3D의 부품 수에 따라 후처리의 중요성이 커집니다.

3D 프린팅 부품의 효율적인 후처리는 생산량이 증가함에 따라 더욱 중요해집니다. 이미지: 프로토캠

현실을 직시하자면, 대부분의 3D 프린터에서 나오는 부품은… 조금 보기 흉합니다. 제거해야 할 지지대, 제거해야 할 파우더와 레진, 기계로 가공해야 할 중요한 표면과 기능이 있습니다. 이러한 2차 작업이 없으면 인쇄된 부품의 가치가 거의 없습니다.

부품 설계자라면 누구나 적층 제조(AM)를 사용하면 복잡성이 사라질 수 있지만 최신 아이디어를 기능적이고 미학적으로 만족스럽게 만드는 데 필요한 후처리에는 상당한 비용이 듭니다.

펜실베이니아주 앨런타운에 있는 서비스 회사인 ProtoCAM의 적층 제조 담당 부사장인 Ed Graham은 "우리 시설의 3분의 2는 후처리 기술자와 장비를 전담하고 있으며 1/3만이 실제 인쇄에 사용됩니다."라고 말했습니다. "그리고 그 기술자 중 , 평균 근속년수는 15년입니다. 그런 점에서 우리는 매우 운이 좋습니다. 왜냐하면 이러한 기술을 가진 사람이 필요하면 갈 곳이 없기 때문입니다. 나에게 프린팅은 적층 제조에서 가장 쉬운 부분이다. 어려운 것은 후처리입니다.”

괭이에게 힘든 행

하지만 후처리를 그토록 어렵게 만드는 이유는 무엇이며 애초에 후처리가 왜 필요한가요? 레이저 구동 프린터의 가격은 대부분의 CNC 공작 기계보다 더 비싸고 종종 훨씬 더 비쌉니다. 인력을 이용한 청소, 블라스팅, 긁기, 샌딩 작업 없이도 최적의 시간에 준비된 부품을 배송할 수 있다고 생각할 수도 있습니다.

이러한 질문에 답하려면 3D 프린팅 프로세스를 이해하는 것이 필요합니다. AM은 이름에서 알 수 있듯이 일반적으로 한 번에 종이처럼 얇은 층 하나씩 작업물에 재료를 점진적으로 추가하는 방식으로 작동합니다. 그리고 사무실 건물이 건설 중에 벽과 바닥을 안정적으로 유지하기 위해 버팀대가 필요할 수 있는 것처럼, 많은 적층 공정에서도 급증하는 공작물이 생산 중에 처지거나 휘어지는 것을 방지하기 위해 격자형 구조 형태의 지지대가 필요합니다. 이러한 지원은 빌드 후에 제거되어야 합니다.

또한 레이어별 빌드 프로세스는 수평이 아닌 모든 부품 표면에 계단 효과를 생성합니다. 이러한 층은 일반적으로 부품이 챔버를 떠난 후 일정 수준의 매끄러움이 필요하며 기능 표면에는 2차 가공이 필요할 수 있습니다. 예를 들어 구멍에는 리밍이나 보링이 필요한 경우가 많습니다. 나사산 부품은 태핑 또는 나사산 밀링 가공을 거쳐야 합니다. 그리고 공작물의 크기, 형상 및 사용된 적층 공정 유형에 따라 ±0.005인치보다 작은 치수 사양을 가진 기능은 CNC 머시닝 센터, 선반, EDM 또는 연삭기에서 마무리해야 합니다.

고려해야 할 원자재도 있습니다. 파우더 베드 3D 프린터에서 꺼낸 부품은 주머니와 틈새에 금속이나 플라스틱 덩어리가 박혀 있는 형편없이 구운 케이크와 비슷하지만, 레진 기반 프린터의 통에서 나오는 부품은 끈적끈적한 엉망인 경우가 많습니다. 여기서도 새로 생성된 가공물에서 여분의 파우더나 레진을 모두 제거하고 나중에 사용하기 위해 남은 재료를 재생해야 합니다.

최근 몇 년 동안 AM이 큰 성장을 이룬 핵심 이유인 인쇄된 금속 부품은 빌드 플레이트에서 잘라낸 다음 열처리하여 인쇄 과정에서 발생하는 내부 응력을 제거해야 합니다. 앞서 설명한 2차 공정이 완료되면 절삭 가공 부품과 마찬가지로 부품이 도장, 양극 산화 처리 또는 도금되는 경우가 많습니다.

마찬가지로 폴리머 부품은 페인트칠하거나 도금할 수 있지만 부활절 달걀 색칠과 유사한 과정으로 염색되는 경우가 많습니다.

후처리 전후의 수지 부품.

속도의 필요성

다행스럽게도 기계 가공 및 제조 산업은 수세기 동안 제조된 부품을 후처리해 왔으며 이에 사용되는 사실상 모든 기존 방법은 3D 프린팅 부품에도 동일하게 효과적입니다. 그러나 AM이 오랫동안 프로토타입 전용 기술에서 주류 최종 사용 부품 제조 프로세스로 전환함에 따라 이러한 프로세스를 확장하고 자동화하여 적층형 대량 생산을 지원하는 것이 과제입니다.