3D프린팅 오차 정밀도

아래 오차 정밀도는 변형, 뒤틀림 현상이 없다는 가정입니다.

3D프린팅은 적층의 특성상 제작 과정에서 변형이 생길 수 있으며 이는 전체적인 치수에 영향을 줄 수 있습니다.

정밀 가공을 원하시면 CNC 가공을 통해 진행할 수 있습니다. 별도 문의 부탁드립니다.

3D프린팅 오차의 주요 원인

열수축과 내부 응력

• FDM, SLS, SLM 등 고온 적층이 이루어지는 공정은 냉각 과정에서 소재가 수축하며 내부 응력이 쌓입니다.
• 이 응력이 균일하지 못하면 특정 구역이 수축을 많이 해 치수가 줄거나 한쪽이 휘어 뒤틀림 현상이 생깁니다.

적층 두께·레이어 형성 오차

• 모든 3D프린팅 방식은 ‘층(layer)을 쌓는’ 원리로 동작합니다. 
• 레이어 높이(두께)가 미세하게 변하거나 적층 시 재료가 퍼져서 실제 모델보다 부피가 커질 수도 있습니다.
• 광경화성 레진(SLA/PolyJet 등)이라면 광원 세기에 따른 수지 수축, 분말(SLS/MJF)이라면 융착 균일도의 차이 등이 원인이 됩니다.

후처리로 인한 치수 변화

• 서포트를 제거하거나, 샌딩·폴리싱·코팅 등 후처리를 하면 표면이 깎이거나 두께가 증가해 최종 치수가 달라질 수 있습니다.

*아래 표는 모델 (부품, 제품)에 자체에 대한 전체적인 오차 범위 입니다.

*아래 표는 3D프린팅 부품에 홀을 생성했을 경우의 오차 범위 입니다.

뒤틀림(Warping)이 정밀도에 미치는 영향

하부 면적이 큰 부품

• 큰 평판 구조물은 식으면서 모서리 부분이 뒤틀리거나 내부 응력 때문에 한가운데가 휘어질 수 있습니다.
• 이렇게 변형이 발생하면, 조립 맞춤이나 기능적 위치가 어긋나 전체적인 부품 정밀도를 해칩니다.

비대칭 구조·두께 편차

• 부품이 한쪽만 두껍거나, 내부가 편심되어 있으면 식는 과정에서 응력이 불균등하게 분산됩니다.
• 그 결과 한쪽 면만 수축이 커져 휨이나 비틀림 변형이 발생합니다.

열 전달 차이

• 빌드 플랫폼과 접촉하는 면은 상대적으로 빠르게 열을 잃는 반면, 상부 레이어는 서서히 식습니다.
• 온도 분포가 일정하지 않으면, 아래쪽과 위쪽 레이어의 수축 비율도 달라지면서 휘는 현상이 나타납니다.

오차·뒤틀림을 줄이기 위한 설계 전략

균일한 두께와 대칭 구조

• 가능한 한 벽 두께를 균일하게 유지하고, 양쪽에서 응력이 골고루 분산되도록 대칭 구조를 만듭니다.
• 두꺼운 부위와 얇은 부위가 극단적으로 붙어 있으면 냉각 수축률이 달라져 뒤틀림이 커집니다.

필요하다면 수축 보정값 적용

• 수축률이 분명한 소재의 경우, 모델링 단계에서 해당 수축분을 미리 반영합니다.
• 예를 들어 100mm 길이 부품에서 1% 수축 예상 시, 모델 길이를  1%추가로 설정하는 식입니다.

리브(Rib)·브리지(Bridge)·거더(Girder) 활용

• 긴 평판 형태나 큰 면적을 가진 부품에는 리브(보강 늑재)나 내부 거더 구조를 추가해 뒤틀림을 방지합니다.
• 미리 ‘해공(空)’ 형상을 추가해 중량을 줄이거나, 응력이 집중되는 곳에 보강을 넣으면 수축 편차가 완화됩니다.

서포트·지지구조 최적화

• FDM·SLA·SLM처럼 서포트가 필요한 공정은, 지지구조가 충분하지 않으면 중간 레이어가 기울어지거나 레이어 사이 뒤틀림이 발생하기 쉽습니다.
• 불필요한 서포트는 제거가 어렵고 후처리 시 치수를 변형시킬 수 있으니, 필요한 부분에만 최소화해서 배치합니다.

후처리 고려

• 서포트가 붙는 면적을 미리 예상하고, 중요한 치수나 면이 후처리에서 손상받지 않도록 레이어 방향을 정합니다.
• 표면 연마나 코팅이 예정된 경우, 그만큼의 두께 변화(±0.1~0.2mm 등)를 할당해 모델링하면 최종 치수가 맞춰집니다.

부품 분할 설계

• 큰 부품을 한 번에 출력하기보다, 오차에 민감한 부위를 분할 제작 후 조립하는 방식이 유리할 때가 많습니다.
• 분할면 설계를 세심하게 하면, 뒤틀림을 줄이고 CNC·탭핑 등 후가공으로 정밀도를 높일 수 있습니다.

!! 참고 사항 !!

- 일반적으로 구멍(홀)은 수축되어 작아집니다.
316L SLM 금속 출력의 경우, 내부 빈 공간이나 구조가 있는 부품의 일반적인 오차 정밀도는 ± 0.5mm 이내 입니다.

홀의 벽 두께가 두꺼울수록 구멍의 수축이 커집니다.
구멍과 나사산에 대한 허용 오차 요구사항이 높은경우(정밀해야 하는 경우)
홀의 사이즈를 줄여 직접 드릴을 통해 홀 가공을 진행하는 것이 좋습니다.