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래피드 프로토타이핑에 대한 모든 것 배우기
신속한 프로토 타입 (RP)는 신제품의 디자인을 시각적, 기능적으로 평가하고 지속적으로 디자인을 최적화하려고 시도하면서 고급 제조 공정을 사용하여 신속하게 프로토타입을 만드는 프로세스를 간단히 설명하는 비교적 새로운 용어입니다. 엔지니어 또는 설계자는 훌륭한 아이디어를 최종 제품의 모양과 작업 스타일을 시뮬레이션하는 현실적인 개념 모델로 변환하고 대량 생산으로 이동하기 전에 일련의 검증을 거칩니다. 프로토 타입은 디자인, 테스트 기술, 제품 작동 원리 분석, 디자인, 재료, 치수, 모양, 조립, 색상, 제조 가능성 및 강도를 조정하고 적시에 가능성을 피하는 데 사용되는 최종 제품의 원래 버전입니다. 함정, 최종 제품의 품질을 향상시킵니다. 이 기사에서는 현재 널리 사용되는 XNUMX가지 프로토타이핑 방법을 살펴보고 다양한 프로세스로 제조된 부품의 재료 특성을 비교합니다. 또한 다양한 제조 공정에서 고려해야 할 주요 요소를 요약했습니다. 그 목적은 설계자가 최상의 프로토타입 제조 공정을 선택할 수 있도록 돕는 것입니다.
신속한 프로토타이핑의 정의
래피드 프로토타이핑은 최종 제품을 시뮬레이션하기 위해 최대한 빨리 모델을 생산하는 프로세스입니다. 프로토타입을 만들 수 있는 제조 방법은 수십 가지가 있으며 그 중 가장 인상적인 것은 적층 제조, 즉 3D 프린팅입니다. 그러나 기존의 절삭 가공 CNC 가공으로도 고품질 프로토타입을 생산할 수 있습니다. 3D 프린팅과 신속한 프로토타이핑은 완벽하게 맞아떨어져 거의 무제한의 기하학적 모양을 가진 부품을 제조할 수 있으며 프린터 하나만 있으면 되고 다른 도구는 필요하지 않습니다. 3D 프린팅은 전통적인 제조 방법을 사용하여 제조된 다양한 재료와 매우 유사한 기계적 특성을 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
7가지 유형의 시제품 제작 공정
방법 | 이름 | 기술 | 마침 | 예시 자료 |
스테레오 리소그래피 | 서비스 수준 계약 (SLA) | 레이저 경화 감광성 폴리머 | 일반적인 첨가제 레이어 범위는 0.002-0.006인치(0.051-0.152mm)입니다. | 열가소성처럼 |
선택적 레이저 소결 | SLS | 레이저 소결 분말 | 일반적인 첨가제 레이어는 약 0.004인치(0.102mm)입니다. | 나일론과 TPU처럼 |
직접 금속 레이저 소결 | DMLS | 레이저 소결 금속 분말 | 일반적인 첨가제 레이어 범위는 0.0008-0.0012인치(0.020-0.030mm)입니다. | 스테인레스 스틸, 티타늄, 크롬, 알루미늄 및 크롬 니켈 철 합금 금속 재료와 같은 |
융합 증착 모델링 | FDM | 융합 돌출 | 일반적인 첨가제 레이어 범위는 0.005-0.013인치(0.127-0.330mm)입니다. | ABS, PC, PC/ABS, PPSU 및 기타 플라스틱처럼 |
폴리젯 | 피젯 | UV 경화 제트 감광성 폴리머 | 일반적인 첨가제 레이어 범위는 0.0006-0.0012인치(0.015-0.030mm)입니다. | PMMA와 마찬가지로 탄성 감광성 폴리머 |
CNC 가공 | CNC | CNC 밀링 머신 및 선반을 사용하여 초과 재료 제거 | 초과 재료 제거(부드럽게) | 대부분의 엔지니어링 등급 플라스틱 및 금속에는 수백 가지 재료가 있습니다. |
진공 주조 | VC | 실리콘 몰드를 사용하여 복제 플라스틱 부품 만들기 | 매끄럽게 또는 선택한 텍스처로 | 엔지니어링 등급 열가소성 수지 |
다양한 제조 방법의 장단점
서비스 수준 계약 (SLA)
서비스 수준 계약 (SLA): SLA는 가장 오래되고 대중적이며 가장 비용 효율적인 적층 제조 방식으로 상업에 적용된 최초의 3D 프린팅 방식입니다. 컴퓨터로 제어되는 자외선 레이저를 이용해 액상의 감광성 고분자 수지를 층층이 경화시켜 부품을 제조하는 과정을 반복하는 과정이다. 층별 단면은 CAD 설계 파일(.stl 형식)에서 파생됩니다. stl 형식의 CAD 파일이 대부분의 3D 프린터의 기본 컴퓨터 언어가 되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
장점: 다른 적층 프로세스와 비교하여 SLA는 복잡한 기하학적 모양을 가진 고품질 프로토타입 및 부품을 생산할 수 있습니다. SLA는 빠르고 저렴하며 제조된 부품은 엄격한 공차를 유지하면서 우수한 표면 마감과 최적의 디테일을 갖습니다. 표준, 엔지니어링 및 산업용 열가소성 플라스틱과 일치하도록 광학, 기계 및 열 속성과 같은 여러 선택 가능한 재료 라이브러리가 있습니다. SLA 프로토타입은 일반적으로 의료용 프로토타입을 제조하는 데 사용되며 진공 주조 마스터 모델에도 사용됩니다.
단점 : SLA 제조 프로토타입은 강도가 부족한 경우가 많으며 극한 상황에서의 테스트에 적합하지 않습니다. 또한 자외선은 습한 환경에서 시간이 지남에 따라 약해집니다.
SLS
SLS: SLS는 금속 및 플라스틱 프로토타입을 제조하기 위한 3D 프린팅 기술입니다. 나일론 또는 엔지니어링 등급 플라스틱과 유사한 탄성 TPU 분말과 같은 컴퓨터 제어 고출력 레이저 가열 및 소결 분말 재료를 사용하여 레이어별로 프로토 타입을 만드는 과정입니다. SLS 기술은 1980년대로 거슬러 올라갈 수 있으며 Carl Deckard가 특허를 받았습니다. 다른 많은 3D 프린팅 프로세스와 마찬가지로 CNC 가공으로 달성하기 어려운 내부 격자 구조가 있는 부품과 같이 내부 피처, 언더컷, 얇은 벽 등 복잡한 기하학적 모양을 가진 부품을 제조할 수 있습니다.
장점: SLA에 비해 SLS 부품은 더 정확하고 내구성이 있으며 일부 기능 테스트에 적합합니다.
단점 : SLS 부품의 표면은 알갱이 또는 모래 같은 질감을 가지고 있으며 미세한 디테일이 부족하고 매우 거칠다. 심미적인 결과를 얻기 위해서는 XNUMX차 가공이 필요하며 사용 가능한 재료가 제한적입니다.
DMLS
DMLS: DMLS 금속 프로토타입 및 최종 사용 부품을 제조하고 부품이 완성될 때까지 분말을 한 층씩 용접하는 3D 프린팅 기술입니다. DMLS 부품은 대부분의 합금 재료로 만들 수 있으며, 물론 최종 부품과 동일한 재료를 선택하여 완전한 강도와 기능성 프로토타입을 생산할 수 있습니다.
장점: DMLS는 기능 테스트를 위한 금속 프로토타입(일반적으로 97% 밀도)을 제조할 수 있으며 기존 프로세스로는 달성할 수 없는 내부 기능 또는 채널을 제조할 수 있습니다. DMLS 부품의 기계적 특성은 기본적으로 기존 제조 부품의 기계적 특성과 일치합니다.
단점 : DMLS 부품의 표면은 거칠고 값비싼 후처리가 필요합니다. DMLS를 사용하여 여러 금속 부품을 제조하는 경우 비용이 높을 수 있습니다.
FDM
FDM: 용융증착성형(FDM) 공정에서는 열가소성 소재(예: ABS, 폴리카보네이트 또는 ABS/폴리카보네이트 블렌드)를 프린터에서 가열된 노즐에서 녹인 후 노즐이 설정된 경로를 따라 이동하면서 액상 수지 소재를 부설합니다. 층별로, 아래에서 위로 프로토타입을 만듭니다.
장점: FDM은 정품 열가소성 소재 중에서 선택하여 저렴하고 견고하며 일부 기능 테스트를 수행할 수 있는 구성 요소를 생산할 수 있습니다. 물론 이 과정에서 복잡한 구조의 부품도 생산할 수 있습니다. FDM 기술은 사용하기 쉽고 단일 부품 제조 시 다양한 유형과 색상의 플라스틱을 수용하며 안전하고 깨끗하며 오염이 없습니다.
단점 : FDM 부품에는 종종 약간의 구멍, 불균일한 강도, 열악한 표면 마감 및 뚜렷한 잔물결 자국이 있습니다. SLA 또는 SLS에 비해 FDM은 효율적이지 않습니다.
SLM
SLM: SLM은 고출력 레이저를 사용하여 금속 분말을 녹이고 융합하여 프로토타입이나 부품을 생산하는 기술입니다. 일반적인 금속 분말에는 티타늄, 스테인리스 스틸, 알루미늄 및 코발트 크롬 합금이 포함되며, 이는 강도, 내구성 및 복잡성이 높은 정밀 금속 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.
장점: 에스엘엠에서 생산하는 정밀부품은 항공우주, 자동차, 국방, 의료.
단점: SLM으로 만든 부품 또는 프로토타입은 비용이 많이 들 수 있으며 숙련된 기계공이 제어해야 합니다.
폴리젯
폴리젯: PolyJet은 프린트 헤드를 사용하여 감광성 폴리머 수지를 층별로 분사하고 UV 경화 재료를 사용하여 프로토타입 또는 부품을 제작합니다. 이 공정에서 분사되는 수지 층은 매우 얇을 수 있으며 표면이 매끄러운 부품을 생산할 수 있습니다. 프린트 헤드에 다양한 재료를 분사할 수 있으므로 다중 재료 프로토타입을 구성할 수 있습니다.
장점: Polyjet은 저렴하고 복잡한 구조의 유연한 부품을 제조하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 유연하고 단단한 재료를 사용하여 래핑된 성형 부품의 프로토타입을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
단점 : Polyjet 부품은 기능 테스트에 충분히 강하지 않으며 빛에 장기간 노출되면 노란색으로 변할 수 있습니다.
CNC 가공 : 절단기는 설정된 경로를 따라 회전하여 플라스틱 또는 금속의 단단한 블록(또는 막대)을 절단하고 초과 재료를 제거하여 부품 또는 프로토타입을 생산하는 재료 절감 프로세스입니다. 첨가제에 비해 CNC 가공 부품은 강도와 표면 마감이 우수하고 비교적 완성도가 높습니다. 선택한 재료의 범위는 인장 강도, 내 충격성, 열 변형 온도, 내 화학성 및 생체 적합성과 같은 여러 기능을 갖춘 CNC 부품을 생산할 수있는 수천 가지 유형으로 매우 광범위합니다. 좋은 공차는 조립 및 기능 테스트에 적합합니다.
장점: CNC 부품은 표면 마감이 우수하고 공차가 엄격하며 다양한 엔지니어링 등급 열가소성 수지 및 금속을 선택할 수 있습니다. 3D 프린팅에 비해 부품의 복잡도에 따라 24시간 이내에 프로토타입을 납품할 수 있습니다.
단점 : 일부 복잡한 부품의 경우 CNC 가공에 몇 가지 제한이 있을 수 있습니다. 예를 들어, 속이 빈 얇은 벽 부품을 기계 가공하는 것은 매우 어려우며 때로는 뒤집어 맞춤형 고정 장치로 공작물을 고정해야 합니다. 따라서 복잡한 기하학적 모양을 가진 부품을 가공하는 경우 CNC 가공 비용이 상대적으로 높습니다.
진공 주조 : 엄밀히 말하면 진공 주조는 소량의 부품을 제조하는 공정입니다. 투입된 폴리우레탄 소재를 진공상태에서 탈포, 혼합, 예열, 성형하고 2℃~3℃의 항온상자에서 60~80시간 XNUMX차 경화성형 공정을 진행하는 공정.
장점: 진공 주조로 만든 복제품은 ABS와 같은 원료의 강도와 경도에 도달할 수 있으며 요구 사항에 따라 색상을 장착할 수도 있습니다. 진공 복제 프로세스는 특정 기능과 외관을 충족할 수 있는 복잡한 구조와 균일한 벽 두께를 가진 플라스틱 부품의 작은 배치를 생산할 수 있습니다.
단점 : 각 주형은 최대 25개의 복사본을 만들 수 있습니다(주형 및 주조 재료의 복잡성에 따라 다름). 부품이 고품질을 요구하는 경우(예: 투명하거나 복잡한 구조) 하나의 금형에서 12개 또는 10개의 복제본만 만들 수 있습니다.
신속한 프로토 타이핑 비용은 얼마입니까?
이 질문은 대답하기 어렵습니다. 신속한 프로토타이핑은 비용 면에서 상당한 차이가 있는 다양한 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어 가공 기술, 크기, 수량, 표면 마감, 수량, 재료, 표면 처리 등의 정보가 불확실한 경우 시제품을 제작하는 데 드는 비용은 수십 달러에서 많게는 수천 달러. 프로토타입 프로젝트의 디자인을 완료한 경우 중국 최고의 래피드 프로토타이핑 제조업체인 DDPROTOTYPE에 연락하여 무료 견적을 제공하고 디자인에 대한 건설적인 제안과 실행 가능한 솔루션을 무료로 제공하십시오.