3D 프린터

3D 프린터란

 3D 프린터는 3차원 모델링 소프트웨어를 통하여 디자인한 모델을 실제 모델로 출력하는 장비입니다.

1980년대 기술적 개념으로 첫 등장하였으며, 시초는 RP(Rapid Prototyping)이라 불리는 프린팅 기술입니다. 초기에는 Rapid Prototyping라는 이름에 맞게 기업에서 목업(Mockup)을 제작하는데 주로 사용되었습니다. 이때까지는 물품의 제작 시 긴 시간을 요구했고 높은 비용으로 인해 일반적으로 사용되기에는 부적합한 기술이었습니다. 1989년 개발된 FDM 방식이 사용화 되기 시작하면서 3D 프린터라는 용어가 보편적으로 쓰이기 시작되었습니다. 대표적인 3D 프린터의 방식은  

SLA (Stereolithography Apparatus), SLS (Selective Laser Sintering), FDM (Fused Deposition Modeling) 등 이 있습니다. 

 

 

출력 방식과 원리

SLA (Stereolithography Apparatus)

 3D Systems 사의 설립자 척 헐 (Chuck Hull)에 의해 개발된 방식으로 UV레이저를 사용하여 광 경화성 수지에 쏘아서 막을 생성하고 일정한 간격으로 베드를 움직이는 과정을 반복하여 막을 적층 시켜 제품을 출력하는 방식입니다. UV레이저를 이용하는 방식으로 작은 크기의 제품이나 복잡한 디자인을 가진 제품을 출력할 수 있으며 고해상도로 출력이 가능하기 때문에 디자인 산업분야에서 많이 이용됩니다. 또 다른 방식에 비해 비교적 빠른 출력속도를 보장하며 부드러운 표면 형상을 가지게 됩니다. 위와 같은 장점을 의료분야에 활용하여 임플란트 설계 및 제조나 외과 진단 및 수술을 보조하는 모형등의 제작에 이용되고 있습니다. 

 단점으로는 레이저 광원의 교체등의 유지 비용이 비싼점과 인쇄공간 크기의 한계 그리고 경화성 수지로 제한되는 소재의 제한이 있습니다.

 

 

SLS (Selective Laser Sintering)

 발명가 칼 데커드 (Carl Deckard)의해 개발된 방식으로 분말형태의 플라스틱 위에 원하는 형상으로 접착제를 뿌린 후 추가로 분말을 뿌려 접착시키는 방식으로 개발되었으며, 이후 고출력 레이저를 이용하여 분말형태의 재료를 녹인 후 원하는 형태로 융합시켜는 제품을 출력하는 기술로 발전되었습니다. 레이저와 분말을 이용하기 때문에 복잡한 디자인의 제품이나 고해상도 출력이 가능하며 재질의 제한이 없고 지지대(Support)를 필요로 하지 않으며 타 방식대비 높은 내구성을 가지며 인쇄공간의 크기가 크고 인쇄속도도 빠른 방식입니다. 또 다양한 소재를 사용가능하므로 강도, 내구성, 기능성 등에 따라서 소재를 선택할 수 있습니다.

 단점으로는 고출력 레이저의 위험성과 재료 분말로 인해 사용가능한 환경이 제약되므로 가정용으로는 부적합합니다. 또 인쇄된 표면이 거칠어 연마 및 다듬질등의 후가공이 필요하여 추가적이 시간과 비용을 필요로 합니다. 그리고 분말을 사용하기 때문에 온도 및 압력 변화시 출력물에 영향을 줄 수 있습니다.

 

 

FDM (Fused Deposition Modeling)

 

Stratasys 사의 설립자 스콧 크럼프 (Scott Crump)가 개발한 방식으로 스풀에 감긴 실형태의 필라멘트를 가열챔버를 통해 녹여 액체 상태로 만들고 노즐을 통해 배출 시킨후 적층시키는 방식으로 제품을 출력하는 방식입니다. 실 형태의 필라멘트를 사용하는 것이 가장 대표적이며 이외에 막대형 점토형 펠릿형의 방식이 있습니다. 위의 설명했던 두 가지 방식에 비하여 프린터의 비용이 저렴하며 가장 작동방식이 단순하여 가정용이나 개인용으로 가장 적합하며 사용되는 소재도 저렴한 편에 속합니다. 또 인쇄공간 크기 때문에 대형 부품의 인쇄가 가능합니다. 이로 인해 개인 창작자들이 여러 가지 창작물을 제작하는 데에 유용하며 이 방식을 통하여 건축분야에서 활용되고 있습니다.

 단점으로는 고해상도의 출력이나 복잡한 디자인의 제품의 출력이 불가능하며 열가공성 소재만 출력이 가능하기 때문에 출력 소재에 제한이 있습니다. 또 출력시 표면에 줄무늬 형태의 적층무늬가 나타남으로 인해 추가적인 후가공이 필요합니다. 그리고 열로 녹이고 열을 식혀 굳이는 반복되는 과정으로 인해 제품에 금이 생기거나 다른 방식에 비하여 약한 내구도를 가지고 있습니다.