3D프린터 출력방식

일반적인 출력방식의 3D프린팅

 

FDM-응용수지 압출 적층 조형

응용수지 압출 적층 조형은 열가소성 플라스틱을 노즐 안에서 매우 뜨거운 온도로 올려 녹여, 얇은 필름 형태로 적층시킵니다. 정밀도를 높이고 견고한 물건을 만들기 위해 압출기에서 온도가 자동적으로 조절됩니다.  이 기술의 장점은 전통적인 몰딩 방식에서 사용한 것과 같이 열가소성 플라스틱들로 물건을 만든다는 점과 내구성과 강도가 강하다는 것입니다. 대부분의 FDM 3D프린터들은 PLA 수지와 ABS 수지 둘다 원료로 사용하며 FDM 프린터들은 다른 원료로 응용이 가능합니다. 치즈 또는 초콜릿을 프린트할 수 있는 음식 프린터에서부터 건물을 만드는 콘크리트 프린터에 이르기까기 꽤 범위가 다양합니다.  레이저를 사용하지 않기 때문에 기계장치는 간단하나 성형 속도가 SLA에 비해 떨어지지만 반면에 장비 가격과 유지보수비가 저렴합니다.

FDM 방식은 스트라타시스 사의 CEO인 스콧 크럼프에 의해서 고안된 기술로 FDM이라는 용어 자체가 바로 스트라타시스의 상표로 등록되어 있습니다. 크럼프가 등록했던 특허 중 하나가 만료됨에 따라 렙랩은 누적된 FDM 분야의 지식을 활용해서 압출 방식의 프린터를 제작할 수 있게 되었습니다.

 

정교한 오브젝트를 만드는 3D프린팅 출력방식

더 섬세한 모형도 출력할 수 있을까? 이제부터 소개하는 방식은 형태가 복잡한 모형에 주로 사용되는 DLP, SLA, SLM, SLA 프린트 방식입니다. DLP-디지털 광학 기술 방식은 쉽게 말하면 빛을 투사하여 투사한 모양대로 적층하는 방식이고 SLA-광경화수지조형 방식은 광경화설 수지가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하여 적층하는 방식입니다. 액체 재료에 레이저를 소아 결과물을 만들며 FDM 방식과 달리 DLP의 경우 빔 프로젝터처럼 면 단위로 결과물이 출력됩니다. 아직 3D프린터를 접해보지 않았다면 단번에 이해하기 쉽지 않을 것입니다. 타이드 인스티튜트에서 운영하는 팹랩 서울, 오픈크리에이터 등에서 3D프린터 장비 교육을 받고 실제로 3D프린터가 작동하는 모습을 보면 이해가 더 빠르실겁니다.

방문 교육이 여의치 않다면 유튜브를 통해 FDM, DLP, SLA, SLS등 다양한 프린트 방식을 볼 수 있으니 참고하시면 좋습니다.

 

 

액상 재료 '레진'과 DLP, SLA 방식 프린터

DLP와 SLA 모두 플라스틱 레진을 사용합니다. 이 프린터들은 매우 정교한 결과물을 출력할 수 있기 때문에 금속 주조로도 사용이 가능합니다. 예를 들어 정교한 세공품을 만들고 그것을 만들 수 있는 금속 주조 틀을 만들면 대량생산까지 할 수 있습니다.

 

SLA 방식

위 그림의 왼쪽은 SLA 방식 프린터의 작동 방식을 보여준다. 레이저 빛을 받은 액체 재료가 아래에서부터 서서히 고체화되는 상황을 표현한 것입니다. 단층으로 한 층 한 층 쌓아가면서 오브젝트를 만들어내므로 대부분의 3D프린터는 시간이 오래 걸리며 대부분의 3D프린터는 비슷한 방식으로 작동됩니다.

 

 

SLM 방식

SLM 프린터는 레이저를 쏘며 재료를 조형하는 방식인데 나사에서도 사용하는 3D프린터로 로켓의 모터 부품을 만들어 성공적으로 사용하고 있습니다.

대부분의 3D프린터는 노즐에서 가늘게 재료를 뽑아 밑에서부터 쌓아가는 비슷한 구조로 되어 있으며 SLM 방식 프린터 또한 한 층 한 층 만들어 집니다. 복잡하게 보이지만 구동 원리는 의외로 매우 간단합니다.

금속 파우더를 담은 용기에 레이저를 쏘면 레이저의 영향으로 가루가 굳어 오브젝트가 형성됩니다. 레이저를 쏘아 가루가 굳으면 왼쪽에서부터 롤러가 파우더 위로 재료를 한 겹 밀어내듯 지나가며 파우더가 출력물이 있는 곳으로 한 층 더 깔리고 동시에 출력판은 출력물이 생성되는 만큼 한 층씩 내려가는 식입니다. 레이저를 쏘고 출력판을 내리고 파우더를 한 층 더 깔아주는 과정이 반복되면서 조금씩 형상을 만들어 냅니다. 프린팅이 끝나면 물체가 마치 가루 속에 묻혀 있는 모습이 되어 있지만 파우더라는 잴의 특성에 맞춘 것일 뿐 한 층씩 쌓아서 만들어간다는 기본 개념은 거의 대다수 프린팅 방식에서 같습니다.

 

 

SLS 방식

3D시스템사의 Z프린터는 석고를 이용하여 컬러 프린팅을 할 수 있습니다. 고가의 장비에서는 분말 형태의 금속을 이용하여 3D프린팅을 하는 경우도 있습니다. 분말을 이용할 때 유리한 점은 서포터가 불필요해지므로 재료의 낭비가 없고 상상한 대로 표현 가능하다는 것이고 FDM 방식은 출력물을 아래에서부터 쌓는 방식이기 때문에 디자인된 아이템이 공중에 떠 있는 형태일 경우 바닥과 출력물이 생성되는 곳 사이의 빈 공간을 지탱해줄 서포터가 필요합니다. SLS 방식 프린터에서는 이 서포터가 없어도 출력이 가능합니다.

SLS 방식 프린터의 작동 방식도 SLM과 같으며 SLS 방식의 프린터 역시 SLM 방식의 프린터처럼 정교한 오브젝트를 출력할 수 있습니다.

 

 

특수 재료를 이용한 3D프린팅

음식 재료

 

☞ 초코 스케치는 초콜릿으로 그림을 그릴 수 있는 3D프린터 키트입니다.

☞ 초코 스케치의 초콜릿은 초콜릿 3D프린터에 맞게 성분이 조절되어 있습니다.

☞ 전용 프린터에서만 출력이 가능합니다.

 

금속 재료

☞ 철, 은, 구리, 황동을 아주 곱게 분말로 만든 다음 그것을 점토 형태로 다시 가공한 페이스트형 3D프린팅 재료입니다.

☞ 재료의 특성상 출력 후에 토스트 오븐이나 가마에 구워야 합니다.

☞ 음식 재료에서 소개된 것과 같이 일반 가정용 프린터로는 출력이 불가능합니다.

 

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3D 프린터 구매 시 꼭 체크해야 하는 8가지

 

3D프린터의 재료 개발이야말로 미개척 황금시장입니다. 누가, 어떻게, 어떤 목적으로 개발하는지에 따라서 장을 선점하는 것은 물론이고 한순간에 미래를 바꿀 혁신을 가져오는 바탕이 되기도 합니다. 3D프린터 재료의 가장 중요한 요소는 친환경적 소재의 안전성과 수급 가능성입니다. 이 두가지 조건은 반드시 고려해서 개발되어야 한다는 짧은 소견으로 이번 포스팅을 마무리 하겠습니다.

다음 포스팅에서는 제대로 3D프린터에 접근하기 위한, 동시에 시행착오를 줄일 수 있는 아홉 가지 핵심 정보에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

하루하루 행복하세요.^^