금속 바인더 제트 3D프린팅 부품, 도면의 벽과 구멍이 그대로 남을까
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출력 화면에서 구멍이 뚫려 보인다면 완성품에서도 그대로 열려 있을까? 금속 바인더 제트 3D프린팅에서는 가루 제거와 소결을 지나야 답할 수 있다. 얇은 벽은 다루는 동안 깨질 수 있고, 좁고 깊은 구멍에는 가루가 남을 수 있다.
Desktop Metal의 기술 자료를 바탕으로 보면, 바인더 제트 부품은 금속 가루를 결합제로 붙여 형상을 만든 뒤 결합제를 제거하고 가열해 완성한다. 각 단계에서 약해지는 형상이 다르므로 도면 치수도 공정별로 읽어야 한다.
AI 개념 이미지: 금속 바인더 제트 부품의 얇은 벽, 내부 유로와 소결 지지대를 보여준다. 실제 장비나 부품을 촬영한 사진은 아니다.
금속 바인더 제트 설계에서 벽 두께를 정하는 법
가루 속에서 막 나온 부품은 소결 전 성형체다. Desktop Metal에 따르면 벽이 0.75 mm 미만이면 성형체의 강도가 부족하다. 0.75~2 mm 벽도 가루를 털어낼 때 깨지기 쉬우므로 취급에 주의해야 한다. 얇은 벽의 한계는 이 단계에서 먼저 드러난다.
그렇다고 벽을 계속 두껍게 만들 수도 없다. 결합제가 벽을 통과해 빠져나와야 하기 때문이다. Desktop Metal은 바인더 제거를 위해 최대 벽 두께를 25 mm로 권장한다. 이 값은 겉모양보다 벽 안쪽의 결합제를 제거하는 문제와 연결된다.
벽이 높다면 폭도 함께 본다. 벽 높이를 폭으로 나눈 값을 종횡비라고 하는데, 폭이 좁을수록 같은 높이에서도 이 값이 커진다. Desktop Metal은 폭이 1 mm 미만인 벽에 4:1 이하, 1 mm를 초과하는 벽에 8:1 이하를 권장한다. 한쪽 끝 이상이 지지되는 닫힌 고리형 벽에는 더 큰 비율이 허용된다.
구멍의 지름과 깊이는 왜 함께 볼까
구멍은 입구의 크기만으로 판단하기 어렵다. 깊숙한 곳의 가루까지 꺼낼 수 있어야 한다. Desktop Metal은 소결 후 구멍이 드러나려면 지름이 0.75 mm 이상이어야 하고, 깊이는 지름의 8배 이내로 설계하도록 권장한다.
작은 구멍일수록 허용 깊이는 더 짧다. Desktop Metal은 지름이 2 mm 이하라면 깊이를 지름의 4배 이내로 제한한다. 길고 가는 통로 안쪽에는 가루 제거 도구가 접근하기 어렵기 때문이다. 내부 유로에도 이 구멍 기준을 적용하고, 급격한 방향 전환은 피하도록 권장한다.
출력 뒤 소결에서 달라지는 형상
마지막 가열 단계에서는 금속 입자가 치밀해지며 부품이 줄어든다. Desktop Metal은 재료에 따라 수축률이 최대 20%에 이를 수 있다고 설명한다. 원하는 완성 치수를 정할 때 출력 전 형상의 크기를 따로 고려해야 하는 이유다.
돌출부에는 받침도 필요할 수 있다. 출력 중 모양을 유지했더라도 높은 온도에서 부품의 강도가 낮아지기 때문이다. Desktop Metal은 길이가 7.5 mm를 넘는 돌출부에 소결 지지대가 필요하다고 제시한다. 이 기준은 출력 가능 여부보다 소결 중 형상을 지탱할 수 있는지에 관한 것이다.
아이컨택이 특히 먼저 살펴볼 형상은 좁은 내부 유로다. 앞서 본 지름과 깊이의 관계에 급격한 꺾임까지 더해지면, 가루가 나올 경로를 확보하기 어려워질 수 있다. 유로의 단면과 경로를 정할 때 제거할 가루의 출구도 함께 생각해볼 만하다.
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