적용분야

용융 필라멘트 적층(Fused Filament Fabrication, FFF)은 스트랜드 적층(strand deposition)이라고도 불리는 대표적인 적층 제조 방식입니다. 이 공정은 용융된 플라스틱 필라멘트를 층층이 적층하여 3차원 물체를 제작합니다. FFF에서 사용되는 플라스틱은 기존 제조 공정에서 사용되는 것과 동일한 열가소성 플라스틱으로, FFF 및 기타 압출 기반 적층 제조(EAM) 방식에서 플라스틱이 가장 널리 사용되는 소재인 이유이기도 합니다. 사용 가능한 폴리머로는 ABS, PC, PLA, HDPE, PC/ABS, PETG, PPSU, HIPS 등이 있으며, 이러한 소재들은 장파장 적외선 센서로 측정하기에 적합합니다.

온도는 FFF 공정에서 출력물의 품질에 직접적인 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 압출 공정에는 노즐 온도, 프린트 베드 온도, 출력 속도, 소재 유량 등 다양한 파라미터가 설정됩니다. 이러한 파라미터가 최적으로 조정되지 않으면 편차가 발생할 수 있으며, 그 결과 제품이 허용 공차를 벗어나 생산될 수 있습니다.

용융 필라멘트 적층(FFF) 프린팅 공정에서 가장 흔히 발생하는 문제 중 하나는 첫 층이 출력 플랫폼에 충분히 접착되지 않는 현상입니다. 이로 인해 출력물이 변형되거나 베드에서 분리되어, 최종적으로 전체 출력물이 불량이 될 수 있습니다. 이러한 문제에서 온도 분포는 매우 중요한 역할을 하며, 최적의 접착력을 확보하기 위해서는 프린트 베드와 노즐의 온도를 정밀하게 조정해야 합니다.

또 다른 일반적인 문제는 불균일한 냉각과 내부 응력으로 인해 발생하는 소재의 균열과 박리(delamination)입니다. 이러한 결함은 출력물의 기계적 특성과 구조적 무결성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

이처럼 이러한 문제들이 부분적으로라도 온도와 관련되어 있다는 점을 고려하면, 신뢰할 수 있고 충분한 온도 모니터링 방식은 선택이 아닌 필수 요소임이 분명합니다. 이러한 모니터링 방법은 문제를 조기에 식별하고 적절히 대응하는 데 핵심적인 역할을 하며, 이를 통해 출력물의 품질과 완성도를 보장할 수 있습니다.

Optris의 PI 640i 열화상 카메라는 출력 중과 출력 후의 온도 분포를 정밀하게 모니터링하고 분석할 수 있어, 용융 필라멘트 적층(FFF) 공정에서 품질 보증을 위한 고급 솔루션을 제공합니다. 이 열화상 카메라는 접착 불량, 균열, 박리(delamination), 공극(void), 표면 결함과 같은 대표적인 문제를 감지하고 제거하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

프린팅 공정 중 Optris PI 640i는 수동 열화상(passive thermography) 방식으로 소재의 공정 관련 가열 상태를 모니터링합니다. 온도 분포를 실시간으로 시각화함으로써 편차와 이상 징후를 즉시 감지할 수 있어, 실시간 모니터링 성능에 대한 신뢰성을 제공합니다. 예를 들어, 첫 층의 불균일한 가열로 인해 발생하는 변형이나 박리는 초기 단계에서 감지되어 즉각적인 보정이 가능합니다.

캐비티와 같은 내부 결함을 검출하기 위해 부품을 특정한 온도 프로파일로 가열한 후, 이어지는 온도 측정을 통해 불충분한 인필 구조의 위치를 정밀하게 파악할 수 있습니다. 이러한 비파괴 공정 중(in-situ) 피드백은 특히 안전이 중요한 제품에 있어 매우 중요합니다.
PI 640i 고해상도 적외선 카메라는 표면 결함을 검출하는 데에도 효과적입니다. 소재 유량의 변동이나 프린터의 기계적 문제로 인해 발생하는 불균일한 레이어 라인과 표면 거칠기는 신뢰성 있게 최소화할 수 있습니다.

열화상 카메라는 상세한 열화상 데이터를 제공하여, 출력 파라미터를 즉시 분석하고 조정할 수 있게 함으로써 균일하고 고품질의 표면 구조를 구현하는 데 기여합니다.

PI 640i는 높은 해상도와 우수한 열 감도를 바탕으로 용융 필라멘트 적층(FFF) 공정에서 큰 장점을 제공합니다. 640 × 480 픽셀의 광학 해상도와 40 mK의 뛰어난 열 감도를 갖춘 PI 640i는 극히 정밀한 온도 측정을 수행할 수 있습니다. 이는 노즐과 프린트 베드의 온도를 일관되고 안정적으로 제어하는 것이 출력물의 품질에 결정적인 FFF 공정에서 특히 중요합니다.

PI 640i의 또 다른 장점은 32 Hz의 프레임 속도로 방사 온도 정보를 포함한 비디오(radiometric video)를 기록할 수 있으며, 서브프레임 모드에서는 최대 125 Hz까지 지원한다는 점입니다. 이러한 높은 프레임 속도는 3D 프린팅 과정에서 발생하는 급격한 온도 변화와 동적인 공정 거동을 정확하게 모니터링하고 분석할 수 있게 해줍니다.

PI 640i는 교체형 렌즈를 통해 높은 적응성을 제공하여, 다양한 적용 환경에서의 활용성을 확실히 보장합니다. 이 렌즈들은 15°, 33°, 60°, 90° 등 서로 다른 시야각(Field of View)을 지원해, 프린터 크기와 응용 분야에 따라 유연하게 대응할 수 있습니다. 이러한 적응성 덕분에 사용자는 요구 사항에 맞춰 초점과 시야각을 선택할 수 있으며, 이는 카메라의 전반적인 활용도를 한층 더 높여줍니다.

견고한 설계를 갖춘 PI 640i는 높은 내구성을 제공하여 산업 현장에서의 안정적인 사용을 가능하게 합니다. 이 카메라는 IP67 등급으로 방진·방수 성능을 갖추고 있으며, 운전 중 0 °C에서 50 °C까지의 온도 범위를 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 또한 별도의 액세서리를 사용하면 카메라의 내구성을 더욱 강화할 수 있어, 까다로운 환경에서도 신뢰성과 수명을 확보할 수 있습니다.

다양한 인터페이스와 포괄적인 소프트웨어 패키지는 기존 시스템으로의 손쉬운 통합을 지원합니다. 카메라는 USB 2.0을 통해 연결할 수 있으며, 옵션으로 기가비트 이더넷(PoE) 인터페이스도 지원합니다. PIX Connect 소프트웨어 패키지는 간편한 초기 설정과 원격 카메라 모니터링 기능을 제공합니다. 또한 이 카메라는 아날로그 및 디지털 입·출력과 알람 및 페일세이프(fail-safe) 기능을 위한 릴레이 등, 다양한 산업용 공정 인터페이스를 지원합니다.