인터로킹 부품 및 어셈블리의 3D 프린팅 방법

인터로킹 부품와 어셈블리는 우리가 보는 모든 곳에서 볼 수 있으며, 3D 프린팅이 더 많은 산업과 응용 분야의 제작 방법이 되면서 인터로킹 조인트를 3D 프린팅하는 방법을 배우는 것은 필수입니다.

인터로킹 조인트는 두 컴포넌트 사이의 마찰력에 의존하며 돌출부와 해당 돌출부가 끼워맞춤할 수 있는 음의 공간을 필요로 합니다. 이후에는 두 조인트의 마찰과 모양에 따라 조인트가 단단하게 고정되며, 한 방향으로만 분해되는 것을 방지하고 다른 방향에서 힘이 가해질 때는 분해가 가능하도록 합니다. 인터로킹 조인트는 목재와 같이 매우 뒤틀림이 없는 재료를 사용하는 응용 분야에서 매우 일반적이지만, 3D 프린트로 제작한 인터로킹 조인트도 흔히 볼 수 있습니다.

이와는 대조적으로, 스냅핏 조인트는 다른 컴포넌트가 오버행을 지나가면 한 피처가 약간 변형된 후 다시 원래 위치로 '스냅'되어 결합 컴포넌트를 효과적으로 고정하도록 설계되었습니다. 플라스틱은 목재와 같은 소재보다 반복적으로 변형될 수 있기 때문에 3D 프린팅으로 제작된 플라스틱 스냅핏 조인트는 어셈블리를 제작하는 데 매우 일반적인 방법입니다.

가장 오래된 기둥-보 또는 통나무집 목조 건축 방식부터 체인 메일, 회전 및 이동하는 컴포넌트가 있는 엔진 어셈블리에 이르기까지 다양한 인터로킹 조인트 및 어셈블리의 예가 있습니다. 이러한 유형의 조인트를 이용하면 다양한 이점을 얻을 수 있습니다. 인터로킹 조인트를 만들면 다음과 같이 할 수 있습니다.

• 손쉬운 구조물 조립 및 분해
• 사용 가능한 개별 컴포넌트보다 큰 시스템 만들기
• 두 가지 이상의 재질 또는 색상을 결합
• 나사, 접착제 등을 통해 부품을 수동으로 결합할 필요성을 줄여 설계 또는 조립을 간소화하는 동시에 강도를 높입니다.

3D 프린팅 인터로킹 조인트를 사용하면 부품을 따로 제작한 다음 결합해야 하는 기존의 인터로킹 제작 방식과 달리 어셈블리를 제자리에서 프린팅할 수 있습니다. 목조 인하우스와 같은 전통적인 예에서는 두 개의 큰 목재를 모따기(두 면이 맞닿도록 비스듬히 자르는 작업)한 다음 핀이나 못으로 서로를 더 단단히 고정합니다. 전통적인 목조 건축 방식은 스카프 조인트라고 하는, 좀 더 구체적으로 말하면 언더 스퀸트, 스톱 플레이 스카프 조인트로 이러한 맞물리는 부품을 만듭니다. 

전통적인 체인 메일 제작에서는 열린 개별 링크를 시퀀스의 이전 링에 고정시킨 다음 힘들게 용접하여 닫습니다. 오늘날에는 전통적인 갑옷의 필요성이 크지 않지만, 시제품 제작이나 패션을 위해 체인 링크와 대형 우편물을 3D 프린트로 제작하는 것이 더 쉽고 빠른 방법입니다. 

3D 프린팅 인터로킹 조인트는 대형 제품이나 복잡한 어셈블리를 설계할 때 많은 이점을 제공합니다. 한 가지 주요 장점은 다른 방식으로는 제작할 수 없는 인터로킹 부품 기능이 있다는 것입니다. 예를 들어, 일부 인터로킹 부품 설계에서는 돌출부, 탭 또는 핀이 고정되는 홈을 가공하거나 성형할 수 없습니다. 아래 예시의 인터로킹 부품은 3D 프린팅으로만 제작할 수 있습니다. 

몇 가지 기본 설계 원칙과 특정 프로젝트에 적합한 3D 프린터와 재료를 선택하는 방법을 이해하면 서로 끼워맞춤이 가능한 인터로킹 부품을 쉽게 3D 프린트팅할 수 있습니다.

용융 적층 모델링(FDM), 광경화성 수지 조형 방식(SLA), 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린터는 모두 인터로킹 부품를 만드는 데 사용할 수 있지만, 어떤 방식은 다른 방식보다 유리한 점이 있습니다.

3D 프린팅 인터로킹 부품의 주요 요소는 공차, 즉 주어진 치수에서 허용되는 변형입니다. 사출 성형 인터로킹 부품의 경우 공차는 일반적으로 0.1mm입니다. 하지만 3D 프린팅에는 더 많은 요소가 작용합니다. 플라스틱을 압출, 경화 또는 소결하는 데 사용되는 열은 인터로킹 조인트의 수축을 유발하거나 결합제가 부피를 증가시켜 의도한 것보다 큰 치수를 유발할 수 있습니다. 그러나 일부 3D 프린터는 제자리에서 인쇄할 수 있기 때문에 두 파트를 사출 성형한 다음 인터로킹 기능을 통해 결합하는 데 상당한 이점을 제공합니다.

예시에서 볼 수 있듯이 3D 프린트를 위한 간단한 인터로킹 기능을 설계하는 것은 매우 쉽습니다. 3D 프린트를 위한 인터로킹 조인트를 설계할 때 가장 중요한 것은 3D 프린팅 기술과 소재의 허용 오차를 고려하고 매우 크고 두툼한 파트인지, 아니면 작고 얇은 파트인지에 따라 프린팅하는 파트의 유형을 고려해야 한다는 점입니다. 이러한 고려 사항은 공차에 영향을 미치지만, Formlabs SLA와 SLS 모두 공차가 엄격하고 반복 가능한 높은 정확도를 제공하므로 이에 따라 설계를 조정할 수 있습니다.

더 작고 얇은 부품의 경우, 인터로킹 부품이 있는 다중 부품 어셈블리를 설계할 때 0.2mm의 공차 간격을 사용할 수 있습니다. 더 크고 덩어리가 큰 어셈블리의 경우 허용 오차를 최대 0.4mm까지 조금 더 크게 설정하는 것이 좋습니다. 
Formlabs의 SLS 프린터인 Fuse 1+ 30W는 두 번째 예시의 체인 메일 해키 자루 파트처럼 제자리에서 프린팅하는 인터로킹 부품 프린팅에 이상적입니다. 지지대 없이 재료의 인터로킹 링을 프린트할 수 있으며, 링 사이의 미소결 분말을 제거하는 수작업 없이 퓨즈 블래스트에서 쉽게 후처리할 수 있습니다.

Form 4 및 Form 4L과 같은 Formlabs 광경화성 수지 조형 방식 프린터는 매우 날카로운 모서리와 매끄러운 표면을 가진 파트를 인쇄하는 데 적합하며, 마찰을 최소화하면서 함께 미끄러져야 하는 부품에 유용합니다.

Formlabs 광경화성 수지 조형 방식 및 SLS 3D 프린터에 대해 자세히 알아보려면 웹사이트를 방문하세요. 웹사이트에서 샘플을 요청하면 인터로킹 기능이 있는 광경화성 수지 조형 방식 또는 SLS 샘플 파트를 무료로 받을 수 있습니다.