제작 플랫폼에서 막 꺼낸 나일론 SLS 3D 프린팅 부품을 직접 만져본 적이 있다면 기본 제품이 질감이 있는 가공되지 않은 마감 처리, 모든 틈에 달라붙는 파우더, 천에 걸리거나 피부가 긁힐 수 있는 날카로운 모서리를 갖고 있다는 것을 아실 것입니다. 나일론 SLS 3D 프린팅 부품 공급업체로서 저는 지난 5년 동안 연마되지 않은 제작 부품을 로봇 공학에서 의료 기기에 이르는 다양한 산업을 위한 기능성 고성능 부품으로 바꾸는 후처리 작업 흐름을 개선하는 데 보냈습니다. 올바른 후처리는 미적인 측면을 향상시킬 뿐만 아니라 나일론 고유의 강도, 유연성 및 내구성을 증폭시켜 제대로 작동하는 프로토타입과 수년 동안 마모되지 않는 최종 사용 부품의 차이를 만듭니다. 이 게시물에서는 나일론 SLS 부품에 대해 가장 신뢰할 수 있고 업계에서 검증된 후처리 방법을 분석하고, 이러한 기술을 적용하는 방법에 대한 실제 사례를 공유하고, 특정 프로젝트에 적합한 작업 흐름을 선택하는 방법을 개략적으로 설명하겠습니다.
첫째, 나일론 SLS 부품을 독특하게 만드는 요소를 기반으로 하는 것이 중요합니다. 선택적 레이저 소결(SLS)은 나일론 분말을 고출력 레이저로 층층이 융합하여 천연 지지 구조 역할을 하는 소결되지 않은 분말 베드 내에 부품을 제작합니다. 이는 인쇄 중에 추가 지원 재료가 필요하지 않음을 의미하며, 이는 지난 분기에 생산한 휴머노이드 및 민첩한 로봇을 위한 맞춤형 로봇 핸드 하우징의 독특한 내부 채널과 같은 복잡한 형상에 큰 이점입니다. 이러한 장점에도 불구하고 부품의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 후처리는 타협할 수 없습니다. 프로세스는 대부분의 공급업체가 올바르게 수행하지만 후속 작업을 성사시키거나 중단시킬 수 있는 기본 단계인 분말 제거로 시작됩니다.
분말 제거는 첫 번째 중요한 단계이며 여기에는 모든 경우에 적용되는 일률적인 접근 방식이 없습니다. 내부 구멍이 빡빡한 작고 복잡한 부품(예: 기어 또는 전기 커넥터)의 경우 저압 건조 공기 시스템과 함께 압축 공기 분사를 사용합니다. 고압 공기는 인쇄 직후 다공성인 얇은 SLS 나일론 벽을 손상시킬 수 있으므로 공기를 20-30 PSI로 조절하고 숨겨진 틈새에 도달하는 맞춤형 노즐을 통해 전달합니다. 더 큰 부품이나 중간 크기 부품 배치의 경우 원심분말 제거 텀블러가 더 잘 작동합니다. 우리는 부품과 재사용 가능한 나일론 매체를 회전 드럼에 로드합니다. 여기서 텀블링 동작으로 인한 마찰로 인해 부품 표면이 긁히지 않고 느슨한 분말이 제거됩니다. 건축 프로토타입 제작을 위한 3D 프린팅 모델 부품과 같은 매우 복잡한 어셈블리의 경우 에어 블라스팅과 뻣뻣한 나일론 브러시를 사용한 수동 브러싱을 결합하여 텀블러가 닿을 수 없는 작은 틈에서 파우더를 제거합니다. 여기서의 목표는 단지 외관상의 문제가 아닙니다. 갇힌 분말은 조립 중에 부품이 걸리거나 결합 표면을 마모시킬 수 있으므로 이 단계에서는 모든 구멍을 깨끗하게 만드는 데 필요한 만큼의 시간이 걸립니다.
부품의 분말이 완전히 제거되면 다음 단계는 표면 마감입니다. 여기서 외관과 성능이 가장 크게 향상됩니다. 나일론의 천연 다공성 질감(SLS 소결 공정의 부산물)은 습기, 화학 물질에 저항해야 하거나 매끄럽고 산업적인 마감 처리가 필요한 부품에 단점이 될 수 있습니다. 나일론 SLS 부품의 가장 일반적인 표면 마감 방법은 증기 평활화이며 이는 고객에게 획기적인 변화를 가져왔습니다. 증기 스무딩은 나일론 부분을 디클로로메탄이나 에탄올과 같은 용제 연기에 노출시켜 나일론의 외부 층을 약간 녹이고 표면 기공을 채우고 SLS 인쇄에 고유한 레이어 라인을 융합시키는 방식으로 작동합니다. 과도한 스무딩을 방지하기 위해 노출 시간과 온도를 제어합니다. 과도한 처리로 인해 부품의 표면 디테일이 손실되거나 심지어 벽이 얇은 부품의 경우 휘어질 수도 있습니다. 예를 들어, 완전히 밀봉되고 소독이 용이해야 하는 의료용 하우징 배치를 생산할 때 표면 거칠기를 Ra 12(원시 SLS)에서 Ra 2로 줄여 ISO 10993 생체 적합성 테스트를 통과한 매끄럽고 다공성이 없는 마감을 만드는 10분 증기 평활화 주기를 사용했습니다. 의료 부품에 관해 말하면, 이 방법은 높은 수준의 청결성과 일관성이 요구되는 의료 부품의 SLA 3D 프린팅에도 널리 사용되지만, 솔벤트 혼합은 플라스틱 유형에 따라 약간 조정됩니다.
광택이 있는 마감 대신 무광택의 약간 질감이 있는 마감이 필요한 고객에게는 기계 연마가 더 나은 대안입니다. 우리 시설에서는 두 가지 주요 기계적 연마 방법을 사용합니다. 먼저, 진동 연마는 부품을 세라믹 매체와 약한 연마 화합물이 담긴 욕조에 넣고 4~8시간 동안 고속으로 진동시킵니다. 이는 패스너나 스페이서와 같은 작고 동일한 부품 배치에 적합합니다. 수작업 없이 균일한 마감을 생성하기 때문입니다. 맞춤형 로봇 팔 구성 요소와 같은 대형 일회용 부품의 경우 면 휠과 나일론 기반 연마 페이스트를 사용한 수동 버핑을 사용합니다. 수동 버핑을 사용하면 일부 응용 분야에서는 너무 매끄러울 수 있는 기어의 날카로운 모서리나 완벽하게 균일해야 하는 평평한 장착 표면과 같은 특정 영역을 대상으로 하는 동시에 다른 영역은 미묘하고 미끄러지지 않는 질감으로 남겨둡니다. 기계적 연마의 단점은 소량의 재료를 제거할 수 있다는 것입니다. 따라서 정확한 치수를 유지해야 하는 부품에 맞게 인쇄 공차를 조정합니다.
흔히 간과되는 또 다른 후처리 단계는 어닐링입니다. 이는 SLS 인쇄 중에 발생하는 내부 응력을 줄여 나일론의 기계적 특성을 향상시킵니다. SLS 부품은 소결 후 빠르게 냉각되므로 시간이 지남에 따라 뒤틀림, 균열 또는 일관되지 않은 성능을 유발할 수 있는 작은 내부 응력이 남습니다. 특히 고온이나 반복적인 하중에 노출되는 부품의 경우 더욱 그렇습니다. 어닐링은 부품을 나일론의 녹는점(가장 일반적인 SLS 나일론인 표준 PA12의 경우 약 170°C) 바로 아래의 온도로 가열하고 2~4시간 동안 유지한 다음 온도 조절 오븐에서 천천히 냉각시키는 방식으로 이루어집니다. 우리는 산업용 장비 부품에 대해 이를 테스트했으며 어닐링으로 인해 나일론 SLS 부품의 인장 강도가 최대 15% 증가하여 파손 없이 더 높은 하중을 견딜 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 고하중 로봇 액츄에이터용 하우징이 필요한 고객은 원래 10,000회 로드 사이클 후에 부품에 균열이 생겼습니다. 어닐링 후 동일한 부품이 손상 없이 50,000사이클을 통과했습니다. 어닐링은 재료가 온도 변동 및 UV 노출에 더 강한 저항성을 갖도록 하기 때문에 야외에서 사용되는 부품에도 중요합니다.
추가적인 내구성, 내화학성 또는 색상 마감이 필요한 부품의 경우 최종 단계로 코팅 및 페인팅을 적용합니다. 나일론은 반결정성 폴리머이므로 표면 처리 없이는 표준 페인트나 코팅에 잘 접착되지 않습니다. 접착을 방해하는 잔여 오염 물질을 제거하기 위해 코팅하기 전에 항상 이소프로필 알코올로 부품을 샌딩하고 청소합니다. 우리가 사용하는 가장 일반적인 코팅은 정전기로 도포되고 오븐에서 경화되는 분말 코팅입니다. 분체 코팅은 긁힘, 화학 물질 및 습기에 강한 두껍고 내구성 있는 마감재를 만들어 옥외 부품이나 산업용 장비 하우징에 이상적입니다. 보다 가볍고 유연한 코팅을 원하는 고객을 위해 나일론 특유의 유연성을 저하시키지 않으면서 얇은 보호막을 추가하는 투명 또는 착색 폴리우레탄 코팅을 사용합니다. 우리는 또한 인쇄하는 동안 분말에 안료를 추가하여 컬러 나일론 SLS 부품을 실험했지만, 사후 코팅을 통해 고객은 정확한 색상 일치를 더 잘 제어할 수 있을 뿐만 아니라 옥외용 코팅에 UV 억제제를 추가할 수 있는 옵션도 제공됩니다.
이제 특정 프로젝트에 적합한 후처리 방법을 선택하는 방법에 대해 이야기해 보겠습니다. 한 가지 크기가 모든 것에 적합할 수는 없기 때문입니다. 무역 박람회에 보기 좋게 보이기 위한 프로토타입을 제작하는 경우 증기 스무딩 또는 진동 연마를 통해 몇 시간 내에 쇼룸에 바로 사용할 수 있는 마감을 얻을 수 있습니다. 무거운 하중을 견뎌야 하는 최종 사용 부품을 만드는 경우 어닐링은 타협할 수 없으며 내구성을 위해 기계적 연마 또는 분체 코팅과 함께 사용하는 것이 좋습니다. 의료 부품의 경우 분말 제거가 더욱 중요하며 내부 공동에 잔류 분말이 남지 않도록 증류수에 2차 초음파 세척 단계를 추가하는 경우가 많습니다.
후처리로 인해 리드 타임이 추가된다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 따라서 프로젝트 일정을 계획할 때 부품의 복잡성에 따라 이러한 단계를 위해 1~3일을 추가로 구축해야 합니다. 원본 SLS 부품을 프린트하는 데 약 1~2일이 소요되지만, 후처리 방법에 따라 1~5일이 더 추가될 수 있습니다. 우리는 항상 고객에게 이 일정을 명확하게 전달하므로 놀랄 일이 없습니다.
공급업체로서 우리는 고객의 구체적인 요구 사항을 경청하는 것이 중요하다는 것도 배웠습니다. 몇 년 전 한 스타트업이 12개의 작은 내부 채널과 매끄러운 외부 쉘을 포함하는 복잡한 형상을 갖춘 인간형 및 민첩한 로봇을 위한 맞춤형 로봇 손 하우징을 가지고 우리에게 왔습니다. 부서지지 않고 물체를 잡을 수 있을 만큼 강하면서도 로봇의 무게를 낮게 유지할 수 있을 만큼 가벼워야 하는 부품이 필요했으며, 센서 통합을 위해 공기가 흐를 수 있도록 분말이 전혀 없는 내부 채널이 필요했습니다. 우리는 대부분의 분말을 제거하기 위해 원심분리 제거와 내부 채널을 청소하기 위한 미세한 노즐을 사용한 압축 공기 분사, 내부 응력을 줄이기 위한 어닐링, 그리고 마지막으로 표면을 밀봉하기 위한 얇은 폴리우레탄 코팅의 조합을 사용했습니다. 이 부품은 첫 번째 프로토타입에서 완벽하게 작동했으며 이후 50개를 더 주문했습니다.
물론 우리 시설에서 나일론 부품만 생산하는 것은 아닙니다. 3D 프린팅 서비스 ABS 플라스틱 고속 프로토타입에 대한 링크에서 볼 수 있듯이 충격 저항이 최우선 사항일 때 신속한 프로토타입을 위한 ABS 플라스틱을 포함한 다양한 재료로 작업합니다. 금속 부품의 경우 산업 응용 분야를 위한 고품질 3D 프린팅 금속 부품 SLA 알루미늄 스테인레스 스틸을 제공하고 의료 기기의 경우 엄격한 규제 표준을 충족하는 의료 부품용 SLA 3D 프린팅에 대한 수년간의 경험을 보유하고 있습니다. 재료에 관계없이 모든 부품은 고객의 정확한 사양을 충족시키기 위해 엄격한 후처리를 거칩니다.
나일론 SLS 부품을 사용하는 프로젝트를 진행하는 경우 올바른 후처리 워크플로우를 통해 좋은 부품을 훌륭한 부품으로 바꿀 수 있습니다. 우리 시설에서는 일반적인 후처리 단계만 따르는 것이 아니라 모든 작업 흐름을 고객의 요구 사항에 맞게 조정하고, 샘플을 테스트하고, 일정을 조정하고, 모든 단계에서 품질을 확인하여 최종 부품이 정확히 고객에게 필요한 것인지 확인합니다. 프로토타입, 맞춤형 로봇 부품, 의료 기기 등 무엇을 제작하든 당사는 설계부터 최종 부품까지 전체 프로세스를 안내할 수 있는 전문 지식을 보유하고 있습니다.
나일론 SLS 부품의 후처리에 대해 질문이 있거나 다음 프로젝트에 대한 견적을 요청하려는 경우, 귀하의 요구 사항에 맞는 작업 흐름을 개발하는 데 도움을 드리고 싶습니다. 지금 바로 우리 팀에 연락하여 대화를 시작해 보세요.
참고자료:
- 깁슨, I., 로젠, DW, & 스투커, B. (2015). 적층 제조 기술: 3D 프린팅, 신속한 프로토타이핑, 직접 디지털 제조. 뛰는 것.
- 안동(2015). "선택적 레이저 소결 부품의 분말 제거 및 마무리." 제조 공정 저널, vol. 20, 492-500페이지.
- ISO 10993-5:2009, 의료 기기의 생물학적 평가 – 파트 5: 체외 세포 독성 테스트.
- 딩(Ding), J., 등. (2020). "선택적 레이저 소결로 제작된 나일론 12 부품의 기계적 특성에 대한 어닐링 효과." 재료 및 디자인, vol. 192, p. 108765.
