예, 하지만 올바르게 수행해야 합니다. 선택적 레이저 소결(SLS) 인쇄 작업에서 소결되지 않은 파우더를 재사용하는 것은 가능할 뿐만 아니라 기술을 경제적으로 실행 가능하게 만드는 표준적이고 필수적인 관행입니다. 그러나 오래된 파우더를 그대로 재사용할 수는 없습니다. 다음 인쇄물의 품질과 기계적 특성을 보장하기 위해 특정 비율의 새, 버진 파우더와 혼합하여 "리프레시"해야 합니다.
SLS 파우더를 재사용하는 것은 신중한 균형 잡기입니다. 목표는 "리프레시율"로 정의되는 공정을 통해 새 재료와 혼합하여 사용된 파우더의 열 유도 분해를 상쇄하는 것입니다. 이 비율을 잘못 설정하면 부품의 무결성이 손상될 위험이 있습니다.
파우더를 단순히 재사용하는 것이 아니라 "리프레시"해야 하는 이유
파우더 재사용을 이해하려면 먼저 인쇄 중에 빌드 챔버의 모든 파우더, 즉 부품이 되는 파우더뿐만 아니라 어떤 일이 일어나는지 이해해야 합니다.
"소결 온도 범위(Sintering Window)"
모든 SLS 재료에는 소결 온도 범위(sintering window)라고 하는 특정 온도 범위가 있습니다. 이는 재료가 레이저에 의해 맞았을 때 서로 융합될 만큼 충분히 부드럽지만 스스로 녹거나 결정화될 정도로 뜨겁지 않은 좁은 온도 대역입니다. 빌드 챔버 전체는 이 범위 바로 아래의 높은 온도로 유지됩니다.
열 노출의 문제점
부품 주변의 소결되지 않은 파우더(종종 "케이크(cake)"라고 함)는 깨끗하게 유지되지 않습니다. 인쇄 시간 내내 높은 온도에 놓이게 되는데, 이는 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다.
이러한 장기간의 열 노출은 완전히 소결될 만큼은 아니지만 파우더를 노화(age)시킵니다. 입자 내의 폴리머 사슬이 변하기 시작하고 일부 입자는 서로 가볍게 융합될 수도 있습니다.
노화가 파우더 품질을 저하시키는 방법
노화된 파우더는 새롭고 버진인 파우더와 다른 특성을 가집니다.
- 유동성 감소: 노화된 입자는 덜 구형이 되고 뭉쳐서 리코터 블레이드가 다음 레이어 인쇄를 위해 부드럽고 조밀한 파우더 층을 펼치는 것을 방해합니다.
- 소결 온도 범위 좁아짐: 재료의 열 특성이 이동하여 일관되게 처리하기가 더 어려워집니다.
- 부품 품질 저하: 지나치게 노화된 파우더를 사용하면 부품 표면이 거칠고 고르지 않은 "오렌지 껍질(orange peel)"이라는 일반적인 결함이 발생합니다. 또한 부품이 더 부서지기 쉽고 기계적 강도가 낮아질 수 있습니다.
해결책: 리프레시율 이해 및 사용
파우더 분해에 대한 업계 표준 해결책은 새 파우더와 혼합하여 사용된 재료를 리프레시하는 것입니다.
리프레시율이란 무엇입니까?
리프레시율(refresh rate)은 혼합물에서 새(버진) 파우더 대 사용된(노화된) 파우더의 필요한 비율입니다. 예를 들어, 50% 리프레시율은 혼합물이 50% 새 파우더와 50% 사용된 파우더로 구성됨을 의미합니다.
이 과정은 노화된 분말을 희석하고 혼합물의 전반적인 품질과 가공성을 복원하기 위해 새로운, 노화되지 않은 입자를 시스템에 다시 도입합니다.
리프레시 과정
과정은 간단하지만 주의가 필요합니다. 먼저, 사용된 파우더 전체 블록을 프린터에서 제거합니다. 완성된 부품을 발굴하고 남아 있는 느슨한 파우더를 수거합니다.
그런 다음 이 사용된 파우더를 체질(sieved)하여 덩어리, 부분적으로 소결된 조각 또는 기타 오염 물질을 걸러냅니다. 마지막으로, 원하는 리프레시율을 달성하기 위해 신중하게 무게를 측정하고 적절한 양의 버진 파우더와 혼합합니다.
절충점 및 위험 이해
리프레시율을 선택하는 것은 비용과 품질 사이의 균형을 맞추는 전략적인 결정입니다.
낮은 리프레시율의 위험
비용 절감을 원하는 마음에 너무 많은 재활용 파우더(낮은 리프레시율)를 사용하는 것은 흔한 실수입니다. 이는 인쇄 실패, "오렌지 껍질" 표면, 그리고 나쁘고 일관성 없는 기계적 특성을 가진 부품의 위험을 크게 증가시킵니다. 재료에서 절약한 돈은 실패한 인쇄와 사용할 수 없는 부품으로 인해 금방 손실됩니다.
높은 리프레시율의 비용
반대로, 불필요하게 높은 리프레시율(예: 70-80% 새 파우더)을 고수하는 것은 재료 비용을 증가시키고 더 많은 폐기물을 발생시킵니다. 이는 애초에 파우더 재사용의 주요 경제적, 환경적 이점을 약화시킵니다.
재료별 요구 사항
보편적인 리프레시율은 없습니다. 다른 재료는 다르게 노화됩니다. 예를 들어, 표준 PA12 (나일론 12)는 종종 30%에서 50% 사이의 리프레시율을 사용합니다. TPU와 같은 더 유연한 재료는 고유한 열 특성으로 인해 다른 비율이 필요할 수 있습니다. 항상 재료 제조업체의 권장 사항부터 시작하십시오.
목표에 맞는 올바른 선택하기
안전하고 효과적인 재사용 전략을 구현하려면 리프레시율을 주요 목표에 맞추십시오.
- 최고의 부품 품질과 성능에 중점을 두는 경우: 일관성과 최고의 기계적 특성을 보장하기 위해 일반적으로 약 50%인 재료 제조업체의 권장 리프레시율을 엄격하게 따르십시오.
- 중요하지 않은 프로토타입의 비용 절감에 중점을 두는 경우: 더 낮은 리프레시율(예: 30-40%)을 실험해 볼 수 있지만, 표면 마감 또는 부품 강도의 저하를 모니터링하기 위한 엄격한 품질 관리를 구현해야 합니다.
- SLS 프린팅이 처음인 경우: 항상 제조업체의 공식 지침부터 시작하십시오. 기계와 재료에 대한 깊은 이해 없이 벗어나는 것은 인쇄 실패와 좌절의 원인이 됩니다.
파우더 재사용 전략을 마스터하는 것은 SLS 기술을 성공적으로 활용하고 비용 효율적이며 고품질의 생산을 달성하는 데 근본적입니다.
요약표:
| 요소 | 재사용 전략에 미치는 영향 | 주요 고려 사항 |
|---|---|---|
| 리프레시율 | 새 파우더 대 사용된 파우더의 혼합 비율 결정 | 재료별 지침 준수 (예: PA12의 경우 30-50%) |
| 파우더 노화 | 유동성 감소 및 소결 불량 유발 | 혼합 전에 사용된 파우더를 체질하여 덩어리 제거 |
| 부품 용도 | 필요한 품질 수준 결정 | 중요 부품은 더 높은 리프레시율 필요; 프로토타입은 더 낮은 비율 사용 가능 |
| 재료 유형 | 분해 속도에 영향 | TPU는 PA12와 다른 처리가 필요할 수 있음 |
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