을 수행합니다. 이 방식은 리드 타임을 늘리고 인력을 소모하며 프로타이핑 작업에 추가적인 비용이 들어갑니다.

한 평가에서 회사는 유아용 시트의 도장 준비에 대해 수공 후처리 접근 방법과 스무딩 공정을 비교했고 리드 타임과 비용을 80% 이상 절감할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 스무딩 공정이 $40.00 미만의 비용으로 2시간 이내에 완료된 반면에 샌딩 및 프라이밍은 6시간의 작업이 필요하고 비용도 $250.00 이상이었습니다.

열성형:

한 식품 포장 제조회사에서 설계 검증을 실시할 때 열성형 공정을 위해 FDM 공구를 사용했습니다. FDM 공구의 이점은 부품 전체에서 진공 상태를 끌어낼 수 있도록 다공성으로 제작할 수 있다는 것입니다. 이렇게 하면 회사는 제작이 완료되는 즉시 FDM 공구를 사용할 수 있습니다. 그러나 다공성 표면이 너무 거칠기 때문에 판촉용 샘플로 이 공구를 사용하지 않았습니다.

실험에서는 스무딩 공정을 통해 FDM 금형에 일석이조의 효과를 제공할 수 있음이 검증되었습니다. 설계 검증 후에 FDM 금형은 스무딩 공정을 거칩니다. 열성형된 판촉용 샘플에는 광택 마감이 이상적입니다. 스무딩 공정을 통해 회사는 이제 설계 모델과 판촉용 샘플을 같은 날에 열성형할 수 있습니다.

스무딩 공정의 한 가지 작은 제한 사항은 부품 표면의 밀봉입니다. 이는 FDM 열성형 금형의 이점을 상쇄시킵니다. 그러나 회사는 전략적 위치에서 FDM 부품의 표면에 간단하게 구멍을 뚫을 수 있음을 알게되었습니다. 스무딩 공정은 0.010인치(0.25mm)만 침투하기 때문에 기술자가 끝이 날카로운 도구를 사용하여 금형의 표면에 구멍을 뚫을 수 있습니다.

전기 도금:

전기 도금 업체는 스무딩 공정이 한 번의 작업으로 두 가지 필수 기능을 수행한다는 것을 확인했습니다. 그 결과 납품 기간이 단축되고 비용이 절감되며 품질이 향상되었습니다.

전기 도금 공정 이전에 부품을 매끄럽게 하고 밀봉해야 합니다. 도금된 부품에서 거친 표면이 눈에 보이고 다공성 때문에 전기 도금액이 내부에 달라 붙을 수 있습니다. 부품을 매끄럽게 하고 밀봉하는 기존의 수동 공정은 리드 타임과 직접 인건비를 늘립니다. 또한 부품 품질과 정확도에 편차를 가져올 수 있습니다.

광택이 나는 금속 표면에 적합한 매끄러움 수준에 도달하기 위한 부품 수공 샌딩 작업은 시간이 많이 소요되는 공정입니다. 또한 부품 품질에 편차를 가져올 수 있는 기술이 어느 정도 관련되어 있습니다. 마찬가지로 프라이머로 부품을 밀봉하면 프라이머 코팅과 전도성 코팅 적용 시 불일치가 발생할 수 있습니다. 이에 대한 대안은 부품을 용제에 담그는 것이지만 그럴 경우 작은 디테일에 손상을 줄 수 있습니다. 담그기는 또한 1일 - 2일의 긴 건조 주기가 필요합니다.

반대로, 스무딩 공정은 치수 일관성을 유지하면서 전기 도금된 부품에서 작은 피처와 미세한 디테일을 보호합니다. 이와 동시에 직접 인건비와 공정 시간을 최소화합니다. 대부분의 경우에 부품은 2시간 이내에 전기 도금할 준비를 마칩니다.

주조:

모래 주조와 인베스트먼트 주법 파운드리는 패턴 제작과 공구 제작 공정을 가속화하기 위해 FDM을 구현했습니다. 고품질 주조를 위한 리드 타임 단축에 한 가지 남은 제한 사항은 표면 후처리였습니다. 주조 품질은 패턴이나 공구의 품질에 따라 달라지기 때문에 표면을 수작업으로 후처리하기 위해 각 FDM 부품에 시간과 인력이 투입됩니다.

인베스트먼트 주법의 경우 FDM 패턴이 금속 주조마다 소모되므로 수공 후처리는 반복적인 공정입니다. 시간과 비용의 영향 외에도 패턴에 대한 수작업은 부품 간의 치수 일관성을 유지하기 어렵게 만듭니다. 스무딩 공정은 세 가지 모든 문제를 동시에 처리합니다. 하나의 배치에서 스무딩 스테이션은 단 몇 분의 직접 인력 투입으로 1시간 내에 여러 FDM 패턴을 처리할 수 있습니다. 또한 스무딩 작업은 모든 부품에 동일하기 때문에 부품의 표면 품질과 치수 정확도에서 일관성이 유지됩니다.

모래 주조 공장은 FDM 패턴을 사용하여, 주조 공구를 만들기 위해 모래를 보관하는 코어 박스, 덮개, 드래그 및 매치 플레이트를 제작합니다. 또한 모래 주조 공장은 이러한 품목을 직접 Fortus 시스템에서 제작하므로 패턴이 필요하지 않습니다. FDM 패턴이든 FDM 공구든 상관없이 스무딩 공정은 산업용 모래 주조를 제공하기 위한 직접 인력과 리드 타임을 최소화합니다.

스무딩 공정의 이점은 기어 하우징이나 스티어링 너클 같은 복잡한 모래 주조를 생산할 때 크게 증가합니다. 한 주조 공장은 복잡한 부품의 경우 내부 통로와 공동을 재현하기 위해 각각 다른 코어 상자에서 만든 수십 개의 모래 코어가 필요할 수 있다고 언급합니다. 12개의 코어 상자를 수공 후처리하려면 여러 날과 수 없이 많은 노동 시간이 추가됩니다. 스무딩 공정을 대체함으로써 동일한 작업을 매우 적은 직접 인력을 투입하여 매우 적은 시간에 완료할 수 있습니다. 주조 공장의 최종 결과는 리드 타임의 감소와 생산 능력의 증가입니다.

결론

기업들은 스무딩 스테이션을 사용하여 FDM 부품을 후처리 및 밀봉할 경우 리드 타임과 비용을 크게 줄일 수 있음을 인식하고 있습니다. 피처의 복잡성과 개수에 상관없이 스무딩 스테이션은 단 몇 시간 내에 도장 준비를 마친 완성품을 제작하며, 1시간 미만의 작업과 $10.00 정도의 소모품을 필요로 합니다.

스무딩 스테이션은 FDM 적층 제작 후처리 공정을 기본적으로 자동화했습니다. 이로써 생산 부품, 시제품 공구 및 도장된 샘플의 매끄러운 표면 마감을 달성하기 위한 부품 샌딩, 필링 및 프라이밍에 소요되는 시간, 인력 및 비용이 제거됩니다. 이를 통해 스무딩 스테이션은 미적인 품질과 제품 기능성 사이의 트레이드 오프를 제거했습니다.

유아용 시트


공정

리드 타임

인건비

소모품비

수공 샌딩

1.5일

USD $240

USD $15

스무딩

2시간

USD $30

USD $10

절감

83%

84%

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.