3D 프린팅된 부품을 연마하여 세련된 마무리를 달성하기 위해 엔지니어는 코팅, 샌드블라스팅 및 수작업 마무리 방법을 포함한 다양한 산업 마무리 기술을 사용합니다. 3D 프린팅은 복잡한 부품을 생산할 수 있지만 초기 프린트는 특히 FDM(융합 적층 모델링)을 사용하여 생산된 부품에서 거친 표면과 뚜렷한 레이어 라인을 나타내는 경우가 많습니다. 이러한 이유로 부품의 레이어를 추가하거나 제거하여 미완성 부품의 거친 표면을 매끄럽게 하는 후가공은 부품 생산에서 매우 중요한 부분입니다. 이 기사에서 Antarctic Bear는 현재 시장에 나와 있는 두 가지 주요 표면 마감 공정인 Steam Smoothing과 Vibration Fine Polishing을 체계적으로 소개하고 비교하여 각 공정과 장단점을 쉽게 이해할 수 있도록 합니다.
부드러운 스팀
화학 증기 평활화라고도 하는 증기 평활화는 인쇄된 부품을 용매 증발 환경에 노출시키는 표면 처리 기술입니다. 산업용 증기 평활 공정은 최대 노출을 위해 밀폐된 챔버에 단일 또는 다중 구성 요소를 주의 깊게 매달아야 합니다. FA 326과 같은 화학 용제 혼합물을 챔버에 주입하고 분무하면 부품에서 응결 및 경화되어 제어된 용융을 통해 표면 불규칙성을 제거합니다. 챔버 온도가 상승함에 따라 잔류 용매가 증발하여 회수됩니다. 최종 부품은 방수 처리되며 부드러운 내부 캐비티, 정확한 치수 및 원래 재료 부피를 유지합니다. 최상의 증기 평활화 결과를 얻으려면 3D 프린팅 증기 평활화용으로 설계된 산업용 등급 장비를 사용하여 통제된 환경에서 프로세스를 수행하는 것이 좋습니다. DIY 방법에 관심이 있는 경우 화학 용매로 아세톤 또는 에탄올을 사용하거나 이 경우 용매 함침으로 알려진 증기 평활화를 달성할 수 있습니다. 그러나 주의를 기울여야 하며 적절한 안전 조치와 장비가 마련되어 있어야 합니다.
△왼쪽이 스팀 스무드 부분, 오른쪽이 표준 표면 처리 부분(사진 출처: ProtoLabs)
진동 미세 연마
반면에 진동 마감은 표면 처리에 화학 물질을 사용하지 않습니다. 대신 연마재를 사용하여 3D 인쇄 부품의 표면을 향상시킵니다. 이 과정에서 여러 개의 3D 프린팅 부품을 선택한 연마재와 복합 윤활유로 채워진 진동 버킷에 넣습니다. 기계가 켜지면 배럴이 움직이기 시작하여 부품과 연삭 매체 사이에 기계적 마찰이 발생합니다. 이 빼기 프로세스는 재료의 가장 바깥쪽 레이어를 최소화하고 부드럽게 제거하여 부품의 표면 품질을 향상시킵니다. 진동 미세 연마는 특별한 조치와 장비가 필요하며 진동 방식과 텀블링 방식의 두 가지 방법이 있습니다. 진동 방식은 디테일이 덜한 큰 물체에 특히 적합하며 원하는 결과를 더 빨리 얻을 수 있습니다.
연마제 또는 칩의 선택은 진동 미세 연마에서 매우 중요합니다. 연마 칩은 세라믹, 플라스틱 또는 강철로 만들 수 있으며 각각 다른 결과를 생성합니다. 세라믹 연마재는 디버링 및 광택 표면 달성에 특히 적합합니다. 밀도가 높기 때문에 고압을 견딜 수 있고 스테인리스강, 금속 및 플라스틱 부품 가공에 적합합니다. 플라스틱 연마재는 부드러운 마무리가 필요한 부드럽고 섬세한 표면에 이상적입니다. 그들은 피라미드와 원뿔 모양으로 나옵니다. 또한 Walther Trol은 손이 닿기 어려운 부분의 매우 작고 섬세한 부품을 위한 젖꼭지 모양의 연마제를 개발했습니다. 강철 연마재는 대부분 구형이며 재료 제거가 최소화되어 매끄럽고 흠집 없는 표면을 보장하기 위해 금속, 은 또는 알루미늄 부품의 연마 및 기계적 세척에 이상적입니다.
△세라믹으로 만든 연마재는 고압을 견딜 수 있습니다. (출처: 비브라피니시)
연마제 외에도 진동식 미세 연마 공정에는 윤활유, 즉 화합물이 필요합니다. 컴파운드는 부품의 마모를 흡수 및 제거하고 부품을 세척 및 탈지하는 데 사용됩니다. 산 세척을 위해 금속 부품을 가공하기 위해 산성 화합물을 선택할 수 있습니다. 처리 후 건조가 필요합니다. 이러한 부품은 옥수수 속대 가루, 육두구 또는 나무 블록과 같은 가열된 건조 매체와 함께 배치되고 진동되는 진동 건조기에서 건조될 수 있습니다. 또는 벨트 건조기는 내부 채널과 구멍이 있는 민감하고 부피가 큰 부품에 특히 적합합니다. 벨트 건조기에서 3D 프린팅된 부품은 벨트의 열풍 시스템을 통과하고 이러한 방식으로 건조됩니다.
스팀 스무딩 및 진동 마감 연마 처리는 처리되는 부품의 수와 복잡성에 따라 시간이 10분에서 몇 시간까지 다양합니다.
호환 재료
Vapor Smooth는 대부분의 3D 프린팅 폴리머 및 엘라스토머와 호환됩니다. 증기 평활화를 위한 일반적인 재료에는 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 고충격 폴리스티렌(기계에 따라 다름), 나일론 11(PA 11), 나일론 12(PA 12), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리카보네이트가 포함됩니다. /아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(PC-ABS). 그러나 TPU 및 특정 특수 필라멘트를 사용한 스팀 스무딩은 권장되지 않습니다. 아세톤, 메틸 에틸 케톤(MEK), 테트라히드로푸란(THF), 디클로로메탄(DCM) 및 에틸 아세테이트와 같은 각 용매에는 고유한 효과 및 적용 고려 사항이 있습니다.
그러나 진동 미세 연마는 다른 많은 재료와 호환됩니다. 예를 들어, 진동 미세 연마는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 엘라스토머로 만든 3D 인쇄 부품에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄, 스테인리스 같은 금속에도 사용할 수 있습니다. 강철, 황동 또는 구리. 이는 FDM/FFF 및 파우더 베드 퓨전과 같은 다양한 3D 프린팅 기술에 대한 후처리 방법으로 사용할 수 있는 보다 다재다능한 방법입니다.
△진동연마 메탈 부품 전후 비교(출처: 액톤피니싱)
후처리 기술의 한계 및 장점
두 프로세스 모두 표면 모양과 성능 면에서 많은 이점을 제공합니다. 스팀 스무딩은 사출 성형에 필적하는 매끄럽고 내수성 표면 마감 부품을 얻을 수 있으며 부품의 연신율, 인장 특성, 굽힘 특성을 개선하고 특성, 강도 및 정밀도를 유지합니다. 반면에 진동 마감은 방수 마감을 달성하지 못하지만 매우 매끄러운 표면을 제공하고 코팅 자국을 제거하며 긁힘 및 얼룩 방지 표면을 생성합니다. Vibrofinishing 및 Vapor Smoothing 방법으로 처리된 구성 요소는 광택이 있는 매끄러운 표면을 생성합니다. 그러나 스팀 스무딩은 진동 미세 연마보다 광택 마감을 제공합니다. 또한 진동 미세 연마로 처리된 부품은 훨씬 더 부드럽고 쾌적한 촉감 경험을 보여주었습니다.
그러나 Vapor Smoothing이 모든 인쇄물에 대한 최상의 솔루션이 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 너무 복잡하거나, 너무 작거나, 너무 크거나, 너무 평평한 모델은 왜곡되거나 세부 사항이 손실될 수 있으며 나중에 아티팩트가 보일 수 있습니다. 스팀 스무딩 후 부품에 브리징, 물집, 물린 자국, 가장자리 풀, 반점, 구멍 또는 불완전한 형상과 같은 결함이 나타날 수 있습니다. 또한 유연한 재료는 경질 재료보다 표면 결함이 발생하기 쉽다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 조인트 무결성을 손상시키거나 스팀에 과다 노출되어 달라붙는 일이 발생하지 않도록 스팀이 움직이는 부품이나 조인트가 있는 구성 요소를 매끄럽게 할 때 신중한 타이밍을 취해야 합니다.
반면에 진동 미세 연마는 다양한 연마재와 방법을 선택하여 부품의 개별 요구 사항, 재료 특성 및 구조에 맞게 조정할 수 있기 때문에 스팀 스무딩보다 더 넓은 범위의 3D 프린팅 부품에 적합합니다. 진동 마무리는 프로세스가 항상 전문가에 의해 전문적으로 수행되는 한 거의 모든 3D 프린팅 부품에 적합합니다. 그러나 진동 마감 연마로 인해 부품 형상이 손실될 수 있습니다. 예를 들어 구성 요소의 모서리와 끝 부분이 지나치게 둥글게 되어 모양이 흐려질 수 있지만 스팀 스무딩에서는 이러한 현상이 발생하지 않습니다. 또한 진동 마무리는 때때로 후속 추가 건조 절차를 필요로 하므로 공정이 연장됩니다.
응용 분야
Vapor smoothing은 내수성, 항균성 및 화학 물질이 없는 구성 요소 처리를 위해 의료, 자동차 및 항공 우주와 같은 산업에서 선호하는 기술입니다. 진동 미세 연마와 관련하여 의료, 자동차 및 스포츠 산업은 특히 이 기술의 이점을 누리고 있습니다. 모든 분야에서 매끄러운 표면, 특히 금속 부품은 부품의 적절한 기능과 안전한 상태를 보장하는 데 중요합니다. 그러나 Vapor Smoothing 및 Vibratory Fine Polishing은 컨셉 모델에서 프로토타입, 최종 제품에 이르기까지 제품 개발 주기 전반에 걸쳐 구현될 수 있으며 의료, 자동차 및 소비재를 포함한 다양한 산업에서 사용됩니다. 진동 미세 연마로 가공된 부품의 예로는 자동차 산업용 자동차 부품 또는 스포츠 산업용 롤러 스케이트 및 피트니스 장비가 있습니다. 또한 보석과 식기는 소비자가 사용할 수 있도록 진동으로 미세하게 연마됩니다. 자동차 산업에서 자주 사용되는 증기 평활 부품의 예로는 대시보드, 도어 핸들 및 센터 콘솔 요소와 같은 차량의 내부 부품이 있습니다. Vapor smoothing은 항공우주 산업에서 날개, 공기 덕트 및 엔진 부품과 같은 항공기 부품에도 사용됩니다.
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△Vapor smoothing은 항공우주 산업에서 항공기 부품에 자주 적용됩니다(이미지 출처: Fast Radius)
공급자와 가격
SPALECK GmbH, VibraFinish 또는 Rohde AG와 같은 다양한 서비스 제공업체는 개인 고객 및 회사에 진동 미세 연마를 제공합니다. 증기 평활화의 경우 Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs 및 Hubs는 지정된 후처리 솔루션 기계 또는 재료 기반으로 증기 평활화 서비스를 제공하는 탁월한 서비스 제공업체입니다. 3Faktur는 스팀 스무딩 및 진동 미세 연마 서비스를 제공하는 독일 회사입니다. AMT PostPro3D 시리즈 및 Powerfuse S 시리즈와 같은 잘 알려진 VaporSmoothing 기계는 Xometry 및 DyeMansion에서 제공하는 솔루션인 반면 Protolabs 및 Hubs는 각각 SLS 및 MJFHPA 12, PA 12 및 MJF Ultrasint™ TPU-01 재료를 사용합니다.
진동 미세 연마의 경우 Walther Trowal, AVAtec 또는 Garant와 같은 제조업체의 대형 산업용 기계 비용은 약 $18,000 ~ $21,000(€17,000 ~ €20,{{ 7}}). 연마재 2kg은 $21 – 44(€20 – 40)이고 화합물 5리터는 약 $21 – 44(€20 – 40)입니다. 가격은 가공할 부품의 수량과 크기에 따라 크게 달라집니다. 스팀 스무딩의 경우 개별 부품 스무딩에 대한 서비스 요금은 부품의 복잡성에 따라 $5-$15(€4-€14)가 될 수 있지만 많은 제조업체는 일반적으로 10개의 번들로만 서비스를 제공합니다. 또는 더 많은 부품. 스팀 스무더 자체 구매 비용은 지역, 제조업체 및 품질에 따라 약 $10000 ~ $30000(€11,000–33,000)입니다. .
