소프트웨어가 크고 복잡한 LPBF 금속 3D 프린팅 파트의 증가에 대응하는 방법

물론 디지털 제조 방식은 프린터의 크기가 커짐에 따라 더 크고 복잡한 파일을 따라잡기 위해 소프트웨어가 발전해야 한다는 것을 의미합니다. 이와 동시에 고성능 엔지니어링 팀은 새로운 CAD 및 DfAM 도구를 활용하여 기본 빔 레티스와 implicit 설계 기능을 갖춘 지오메트리를 생성하고 있습니다. 기존에는 메시가 아닌 파일을 불러오고 처리하는 데 처리 및 타이밍 문제가 발생할 수 있으며, 때로는 렌더링과 슬라이싱이 불가능한 경우도 있었습니다. 빌드 지침을 프린터에 전달하는 소프트웨어는 이러한 문제를 해결하는 데 큰 역할을 합니다. 이 글에서는 차세대 빌드 프로세서가 이러한 장애물을 극복하는 데 어떻게 도움이 되는지 살펴봅니다.

클래식 빌드 프로세서는 작업 파일을 슬라이싱, 구역화 및 해칭하여 데이터를 일괄 처리합니다. 그러나 이러한 접근 방식은 정교한 파트의 경우 상당한 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 이 접근 방식과 관련된 가장 일반적인 6가지 문제를 살펴보겠습니다.

파일 크기가 커지면 사용자가 작업 파일을 처리하는 동안 상당한 지연이 발생하고 심지어 충돌이 발생할 수도 있습니다. 이러한 병목 현상은 생산성을 심각하게 저해하고 시장 출시 시간을 지연시킬 수 있습니다.

멀티옵틱 3D 프린터는 높은 처리량을 제공할 수 있지만 여러 레이저에 작업 부하를 적절히 분산하지 않으면 제조업체는 기계 가동률을 최대한 활용하지 못합니다. 툴 패스를 세분화할 수 있는 숙련된 엔지니어가 부족하면 제조업체가 빌드 프로세서를 최적화하고 프린터의 모든 기능을 활용하지 못합니다.

많은 산업 어플리케이션의 엄격한 기계적 물성 요구 사항을 충족하는 것은 적층 제조(AM)의 지속적인 과제로 남아 있습니다. 이로 인해 처음에 파트을 일관되게 올바르게 프린팅하지 못해 불량률이 높아지는 경우가 종종 있습니다. 이는 비용과 출시 시간 모두에 부정적인 영향을 미칩니다.

3D 프린팅 소프트웨어는 크고 다루기 힘든 CAD 또는 메시 파일이 필요한 고급 빔 레티스 및 implicit 디자인을 처리하는 데 어려움을 겪어 왔습니다. nTop과 같은 도구는 이러한 복잡한 형상을 보다 효율적으로 특성화할 수 있는 혁신적인 implicit 모델링을 제공합니다. 하지만 지금까지 nTop 설계는 Magics와 같이 널리 사용되는 데이터 및 빌드 준비 소프트웨어에서 기본적으로 처리할 수 없었기 때문에 시간이 많이 걸리거나 슬라이싱 워크플로우우가 불가능했습니다.

최고의 생산성을 달성하려면 사용자는 Magics 같은 CAM 소프트웨어에 간소화된 연결이 필요합니다. 현재 사용 가능한 대부분의 워크플로우에서는 이러한 유형의 연결을 허용하지 않지만 3D 프린팅 시스템의 특정 기능에 맞게 더 나은 작업 파일을 쉽게 생성하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

제조업체가 3D 프린팅의 설계 자유도를 제대로 활용하려면 복잡한 피처, 얇은 벽, 대용량 암시 파일과 같은 고도의 맞춤형 요구 사항을 충족해야 하며, 이는 3D 프린터 제작량, 재료 옵션 및 최종 사용 애플리케이션 요구 사항과 같은 요인에 따라 달라집니다.

3D 프린팅 제작물을 경쟁사와 차별화하기 위해 기업은 출시 기간 단축, 3D 프린터 생산성 향상, 3D 프린터 투자 수익률 증대라는 세 가지 사항에 집중해야 합니다. 특정 자료와 사용 사례에 대한 고유한 지적 재산을 개발하는 것도 경쟁이 치열한 시장에서 차별성을 유지하는 또 다른 핵심 방법입니다.

제조업체는 Magics 및 Next-Generation Build Processors 와 같은 소프트웨어를 통해 최적화된 툴 패스를 확보하여 프로덕션이 이 단계에 도달하고 AM의 혁신적 잠재력을 최대한 활용할 수 있도록 지원할 수 있습니다.

"차세대 빌드 프로세서가 탑재된 LiM-X260 듀얼 레이저의 최근 벤치마크 테스트 결과 슬라이싱 및 해칭 시간이 45배 빨라졌습니다."라고 천진 LiM의 생산 관리자 후안환 자오(Huanhuan Zhao)는 말합니다. "처리하는 데 15시간이 걸리던 작업이 이제는 20분도 채 걸리지 않습니다."

최신 하드웨어가 빠르게 발전함에 따라 모듈식, 구성 및 사용자 지정이 가능한 소프트웨어는 제조업체가 최고의 생산성, 품질 및 애플리케이션 유연성을 달성할 수 있는 이상적인 방법입니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 30년 이상의 AM 전문 지식, 클래식 빌드 프로세서 제품으로 수백 개의 3D 프린터 모델을 지원한 입증된 실적, 빌드 프로세서 소프트웨어 개발 키트(BP SDK) 아키텍처를 기반으로 구축된 차세대 빌드 프로세서를 도입했습니다. 이 모듈식 프레임워크를 통해 사용자는 검증된 빌드 파일 생성 알고리즘을 활용하고 사용자 지정하여 프린터의 한계를 뛰어넘을 수 있습니다. 독점 IP를 기존 소프트웨어와 통합할 수도 있습니다.

"이 매우 유연한 플랫폼을 통해 사용자는 최대 170개의 파라미터를 제어할 수 있으며, Renishaw의 오픈 소스 파라미터 정신을 충분히 활용할 수 있습니다."라고 Renishaw의 제품 마케팅 엔지니어인 David Ewing이 설명합니다. "하지만 미리 결정된 매개변수를 사용하여 사용자 친화적인 인터페이스를 유지하므로 몇 가지 간단한 단계만으로 빌드를 준비할 수 있습니다."

차세대 빌드 프로세서 통합 기능의 가치는 이미 바르질라의 고성능 3D 프린팅 실린더 헤드를 통해 입증되었습니다. nTop의 강력한 새 implicit 모델링 커널과 해당 파일 형식에 연결하여 이전에는 프린팅할 수 없었던 이 디자인을 니콘 SLM 솔루션의 NXG XII 600 3D 프린터로 60%의 경량화를 달성할 수 있었습니다.

이러한 이점을 더욱 확실하게 실현하기 위해 보다 효율적인 생산 프로세스를 달성할 수 있는 9가지 방법을 살펴보세요.

이 도구는 파트를 여러 개의 개별 z 섹션으로 분할합니다. 그런 다음 사용자는 각 섹션의 특정 기하학적 요구 사항에 맞는 특정 빌드 전략 또는 슬라이스 두께를 구현할 수 있습니다.

이 고급 기능을 사용하면 품질 저하 없이 더 빠르게 프린팅할 수 있습니다. 설정 방식 형상에 따라 파트을 다양한 두께로 자동 분할합니다. 예를 들어 파트에 곡률이 있는 경우 적응형 슬라이싱은 매끄러운 표면 마감을 위해 얇은 레이어를 사용합니다.

반면에 파트의 직선 부분에 더 두꺼운 레이어를 사용할 수 있으므로 곡선 부분에 비해 슬라이스 높이를 두 배로 늘릴 수 있습니다. 이렇게 하면 프린터가 직선 영역은 더 빠르게 프린팅하고 복잡한 곡선 영역은 미세한 해상도를 유지할 수 있습니다.

이 기능은 워크로드를 분할하여 여러 슬라이스를 동시에 처리합니다. 멀티 스레드 또는 멀티 코어 CPU 아키텍처의 강력한 성능을 통해 이 병렬 처리 방식은 계산 속도를 획기적으로 가속화할 수 있습니다. 성능 부스트는 사용 가능한 CPU 코어 수에 따라 확장되므로 소프트웨어가 더 강력한 PC 하드웨어를 최대한 활용할 수 있습니다.

오버행 각도에 따라 다운 스킨 영역에 다른 스캐닝 파라미터를 할당하여 빌드에서 서포트 양을 대폭 최소화할 수 있습니다.  이렇게 하면 사용자가 특정 오버행 각도에 대한 에너지 입력을 더 잘 조정할 수 있어 뒤틀림을 방지하고 기존의 단일 영역 다운 스킨 방식보다 더 적은 지지대를 필요로 합니다.

레이저 간 간섭을 방지하고 균일한 에너지 분포를 보장하기 위해 가스 흐름과 안개 영역을 고려하면서 레이저당 부하를 균형 있게 조정합니다. 여기에는 파트에 레이저를 수동으로 할당하거나, 파트에 레이저를 자동으로 할당하여 파트 내 절단 벡터를 방지하고 품질을 향상시키거나, 하나의 파트에 여러 레이저를 자동으로 할당하여 생산성을 높이거나, 이 세 가지를 조합하는 등의 작업이 포함됩니다.

파우더 베드 융합 과정에서 3D 프린터의 레이저 또는 전자 빔이 빌드 플랫폼 전체에서 파트 형상을 스캔합니다. 그러나 스캔 필드는 종종 제한되어 있어 사용자가 파트을 여러 섹션으로 분할하여 개별적으로 처리해야 하는 경우가 많습니다.

여기서 벡터 분할이 중요한 역할을 합니다. 파트가 최대 스캔 필드 중첩 영역을 초과하면 형상이 자동으로 여러 조각으로 분할되어 개별적으로 프린팅됩니다. 그리고 단순히 고정된 파티션 선을 따라 파트를 나누는 것이 아닙니다. 대신 겹치는 스캔 필드 영역 내에서 벡터에 대한 최적의 절단 위치를 지능적으로 결정하여 매끄러운 분할을 보장하고 최종 프린팅에서 잠재적인 결함이나 불연속성을 최소화합니다.

또한 파트을 선체와 코어로 나누고 다양한 스캔 전략을 적용하여 파트의 생산성과 표면 품질을 개선할 수 있습니다. 코어는 더 두꺼운 슬라이스와 더 큰 레이저 빔으로 제작할 수 있어 프린팅 속도를 크게 최적화할 수 있습니다. 한편, 선체는 이상적인 표면 품질을 위해 더 얇은 슬라이스를 사용할 수 있습니다.

앞서 언급했듯이 크고 복잡한 3D 모델을 처리하는 것은 컴퓨터의 메모리 제약으로 인해 상당한 어려움을 겪을 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Z-청킹은 빌드 플랫폼을 개별 수직(Z축) 섹션, 즉 "청크"로 나눕니다. 소프트웨어는 전체 모델을 한 번에 처리하는 대신 각 청크를 개별적으로 처리하여 필요한 메모리 공간을 줄일 수 있습니다. 청크의 크기도 조절할 수 있어 사용자가 처리 속도와 메모리 소비의 균형을 맞출 수 있습니다.

빌드 프로세서는 또한 레이저 출력 및 스캐닝 속도, 해치 간격 및 오버랩, 컨투어 및 인필 파라미터, 서포트 구조 요구 사항 등 각 개별 레이어의 세부적인 시간 계산을 통해 정확한 빌드 시간 예측을 제공합니다.

이 정확한 견적에 액세스하는 것은 생산 계획, 일정 및 견적에 매우 중요합니다. 제조업체는 고객에게 안정적인 리드 타임을 제공하고, 장비 사용을 최적화하며, 적층 제조 워크플로우를 효율적으로 실행할 수 있습니다.

생산성 외에도 파트 품질 향상은 많은 제조업체가 추구하는 또 다른 목표입니다. 제조업체가 적층 제조의 품질을 향상시키는 5가지 검증된 방법을 소개합니다.

모든 3D 프린팅 워크플로우의 핵심 단계인 슬라이싱 기술은 30년 동안 이 분야에 대한 광범위한 연구와 발전의 결과물입니다. 주요 기능 중 하나는 입력된 3D 데이터의 사소한 불완전성이나 결함을 식별하고 자동으로 복구하는 기능입니다. 슬라이서는 슬라이스 최적화를 위한 구성 가능한 설정 모음도 제공합니다. 레이어 높이, 윤곽 최적화 및 인필 전략과 같은 매개 변수를 미세 조정하여 프린팅 속도, 파트 강도 및 표면 마감 사이의 완벽한 균형을 맞출 수 있습니다.

고급 조닝 기능은 다양한 영역에 전략을 할당하여 에너지 증착을 최적화하여 표면 마감을 개선합니다. 또한 사용자는 파우더가 바로 위에 있는 상부 스킨, 파우더가 파트 아래에 위치하여 표면 품질에 영향을 줄 수 있는 하부 스킨, 층 내부의 고형화된 재료, 서포트 구조 등 다양한 영역을 시각화하고 분석할 수 있습니다. 예를 들어 위쪽을 향한 표면의 목표는 해당 영역을 여러 번 다시 스캔하고 다시 멜팅하여 눈에 보이는 스캔 패턴의 모양을 줄이는 것입니다.

체스, 스트라이프, 오프셋 패턴으로 해치 채우기를 최적화하면 스트레스 분산을 개선하고 생산성 속도와 균형을 맞출 수 있습니다. 체스 패턴은 온도 그라데이션을 개선하고 잔류 응력을 관리하기 위해 일정한 벡터 길이를 유지하지만 프린팅 속도가 약간 저하됩니다. 반면, 스트라이프 패턴은 중간 지점에 위치하여 체스보다 생산성을 향상시키면서도 합리적인 스트레스 조절 기능을 제공합니다. 오프셋 패턴은 프린팅 속도를 더욱 높이는 동시에 해치 벡터를 엇갈리게 배치하여 열과 응력을 더 고르게 분산시킵니다.

이러한 맞춤형 전략은 파트 품질 또는 빌드 속도 극대화 등 우선순위에 따라 빌드 프로세스를 유연하게 조정할 수 있습니다.

테두리 최적화는 파트 형상에서 특정 문제 영역을 감지하고 해결하여 치수 정확도와 전반적인 프린팅 품질을 개선합니다. 날카로운 모서리, 얇은 벽, 툴패스가 없는 영역을 식별한 다음 맞춤형 레이저 파라미터를 적용하여 이러한 중요한 영역에 보조 공구 경로를 생성합니다. 이러한 목표 최적화를 통해 스캔되지 않은 '막힌 경로' 및 과도한 가열과 같은 문제를 보완하여 복잡한 형상에서도 엄격한 치수 공차와 고품질의 최종 파트을 보장합니다.

이 기능은 국경 지역에만 국한되지 않습니다. 이를 통해 사용자는 파트 형상 내에서 얇은 벽 영역을 식별하고 빔 보정 및 블록 경로와 같은 특수 빌드 전략을 적용하여 열 분포를 최적화할 수 있습니다. 빌드 프로세서는 얇은 지오메트리에 동일한 파라미터를 빌드 전체에 균일하게 적용하면 과열이 발생할 수 있음을 인식합니다. 이는 품질과 치수 정확도에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 슬라이서는 이러한 영역을 감지하고 다른 레이저 매개변수 또는 스캐닝 전략을 할당합니다.

니콘 SLM의 소프트웨어, 제품 제어 및 전략적 파트너십 제품 매니저인 니콜라스 르메르(Nicolas Lemaire)는 "Materialise와 협력하여 고성능 빌드 프로세서를 개발하는 데 큰 도약을 이루었습니다."라고 말합니다. "이 차세대 빌드 프로세서를 통해 Materialise 소프트웨어를 사용하는 고객은 프린트 작업 설정 시간을 절약하고 프린트 프로세스를 최적화하는 툴을 활용할 수 있습니다."

3D 프린터의 발전에 발맞추기 위해 제조업체는 사용하는 소프트웨어를 재평가하고 기계의 생산성을 최대한 끌어올려야 합니다. Materialise의 차세대 빌드 프로세서는 사용자가 전례 없는 수준의 제어와 커스터마이징을 실현할 수 있도록 지원합니다.

어떤 빌드 프로세서 개발 경로가 적합한지 문의하세요. 또한 Materialise의 전문 서비스 팀은 고객의 요구 사항을 파악하여 적합한 빌드 프로세서로 변환할 수 있습니다. 그렇지 않으면 BP SDK를 사용하여 직접 구성하여 자체 IP 및 개발 일정을 완벽하게 제어할 수 있습니다.