복합재료를 이용한 3D 프린팅

May 09, 2024

MarkForged의 새로운 산업용 Mark Two 시스템에서 연속 탄소 섬유 강화 나일론으로 3D 프린팅된 볼 조인트를 포함한 고강도 부품 샘플을 제작해 보세요. 이미지 제공: MarkForged.

불과 몇 년 전만 해도 복합 재료를 사용한 3D 프린팅에 초점을 맞춘 기사는 상당히 짧은 기사였습니다. 이제 더 강하고 가벼운 부품을 3D 프린팅하는 것을 목표로 하는 최근 재료 및 시스템 개발의 물결을 고려할 때 동일한 주제가 잡지를 채울 수도 있습니다.

CFRP(탄소섬유 강화 플라스틱)로 만든 부품은 중량 대비 강도가 높기 때문에 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 나일론과 같은 폴리머와 유리 섬유와 같은 필러도 널리 사용됩니다. 그러나 전통적인 복합재 제조 공정에는 핸드 레이업이 수반되는 경우가 많으며 오토클레이빙 및 진공 성형과 같은 후처리가 필요합니다. 이러한 작업에는 표준 플라스틱이나 금속을 사용하여 작업하는 것보다 더 높은 기술과 더 많은 비용이 필요할 수 있습니다. 디자이너들은 항상 3D 프린팅/적층 가공(AM) 시스템에 사용할 수 있는 보다 강력한 재료를 찾고 있기 때문에 이 재료 개념이 점점 더 주목을 받는 것은 당연한 일입니다. DE는 현재 이용 가능하거나 곧 출시될 AM 복합재 핸들링 시스템 및 재료와 지원 분야에 대한 노력을 살펴봅니다.

3D 프린팅 부품 속성 최적화를 위한 소프트웨어

Arevo Labs가 설립되었을 때 "우리의 비전은 [복합재료로] 생산 부품을 생산하는 것이었습니다"라고 회사 사장인 Hemant Bheda는 말합니다. Arevo Labs는 다양한 특성을 지닌 고강도 복합 필라멘트 제품군을 개발했지만 이는 문제의 일부만 해결했습니다. Bheda는 “AM은 다양한 방법, 심지어 10,000가지 방법으로 부품을 만들 수 있는 자유를 제공합니다. 하지만 가장 좋은 방법은 무엇입니까? 우리는 디자인과 방향을 최적화할 수 있도록 속성을 예측할 수 있는 소프트웨어 도구가 필요하다는 것을 깨달았습니다. 그렇지 않으면 부품을 블라인드로 제작하게 될 것입니다.”

Bheda는 이것이 이전에는 한 번도 수행된 적이 없었지만 지금은 바로 그런 일을 하는 AFEA라는 제품을 개발하고 있다고 말했습니다. 유한 요소 분석 알고리즘을 기반으로 하는 이 소프트웨어는 Windows, Mac 및 클라우드에서 실행되며 엔지니어가 AM의 고유한 설계 자유를 활용하면서 섬유 배향을 제어할 수 있도록 지원합니다. "우리는 엔지니어들이 설계를 탐색하고 '이 최종 속성을 얻을 수 있는지' 묻고 테스트 부품을 만들어 계산을 확인하기를 원합니다." Arevo Labs는 2016년 3분기에 최초 소프트웨어 출시를 목표로 일련의 전략적 파트너와 협력하고 있습니다.

3D 프린팅을 진정한 제조로 실현하려면 시뮬레이션/최적화 소프트웨어의 필요성이 널리 인식되어 있습니다. 일회성이든 대량이든 원하는 대로 예측 가능하고 반복 가능한 결과를 갖는 부품을 생산하는 것입니다. Avante Technology부터 Dassault Systèmes의 SIMULIA에 이르기까지 다른 회사들도 이 문제를 해결하고 있으니 계속 지켜봐 주시기 바랍니다. – PJW

이탈리아 제조업체 3ntr의 A2V2는 넓은 작동 온도 범위(최대 410°C)를 통해 나일론/탄소 및 PA66 나일론/유리를 포함한 여러 복합 필라멘트 유형을 실행할 수 있는 FFF(융합 필라멘트 제조) 시스템입니다. 24.4x13.7x19.2인치의 인쇄량으로 산업 생산을 목표로 합니다. Plural Additive Manufacturing은 미국에서 시스템을 보유하고 있습니다.

Cincinnati Incorporated(CI)는 주로 탄소 섬유 강화 ABS(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌) 플라스틱 복합 재료를 사용하여 운영되는 BAAM(대면적 적층 가공) 압출 장비로 최근 몇 년간 헤드라인을 장식했습니다. 이 회사는 Local Motors와 협력하여 Strati 자동차와 Shelby Cobra 복제품을 모두 3D 프린팅했습니다. 이는 커뮤니티가 설계하고 현지에서 생산한 차량의 계획된 라인을 시작하는 것이었습니다. CI의 마케팅 관리자인 Matt Garbarino에 따르면, Local Motors는 현재 애리조나주 챈들러에 있는 Local Motors 본사와 메릴랜드주 내셔널 하버의 Microfactory에 설치되어 있는 시스템을 포함하여 3개의 BAAM 시스템을 소유하고 있습니다. Garbarino는 현재 시스템, 재료 및 프로그래밍 소프트웨어의 개선 속도가 매우 빠르다고 말합니다. 또 다른 고객인 SABIC IP는 재료 개발에만 기계를 집중하고 있습니다. SABIC의 THERMOCOMP 잘게 잘린 탄소 섬유 화합물은 Strati 차량을 만드는 데 사용되었습니다.