3D 프린팅 속도

3D printing speed

3D인쇄 속도 및 제작된 물질의 단위 일반적으로 양쪽 kg, mm또는 cm^3의 단위로 첨가제 manufactu의 유형에 따라 측정한 제조된 재료의 세월의 부대 몇초에 측정된 주어진 시간(양/시간{\displaystyle{\text{양}}/{\text{시간}}}), 위의 양을 측정한다.r잉그 테크닉

다음 표는 상업적으로 관련된 3D 프린팅 기술의 속도를 비교한 것이다.

기술 정상 속도 최대 속도(청구됨)
DLP/SLA 20-36mm/[1]초 초당[2] 720mm
FDM 50-150 mm/초[3] 초당[2] 500mm
SLS 초당 48mm 60 mm/초
멀티 제트 퓨전 2800cm³/hr ~ 4000cm3/hr[2] 시간당 4500cm3

3D 프린팅 속도는 전체 3D 프린팅 공정의 하위 구성 요소인 빌드 단계만을 의미한다. 그러나 전체 과정은 전처리 단계부터 후처리 단계까지 걸쳐 있다.[5] 데이터 파일(.stl 또는 .obj)에서 완성된 부품을 인쇄하는 데 필요한 시간은 다음 단계에 대한 시간의 합으로 계산된다.

  1. 부품과 프린터의 준비 과정에 걸쳐 있는 전처리 단계. 이것은 실제 인쇄가 시작되기 전에 필요하다. 다음 프로세스에 필요한 시간의 합으로 계산한다.
    • 인쇄할 부품의 위치 및 방향 지정
    • 프린터 소프트웨어 내에 파라미터 입력(예: 레이어 두께, 재료 유형)
    • 지지 구조 생성
    • 슬라이스 생성(슬라이징)
    • 소프트웨어에 의한 툴 경로 계획 생성
    • 서포트 재료 준비 및 적재 및 제작 재료
    • x-y 및 z축 설정
    • 진단, 청소 또는 추가 테스트
  2. 제조 단계, 즉 제조를 위해 준비된 데이터가 프린터로 전송된 후의 실제 인쇄 시간이다. 다음 기간의 합으로 볼 수 있다.
    • 부품 및 서포트 재료가 제조되는 시점의 제조 시간
    • 유휴 시간, z축 이동, 냉각 시간, 레벨링, 인쇄 헤드의 비제조 이동 등 비생산적 시간
  3. 최종 단계인 후처리 단계는 부품 제조 후 이뤄진다. 여기에는 다음과 같은 프로세스가 포함된다.
    • 지지대 제거
    • 원하는 표면 품질을[6] 얻기 위해 표면 다듬기

스피드 업

적층 제조 기술은 보통 인쇄 속도와 품질 사이의 균형을 의미한다. [7] 전체 3D 프린팅 공정의 속도 향상은 다음의 두 가지 범주로 분류할 수 있다.

소프트웨어 개선

실제 인쇄 과정은 모델이 잘리고, 방향이 잡히고, 채워지는 방식에 직접 영향을 받기 때문에 최적화하면 인쇄 시간이 단축된다.

최적 방향. 부품 방향 변경은 STL 파일 또는 CAD 모델에서 수행할 수 있다. 최적의 부품 방향을 결정하는 것은 모든 적층 제조 공정에 공통적인 소프트웨어 솔루션이다. 이것은 총 인쇄 시간에 영향을 미치는 많은 주요 요소들의 현저한 개선으로 이어질 수 있다. 부품 방향에 따라 크게 좌우되는 요소는 다음과 같다.

  • 빌드 방향에서 부품의 높이. z 방향은 x-y 방향보다 빌드 속도가 느리다. 높이를 최소화함으로써 층수를 줄일 수 있을 것이다. 따라서 제조 및 유휴 시간이 모두 감소한다.
  • 서포트 재료의 총 부피와 서포트 구조물과 부품의 총 접촉 영역. 서포트 재료를 덜 사용할수록 서포트 제거에 필요한 빌드 시간과 마감 시간이 빨라진다. 서포트 물량을 최소화함으로써 재료가 덜 쌓이기 때문에 일반적으로 제조시간이 줄어든다. 이 인자는 SLA, FDM과 같은 외부 지지 구조를 사용하는 프로세스에 영향을 미친다.
  • 전체 표면적의 품질. 부품의 방향은 계단 효과의 영향을 받는 면(레이어링의 유물)을 결정한다. 표면 품질을 최대화함으로써 원하는 공차까지 표면을 마치는 데 필요한 시간이 감소한다.[6]
균일하고 적응력이 뛰어난 슬라이싱

적응형 슬라이싱. 계단 효과로 인한 오차는 몇 가지 측정 지표를 사용하여 측정할 수 있으며, 이 모든 지표가 모델 표면과 실제 인쇄 표면의 차이를 나타낸다. 레이어의 높이 분포를 적절히 계산하여 다음과 같은 오류를 최소화할 수 있다. 후처리 시간은 줄어드는 반면 표면의 품질은 높아진다. 적응형 슬라이싱의 이점은 부품의 표면 대 부피 비율에 따라 달라진다. 전체 레이어 높이에 걸쳐 모델 표면을 분석함으로써 적응 레이어의 효율적인 연산이 가능하다. 몇 가지 구현을 오픈 소스 소프트웨어로 이용할 수 있다.[7]

하드웨어 개선

하드웨어를 통한 인쇄 속도를 높이는 것은 다음과 같은 형태를 취할 수 있으며, 이들 중 상당수는 3D 프린팅 선도업체들이 사용하고 있다.

  • 수정된 인쇄 헤드: 인쇄 공정마다 다른 유형의 인쇄 헤드를 사용. 예를 들어 필라멘트가 미끄러지는 것을 방지하기 위해 추가적인 니프 피더를 갖는 것.
  • 온도: 압출기로 가기 전에 필라멘트를 녹이기 위한 추가 레이저 포함. 이것은 불필요한 프린트 헤드 난방을 방지하여 프린트 헤드 냉각 시간을 단축시킨다.
  • Digital [8]Light Projector 기반 기술의 사층 내 부착력 최소화
  • UV-LED 양생으로[4] 경화된 젤 소재를 즉시 압출하는 젤 분사 프린팅 기술
  • 경로 계획을 사용하여 협업하는 인쇄 [9]헤드를 추가하여 인쇄 속도 향상
  • 특정 제조 기술에 특수 재료 유형 사용.[5]

과제들

사용되는 기술에 따라 3D 인쇄 속도를 제한할 수 있는 몇 가지 과제가 있다.

  • 형상 최적화. 제품 내부는 여러 가지 구조로 채울 수 있기 때문에 적층 제조를 통한 설계 최적화가 필요하다. 특정 제약조건에 따라 제품 내부를 채울 수 있는 최선의 방법을 찾는 것은 어려운 문제다.
  • 부품 방향. 이론적으로, 방향은 무한히 많다. 부품의 목적에 따라 한 번에 여러 기준을 최적화하려고 할 때 최적의 방향이 없을 수 있다.
  • 슬라이싱 슬라이싱과 관련된 두 가지 주요 과제는 계단 효과와 격납 장치 문제다.
  • 도구 경로 계획. 인쇄 도구의 속도는 레이어의 크기를 변경할 수 있으므로 공구 경로 계획 시 공정의 물리적, 기계적 특성을 고려해야 한다.
  • 후처리 제거된 서포트 재료는 손으로 부품을 샌딩, 비드 블라스팅, 기존 가공 또는 아세톤 마감과 같은 다른 방법을 사용하여 연마할 수 있는 찌꺼기나 잔여물을 남길 수 있다.
  • 하드웨어 및 유지보수 문제. 부품을 인쇄한 후에는 동일한 품질로 작업을 계속하기 위해 일반적인 정리 절차가 필요하다. 사용한 재료의 종류에 따라 레이저의 매개변수를 조정하여 불필요한 과코링이나 소결 현상을 방지할 필요가 있다.
  • 인쇄 방법론. 각 인쇄 방법마다 장단점이 있다. 예를 들어 DLP 기반 방법은 전체 레이어를 한 번에 제조할 수 있는 장점이 있다. 다만 부착력 때문에 DLP 유휴시간이 길다. SLA 기반 방법은 특정 지점에서 교차하는 두 개 이상의 레이저를 사용하여 소재(점별 양생)를 치료하지만 계획과 구현에 모두 난제를 제기한다. 계층 없는 방법은 경로 계획이 더 복잡하다.[5]

리서치

1. 균질 재료 2. 구조화된 초음파장은 3이 적용된다. UV 조명을 적용하여 이전 단계의 결과적 형태를 치료한다.

음향 제작

음파의 흥미로운 특징들은 과학자들이 음파를 적층 제조에 사용하도록 장려했다. 음파는 접촉 없는 설정에서 원하는 형태로 물질을 형성하는 압력장을 형성할 수 있다. 넓은 면적에 동시에 적용할 수 있다는 점이 신속한 제작을 위한 좋은 후보로 꼽힌다.[10]

그 과정은 음향 홀로그램을 디자인하는 것으로 시작된다. 음향 홀로그램은 음향장이 원하는 패턴을 형성하도록 지시하는 마스크다. 식각 및 나노임프린트 공법을 조합한 적층 가공으로 제작할 수 있다. 실리콘 고무 입자를 광 이니시에이터가 있는 액체 매체에 넣는 과정이 뒤따른다. 그런 다음 음향 마스크를 사용하여 원하는 압력 음장을 생성하여 입자를 올바른 순서로 배치한다. 다음 단계는 최종 제품을 굳히기 위해 자외선을 가하는 것이다.[10]

억제 패터닝을 통한 신속한 연속 적층 제조

SLA 프로세스 개선

SLA 프로세스의 속도 제한:

  • 경화재의 투영창 부착
  • 수지표면의 교란

억제 패터닝을 통한 신속한 연속 적층 제조

언급된 효과로 인해, SLA 방법을 사용한 인쇄 속도는 시간당 몇 밀리미터에서 몇 센티미터로 제한된다. 이 문제를 해결하기 위해 두 가지 광원 시스템을 사용한다. 하나는 중합용이고 다른 하나는 접착을 피하기 위해 중합성을 억제하고 결과적으로 인쇄를 더 빨리 하기 위해 중합성을 억제하는 것이다. 이 방법은 시간당 200 cm까지 속도를 낼 수 있게 해준다. 또한 설정 지형 패턴화에서 각 픽셀의 강도를 제어함으로써 스테이지 변환 없이 단일 노출로 생성될 수 있다.[11] 설정에는 사진 개시자와 사진 억제제가 혼합되어 사용된다. 두 재료의 흡광도 스펙트럼이 직교하므로 두 가지 직교 광원으로 공정을 제어할 수 있다. 재료가 층별로 생성되면 트레이가 점차적으로 들어올려지고 사진 억제제가 창 부근에 접착되지 않는다.[11]

모바일 액상 인터페이스를 사용한 대용량, 열 제어 방식의 3D 프린팅

접착 문제를 해결하는 또 다른 방법은 양생 공정을 금지하는 데드 레이어를 만드는 것이다. 이 죽은 층을 만드는 한 가지 방법은 불소 유량을 사용하는 것이다. 이 액체는 모든 물질을 배척하고 어떤 것에도 달라붙지 않는다는 것을 의미하는 잡식 공포증이다. 정적 레이어 대신 유량을 사용하는 이유는 접착력에 대해 더 큰 힘을 만들고 경화 레이어의 냉각에도 도움을 주기 위함이다(고정 작용은 열을 발생시킨다).[8]

시공 키트 구성 요소를 통합하여 빠른 3D 프린팅

인쇄하기 전에 개체를 더 작은 블록(예: 레고 부품)으로 나누면 기존 인쇄 방식에 비해 속도가 2.44배 향상될 수 있다. 또한 최적 설계를 찾기 위해 객체를 반복해야 하는 경우 전체 객체를 반복해서 인쇄하는 것은 효율적이지 않다. 한 가지 해결책은 주 상수 구조를 한 번만 인쇄하고 작은 변화 부품만 고해상도로 재인쇄하는 것이다. 이 작은 부품들은 주요 구조물에 장착된다.[12]

참고 항목

참조

  1. ^ "How to Make Resin 3D Printing 8x Faster and 9x More Precise". Zortrax. 2018-09-21. Retrieved 2020-02-05.
  2. ^ a b c Armando (2019-08-14). "5 Fastest 3D Printers - High Speed 3D Printing (Feb. 2020)". AllThat3D. Retrieved 2020-02-05.
  3. ^ a b "3D Printing Speed : How long does 3d Printing take". Sculpteo. Retrieved 2020-02-05.
  4. ^ a b Flynt, Joseph (April 10, 2019). "Fastest 3D Printers in 2019". 3dinsider.
  5. ^ a b c Oropallo, William; Piegl, Les A. (2015-06-12). "Ten challenges in 3D printing". Engineering with Computers. 32 (1): 135–148. doi:10.1007/s00366-015-0407-0. ISSN 0177-0667. S2CID 7264133.
  6. ^ a b Alexander, Paul; Allen, Seth; Dutta, Debasish (1998-04-01). "Part orientation and build cost determination in layered manufacturing". Computer-Aided Design. 30 (5): 343–356. doi:10.1016/s0010-4485(97)00083-3. ISSN 0010-4485.
  7. ^ a b Wasserfall, Florens; Hendrich, Norman; Zhang, Jianwei (2017-08-20). "Adaptive slicing for the FDM process revisited". 2017 13th IEEE Conference on Automation Science and Engineering (CASE). IEEE: 49–54. doi:10.1109/coase.2017.8256074. ISBN 978-1-5090-6781-7. S2CID 1784826.
  8. ^ a b Walker, David A.; Hedrick, James L.; Mirkin, Chad A. (2019-10-18). "Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface". Science. 366 (6463): 360–364. Bibcode:2019Sci...366..360W. doi:10.1126/science.aax1562. ISSN 0036-8075. PMC 6933944. PMID 31624211.
  9. ^ Go, Jamison; Hart, A. John (2017-12-01). "Fast Desktop-Scale Extrusion Additive Manufacturing". Additive Manufacturing. 18: 276–284. arXiv:1709.05918. doi:10.1016/j.addma.2017.10.016. hdl:1721.1/128535. ISSN 2214-8604. S2CID 115574095.
  10. ^ a b Melde, Kai; Choi, Eunjin; Wu, Zhiguang; Palagi, Stefano; Qiu, Tian; Fischer, Peer (2018). "Acoustic Fabrication via the Assembly and Fusion of Particles". Advanced Materials. 30 (3): 1704507. doi:10.1002/adma.201704507. ISSN 1521-4095. PMID 29205522.
  11. ^ a b de Beer, Martin P.; van der Laan, Harry L.; Cole, Megan A.; Whelan, Riley J.; Burns, Mark A.; Scott, Timothy F. (January 2019). "Rapid, continuous additive manufacturing by volumetric polymerization inhibition patterning". Science Advances. 5 (1): eaau8723. Bibcode:2019SciA....5.8723D. doi:10.1126/sciadv.aau8723. ISSN 2375-2548. PMC 6357759. PMID 30746465.
  12. ^ Mueller, Stefanie; Mohr, Tobias; Guenther, Kerstin; Frohnhofen, Johannes; Baudisch, Patrick (2014). "faBrickation: fast 3D printing of functional objects by integrating construction kit building blocks". Proceedings of the 32nd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems - CHI '14. Chi '14. Toronto, Ontario, Canada: ACM Press: 3827–3834. doi:10.1145/2556288.2557005. ISBN 978-1-4503-2473-1. S2CID 6772574.