3D 프린터 운용 기능사 필기시험을 대비한 핵심 내용만을 요약한 자료입니다. 마지막 3/3편으로 제품 출력에 대한 요약입니다. 본 사이트 내의 자료만으로 80점 합격 가능하오니 참고 바랍니다.
▣ 제품 출력
출력 보조물이란 3D프린터로 제품을 출력 시 형태를 유지할 수 있도록 받쳐주는 지지대를 말하며 바닥 받침대와 형상 보조물로 구분할 수 있다.
❍ 출력 보조물
• 형상 보조물 : 제품의 출력 시 적층 바닥과 제품이 떨어져 있을 경우 이를 보조해 주는 지지대
• 바닥 받침대 : 제품의 출력 시 적층 바닥과 제품을 보다 견고하게 유지시켜 주는 지지대
[Overhang] [Ceiling] [Island] [Unstable] [Base] [Raft]
지지대 관련 성형 결함
지지대를 넉넉히 생성하는 것은 조형물이 튼튼히 조형될 수 있게 하지만 과도하게 형성할 경우 조형물과의 충돌로 인하여 제품의 품질이 하락하고, 후공정에 있어서 작업 과정을 복잡하고 어렵게 만듭니다.
• Sagging : 제작 중 하중으로 인해 아래로 처지는 현상
• Warping : 소재가 경화하면서 수축에 의해서 뒤틀림에 발생하는 현상
슬라이싱(Slicing)
3D 프린팅은 CAD프로그램으로 모델링한 3차원적 형상물을 2차원적 단면으로 분해한 후 적층하여 다시 3차원적 형상물을 얻는 방식입니다.
원하는 3차원 제품을 제작하기 위해서는 슬라이싱에 의한 2차원 단면 데이터 생성 시 절단된 윤곽의 경계 데이터가 연결된 폐루프를 이루도록 한 후 생성된 폐루프끼리 교차되지 않아야 합니다.
[슬라이싱의 과정]
※형상분석 : 제품의 품질을 향상하기 위해서 형상물을 분석하여 재배치하는 것으로, 형상 분석에는 형상을 확대, 축소, 회전, 이동을 통하여 지지대 사용 없이 성형되기 어려운 부분을 찾습니다
슬라이서 프로그램의 종류
메이커봇 (Makerbot) 데스크톱 소프트웨어, Cura, SIMPLIFY3D
SIMPLIFY3D의 특징
지지 물질의 위치, 크기 및 각도를 사용자가 지정할 수 있습니다.
최적화된 듀얼 압출로서 듀얼 컬러 부품을 제작할 수 있으며, 이중 압출 인쇄 작업을 설정 간소화가 특징입니다.
멀티 파트 인쇄 기능으로 시간을 절약하여 효율성을 높이기 위하여 인쇄 부분을 여러 부분으로 나누어 인쇄할 수 있습니다.
G 코드 생성
1. 3D 프린터에서 단면을 성형하기 위해서는 움직이는 구동 기구가 필요하다.
2. 재료 압출 방식에서는 재료가 압출되는 헤드가 플랫폼 위에서 평면 운동을 하면서 단면이 성형되게 된다.
3. 따라서 헤드 및 플랫폼의 움직임과 재료 압출을 위해서 적절한 동작명령을 3D 프린터에 전달해 주어야 한다.
4. 이런 구동요소들은 대부분 NC 공작 기계와 매우 유사하며 3D 프린터의 구동에는 이미 널리 알려진 G코드가 많이 사용된다.
G코드
G 코드 = 3D 프린터의 구동을 위한 명령어
G코드: 기계의 이동경로를 위해 사용
M코드: 헤드이동 이외의 장치제어
◎ 헤드 이송 명령 (보간 기능) _ 헤드를 직접 이송하는 명령
• G00 : 급속 이송으로 설정된 장비 이송의 최대 속도로 첨가 가공 없이 헤드를 이동시키는 명령입니다.
• G01 : (직선 보간) 좌표어로 주어지는 위치까지 소재를 첨가하면서 직선으로 이동합니다.
여러 축이 움직여도 항상 직선의 경로로 이동하도록 합니다.
• G02, G03과 헬리컬 곡선 G33 등 : 원호를 그리는 이송 명령으로 여러 종류가 있지만, 3D프린팅은 평면 삼각형으로 이루어진 STL 파일을 단면 화해서 사용하므로 곡선의 경로가 나타나지 않기 때문에 거의 사용되지 않는다.
◎ 기타 준비 기능
• G04 : 기계가 특정 시간 동안 아무 변화 없이 대기해야 할 경우 사용할 수 있는 대기지령입니다.
• G28 : 원점으로 복귀를 위한 명령입니다
• G92 : 공작물 좌표계를 설정하는 명령으로, 해당 블록에 존재하는 좌표어의 좌표를 주어진 데이터로 설정합니다.
원샷(One-shot) 명령
0번으로 분류된 명령으로 한 번만 유효하며 이후의 코드에 전혀 영향을 미치지 않는 것으로 좌표계의 설정이나 기계 원점으로의 복귀 등 주로 기계 장치의 초기 설정에 관한 것입니다.
모달(Modal) 명령
같은 그룹의 명령이 다시 실행되지 않는 한 지속적으로 유효하다.
로마자 G 다음에 2자리 숫자 (G00~G99)를 붙여 지령한다. 제어 장치의 기능을 동작하기 전 준비하는 기능으로 준비 기능 (G코드)이라고 부른다.
좌표어에서 좌표 지령의 방법에는 절대 지령과 중분 지령이 있습니다
절대지령
G90 , 좌표를 지정된 원점으로부터의 거리로 나타내는 방식입니다
좌표값으로부터 현재 가공할 위치가 어딘지 직관적으로 알 수 있어 코드를 읽기 쉬운 장점이 있습니다
중분지령
G91 , 현재 헤드가 있는 위치를 기준으로 해당 축 방향으로의 이동량으로 위치를 나타냅니다. 기계의 이동량을 나타내게 되어 기계가 해석하기에는 유리한 방식이지만 코드를 보고 현재 어떤 위치인지 알기가 어려운 단점이 있습니다.
핵심 G코드
G00-급속 이동 (ex.G00 X80 : X=80인 지점으로 급속이동)
G01-직선 보간 (ex.G01 F1500 : 이동속도를 1500으로 설정)
G28-원점 이송
G04-멈춤
G20, G21• 단위변환(G20은 인치, G21은 밀리미터)
G90• 절대좌표설정
G91• 상대좌표설정
G92• 좌표계 설정(ex.G92 Y15 E120 : 현재 Y값을 15mm ,
압출필라멘트의 현재길이를 120mm로 설정)
* Fnnn 이송속도 Ennn 압출필라멘트길이 Snnn 온도
M코드
M0-프로그램 정지
M1-옵션 정지
M17-모든 스테핑모터에 전원공급
M18-모든 스테핑모터에 전원차단
M104-압출기 온도 설정(ex.M104 S250 : 압출기 온도를 250으로)
M106-팬 전원 켜기
M107-팬 전원 끄기
M117-메시지 표시
M140-플랫폼 온도 설정
핵심예제
G01 X25 Y30 E15 F2000
풀이) 현재 위치에서 X는 25Y는 30으로 필라멘트를 현재길이에서 15mm까지 압출하면 이송하며 속도는 2000mm/min이다.
M140 S90
풀이) 플랫폼의 온도를 90도로 설정한다.
M104 S250
풀이) 압출기의 온도를 250도로 설정한다.
* Fnnn 이송속도 Ennn 압출필라멘트길이 Snnn 온도
출력용 파일
3차원 데이터의 서피스모델을 삼각형 면에 근사 시키는 방식
색상, 질감과 표면 윤곽이 반영된 면을 포함하여 곡면 표현 우수, 기하하적 정점, 텍스처 좌표, 정점 범선과 다각형 면들을 포함
출력용 파일 종류: STL AMF OBJ 3MF PLY
STL 파일
삼각형면에 근사 시키는 방식이고 CAD 시스템에서 쉽게 생성되지만 수많은 삼각형으로 표현하기 때문에 용량이 커져 오류가 빈번하다.
삼각형 개수가 늘어날수록 정교하고 세밀한 모델링이 가능하다
AMF 파일
색상, 질감과 표면 윤곽이 반영된 면을 포함하여 곡면 표현 우수
STL의 단점을 다소 보완한 파일 포맷이고 색상, 질감, 표면 윤곽을 포함하고 STL에 비해 용량이 매우 적다. 하지만 아직 많은 CAD 시스템에서 지원하지 않아 많이 사용되지 않고 있다.
OBJ 파일
기하학적 정점, 텍스처 좌표, 정점법선과 다각형 면들을 포함한다.
매 프레임마다 하나의 파일이 필요하므로 내보내고 불러오는데 많은 시간이 걸린다.
제품출력 방식
미국재료시험협회(ASTM)의 분류 7가지
1. 재료 압출형 (Material Extrusion)
2. 광중합형 (Photo Polymerization)
3. 분말소결 (Powder Bed Fusion)
4. 재료분사 (Material Jetting)
5. 결합제 분사 (Binder Jetting)
6. 시트 적층 (Sheet Lamination)
7. 지향성 에너지 퇴적( Direct Energy Depotion) <재료 압출형>
• FDM, FFF
• SLA, DLP, CLIP
• SLS, SLM, DMLS, EBM
• MJM, Polyjet, MJP
• CJP, 3DP, ink-jettinh
• LOM, SDL, VLM, UC
• DMT, LMD, LENS, SMT
<소재분사방식 <광중합형 분말소결> >
제품출력 방식
3D프린팅 공정별 출력 방향과 지지대의 형태
재료 압출
출력물과 지지대 재료가 노즐을 통해 압출되고 이를 적층 하여 만들어진다.
수조 광경화
빛은 위아래로 주사될 수 있다. 따라서 출력물이 성형되는 방향은 위아래이며 지지대는 제거가 용이하도록 동일한 재료로 가늘게 만들어진다.
분말 융접
출력물이 아래에서 위쪽으로 성형되며 성형되지 않은 분말이 지지대 역할을 해주므로 별도의 지지대를 만들어줄 필요는 없다.
재료 분사
위에서 아래로 도포되며 지지대는 출력물과 다른 재료로 사용된다.
접착제 분사
출력물은 아래에서 위로 성형되며 분말이 지지대 역할을 해주므로 별도의 지지대는 필요가 없다.
판재 적층
출력물은 아래에서 위로 성형되며 출력물을 제외한 부분이 지지대 역할을 한다.
방향성 에너지 침착(고에너지 직접 조사방식)
출력물은 아래에서 위쪽으로 성형되며 대부분의 경우 지지대가 필요하지 않다.
후가공
후가공의 하도, 중도, 상도 과정은 완성도 높은 제품을 만들기 위한 필수과정이다.
후가공 과정
• 하도: 단순한 표면 처리, 비교적 큰 서포트를 제거
• 중도: 표면을 매끄럽게 하기 위한 작업, 퍼티 계통, 화학적 연마를 한다.
• 상도: 도색 및 코팅작업