3D 프린팅 기술의 발달로 점점 더 많은 사용자가 제품 R&D 및 대량 생산에 사용하고 있습니다. 3D 프린팅의 적용이 점점 더 성숙해지고 있지만 인쇄된 제품의 표면에는 여전히 명백한 레이어 라인 및 거친 표면과 같은 몇 가지 눈에 띄는 문제가 있습니다. 증기 평활화와 진동 연마는 이를 개선하기 위한 두 가지 주요 후처리 방법입니다. 이제 두 가지 방법의 비교를 살펴 보겠습니다.
 

증기 평활화

화학 증기 평활화라고도 하는 증기 평활화는 표면 처리를 위해 인쇄된 부품을 용매 환경에 노출시키는 기술입니다. 산업용 증기 평활화 공정에서는 노출을 최대화하기 위해 개별 또는 여러 부품을 밀폐된 챔버에 조심스럽게 매달아 놓습니다. 화학 용매 혼합물(예: FA 326)을 주입하여 챔버에 분사하여 부품에서 응축 및 경화시켜 제어된 용융을 통해 표면 불규칙성을 제거합니다. 챔버 온도가 증가함에 따라 잔류 용매가 증발하여 회수됩니다. 최종 부품은 매끄러운 내부 표면, 정확한 치수 및 원래 재료 부피를 유지하면서 방수 처리됩니다.

최적의 증기 평활화 결과를 얻으려면 통제된 환경에서 3D 프린팅 증기 평활화를 위해 특별히 설계된 산업용 장비를 사용하는 것이 좋습니다. DIY 방법에 관심이 있는 사람들을 위해 아세톤 또는 에탄올을 증기 평활화를 달성하기 위한 화학 용매로 사용할 수 있습니다. 그러나 주의를 기울여야 하며 적절한 안전 조치와 장비를 갖추어야 합니다.

△ 왼쪽은 증기 평활 부분이고 오른쪽은 표준 표면 처리입니다 (사진 제공 : ProtoLabs)

진동 연마
 
반면에 진동 연마는 표면 처리에 화학 물질을 사용하지 않습니다. 대신 3D 프린팅 부품의 표면을 향상시키기 위해 연삭 매체에 의존합니다. 이 과정에서 여러 개의 3D 프린팅 부품이 선택된 연삭 매체와 복합 윤활제로 채워진 진동 보울에 배치됩니다. 기계를 켜면 보울이 움직이기 시작하여 부품과 연삭 매체 사이에 기계적 마찰이 발생합니다. 이 감산 공정은 재료의 외부 층을 최소화하고 부드럽게 제거하여 부품의 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다. 진동 연마는 특별한 조치와 장비가 필요하며 진동 방식과 텀블링 방식의 두 가지 방법을 제공합니다. 진동 방식은 디테일이 적은 큰 물체에 특히 적합하며 원하는 결과를 더 빨리 얻을 수 있습니다.

연마재 또는 칩의 선택은 진동 연마에서 매우 중요합니다. 연마 파편은 세라믹, 플라스틱 또는 강철로 만들 수 있으며 각각 다른 결과를 생성합니다. 세라믹 연마재는 버를 제거하고 밝은 표면 마감을 달성하는 데 특히 효과적입니다. 밀도가 높기 때문에 고압을 견딜 수 있으며 스테인리스 스틸, 금속 및 플라스틱 부품 가공에 적합합니다. 플라스틱 연마재는 부드럽고 섬세한 표면을 부드럽게 가공하는 데 이상적입니다. 그들은 피라미드 모양 또는 원뿔 모양 품종으로 제공됩니다. 또한 Walther Trowal은 접근하기 어려운 부분의 초소형 섬세한 부품에 적합한 젖꼭지 모양의 연마재도 개발했습니다. 스틸 샷 연마재는 대부분 구형으로 되어 재료 제거를 최소화하여 금속, 은도금 또는 알루미늄으로 만든 부품의 연마 및 기계적 청소에 특히 적합하여 매끄러운 긁힘 없는 표면을 보장합니다.

△세라믹 기반 연마재는 고압을 견딜 수 있습니다. (출처: 비브라피니쉬)

연마재 외에도 화합물이라고도 하는 윤활제가 필요합니다. 이 화합물은 부품의 마모를 흡수 및 제거하고 부품을 세척 및 탈지하는 데 사용됩니다. 금속 부품 가공의 경우 산성 화합물을 산세에 사용할 수 있습니다. 처리 후 건조가 필요합니다. 부품은 옥수수 속대 가루, 호두 껍질 입자 또는 나무 덩어리와 같은 가열된 건조 매체와 함께 건조를 위해 진동 건조기에 넣을 수 있습니다.

호환 가능한 재료

증기 평활화는 대부분의 3D 프린팅 폴리머 및 엘라스토머와 호환됩니다. 증기 평활화에 적합한 일반적인 재료에는 아크릴로니트릴 스티렌 아크릴레이트(ASA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 고충격 폴리스티렌(기계에 따라 다름), 나일론 11(PA 11), 나일론 12(PA 12), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리카보네이트/아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(PC-ABS)이 있습니다. 그러나 TPU 및 특정 특수 필라멘트는 증기 평활화에 권장되지 않습니다. 아세톤, 메틸 에틸 케톤(MEK), 테트라히드로푸란(THF), 디클로로메탄(DCM) 및 에틸 아세테이트와 같은 각 용매에는 고유한 효과 및 적용 고려 사항이 있습니다.

반면에 진동 연마는 다양한 재료와 호환됩니다. 예를 들어, 진동 연마는 열경화성 플라스틱, 열가소성 플라스틱 및 엘라스토머(예: 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET))로 만든 3D 프린팅 부품뿐만 아니라 알루미늄, 스테인리스 스틸, 구리 또는 황동과 같은 금속에도 사용할 수 있습니다. 따라서 FDM/FFF 및 파우더 베드 융합과 같은 다양한 3D 프린팅 기술의 후처리 기술로 사용할 수 있는 보다 다재다능한 방법입니다.

△진동 연마 처리 된 금속 부품의 전후 비교 (출처 : Acton Finishing)

후처리 기술의 한계와 장점

두 방법 모두 표면 외관과 성능면에서 많은 장점이 있습니다. 증기 평활화는 사출 성형 부품만큼 매끄럽고 방수가 되는 표면을 얻을 수 있으며 연신율, 인장 강도, 굽힘 성능, 부품의 특성, 강도 및 정확성 유지를 개선할 수 있습니다. 반면에 진동 연마는 방수를 얻을 수 없지만 코팅 자국을 제거하고 긁힘 방지 및 먼지 방지 표면을 생성하여 매우 매끄러운 표면을 제공할 수 있습니다. 진동 연마 및 증기 평활 방법을 사용하여 가공된 부품은 광택이 나는 매끄러운 표면을 생성할 수 있습니다. 그러나 진동 연마에 비해 증기 평활화는 더 빛나는 표면을 제공합니다. 또한 진동 연마로 처리된 부품은 눈에 띄게 부드럽고 쾌적한 촉감을 나타냅니다.

반면에 진동 연마는 다양한 연마재/방법을 선택하여 개인화된 요구 사항, 재료 특성 및 구조에 적응할 수 있기 때문에 증기 평활화보다 더 넓은 범위의 3D 프린팅 부품에 적합합니다. 이 프로세스가 항상 전문가에 의해 전문적으로 수행되는 한 진동 연마는 거의 모든 3D 인쇄 구성 요소에 적용됩니다. 그러나 진동 핀싱은 특정 구성 요소의 기하학적 모양이 손실될 수 있습니다. 예를 들어, 구성 요소의 각도와 팁이 지나치게 둥글게 되어 모양을 잃을 수 있으며, 이는 증기 평활화로 발생하지 않습니다. 또한 진동 연마는 때때로 공정을 연장하는 추가 건조 절차가 필요합니다.

신청 분야
 
증기 평활화는 화학 물질 없이 방수, 항균 부품을 처리하기 위해 의료, 자동차 및 항공 우주와 같은 산업에서 선호되는 기술입니다. 진동 연마와 관련하여 의료, 자동차 및 스포츠 산업은 특히 이 기술을 통해 이점을 얻습니다. 각 분야에서 매끄러운 표면(특히 금속 부품)은 부품의 적절한 작동 및 안전 조건을 보장하는 데 중요합니다. 그러나 증기 평활화와 진동 연마는 제품 개발 주기 전반에 걸쳐 구현될 수 있으며 개념 모델을 프로토타입, 최종 제품으로 전환할 수 있으며 의료, 자동차 및 소비재를 포함한 다양한 산업 분야에서 널리 사용되었습니다. 예를 들어, 진동 연마 기술을 사용하여 가공된 부품에는 자동차 부품 또는 아이스 스케이트 또는 피트니스 장비와 같은 스포츠 장비가 포함됩니다. 또한 보석과 수저도 소비자용 진동 연마 기술을 사용하여 연마됩니다. 증기 평활 부품이 자주 사용되는 자동차 산업의 예로는 대시보드, 도어 핸들 및 센터 콘솔 요소와 같은 차량의 내부 부품이 있습니다. 증기 평활화는 날개, 공기 덕트 및 엔진 부품과 같은 항공 우주 산업의 항공기 부품에도 사용됩니다.

△ 항공 우주 산업의 항공기 부품에 일반적으로 적용되는 증기 평활화(이미지 출처: Fast Radius)

공급업체 및 가격
 
SPALECK GmbH, VibraFinish 또는 Rohde AG와 같은 다양한 서비스 제공업체는 개인 고객 및 기업을 위한 진동 연마 서비스를 제공합니다. 증기 평활화의 경우 잘 알려진 서비스 제공업체로는 Xometry, AMT, DyeMansion, Protolabs 및 Hubs가 있습니다. 지정된 후처리 솔루션 기계를 통해 또는 재료 사양에 따라 증기 평활화 서비스를 제공합니다. 3Faktur는 증기 평활화 및 진동 연마 서비스를 모두 제공하는 독일 회사입니다. AMT PostPro3D 시리즈 및 Powerfuse S 시리즈와 같은 인기 있는 증기 평활 기계는 각각 Xometry 및 DyeMansion에서 제공합니다. Protolabs 및 Hubs는 MJFHPA 12 (Multi Jet Fusion High-Performance PA 12), PA 12 (Polyamide 12), MJF Ultrasint™TPU-01 재료와 함께 SLS (선택적 레이저 소결) 기술을 사용합니다.

진동 연마의 경우 Walther, Trowal, AVATec 또는 Garant와 같은 제조업체에서 생산하는 대형 산업용 기계의 가격은 $18k에서 $21k USD(€17k에서 €20k)입니다. 2kg 연마제의 가격은 $21에서 $44 USD(€20에서 €40)인 반면 5리터 화합물의 가격은 거의 동일합니다($21 - $44 USD/€20 - €40). 가격은 처리할 부품의 수량과 크기에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 증기 평활화 서비스의 경우 부품당 비용은 복잡성에 따라 $5에서 최대 $15 USD($4 - €14)까지 다양합니다. 많은 제조업체가 일반적으로 이 서비스를 최소 10개 부품 번들로만 제공합니다. vapot 평활 장치 자체를 구입하는 비용은 지역, 제조업체 및 품질 수준에 따라 약 $10에서 $30 USD(€11k - €33K)입니다.