3d 프린팅 마스터 과정 - 이론

3d 프린팅 교육

과정명: 3D 프린팅 마스터 과정 & 조립전문가 과정
교육장소: 3d cookie 대전센터 교육
교육일시: 1차 2016.9.24-2016.11.13 (주말반) / 2차 (평일저녁반)

교육을 한번 받고 제대로 활용을 하지 못하면 정말 무용지물이다.
작년에 시간을 들여서 받은 교육이니 다시 한번 공부하면서
3d 프린터 재설치하고 설계 & 출력테스트를 해보겠다.

<0. 시작하기 - 3d 프린터 사용현황>

p.4 - 3d 프린팅 동향 및 사례

오바마 정부와 3d 프린팅 - 2012년부터 3d 프린팅을 제조업 혁신의 핵심기술로 파악

관련 법령 및 투자 계획을 적극 추진함. 

2012년 2월 13일 연두교서 이후, 2013년 8월 3d 프린팅 관련 국가 연구소인 NAMII (national additive manufacturing innovation institute)를 오하이오 영스타운에 설립.

그 이후에 계속 세계적으로 주목받기 시작

항공 - 보잉사, EADS사 (에어버스 모회사): 소형제품, 날개제작에 활용연구
엔진부품 제작에 사용(금속프린팅)

의료/치과분야 - 인공치아, 인공턱, 인공관절 등 제작 공정, 시간 단축

모의수술 분야에서 활용

p.24 - 3d 프린터의 활용범위 증대

소비재, 전자(22%), 자동차(19%), 메디컬/덴탈(17%) 등을 중심으로 활용되며 목업(Mock-up)에서 최종제품생산으로 활용범위 확대

장비 및 소재를 개발, 생산하는 제조업, 생산대행 제작지원을 제공하는 서비스업 등 다양한 유형의 기업들로 구성.

장비 제조업은 소수 선두업체들이 시장의 70% 이상을 과점하며, 장비업체가 직접 소재개발을 통해 소재 공급도 주도

- 산업용은 Stratasys (53.4%), 3DSystems (17.5%) 

- 개인용은 RepRap (60%), MakerBot(22%), bits for bytes (13%)

소재 (플라스틱, 금속) 관련 시장이 커지고 있다.

<1. 3d 프린터 원리 및 구조, 주요방식>

p.30 - 2d 프린터의 원리

2d 프린터 원리 및 구조를 보면, 잉크젯 프린터의 경우 액체를 미세한 노즐로 수평먼에 분사하여 용지에 정착시키는 피에조 방식(엡손) 

*피에조 (piezoelectricity, 압전방식) - 기계적 일그러짐을 가함으로써 유전분극을 일으키는 현상.

열전도체로 가열해서 잉크 방울 나가게 하는 써멀버블방식 (HP, 삼성, 렉스마크) 

공기방울 이용해서 인쇄하는 버블젯방식(캐논) 등이 있다.

2d 레이저 프린터는 정전기현상을 이용하여 인쇄하는데 상에 대한 정보를 레이저 광선을 써서 드럼에 맺힌 후 토너(카본가루)를 상이 맺힌 곳에만 달라붙게 한 뒤에 뜨거운 롤러를 통과시켜 압착하는 방식임. 

p.34 - 3d 프린터의 탄생

소재를 적층(additive)하여 3차원 물체를 제조하는 프로세스

1984년 미국의 Charles Hull이 설립한 3d 시스템즈사 (미)에서 최초 상용화

- 1986년 SLA특허 (광경화수지)

- 1988년 최초 SLA방식의 3d프린터 출시

공식용어: 적층제조 (AM; Additive Manufacturing), 쾌속조형(RP; Rapid Prototyping)

공제식 가공 (Subtractive Manufacturing) - 선반, 밀링머신, CNC, 제작 가능형상 한계

첨삭식 가공 (Additive Manufacturing) - 제작 가능 형상 제한이 거의 없음

p.36 - 3d 프린팅의 3단계 공정 - 모델링, 프린팅, 후처리의 3단계 공정으로 이뤄짐.

p.36 - 3d 프린터 원리 및 구조: SLA

광경화수지조형 (Stereo Lithography Apparatus), 3d systems 사 찰스 헐 발명(1986특허), 최초의 상업용 프린터, 레이저 빔을 이용하여 액화상태의 광경화성 플라스틱을 얇은 층으로 경화 -> 반복적으로 수행하여 층층이 쌓아감. 성형속도가 빠르고, 정밀도가 높음. 

p.36 - 3d 프린터 원리 및 구조: SLS

선택적 레이저 소결조형 (Selective Laser Sintering 가루), 전통적 금속 제품에 사용가능, 고운가루의 기능성 고분자, 금속분말을 레이저로 용융

티타늄, 스텐레스강, 알루미늄, 코발트, 왁스, 폴리스티렌, 나일론, 유리, 세라믹 등 / 재료 재활용 가능. 속도가 가장 빠르고 다양한 소재 가능, 장비가격 고가. 정밀도는 조금 떨어짐.

p.40 - 3d 프린터 원리 및 구조: FDM

융합수지압출적층조형 (Fused Deposition Modeling), Stratasys사 CEO 스콧 크럼프에 의해 발명. FDM은 상표등록명이고 일반용어로는 FFF(Fused Filament Fabrication)

열가소성 플라스틱을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름형태로 적층. 정밀도가 낮고 내구성 강도가 낮음. 기계장치가 간단하고 가격 유지보수 비용이 저렴하여 개인용으로 많이 사용됨. 성형속도가 느림. 주로 PLA수지와 ABS수지 사용됨. 치즈, 초콜렛 등도 가능. 

ABS는 유독성, 화합물이 있지만 성형성이 좋다. PLA는 ABS의 80%강도임. 친환경 플라스틱.

보통 사용되는 필라멘트의 두께는 1.95mm 임. 

노즐 두께는 0.34-50 정도임. FDM 방식은 필라멘트를 교체시에 온도를 꼭 올려야 함. 

p.44 - RepRap프로젝트

혁신의 상징. Replication Rapid Prototyping (www.reprap.org) 

오픈소스 하드웨어 형태로 대중참여 유도함. 영국 바스대학 기계공학과의 아드리안보이어 (Adrian Bowyer) 교수에 의해 2005년 시작. 누구라도 3d 프린터를 만들어 이용할 수 있게 하자 라는 취지로 설계내용을 모두 오픈소스로 공개함. 따라서 스스로 복제가 가능함. 랩랩의 3d 프린터는 자신의 부품을 최대 60%까지 자체 복제 가능함. 

By. skyfishBAE