3D 프린팅

다중 재료 3D 프린팅: 디자인과 기능의 혁신

1월 2, 2025

항공우주, 생물의학, 전자 등 다양한 산업 분야에서 맞춤형 특성을 지닌 복잡한 물체를 제작할 수 있는 다중 재료 3D 프린팅의 혁신적 잠재력을 살펴보세요. 적층 제조의 기술, 응용 분야 및 미래에 대해 알아보세요.

다중 재료 3D 프린팅: 기능 향상을 위한 복합 물체 만들기

이 글은 제품 개발에서 다중 재료 3D 프린팅의 중요성을 개괄적으로 설명하는 소개로 시작합니다. 그런 다음 재료 분사, FDM(용융 증착 모델링), SLA(스테레오 리소그래피), PBF(파우더 베드 융합), 순차 및 공동 프린팅 방법 등 다중 재료 프린팅에 대한 다양한 기술적 접근 방식을 살펴봅니다. 이어서 생물의학, 항공우주, 소비재, 전자제품 등 다양한 분야의 다중 재료 3D 프린팅 응용 분야로 논의의 중심을 옮깁니다. 또한 현재 당면 과제와 향후 방향에 대해서도 다룹니다., 기술적 장애물과 연구 발전에 초점을 맞추고 있습니다.

추가된 물질 제작은 계획을 빠르게 강조하고 복잡한 계산을 필요에 따라 조립할 수 있게 함으로써 아이템의 발전에 변화를 가져왔습니다. 어쨌든 기존의 3D 프린팅 는 단일 재료로 물체를 만드는 데 제한이 있습니다. 다중 재료 3D 프린팅은 단일 재료 안에 다양한 재료를 결합할 수 있도록 허용함으로써 이러한 제한을 극복합니다. 이러한 발전은 3D 프린팅을 필수적인 프로토타입 제작을 넘어 재료 속성을 조정하여 섹션의 명시적인 위치에 맞게 설계할 수 있게 해줍니다.

이제 복잡한 모임을 단독 부품으로 복제할 수 있어 조립이 더 쉬워집니다. 다중 재료 능력은 이전에는 불가능했던 새로운 계획의 이상적인 모델도 가능하게 합니다. 이 기사에서는 새롭게 떠오르는 다중 재료 3D 프린팅 분야와 아이템 개발의 잠재력을 살펴봅니다. 스트리밍 철학부터 파우더 베드 기술에 이르기까지 다중 재료 프린트를 구현하기 위한 다양한 전문 접근 방식에 대해 살펴봅니다. 비즈니스 전반에 걸친 대규모 사용 사례도 마찬가지로 인증 가능한 애플리케이션을 보여주기 위해 조사됩니다.

마침내, 모멘텀의 특수한 어려움은 다중 재료 첨가 물질 생산의 한계를 뛰어넘는 새로운 시험을 약속함으로써 종결되는 경향이 있습니다. 이 분야의 개발이 진행됨에 따라 두 디자이너와 구매자는 유용한 부품을 공고히 하고 이전에는 상상할 수 없었던 계획을 달성할 수 있을 것으로 기대합니다. 이 시험은 다중 재료 3D 프린팅 혁신에 대한 관심의 발전에 유용한 경험을 제공할 수 있습니다.

'다중 재료 3D 프린팅'과 같은 관심어와 '3D 프린팅'과 같은 보다 광범위한 용어에 대한 검색량 패턴의 상관관계는 시간이 지난 후 이 특정 부가 물질 생산 전략에 대한 확장된 인식과 수용도를 측정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 검색량의 지역별 대비를 살펴보면 다중 재료 3D 프린팅 애플리케이션에 대한 관심의 전환과 채택을 주도하는 지역에 대한 힌트를 얻을 수 있습니다. 이는 개발 중인 사업 분야에 진출하고자 하는 재정적 후원자나 조직에 도움이 될 수 있습니다.

관련 검색어를 분석하면 현재 다중 재료 3D 프린팅 기능에 대한 관심과 투자를 주도하는 주요 산업을 파악할 수 있습니다. 항공우주, 의료, 전자 등과 같은 산업과 관련된 검색어를 분석하고 비교할 수 있습니다. 다중 재료 3D 프린팅 주제에 대한 검색량의 계절적 변동은 무역 박람회, 대학 학기 또는 제품 출시 주기와 연관되어 연구 개발 진행에 미치는 영향에 대한 인사이트를 제공할 수 있습니다.

개발 중인 기업의 시간 경과에 따른 검색 점유율 증가 또는 감소를 추적합니다. 프로토타이핑의 3D 프린팅 시스템은 업계 내 변화하는 경쟁 역학 관계와 기술 채택 동향을 파악할 수 있습니다. 아직 초기 단계인 현장 분석은 전 세계적으로 적층 제조 기술의 다음 단계에 대한 인식과 채택이 증가하고 있음을 정량화하는 데 도움이 될 것입니다.

다중 재료 프린팅을 위한 재료 분사 기술

재료 분사는 여러 프린트 헤드를 통해 서로 다른 재료를 동시에 증착할 수 있으므로 다중 재료 3D 프린팅에 적합합니다. 이를 통해 재료 간의 전환을 정밀하게 제어하여 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다. 머티리얼 스트리밍의 가장 큰 장점은 미세한 정확도와 매끄러운 표면으로 나뭇잎을 제작할 수 있다는 점입니다. 재료 비행을 활용하는 다중 재료 3D 프린팅의 주요 혁신 중 하나는 스트라타시스의 Connex 프레임워크입니다.

Connex 시스템은 잉크젯 3D 프린팅을 사용하며 프린팅 과정에서 두세 가지 다른 플라스틱 재료를 분사할 수 있습니다. 이를 통해 유연성 및 강성과 같은 서로 다른 속성을 가진 영역을 포함하는 부품을 제작할 수 있습니다. 스트라타시스는 이러한 다양한 특성을 가진 부품을 동시에 제작하는 데 최적화된 Connex 시스템용 호환 재료를 개발했습니다. 재료 분사 시 프린트 헤드는 감광성 레진 방울을 제작 플랫폼에 분사하는 방식으로 작동합니다.

이 물방울은 자외선에 노출되면 빠르게 응고되어 층을 빠르게 연속적으로 쌓을 수 있습니다. 재료 분사 프린트 헤드는 다양한 재료를 마이크로 단위의 정밀도로 선택적으로 분사할 수 있습니다. 따라서 여러 프린트 헤드에서 분사되는 재료 간의 전환이 매우 정확하며 재료 간 경계에서 혼합이나 번짐이 최소화됩니다. 재료 분사 기술의 발전으로 가공할 수 있는 재료의 범위가 확대되고 있습니다.

나노디멘션은 재료 분사를 통해 전기적 기능을 갖춘 전자 제품을 생산할 수 있는 전도성 및 유전체 '디지털 잉크'를 동시에 개발했습니다. 이를 통해 후속 회로 조립이 필요 없고 전기 부품이 내장된 복합 물체를 만들 수 있습니다. 여러 잉크를 결합하여 풀컬러 인쇄 기능을 구현할 수도 있습니다. 예를 들어, 오브젯500 Connex 3D 프린팅 재료 는 다양한 컬러의 광폴리머 재료를 다양한 비율로 분사하여 최대 1,600만 가지 컬러로 구성된 모델을 프린트할 수 있습니다. 이 미적 응용 분야는 재료 분사가 제공하는 재료 구성에 대한 정밀한 제어를 보여줍니다.

융합 증착 모델링 접근법

FDM(용융 증착 모델링)은 다중 재료 애플리케이션에 적합한 또 하나의 3D 프린팅 전략입니다. FDM 는 열가소성 섬유를 한 층씩 연화 및 배출하는 방식으로 작동하며, 수많은 재료를 실용적인 부품으로 가공할 수 있습니다. 다중 재료 FDM 프린팅에 대한 일반적인 접근 방식은 동일한 프린트 헤드 어셈블리에 장착된 여러 개의 압출기를 사용하는 것입니다. 각 압출기를 독립적으로 제어하여 서로 다른 재료를 동시에 또는 순서대로 압출할 수 있습니다. 현재 많은 데스크톱 FDM 프린터에는 기본적인 다중 재료 프린팅을 용이하게 하는 듀얼 압출기 옵션이 포함되어 있습니다.

보다 고급 구현에는 4개 이상의 독립적인 압출기를 갖춘 맞춤형 FDM 시스템이 포함됩니다. 이러한 시스템 중 하나는 다양한 세포 구조, 세포 외 매트릭스 및 내장된 세포의 패턴을 정의하기 위해 재료를 순차적으로 압출하여 복잡한 조직 구조를 3D 프린팅하는 데 사용되었습니다. FDM의 또 다른 주요 장점은 TPU와 같은 탄성 소재를 생산할 수 있어 유연한 부품을 보다 단단한 플라스틱과 결합할 수 있다는 점입니다.

한 연구에서는 FDM을 사용하여 딱딱한 부분과 유연한 부분에 ABS와 TPU를 번갈아 가며 층을 쌓아 손목 보조기를 3D 프린팅했습니다. FDM에서는 서로 다른 증착된 재료 간의 인터페이스를 제어하는 것이 중요합니다. 한 가지 방법은 프린트 헤드 내에서 수동 혼합 프로세스를 사용하여 경계에서 점진적인 전환을 생성하는 것입니다. 다른 연구에서는 혼합되지 않는 FDM 프린팅 플라스틱 간의 접착력을 향상시키기 위한 표면 처리에 대해 조사했습니다.

스테레오 리소그래피 및 파우더 베드 융합 기술

스테레오 리소그래피(SLA)는 대표적인 탱크 광중합 기반 3D 프린팅 공정으로, 밝은 광원을 사용하여 수액을 층별로 강력한 디자인으로 고정하는 방식입니다. SLA를 활용한 다중 재료 프린팅의 경우, 분석가들은 다양한 타르 탱크를 서로 교환하거나 고유한 타르 혼합 프레임워크를 통합할 수 있는 전략을 개발했습니다. 특정 레이저 소결과 같은 파우더 베드 퓨전(PBF) 기술(SLS) 및 레이저 분말 베드 융합(LPBF)은 레이저 또는 전자 바와 같은 에너지원을 사용하여 분말 소재를 특수하게 용융하는 방식으로 작동합니다.

SLA와는 달리 이러한 기술은 일반적으로 다양한 분말 소재를 구체적으로 결합할 수 있는 길이만큼 활용을 지원합니다. 다중 재료 PBF에 대한 초기 접근 방식은 필라멘트 또는 서로 다른 재료를 포함하는 사전 혼합 분말을 만드는 것이었습니다. 이제 더 발전된 시스템은 여러 개의 독립적인 파우더 공급 메커니즘을 통합하여 다양한 재료를 증착합니다. 예를 들어, 3D 프린팅 헤드의 노즐을 통해 독립적인 피더에서 파우더 재료를 공급하는 독점적인 다중 재료 LPBF 시스템이 개발되었습니다.

파우더 증착 및 용융 파라미터를 정밀하게 제어하는 것은 강력한 성능을 구현하는 데 중요합니다. HP 멀티 제트 퓨전 PBF를 사용하여 인쇄한 이종 재료 간의 차이점. 레이저 출력, 스캔 속도, 해치 간격, 레이어 두께와 같은 요인은 모두 재료를 결합하고 인터페이스에서 결함을 방지하는 능력에 영향을 미칩니다. 호환되지 않는 금속 분말을 사용할 경우 부품을 완전히 밀도화하고 결합을 개선하기 위해 후처리 열처리가 필요한 경우도 있습니다. 전반적으로 두 가지 모두 SLA 및 PBF는 다양한 재료로 부품을 제작할 수 있는 기회를 제공하며, 수정된 시스템을 통해 다중 재료 프린팅을 용이하게 하는 발전의 혜택을 누리고 있습니다.

순차 및 공동 인쇄 방법

다중 재료 3D 프린팅에는 크게 연속 프린팅과 여러 재료의 공동 프린팅이라는 두 가지 방법이 있습니다. 순차적 프린팅은 다양한 재료를 조금씩 조금씩 저장하는 방식이고, 공동 프린팅은 재료를 동시에 저장하는 방식입니다. 압출 기반 3D 프린팅 기술의 경우 일반적으로 여러 개의 압출기 또는 프린트 헤드를 사용하여 순차 프린팅을 수행합니다. 맞춤형으로 제작된 다이렉트 잉크 라이팅(DIW) 프린터는 다양한 세포 구조와 패턴을 가진 복잡한 조직 구조를 3D 프린팅하기 위해 미리 정의된 순서대로 서로 다른 생물학적 잉크를 정밀하게 증착할 수 있는 4개의 독립적인 잉크 저장소를 갖추고 있습니다.

또 다른 연구에서는 유사한 다중 압출기 DIW 시스템을 사용하여 이온 전도성 잉크, 비산 잉크, 탄성 매트릭스를 순차적으로 인쇄하여 감지 및 유체 네트워크가 내장된 소프트 로봇 액추에이터를 제작했습니다. 각 압출기의 Z축 동작을 정밀하게 제어하여 다양한 기능적 특징을 매끄럽게 통합할 수 있었습니다. 바인더 제팅은 다양한 분말 재료의 순차적 증착에 적합한 적층 제조 공정입니다.

연구원들은 바인더 분사를 사용하여 인산철 리튬과 티탄산리튬 잉크를 다음 위치에 순차적으로 증착하는 방법을 연구했습니다. 3D 프린팅 툴링 높은 면적 에너지 밀도를 가진 배터리 아키텍처를 구현합니다. 이 공정에서는 먼저 하나의 전극 재료를 증착한 다음 다른 전극 재료를 교대로 층층이 쌓아 음극과 양극 구조를 만듭니다. 여러 재료를 동시에 프린팅하는 경우, 제작을 중단하지 않고 프린팅 프로세스 중에 재료를 혼합하거나 전환하는 접근 방식이 사용됩니다.

점탄성 잉크의 지속적인 혼합과 흐름을 가능하게 하는 미세 유체 프린트 헤드가 개발되어 단일 3D 프린트 파트 내에서 구성 그라데이션과 변화를 구현할 수 있습니다. 또한 개조된 3D 프린터는 독립적으로 제어되는 여러 개의 프린트 헤드 또는 노즐을 통합하여 재료를 공동 프린트합니다. 한 시스템은 16개의 노즐을 간격이 일정한 패턴으로 배치하여 인쇄를 중단하지 않고 조절된 순서로 부드러운 소재를 기판에 규칙적으로 증착하는 데 사용했습니다. 연구원들은 또한 두 개의 프린트헤드를 통해 서로 다른 폴리머 잉크를 동시에 전달하여 다중 재료 폴리머 격자를 인쇄했습니다. 전반적으로 순차 프린팅과 공동 프린팅 방식 모두 복잡한 공간 배열에 다양한 재료를 제어하여 3D 프린팅 물체의 디자인 공간을 확장합니다.

다중 재료 3D 프린팅의 응용 분야

다중 재료 3D 프린팅은 맞춤형 속성을 가진 영역이나 구성 요소를 포함하는 복잡한 물체를 제작할 수 있어 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다. 이 기술을 활용하는 주요 응용 분야로는 생물의학, 항공우주, 소비재, 전자제품 등이 있습니다. 생물의학 분야에서는 연구자들이 다음을 활용하고 있습니다. 3D 바이오프린팅의 발전 조직 공학 응용 분야. 한 연구에서는 멀티 압출기 3D 프린터를 사용하여 세포 배양 연구와 같은 응용 분야에서 다양한 유형의 살아있는 세포를 개별 층에 정밀하게 배치한 엔지니어링 조직 구조물을 제작했습니다.

이 접근 방식을 통해 단일 프린팅 구조물 내에서 여러 세포주를 배양할 수 있습니다. 정형외과 및 치과 임플란트는 다중 재료 3D 프린팅을 채택한 다른 생물의학 분야입니다. 예를 들어 3D 프린팅은 생체 적합성 폴리머 매트릭스 내에 골전도성 세라믹이 증착된 맞춤형 뼈 임플란트를 만드는 데 사용되었습니다. 다양한 재료를 그라데이션할 수 있는 기능을 통해 임플란트 특성을 국소 뼈의 특성에 맞게 최적화할 수 있습니다. 향상된 오세오 통합.

항공우주 분야에서 다중 재료 3D 프린팅은 고강도 합금을 하중을 견디는 영역에 배치하고 덜 중요한 영역에는 사출 성형 또는 주조 열가소성 부품을 배치하여 경량 설계를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 한 연구에서는 스테인리스 스틸과 인코넬 합금을 선택적으로 증착하여 가스터빈 엔진용 열교환기를 3D 프린팅하는 데 3D 프린팅을 사용했습니다. 소비자 제품 회사들은 다중 재료 3D 프린팅을 활용하여 단단한 플라스틱에 부드러운 촉감의 열가소성 엘라스토머를 내장하여 인체공학적인 손잡이, 그립, 밑창 및 기타 구성 요소를 제작했습니다.

스포츠 장비 제조 분야에서도 이 기술을 통해 라켓, 보호 장비 및 기타 맞춤형 성능을 갖춘 장비를 제작할 수 있게 되었습니다. 전자 산업에서는 인클로저와 인쇄 회로 기판 내에 전도성 트레이스, 솔더, 다이 및 기타 전자 부품을 내장하기 위해 다중 재료 3D 프린팅을 활용합니다. 한 연구에서는 휴대용 전자기기 애플리케이션을 위한 개별 음극, 분리막, 양극 섹션이 포함된 완전 3D 프린팅 배터리를 시연했습니다. 다중 재료 3D 프린팅의 접근성과 역량이 계속 성장함에 따라 소프트 로봇 공학, 건축, 지속 가능한 제품 디자인 등 통합 다기능성이 고유한 이점을 제공하는 새로운 영역으로 응용 분야가 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.

결론

다중 재료 3D 프린팅은 하나의 프린팅된 물체 안에 여러 재료를 결합하여 부품 계획과 유용성을 개선하는 새로운 부가 물질 제작 혁신입니다. 이 글에서 살펴본 바와 같이 다중 재료 부품을 제작하기 위한 몇 가지 기술이 존재하며, 각 기술은 용도에 따라 장점과 한계를 가지고 있습니다. 그 와중에도 실현 가능한 재료 혼합은 가능한 결과물을 계속 확장하고 있습니다. 계면 유지, 열 부담, 구성 재료의 정확한 블렌딩 또는 테스팅과 관련된 어려움을 해결하기 위해 큰 진전이 이루어지고 있습니다.

반반 프레임워크의 진행은 제어와 결합을 더욱 향상시킵니다. 높은 처리량의 제작도 여전히 진행 중인 작업이지만 체적 방법론은 이를 보장합니다. 일반적으로 다중 재료 3D 프린팅은 전문가와 패션 디자이너가 필요에 따라 특성을 맞춤 제작할 수 있는 놀라운 적응력을 제공합니다. 다양한 적층 제조 공정이 개선되고 새로운 재료 계획이 등장하며 새로운 응용 분야가 연구됨에 따라 다중 재료 3D 프린팅은 더욱 발전할 것입니다. 근본적인 복잡성에 따라 확장되는 제작 속도는 최대 용량을 인정받기 위해 여전히 중요합니다.

특정 성향의 합성물이나 임베디드 가능한 하드웨어를 찾는 비즈니스 전반에 걸쳐 가치 있는 열린 문은 엄청납니다. 바이오 영감은 여러 소재의 결합을 통해 더욱 조율되고 실제적으로 복잡한 개발에 영감을 줍니다. 추가적인 개발과 개선을 통해 이 분야는 여러 분야에 걸쳐 제작 방식을 변화시킬 수 있는 위치에 있습니다.