RP(Rapid Prototyping)쾌속조형

목차

3. RP(Rapid Prototyping)

1. 쾌속조형(Rapid Prototyping) 이란

2. 성장 배경

3. RP 산업의 과거와 현재

4. RP의 장단점 및 특징

1. 장점
2. 단점
3. RP의 특징

4. RP의 종류
1. SL (Stereolithography, 광조형법)
2. SLS (Selective Laser Sintering, 분말 소결법)
3. FDM (Fused Deposition Modeling, 수지 압출법)
4. LOM (Laminated Object Modeling, 시트 적층법)
5. 3DP (Three Dimensional Printing, 3차원 프린팅기법)
6. Inkjet Printing Method (잉크젯 방식)
7. LENS (Laser Engineering Net Shaping)
5. RP의 응용분야

1. Shape Verification Models
2. Functional Models
3. Patterns for Investment and Vacuum Casting
4. Engineering Analysis Models
5. Medical Models
6. Artworks Models

6. 최근 RP 기술

1. 새로운 장비
①3D Systems의 새로운 Stereolithography 장비
②Quickcast 2.0
③Z-Corporation 사의 Z-402


2. RP 업계 동향 및 학회소식

①Solid Freeform Fabrication Symposium 1997
②Sixth European Conference on Rapid Prototyping and Manufacturing

본문내용

Sweep는 옵션으로 SLA-500과 SLA-350에 추가시킬 수 있다.
②Quickcast 2.0
3D Systems사는 영국 Nottingham대학과 공동으로 QuickCast 2.0을 개발하였다. QuickCast 2.0은 QuickCast 1.1과 달리 정사각형 방식의 패턴을 사용하지 않고 육각형 구조의 패턴을 사용한다. 각 육각형의 면들은 그림2에 나타난 바와 같이 3개의 각각 다른 층위에 놓여있으며, 이런 구조로 인하여 육각형 방식의 패턴은 약하여 QuickCast 1.1 방식때보다 더 손쉽게 세라믹 쉘로 부터 태워낼 수 있다. 3D Systems사에 의하면 QuickCast 2.0은 QuickCast 1.1보다 50%적게 수지를 사용하고 수지를 두배나 빨리 패턴으로 부터 빼어낼 수 있다고 한다.
그림 5. QuickCast 2.0의 새로운 패턴 방식
③Z-Corporation 사의 Z-402
지난호 RP 관련 새로운 상품으로서 미국 매사추세추 주의 서머빌 시 (Somerville, Massachusetts) 에 있는 Z-Corporation 사 (이하 Z-Corp) 가 MIT 공과대학에서 개발된 3D Printing 기계를 개선한 획기적인 RP 장비 Z402를 개발하였다고 소개한 바 있다. 이번 호에는 이 Z-402 에 대한 소식을 추가로 전하고자 한다. 지난호에 소개하였다시피 약 $50,000 정도의 저가인 Z-402는 이제 본격적으로 양산체제로 돌입하여 경쟁사인 3D Systems 사의 Actua 나 Stratasys 사의 Genisys 와 현재 시장 쟁탈전이 치열하다.
첫째, Z-402 의 장점이라면 기존의 상업용으로 제작된 RP 장비들보다도 속도면에 있어서 20배정도는 빠르다는 점인데 100mm x 200mm 정도의 넓이를 가진 제품을 시간당 약 50mm 의 층두께로 쌓을 수 있다고 한다.
둘째, 주재료로 쓰이는 분말의 가격도 11,143 입방 cm 당 약 $150 정도로 다른 RP 장비보다 20배정도로 저렴하다는 점 (1 입방인치당 65 cent)
셋째, 사용하고 남은 분말과 binder 용액을 빠르게 제거할 수 있다는 점등이 될 것이다.
그림. 6 Z-402 에 의해 제작된 모형의 사진 (page 3)
2. RP 업계 동향 및 학회소식
①Solid Freeform Fabrication Symposium 1997
RP에 관련한 학회 중 가장 학문적인 SFF Symposium에서 이번에 금속 시제품 제작용으로 개발되는 Sandia Lab의 LENS, Los Alamos National Laboratory의 directed-light fabrication(DLF), Stanford대의 shape-deposition manufacturing(SDM) 방식에 관하여 발표되었다. 이 세 가지 방식들이 모두 레이저 빔 초점에 분말을 분사하여 용융시켜며 적층하는 방법을 채택하고 있다. 텍사스대의 John Priest는 레이저를 사용하지 않고 용융된 droplet를 사용하여 적층하는 방법인 liquid-metal jetting에 관한 연구내용을 발표하였다. Droplets를 사용하여 제작할 경우 같은 부품 내에서 부분적으로 특성이 다른 합금을 제작할 수 있을 것 이라고 한다.
이번 학회에서 발표된 논문 편수를 비교해 볼 때 금속쪽보다 세라믹 분야에서 훨씬 많은 연구가 진행되고 있음을 알 수 있었다. Sandia National Laboratories에서는 micropen을 사용하여 세라믹 slurry를 노즐을 통하여 FDM처럼 적층시키는 방식을 개발중이다. Micropen의 노즐은 직경 0.025 mm 으로 정밀하게 세라믹 slurry를 적층할 수 있도록 설계되어있다. Rutgers대학에서는 상용화된 FDM장비를 사용하여 Fused Deposition of Ceramics방식을 개발중이다. 이 방식에서는 고분자 소재 대신에 바인더와 섞인 세라믹(Si3N4)을 노즐을 통해 적층시켜 세라믹 부품을 제작한다. 바인더와 혼합된 세라믹을 사용할 경우 바인더를 제거하고 로에서 세라믹을 가열하여야만 원하는 기계적 특성을 얻을 수 있는 번거로움이 뒤따르게 된다.
상용화된 LOM장비에서 세라믹 테이프를 레이저로 절단한 뒤 시제품을 제작하는 방식이 Ceramic Composites사와 Case Western Reserve대학에 의해 시도되고 있다. Case Western Reserve대학에선 세라믹 외에 금속 316L을 사용하여 위와 같은 방식으로 시편을 제작하여 실험한 결과 ASM Handbook에 제시된 단철들의 특성치와 유사한 값들을 얻었다.
②Sixth European Conference on Rapid Prototyping and Manufacturing
매년 영국 Nottingham대학에서 주관하는 유럽 RP회의는 유럽에서 진행되는 RP에 관련한 연구내용이 발표되는 행사이다. 이번 발표된 내용 중 독일 Fraunhofer연구소에서 개발한 adaptive slicing과 Nottingham대학에서 개발한 용접을 이용한 직접 금속 조형기술이 관심을 끌었다. 용접기술을 이용하여 금속 시제품을 직접 제작하는 이 방식의 새로운 building strategy는 면을 만들 때 기존의 방식처럼 용접 bead를 겹치게 하지 않고 일정한 간격을 두고 제작한 후 두 번째 작업단계에서 이들 bead사이에 있는 공간을 채우는 작업을 실행한다. 이런 방식을 통하여 제작된 면들은 결함이 적으며 높은 물리적 특성을 가진다. 한 면이 완성된 후에는 로봇에 달린 밀링공구를 사용하여 면을 매끈하게 하기 위한 polishing 작업을 해준다.
영국 Nottingham대학에서는 stereolithography로 제품을 제작할 때 적층 방식 때문에 발생하는 계단식 표면을 제거하는 meniscus smoothing 기술을 개발하였다 (그림 3). 이 기술의 기본원리는 한 단면이 완성된 후 완성된 층은 수지 수면위로 올려 층 외각에 표면장력을 통하여 붙어있는 수지를 레이저를 통하여 경화시켜 계단형식의 표면을 매끈하게 채워주는 것이다.
그림 7. 계단식 표면을 제거하는 meniscus smoothing방법

키워드

RP,   공작,   기계실험,   보고서