SLS 후처리 테크닉 소개: 미디어 블라스팅, 연마, 코팅, 도색 외 다수

선택적 레이저 소결(SLS) 3D 프린팅는 고성능 재료를 사용에 입증된 제조 기술입니다. 이러한 재료에 고급 후처리 테크닉까지 사용한다면 성능과 외관을 훨씬 더 향상시킬 수 있습니다.

저희가 마련해 둔 가이드에서 SLS 3D 프린팅 파트의 기본 후처리와 완성된 프린트물의 표면 정돈, 코팅, 도색에 사용되는 고급 테크닉을 알아보세요.

다른 분말 기반 적층 제조 기술과 마찬가지로 SLS 부품은 인쇄가 끝난 후 여분의 분말을 청소해야 합니다. 부품 인쇄가 완료되고 3D 프린터에서 제거되면 부품 추출, 분말 회수 및 미디어 블라스팅의 세 가지 핵심 단계를 수행해야 합니다.

이 섹션에서는 Fuse 시리즈 SLS 3D 프린터와 Fuse Sift 분말 회수 스테이션을 다룹니다.

후처리를 시작하려면 SLS 프린트를 식혀야 합니다. 완전히 포장된 Fuse 1 빌드에서 최대 14시간이 걸릴 수 있습니다. Fuse 시리즈 프린터에는 권장 냉각 시간을 보여주는 터치스크린 기능이 있습니다.

이 냉각 프로세스는 두 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 빌드 챔버가 ≤ 100°C로 냉각될 때까지 기다리는 것입니다. 이 때 빌드 챔버를 프린터에서 떼어내 Fuse Sift 스테이션으로 옮길 수 있습니다. 냉각 시간이 업계 최고로 신속하여 이전 프린팅 작업 후 1~2시간 이내에 새 프린팅 작업을 시작할 수 있습니다.

냉각 프로세스의 두 번째 단계는 Fuse Sift 내에서 이루어집니다. 완전히 식은 후 파트를 회수할 수 있습니다. Fuse Sift가 파우더 덩어리를 빌드 챔버 밖으로 천천히 들어 올려 소결된 파트와 소결되지 않은 파우더가 분리되게 하면 팬은 분산된 파우더를 필터로 끌어들입니다. 소결되지 않은 파우더는 손으로 털어서 프린트물에서 떨어뜨리면 완성된 프린트물이 드러납니다.

SLS 3D 프린트물은 서포트 구조가 필요하지 않으므로 여분의 프린팅 재료를 제거할 필요가 없습니다. Fuse 시리즈 3D 프린터는 프리팅 시 Surface Armor라는 독점적인 반소결 쉘로 파트 표면을 보호하여 일관된 파트 품질과 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 이 쉘은 파트의 표면을 브러시로 부드럽게 문질러 제거합니다.

Fuse 시리즈에서는 프린팅 후 소결되지 않은 상태로 남아 있는 파우더를 재활용하고 재사용할 수 있어 폐기물과 재료 비용을 줄일 수 있습니다. Fuse Sift는 진공 청소기로 미세한 파우더를 회수하고 텀블러로는 회수된 파우더와 사용하지 않은 파우더를 혼합하여 향후 프린팅에 사용합니다. 혼합 파우더 중 새 파우더의 백분율을 리프레시 비율이라고 합니다.

리프레시 비율은 3D 프린터와 파우더에 따라 달라집니다. Fuse 1+30W는 불활성 가스 환경 덕분에 이전 모델인 Fuse 1보다 낮은 리프레시 비율로 프린팅할 수 있습니다.

기본 세척 후 미디어 블라스팅(샌드 블라스팅이라고도 함)으로 SLS 파트에서 파우더를 완전히 제거하는 것이 좋습니다. 브러시로는 완전히 해결할 수 없는 네거티브 피처(움푹하게 들어간 형상) 내 반소결 Surface Armor 제거에 특히 유용합니다.

SLS 파트의 파우더를 완전히 제거하는 데는 샌드 블라스팅이라고도 하는 미디어 블라스팅을 권해드립니다. 왼쪽 파트는 미디어 블래스팅으로 처리한 파트이고 오른쪽 파트는 그렇지 않은 파트입니다. 반소결 Surface Armor는 초기에 잔여 파우더를 제거한 후에도 네거티브 피처에 남아 있는 점에 유의해주세요.

미디어 블라스팅 시스템은 여러 종류가 있습니다. Formlabs은 SLS 3D 파트에 사이펀 피드 시스템을 권해드립니다. 사이펀 피드 시스템은 벤츄리 효과를 이용해 압축 공기 라인과 교차하는 튜브 끝에 흡입력을 생성합니다. 사이펀 피드 시스템은 일반적으로 프린팅된 파트에 부정적인 영향을 미치지 않고 잔여 파우더를 제거할 수 있을 만큼 충분히 강한 분사 압력에서 작동합니다. 더 큰 압력을 가할 수 있는 압력 시스템은 구멍이 나거나 프린트물 표면이 손상될 위험이 있습니다. 

미디어 블라스팅 시스템이 작동하려면 공기가 상당량 흘러야 하고 대부분의 캐비닛에는 연마 입자를 효과적으로 추진하고 SLS 부품을 청소하기 위해 80psi에서 16CFM을 달성할 수 있는 압축기가 필요합니다. 블라스팅이 가능하므로 블라스팅 공정이 더욱 원활해집니다.

시장에 나와 있는 기본 사이펀 피드 옵션은 다음과 같습니다.

1. 벤치탑 블래스터 :데스크탑 미디어 블래스터는 가격이 $150에서 $1,000 사이이며 폼 팩터(Form factor, 제품 외형이나 크기, 물리적 배열)가 작아 협소한 공간에 적합할 수 있습니다. 가격대가 가장 낮은 장치는 품질이 좋지 않을 수 있으므로 장비 가동 중지 또는 입자가 캐비닛 밖으로 빠져나가는 문제가 발생할 수 있다는 점에 유념해주십시오.
2. 플로어 블래스터: 스탠딩 블래스터는 약간 더 비싸고 공간을 더 많이 차지하지만 여전히 상대적으로 저렴하여 약 $1,000부터 시작합니다. 대부분은 주변 워크스테이션을 깨끗하게 유지하는 공기 매체 분리기(블라스트 캐비닛의 측면에 연결되어 공기 중 매체 및 분말이 없는 공기를 유지하는 진공)와 함께 제공됩니다. 
3. 텀블 블래스터: 텀블 블래스터에는 공기가 흐르는 회전 드럼과 드럼 내부 부품으로 향하는 매개체가 포함되어 있습니다. 파트를 장치에 배치하고 나서 일반적으로 약 20분이 소요되는 블라스팅 주기가 완료될 때까지 그대로 두는 자동화된 블라스팅 프로세스입니다. 텀블 블래스터는 작고 견고한 파트를 대량으로 세척하는 작업에 꼭 맞습니다. 섬세한 부분이나 미세한 기능이 있는 파트에는 적합하지 않으며 $20,000 이상에서 시작하는 까닭에 적은 양의 파트 때문에 비용을 들일 가치는 없을 것입니다. 

AMT, DyeMansion을 비롯한 일부 제조사에서 3D 프린팅 파트용으로 설계된 미디어 블래스터를 공급합니다. 모두 가격이 약 $35,00부터 시작하는 고가지만 사용자 경험과 대량 사용 효율성에 기준이 되는 황금률입니다.

이들 각 프로세스에는 고유한 장점과 단점이 있어 서로 다른 재료 특성에 각각 다른 영향을 미칠 수 있습니다. 장비와 기술의 사내 도입 또는 아웃소싱 여부를 포함하여 이러한 워크플로우를 고려할 때는 필요한 자본 비용과 기술을 고려하십시오.

아래 요약은 SLS 3D 프린팅 파트에 사용되는 다양한 고급 후처리 기술의 진입 장벽과 잠재적 결과를 보여줍니다.

이 단계를 순서대로 수행하여 다양한 물성을 얻을 수 있습니다. 이 글에서는 각 옵션을 개별적으로 설명합니다. 특정한 결과를 얻기 위해 후처리 기술을 순서대로 진행하는 데 관심이 있으시면 당사 팀에 문의하여 사용 사례를 놓고 전문가와 상담하세요.

세척 및 미디어 블라스팅 후의 SLS 3D 프린팅 파트는 표면 질감이 모래 같이 거칠거칠합니다. 여기서는 물질을 부드럽게 제거하는 진동 텀블링과 파트에 광택 마감을 추가하는 증기 평활화라는 표면을 매끄럽게 하는 데 사용되는 두 가지 기술을 살펴봅니다.

프린터에서 갓 나온 매끄러운 파트를 찾고 계십니까? 액상 레진을 재료로 표면이 자연스럽고 매끄러운 파트을 생산하는 Form 3+ 또는 Form 3L 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터를 고려해보세요.

진동 연마 또는 미디어 텀블링이라고도 하는 진동 텀블링은 SLS 3D 프린팅 파트를 연마에 필요한 매체와 함께 텀블러에 넣어 표면을 매끄럽게 만드는 마무리 공정입니다. 만졌을 때 매끈매끈한 광택이 나는 반광택으로 마감 처리 하는 공정입니다. 실험에서는 평균 80%의 표면 거칠기 감소를 관찰했습니다.

진동 연마기에는 표면을 부드럽게 연마하는 세라믹 칩, 플라스틱 펠릿 또는 호두 껍질과 같은 유기 재료와 같은 매체 펠릿과 함께 파트를 교반하는 보울, 배럴 또는 텀블러가 있습니다. 사이클 타임(cycle time, 원자재의 투입부터 완성까지 걸리는 모든 시간)이 일반적으로 2시간에서 8시간까지 다양하며 장비는 기술자의 감독 없이 작동할 수 있습니다.

진동 텀블러는 소형 벤치탑 모델의 경우 $100부터 시작하므로 모든 제조 환경에서 경제적인 선택이 됩니다. 이보다 큰 독립형 모델은 처리량이 많은 생산에 더 적합하며 약 $3,000부터 시작합니다.

아래 그림의 파트는 Mr. Deburr 300DB에서 세라믹을 매체로 6시간을 텀블링했습니다.

증기 스무딩은 SLS 3D 프린팅 파트를 증기화된 화학 용매로 세척하여 3D 프린팅된 재료에 통제된 화학적 용융을 일으켜 미세한 공동을 채우고 파트를 둘러싸는 매끄럽고 광택 있는 쉘을 형성합니다. 특히 스무딩 효과는 가시선 형상에 국한되지 않으므로 내부 채널 또는 기타 네거티브 피처가 있는 복잡한 파트에 적합합니다. 

증기 평활화 장비 제공업체와 관련 서비스 제공업체는 완성된 파트에서 박테리아 성장이 감소하며 심지어 식품 접촉에도 안전할 수 있을 것으로 주장합니다. Formlabs은 이러한 주장을 확인하지 않았으며 추가 안전 정보는 장비 제조업체에 확인해주시기를 바랍니다. 

증기 평활화 장비는 가격이 $60,000에서 시작하므로 소량으로 부품을 생산하는 기업은 서비스 제공업체에서 증기 평활화할 부품을 보내 처리할 수 있습니다.

아래 그림은 DyeMansion에서 증기 평활화 작업을 마친 파트로 독점적인 증기 혼합물을 사용했습니다. AMT 또한 증기 스무딩 장비 및 서비스를 제공합니다.

3D 프린팅된 파트의 외부 표면을 기능성 소재로 코팅하면 3D 프린팅된 소재 자체로는 얻을 수 없는 속성을 더할 수 있습니다. 이런 속성에는 강도, 전도성 또는 내화학성 증진 등이 있습니다. SLS 3D 프린팅 파트를 코팅하는 데는 수많은 옵션이 있고 여러 가지 코팅을 적층하면 다양한 특성을 얻을 수 있습니다. 이 섹션에서는 각 옵션에 대한 간략한 설명과 유익한 결과를 얻을 수 있는 사례를 설명합니다.

3D 프린팅 파트는 전기 도금을 통해 금속으로 코팅할 수 있습니다. 이 공정에서는 3D 프린팅된 파트를 먼저 전도성 스프레이로 코팅한 다음, 전류가 도금 재료(양극)에서 3D 프린팅 파트의 표면(음극)으로 금속을 전달하는 화학조에 잠기게 합니다.

파트는 크롬, 니켈, 아연 및 티타늄을 비롯한 다양한 금속으로 도금할 수 있습니다. 제조업체는 때때로 여러 유형의 금속을 순차적으로 적층하여 기계적, 전기적, 외관적 특성에서 올바르게 균형을 잡습니다.

가정 또는 DIY 환경에서도 SLS 프린팅 파트를 전기 도금할 수 있지만 경험이 없는 사용자는 유해 화학 물질에 노출될 위험이 있으며 품질 좋은 결과를 얻는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 구조 부품이라면 어떤 것도 전문 계약 제조업체에 파트를 보내는 것이 좋습니다. 저희가 준비한 백서를 다운로드하여 지역과 작업 규모 별 전기 도금 서비스 업체의 목록을 확인해보세요.

아래 그림의 파트는 RePliForm, Inc에서 니켈로 도금했습니다.

세라코트(Cerakote)의 세라믹 코팅 제품 같은 제품은 세라믹 첨가제가 포함된 폴리머를 파트에 직접 분사하여 박막을 형성합니다. 표면에 오염 물질이 남아 있지 않도록 특수 매체로 파트를 완전히 매체 분사하고 왁스와 그리스 제거제로 세척해야 하지만 프라이머는 필요하지 않습니다. 세라코트에서 공기 경화 및 오븐 경화 제형을 모두 찾아볼 수 있습니다.

세라믹 코팅은 고급 후처리 기술 중 최고의 성능을 얻을 수 있는 옵션 중 하나입니다. 파트에 화학적 내성이 생기고 기계적으로 튼튼해다양한 색상 옵션을 사용할 수 있습니다. 세라코트는 내부식성, 저마찰, 기타 특성을 얻을 수 있는 특수 제품도 구비하고 있습니다.

세라코트의 웹사이트에는 인증받은 코팅 시공자 목록이 있으며 세라믹 코팅 기술을 인하우스 서비스로 도입하려는 매장에 인증서도 제공합니다.

아래 사진의 파트는 숙련된 시공자가 세라코트 H-140 Bright White로 코팅했습니다.

분체 도장은 기질 재료에 분말 형태의 중합체를 건식으로 적용하는 것입니다. 정전기적으로 적용되고 열, 빛 또는 둘 다로 경화됩니다. 많은 분말 코팅 재료는 매우 높은 온도를 필요로 하므로 SLS 3D 프린터에서 자주 사용되는 것과 같은 열가소성 수지를 기질로 사용하지 않습니다. 낮은 작동 온도에서 적용할 수 있는 일부 분말 코팅 재료는 SLS 3D 인쇄 부품과 함께 사용하기에 적합합니다.

UV 경화성 분말 코팅은 특히 열에 민감한 기판을 염두에 두고 개발되었습니다. 이러한 코팅은 또한 정전기적으로 적용되며 낮은 열로 흐릅니다. 분말이 녹으면 코팅이 고강도 자외선에 노출되어 경화됩니다. UV 분말은 열경화성 분말 코팅에 비해 처리하는 데 훨씬 적은 열과 시간이 필요하며 인쇄된 부품을 손상시키거나 뒤틀림 없이 유사한 성능 특성을 제공합니다.

다른 유형의 코팅과 유사하게 분말 코팅은 내화학성, 표면 경도 및 기계적 강도를 증가시킬 수 있습니다. 분말 코팅은 재료가 흐르고 떨어질 수 있는 페인팅 또는 침지와 같은 액체 적용 공정으로 도달하거나 균일하게 코팅하기 어려운 두꺼운 코팅 및 형상에 특히 적합합니다.

아래 사진의 파트는 키랜드 폴리머에서 자사의 UVMax UV 경화 분말로 코팅한 파트입니다.

시중에는 다양한 수준의 평활화 및 내화학성을 제공하는 다양한 액상 폴리머 코팅제가 있습니다. 투명하거나 착색되거나 불투명할 수 있습니다. 딥핑, 브러싱 또는 스프레이로 적용할 수 있습니다. 에폭시, 래커 및 폴리우레탄과 같은 다른 화학 물질을 기반으로 할 수 있습니다.

재료와 적용 방법에 관해서는 성능과 적용 난이도 모두에서 많은 차이가 있습니다. 이들 중 일부는 철물점에서 구입하여 최소한의 설정으로 적용할 수 있습니다. 일부는 적용하려면 산업 설정이 필요합니다.

아래 그림의 부분은 저렴한 투명 광택 스프레이 페인트로 코팅되었습니다.

프로토타입이든 최종 부품이든 전체 또는 일부의 색상을 수정하고자 할 수 있습니다. 염색은 경첩과 내부 구멍에서도 일관되고 반영구적인 색상을 나타내지만 파트의 색상을 더 밝게 만들기 위해 염색을 사용할 수는 없습니다. 도장 더 많은 요소를 제어할 수 있고 사용자의 취향대로 할 수 있지만 일반적으로 수작업 공정이 더 많으며 마모 또는 과도한 사용으로 인해 부스러질 수 있습니다.

SLS 3D 프린팅 파트는 다공성이므로 소비자용 염료로 염색할 수 있습니다. SLS 3D 프린팅 재료 중 다수가 직물에도 사용되는 나일론 또는 폴리아미드이므로 합성 섬유와 함께 사용하도록 설계된 직물 염료가 적합합니다.  

3D프린팅 파트의 염색은 가정용 재료로 산업용 대형통이나 그 사이의 정교함이 어떤 수준이라도 수행할 수 있습니다. 작업 환경이 어떻든 Fuse 시리즈에서 사용할 수 있는 것과 같은 나일론 기반 재료로 3D 프린팅한 파트는 염색에 특별한 단계가 필요하지 않으며 염료 제조업체에서 권장하는 지침으로 충분합니다.

비용과 필요한 기술 숙련도 진입 장벽이 양쪽 모두 낮으므로 염색은 SLS 3D 프린트물에 고급 후처리를 실험할 수 있는 좋은 방법입니다. 또한 쉽게 규모를 키울 수 있으므로 생산 응용 분야에도 적합합니다.

아래 사진의 파트는 RIT 직물 염료로 염색했습니다.

파트를 밝은 색으로 칠하거나 참고 색상과 똑같이 맞춰야 하는 경우 염색보다 페인팅이 더 나을 수 있습니다. 스프레이 도장은 가장 균일한 적용 범위와 손쉽게 규모를 키울 수 있지만 손으로 색을 칠하면 더 세부적으로 표현할 수 있습니다. 아크릴 및 에나멜 페인트는 모두 파우더 프린트팅한 파트와 잘 어울립니다. 다른 페인트로도 좋은 결과를 얻을 수 있지만 Formlabs은 이를 광범위하게 테스트하지 않았습니다.

최상의 접착력을 확보하기 위해 플라스틱용 프라이머를 사용합니다. 스프레이 프라이머를 사용하면 색을 더 고르게 입힐 수 있습니다. 또한 히트 건이나 헤어 드라이어를 사용하면 건조 기간을 단축할 수 있습니다.

스프레이 페인팅 3D 프린트에 대한 자세한 자습서는 프라이밍 방법 및 페인팅 가이드에서 확인해주십시오.

아래 그림의 부분은 저렴한 스프레이 페인트로 도색했습니다

SLS 3D 프린팅을 사내에 도입하여 여기에 설명된 스무딩, 코팅 또는 도색 기술을 이용할 준비가 되셨습니까? Formlabs는 플래그십 SLS 3D 프린터인 Fuse 1+30W를 통해 모든 규모의 조직이 액세스할 수 있는 3D 프린팅 솔루션을 제공해드리는 신뢰할 수 있는 제공업체입니다.

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