적층제조시스템 -2-

1. 제조공정으로서의 적층제조

- 원 목적은 시제품 제작이였지만 다양한 공정기술 및 재료의 개발을 통해 실제 제품을 제작할 수 있는 제조공정으로 인식

- 기술이 개발됨으로서 응용범위 또한 매우 다양하게 발전중.

- 항공기 및 자동차의 일부 부품에 적용, 금형 등의 제작에도 적용시작 중, 이외에도 바이오산업, 전자산업 등에 첨단 적층제조 기술들이 개발중.

 

2. 적층제조의 역사

-머시닝 센터의 역사

1700년대

*증기기관과 산업혁명

*보링머신(구멍)

*플레이너(면)

*선반(나사)

*밀링머신(밀링)

*수치제어 시스템(NC)

산업혁명 이후---

*컴퓨터의 등장으로 CAD/CAM 개발

*상업용 레이저의 개발 및 발달( NC 기술고 레이저 기술결합으로 레이저 커팅 및 용접 가능)

*레이저 + 감광 폴리머(Chuck Hull)의 STL

*3D Printer 시장 활성화

*오바마 연설

*개인용 3D 프린터 및 3D Printing 기반 직접 제조

 

3. 적층제조 기술의 기원

1. 3차원 입체 지도를 위한 단면 한층 씩 성형하는 광조각을 기원으로 봄.

2. 빛을 노광하여 경화시키는 기술 ( 컴퓨터를 이용하지 않는점 제외하면 현대 광조형 기술과 유사)

3. 재료를 층층이 적층하여 형상을 제작, 이를 이용하여 주조금형 임펠러 및 사출금형의 제작 방안 제시

4. Du Pont사의 광경화성 수지에 자외선 광 주사하여 경화시키는 다수의 기술관련 특허

 

4. 현대적 적층제조 기술 개발의 기초

- 컴퓨터 기술발전 : 고성능 컴퓨터를 손쉽게 사용할 수 있는 환경이 되며 CAD/CAM/CNC 기술 발전

                               일반적으로 CNC에 적용되는 방식에 의해 제어됨.

- 레이저 기술의 발전

레이저(Laser) : 단 1개의 파장으로 직진성이 우수하다.

 

1981년 일본 Kodama 박사

광 경화성 수지를 이용하여 3차원 형상을 층층히 성형하는 세 가지 종류의 기술

 

1983년 Chuck Hull

Kodama박사의 기술을 CNC 에 의한 자동화 방식으로 발전시킴

STL ( Stereolithography ) 특허 출원 [ 최초의 적층제조 기술 ]

3D Systems 공동 창업자

이때부터 본격 상용화

 

1987년 Carl Deckard

선택적 레이저 소결 ( Selective Laser Sintering : SLS ) 방식의 적층제조 기술

분말을 사용.

 

1989년 Scott Crump & Lisa Crump

용착조형 ( Fused Deposition Modeling : FDM ) , 쉽게말해 글루건 같은 기술 특허 출원

Stratasys사에서 사용하는 기술

 

1989년 Hans Langer

플라스틱 레이저 소결 방식, 금속 레이저 소결(Direct Metal Laser Sintering, DMLS) 방식 개발.

레이저 가격이 싸져 금속을 녹이는 고출력 레이저로 금속장비를 녹임

Michael Feygin

종이, 플라스틱 판 절단 후 적층하는 박판 적층성형 방식 기술 발표

구하기는 쉬워 시제품 만들기는 용이하지만, 제품 정확, 정밀도가 낮음.

 

2000년대

- 직접 생산에 적용하려는 시도 시작, 적층제조 용어 표준화

- 고성능 장치 : 복잡한 형상을 가지면서 높은 가격의 제품들을 직접 만들어 낼 수 있는 고성능 장치 고도화.

- 중저가 장치 : 컨셉 모델러라고 불리며, 저가의 사무실 혹은 개인용 장치들로 개발

                        저가형 장비들은 정밀도나 해상도가 상대적으로 낮아 산업 분야에서 직접 제품 제작시에 문제.

오픈소스 RepRap

FDM 용착조형을 이용하는 시제품 개발, 저가형들은 RepRap기반이다

 

용착조형 이외 공정 사용한 저가형 장치

2012년 DLP기술 Form 1

플라스틱이나 금속 이외의 재료 이용하는 기술의 개발 : 식품, 콘크리트, 바이오 재료 기반 적층제조 기술 개발

 

이후 적층제조 기술의 표준화가 이루어짐.

3D Printing => AM(Additive Manufacturing)

- 표준화의 필요성

기존의 제조공정이나 재료에서 사용되고 있는 표준들이 AM 기술에 적합 X

기업에서 필요한 AM 제작물의 시험방법 및 기준과 기존 표준들이 일치하지 않기 때문에 기업들은 자체적 표준에 의한 실험 실시하는 경우 발생.