FDM 3D프린팅 부품 설계: 층 방향이 지지재와 작은 형상에 미치는 영향
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FDM 3D프린팅에서는 부품을 어느 방향으로 놓느냐가 강도와 지지재 위치를 바꾼다. 그 방향을 정한 다음 작은 벽과 구멍이 실제로 출력될 수 있는지 확인해야 설계 치수를 조립에 연결할 수 있다.
FDM은 재료를 한 층씩 쌓아 부품을 만드는 방식이다. 이 글의 설계 기준은 UltiMaker의 기술 자료에 따른다. 제시된 수치는 재료와 장비, 설정을 함께 고려해 적용할 값이다.
AI 개념 이미지: FDM 부품의 층 방향, 돌출부, 구멍과 결합 간격을 보여준다. 실제 장비나 출력물을 촬영한 사진은 아니다.
FDM 층 방향은 강도와 지지재를 함께 바꾼다
층을 쌓은 방향과 힘을 가하는 방향의 관계부터 살펴보자. UltiMaker의 인장 시험편 예시에서는 시편을 평평하게 출력해 층을 잡아당기는 방향과 나란히 놓았을 때 그 방향의 강도가 더 높았다. 부품이 힘을 받을 방향을 정했다면 출력 방향도 함께 검토할 이유다.
방향을 돌리면 아래층보다 바깥으로 뻗는 돌출부도 다른 곳에 생긴다. 지지재 필요 여부가 바뀌면 출력 시간, 지지재 제거 작업, 일부 면의 표면 상태에도 영향이 갈 수 있다. 겉으로 보이거나 서로 맞닿는 면이 어느 쪽을 향하는지 살펴야 하는 까닭이다.
UltiMaker는 45도 미만의 돌출부를 아래에서 지지재로 받치도록 권한다. 받침이 없으면 중력 때문에 층이 처지거나 층 사이 접착이 약해질 수 있다. 반면 두 지점 사이를 가로질러 출력하는 브리지는 자료에서 대부분의 기본 필라멘트에 대해 10 mm 이내 간격이면 일반적으로 지지재가 필요하지 않다고 설명한다.
작은 벽과 구멍은 무엇으로 판단할까
방향을 정했다면 얇은 벽과 돌기의 치수를 본다. UltiMaker는 작은 형상의 높이와 벽 두께를 노즐 크기와 함께 고려하라고 안내하며, 높이는 0.06 mm 초과, 벽 두께는 최소 0.5 mm를 권한다. 노즐이 커지면 출력이 빨라질 수 있지만 구현 가능한 최소 높이와 두께도 커진다.
구멍은 설계한 크기만큼 빈 공간이 남아야 기능한다. 출력 가능한 최소 크기는 재료와 설정에 따라 달라지며, UltiMaker는 경험칙으로 구멍을 2 mm 미만으로 설계하지 않도록 권한다. 치수가 정확해야 한다면 목표보다 작게 출력한 뒤 드릴로 가공하는 방법을 제시한다.
여러 구성품을 한 번에 출력해 서로 움직이게 하려면, 붙어 보이는 부품 사이에도 빈틈이 필요하다. UltiMaker는 출력 후 움직임을 확보할 수 있도록 부품 사이에 0.6 mm 간격을 두라고 권한다. 이때 간격은 조립을 위해 나중에 만드는 공간이 아니라 도면에 미리 넣는 치수다.
바닥에 닿는 가장자리도 치수에 영향을 준다. 첫 층 접착을 돕는 바닥 받침인 래프트 없이 출력하면 첫 층이 나머지 층보다 조금 커질 수 있다. UltiMaker는 이를 ‘엘리펀트 풋’이라고 부르며, 기능성 시제품의 치수 허용오차에 영향을 준다고 설명한다.
UltiMaker는 출력물 아래쪽 가장자리에 작은 45도 모따기를 더하면 엘리펀트 풋의 영향을 줄일 수 있다고 안내한다. 모따기는 날카로운 모서리를 비스듬한 면으로 바꾸는 형상이다.
아이컨택은 조립되는 시제품의 도면을 볼 때 먼저 힘을 받는 방향과 맞닿는 면을 찾고, 이어 그 면 주변의 작은 형상을 검토할 만하다고 본다. 층 배열과 지지재가 닿을 곳을 알아야 어떤 치수가 출력 후에도 중요하게 남는지 판단하기 쉽다.
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