위 사진 왼쪽이 출력물이고 오른쪽이 그 부품이 들어간 장치입니다. 확인하고 버린 것이 아니라 그대로 조립해 쓰고 있습니다.
3D프린팅 출력물은 대개 확인용입니다. 형상과 조립을 보고 나면 진짜는 따로 만듭니다. ULTEM과 PEEK 계열은 그 지점이 다릅니다.
뽑은 것을 그대로 씁니다
이 소재를 쓰는 이유는 하나입니다. 출력물이 최종 부품이 되기 때문입니다.
이 소재가 어디에 들어갔는지 보면 성격이 분명합니다. 항공기 내장 부품, 자동차 엔진룸 시제품, 반도체 공정용 지그, 고온·고압 산업용 툴링입니다. 전부 만들어서 쓰는 물건입니다.
그래서 요구 조건도 다릅니다. 보기 좋게 나오는 것이 아니라 버티는 것이 기준입니다.
| 조건 | 무엇을 보는가 |
|---|---|
| 열 | 놓이는 곳의 온도에서 형태가 변하지 않는가 |
| 하중 | 힘을 받는 방향으로 버티는가 |
| 난연 | 불에 견디는 등급이 필요한가 (UL94-V0) |
| 화학 | 기름이나 용제에 닿는가 |
사례 4건은 모두 ULTEM 입니다. PEEK 은 그 위에 있는 소재이고, 둘의 차이는 뒤에서 따로 짚겠습니다.
실제 사례 4건
구조용 브라켓 — 1개 대략 35만 원
하중을 견뎌야 하는 브라켓입니다. 장비는 Stratasys Fortus 450mc 입니다. 소재는 ULTEM(PEI)입니다.
중요했던 것은 강도가 아닙니다. 다른 부품과 맞물리는 접합부의 표면 상태였습니다. FDM 은 층을 쌓아 올리는 방식이라 방향에 따라 표면과 강도가 달라집니다.
그래서 적층 라인이 기능을 방해하지 않는 쪽으로 출력 방향을 잡았습니다. 결과는 후가공 없이 조립 정밀도를 확보한 것입니다.
여기가 이 소재를 다루는 실력이 갈리는 지점입니다. 소재만 넣는다고 되지 않습니다.
기능 시제품 4개 — 대략 50만 원
같은 Fortus 450mc 에 ULTEM 9085 를 넣어 만든 부품입니다. 2종을 2세트씩, 총 4개를 제작했습니다.
조립과 구동 테스트까지 가능했습니다. 4개에 대략 50만 원입니다. 개당으로 보면 12만~13만 원 선입니다. 앞의 브라켓은 1개에 35만 원이었습니다. 수량이 붙으면 개당 금액이 이렇게 내려갑니다.
ULTEM 9085 는 항공기 내장재와 덕트, 고온 환경용 지그와 툴링에 주로 씁니다.
내부 채널 부품 — 치수 오차 ±0.1mm
내부에 채널이 지나가는 긴 부품입니다. 이 건은 요구 조건이 문서로 남아 있어 그대로 옮깁니다.
| 요구 조건 | 무엇이 걸리는가 |
|---|---|
| 높은 치수 정밀도 | 조립할 때 간섭 없이 맞물려야 합니다 |
| 균일한 표면 품질 | 후가공 없이 기능 테스트가 가능해야 합니다 |
| 내열성 확보 | 150℃ 이상에서도 형태가 변하면 안 됩니다 |
| 균열 없는 출력 | ULTEM 은 수축이나 층간 박리가 생기기 쉽습니다 |
마지막 항목이 이 소재의 진짜 난이도입니다. 고온으로 녹여 쌓는 소재라 식으면서 줄어듭니다. 그 과정에서 층이 뜯어집니다. 금이 가기도 합니다.
결과는 층간 박리와 깨짐 없이 나왔습니다. 복잡한 내부 채널에서도 치수 오차는 ±0.1mm 이하였습니다. 연마나 도색 없이 바로 썼습니다.
장비용 최종 부품 — 대략 26만 원
제조 장비에 들어가는 부품입니다. Stratasys F450MC 에 ULTEM 9085 를 썼습니다.
크기는 54 × 43 × 54mm입니다. 손바닥 안에 들어옵니다. 그런데 대략 26만 원입니다. 5개 부품을 따로 출력해 조립한 건이라 그렇습니다.
이 소재는 크기로 값이 정해지지 않습니다. 소재값과 장비가 도는 시간이 금액을 만듭니다.
금속으로 깎았을 때와 비교하면 비용이 줄고 기간이 짧아졌습니다. 무게도 가벼워졌습니다.
금속과 나란히 놓으면
| 보는 것 | ULTEM·PEEK 3D프린팅 | 금속 가공 |
|---|---|---|
| 무게 | 가볍습니다 | 무겁습니다 |
| 형상 | 내부 채널 같은 구조도 나옵니다 | 공구가 닿아야 깎입니다 |
| 소량 납기 | 짧습니다 | 깁니다 |
| 소량 비용 | 유리합니다 | 초기 준비 비용이 붙습니다 |
| 강도 상한 | 금속에는 못 미칩니다 | 높습니다 |
| 온도 상한 | 수백 도 수준은 아닙니다 | 높습니다 |
금속을 전부 대신하지 않습니다. 가볍게 만들어야 하고, 형상이 복잡하고, 몇 개만 필요할 때 대신합니다. 마지막 항목이 특히 중요합니다. 수량이 많아지면 다른 공법이 다시 유리해집니다.
이 부품에 맞는지 보는 순서
세 관문을 다 지나야 이 소재로 갑니다. 하나라도 빠지면 더 싼 소재가 있습니다.
아무 FDM 장비로나 되지 않습니다
같은 FDM 인데 결과가 다릅니다. 이유는 3가지입니다.
첫째, 챔버 온도입니다. 이 소재는 높은 온도로 녹여 쌓습니다. 쌓는 동안 주변 온도가 떨어지면 층이 붙지 않습니다. 사례에 쓰인 Fortus 450mc 는 챔버 내부 온도를 제어해 큰 부품에서도 변형을 줄입니다.
둘째, 수축입니다. 식으면서 줄어드는 양이 큽니다. 그래서 층간 박리와 균열이 잘 생깁니다. 앞의 3번째 사례가 이것을 요구 조건에 못 박아 둔 이유입니다.
셋째, 출력 방향입니다. 어느 방향으로 세워 쌓느냐에 따라 강도와 표면이 달라집니다. 힘을 받는 방향을 모르면 방향을 잡을 수 없습니다.
데스크톱 장비에 울템 필라멘트를 물려도 같은 결과가 나오지 않습니다. 소재가 아니라 장비와 조건의 문제입니다.
다시 봐야 할 경우
| 구분 | 내용 |
|---|---|
| 맞는 경우 | 열이나 하중을 받는 곳에 들어갈 부품 / 금속을 대신해 무게를 줄이려는 경우 / 내부 채널처럼 깎기 어려운 형상 / 몇 개만 필요한 지그와 툴링 |
| 다시 봐야 합니다 | 확인만 하면 되는 목업 — 값이 몇 배 차이 납니다 / 수량이 많은 부품 — 사출이나 가공이 다시 유리해집니다 / 금속 수준의 강도가 필요한 경우 — 소재를 바꿔도 못 넘습니다 / 매우 큰 부품 — 수축과 변형이 커집니다 |
소재를 먼저 정하고 오시면 어긋나는 경우가 있습니다. 부품이 놓이는 조건을 먼저 알려주시는 편이 빠릅니다.
담당자가 확인할 것
- 확인용인지 실제로 쓸 것인지 정합니다. 이것이 소재를 가르는 첫 기준입니다.
- 놓이는 곳의 온도를 알려주십시오. 상시 온도와 순간 최고 온도가 다르면 둘 다 필요합니다.
- 힘을 받는 방향을 표시합니다. 그 방향에 맞춰 적층 방향을 잡습니다.
- 난연이나 인증 요구가 있는지 확인합니다. UL94-V0 처럼 등급이 걸리면 소재가 좁혀집니다.
- 조립되는 면과 공차를 알려주십시오. 후가공 없이 맞추려면 이 정보가 필요합니다.
