3D 프린터 입문자를 위한 FDM 디자인 규칙

Lisa Ernst · 20.11.2025 · 기술 · 8분

CAD로 부품을 깔끔하게 그렸고, 인쇄에 몇 시간이 걸렸지만, 처음 사용할 때 가장 얇은 부분에서 브래킷이 부러집니다. 또는 치수가 '원래' 맞아야 하는데도 커넥터가 소켓에 맞지 않습니다. 33d.ch 작업실에서는 거의 매주 이런 피드백을 듣습니다. 네, 처음에는 저희도 똑같이 겪었습니다.

원인은 프린터 자체인 경우는 드물고, 대부분 설계 문제입니다: 너무 얇은 벽, 너무 가파른 오버행, 베드 공간에서의 부적절한 배치 또는 비현실적인 공차. 좋은 소식은 몇 가지 명확한 FDM 디자인 규칙을 통해 이미 CAD에서 많은 인쇄 오류와 파손을 제거할 수 있다는 것입니다.

Quelle: 자체 표현

여기서는 0.4mm 노즐과 PLA 또는 PETG와 같은 재료를 사용하는 일반적인 데스크톱 FDM 프린터에 중점을 둡니다. 즉, 스위스의 많은 취미 메이커, 학교 및 중소기업이 사용하는 설정입니다. 언급된 수치는 의도적으로 보수적이며 안전한 시작 값으로, 자신만의 프린터에서 점진적으로 확인할 수 있도록 설계되었습니다.

FDM 3D 프린팅은 어떻게 '작동'하는가

FDM/FFF 공정에서는 용해된 플라스틱 스트랜드로 부품을 층별로 쌓아 올립니다. 간단하게 들리지만 설계에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 오버행은 이미 인쇄된 재료에 지지되어야 합니다. 결국 서포트가 필요합니다.
• 브릿지는 처지기 전에 '허공'에 인쇄할 수 있는 거리가 제한적입니다.
• 부품은 이방성입니다. 경로를 따라서는 층 사이보다 일반적으로 더 안정적입니다.

기본적으로 많은 FDM 프린터는 0.4mm 노즐로 작동합니다. 일반적인 지침으로 최소 벽 두께는 노즐 너비와 같거나 그보다 2~3배 (약 0.8~1.2mm)가 되어야 합니다. 오버행은 종종 수직에서 약 45°까지 서포트 없이 인쇄할 수 있습니다. 그 이상에서는 걸린 가장자리와 거친 표면의 위험이 상당히 증가합니다.

초보자를 위한 가장 중요한 FDM 디자인 규칙

일상생활에서 몇 가지 간단한 규칙을 일관되게 적용하는 것이 효과적입니다. 이를 통해 첫 번째 부품은 완벽하게 최적화되지 않을 수 있지만 안정적으로 작동하고 첫 사용 시 부러지지 않습니다.

벽 두께: 라인 너비로 생각하기

가장 흔한 설계 오류는 벽이 너무 얇은 것입니다. 슬라이서에서는 부품이 다채롭고 '전체 표면'으로 보이지만, 실제로는 단 하나의 라인이 인쇄되며, 이는 첫 번째 충격이나 베드에서 제거할 때 부러질 수 있습니다.

0.4mm 노즐의 경우 초보자를 위한 다음과 같은 경험 법칙이 잘 작동합니다.

• 순수 장식 및 커버 부품: 최소 0.8mm (약 2줄)
• 가벼운 하중을 받는 기능 부품: 1.2–1.6mm (3–4줄)
• 하중이 많이 걸리는 영역 (예: 나사 돔 또는 브래킷): 해당 방향으로 2.0mm 이상이 더 좋습니다.

Quelle: 자체 표현

이 그래픽은 벽 두께, 오버행 및 브릿지에 대한 일반적인 FDM 디자인 규칙을 요약합니다. CAD 옆에 있는 스파이 시트로 이상적입니다.

실제 경험 기반 지침 – 항상 자체 프린터에서 간단한 테스트 본으로 확인하십시오.

강도에 결정적인 것은 주로 외부 벽(둘레)입니다. 33d.ch에서 안정적인 부품이 필요할 때, 먼저 안쪽 채우기(infill)를 늘리기 전에 둘레 수를 늘립니다. 이는 많은 슬라이서 제조사와 커뮤니티 테스트 권장 사항과도 일치합니다.

오버행, 브릿지 및 서포트 제거 재료를 스마트하게 계획하기

서포트 제거 재료는 유용하지만, 시간, 재료, 제거 시 종종 짜증을 유발합니다. 부품을 가능한 한 적은 서포트가 필요하도록 설계하는 것이 더 좋습니다.

간단한 설계 지원으로 45° 규칙을 사용합니다. 더 평평한 오버행은 대부분 서포트가 필요하고, 더 가파른 영역은 자율적으로 지지됩니다. 이는 재료, 냉각 및 프린터에 따라 다릅니다. 실제로는 대형 부품을 생산에 투입하기 전에 작은 테스트 부품으로 중요한 기하학적 모양을 시험해 보는 것이 좋습니다.

잘 조절된 팬을 사용한 PLA/PETG에 대한 지침; 다른 재료는 다를 수 있습니다.

저희 작업실에서 효과가 입증된 팁:

• 내부 모서리는 예리한 90° 오버행 대신 45° 모따기로 설계하는 것이 좋습니다.
• 큰 구멍은 브릿지가 짧아지거나 완전히 사라지도록 분할합니다.
• 부품에 많은 서포트가 필요한 경우, 나사 또는 플러그로 결합된 두 개의 부품으로 분할하는 것이 자주 좋습니다.

구멍, 패스 및 스냅 연결

FDM으로 새롭게 설계하는 거의 모든 사람이 너무 작은 구멍에 부딪힙니다. 프린터는 내부 반경 주변을 이동할 때 재료를 약간 안쪽으로 '끌어당깁니다'. 또한 재료 수축과 보정이 중요한 역할을 합니다.

따라서 CAD에서 구멍을 목표 치수보다 0.1–0.3mm 더 크게 만들고, 중요한 패스의 경우 슬라이서에서 XY 보정을 사용하거나 나중에 구멍을 뚫습니다. 클래식 M3, M4 및 M5 나사의 경우 여러 구멍 크기가 있는 간단한 테스트 스트립이 타의 추종을 불허하는 스파이 시트로 입증되었습니다.

• 나사의 경우: CAD에서 여유 치수 및 가능한 경우 약간의 보링 계획
• 축 또는 볼트의 경우: 간단한 테스트 카드로 이상적인 오프셋 결정
• 스냅 연결: 부러지기 쉬운 얇은 걸쇠를 설계하기보다 더 '두껍게' 만들고 필요한 경우 재료를 샌딩하는 것이 좋습니다.

일상적인 공차

일반적인 데스크톱 FDM 프린터에서는 현실적인 공차가 수 분의 1밀리미터 범위입니다. 저희 작업실에서는 다음과 같은 접근 방식이 효과적이라고 입증되었으며:

• 끼울 수 있지만 헐겁지 않은 패스: 0.2–0.3mm 간극
• 약간의 압착 패스 (예: 자석): 0.1–0.2mm 언더사이즈 및 후처리
• 스냅 연결: 계산만 하는 것보다 테스트 조각으로 개발하는 것이 좋습니다.

안정성 및 방향: 프린터처럼 생각하기

Quelle: threedom.de

요약은 각 3D 프린팅 기술마다 고유한 디자인 제한이 있음을 보여줍니다. FDM의 경우 벽 두께, 오버행 및 베드 공간에서의 방향이 특히 중요합니다.

베드 공간에서의 배치

FDM 부품은 방향에 따라 안정성이 달라집니다. 경로와 층을 따라 (XY 방향) 수직 방향 (Z 방향)보다 훨씬 더 많은 하중을 견딜 수 있습니다. 일상생활에서는 부적절하게 배치된 부품이 종종 층 라인을 따라 부러지는 것을 알 수 있습니다.

따라서 인장 또는 굽힘 하중을 받는 브래킷과 클립은 가능한 한 하중이 경로 방향으로 흐르고 중요한 단면이 Z 방향의 얇은 '계단'으로 인쇄되지 않도록 배치합니다.

• L-자형 브래킷은 꺾임 부분이 단일 '취약한' 솔기가 아닌 여러 층으로 구성되도록 평평하게 놓아서 인쇄하는 것이 좋습니다.
• 스냅 후크는 후크 받침대가 층 라인을 따라 흐르도록 회전시킵니다.
• 긴 구멍은 하중이 가해지는 방향으로 경로 방향을 따라 배치하고, 수직으로 배치하지 마십시오.

둘레 vs. 안쪽 채우기: 강도가 실제로 어디서 오는가

많은 초보자는 부품을 더 튼튼하게 만들고 싶을 때 먼저 안쪽 채우기를 80% 또는 100%로 올립니다. 실제로는 벽 두께와 둘레를 조정하는 것이 훨씬 더 효과적입니다. 실험과 제조업체 문서는 외부 벽이 부품 강도에 가장 큰 기여를 한다는 것을 계속해서 보여줍니다.

PLA 및 PETG의 기능 부품에 대한 시작 값으로 다음 세트가 효과적임이 입증되었습니다.

많은 표준 설정을 위한 지침; 안전 관련 부품의 경우 항상 실제 하중 테스트와 함께 작업하십시오.

Quelle: biocraftlab.com

벌집 모양 또는 자이로이드 내부 채우기는 안정성과 재료 소비량 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 외부 벽이 합리적으로 치수 지정된 경우 적당한 내부 채우기로 충분한 경우가 많습니다.

극도로 높은 내부 채우기 값은 드물게만 가치가 있습니다. 인쇄 시간이 훨씬 오래 걸리고, 뒤틀림 위험이 증가하며, 재료 소비량이 폭발합니다. 40% 내부 채우기 및 3-4개의 둘레로도 부품이 여전히 너무 부드럽다면, 기본 설계가 여전히 올바르지 않은 것일 가능성이 높습니다.

저희 작업실의 일반적인 초보자 오류

새 고객 디자인에서 항상 볼 수 있는 몇 가지 클래식 사례가 있습니다.

• 0.4mm 노즐에서 정확히 0.4mm 벽 – 슬라이서는 종종 이것을 하나의 선으로 만듭니다.
• '공중에' 직접 그려진 90° 오버행의 내부 모서리.
• 20-30mm 이상의 긴, 자립형 브릿지 – 프로파일이 이를 지원할 수 있는지 테스트하지 않은 경우.
• 공칭 치수로 정확하게 설계된 구멍 – 나사가 들어가지 않습니다.
• 중요한 부품을 평면에 더 잘 맞도록 세워서 배치했습니다.

이러한 부품을 받을 때, 우리는 먼저 벽 두께, 오버행 및 배치를 조정합니다. 종종 외관을 크게 변경하지 않고도 말입니다. 이미 이를 통해 강도와 인쇄 신뢰성이 눈에 띄게 향상됩니다.

체크리스트: STL로 내보내기 전

모델을 STL로 내보내거나 3D 인쇄 서비스 제공업체에 보내기 전에 간단한 디자인 확인이 가치가 있습니다. 저희 작업실에서는 내부적으로 이 항목들을 검토합니다.

• 모든 지지 벽이 노즐 너비의 합리적인 배수 (예: 0.4mm에서 0.8–1.6mm)로 유지되는가?
• 모따기, 반경 또는 다른 분할로 완화할 수 있는 약 45° 이상의 오버행이 있는가?
• 10mm 이상의 브릿지가 있고 기하학적 변경으로 단축할 수 있는가?
• 나사, 축 또는 자석용 구멍에 약간의 여유 치수 또는 후처리를 위한 공간이 있는가?
• 부품 배치가 주요 하중이 층 라인을 따라 흐르도록 선택되었는가?
• 정말로 80–100% 내부 채우기가 필요한가? 아니면 더 많은 둘레와 적당한 내부 채우기로 충분한가?

FDM 디자인이 처음인 사람은 몇 가지 간단한 테스트 부품으로부터 큰 이익을 얻습니다: 벽 두께 게이지, 일반적인 나사용 구멍 스트립 및 브릿지/오버행 테스트 플레이트. 33d.ch에서는 이를 고객 프로젝트에 직접 기록합니다. 따라서 후속 주문이 더 빠르고 재현 가능해집니다.

심화 학습을 위한 좋은 동영상

다른 사람이 설계하는 것을 시청하는 것을 선호한다면, 다음 동영상 (영어)이 시작하는 데 도움이 될 것입니다.

• 추천 동영상: Design for Manufacturing: Polymer FDM – 오버행, 벽 두께 및 디자인 규칙을 매우 간결하게 설명합니다.
• 추천 동영상: 8 Essential Design Rules for Mass Production 3D Printing – 잘 인쇄되고 나중에 문제가 없도록 조립할 수 있도록 부품을 설계하는 방법을 보여줍니다.

미니 결론: 기억해야 할 5가지

• 라인 너비로 생각하기: 벽을 '어떻게든'이 아니라 돌출 너비의 배수로 계획하십시오.
• CAD에서 이미 오버행, 브릿지 및 배치를 고려하십시오. 슬라이서에서 복구하지 마십시오.
• 강도는 주로 외부 벽에서 나옵니다. 내부 채우기는 적당히만 늘리십시오.
• 구멍과 패스는 의도적으로 여유 또는 부족 치수로 만들고 테스트 본으로 검증하십시오.
• 자체 지침을 문서화하십시오. 일단 깨끗하게 테스트하면 프린터에서 훨씬 적은 놀라움을 경험하게 됩니다.

이것과 잘 어울림 (내부 기사 아이디어)

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• 필라멘트 보관 방법
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