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ThreeApples/IT&Tech

[IT] 3D 프린터란?

잘생긴 이미남 2020. 4. 16. 17:59
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3D 프린터란?

3D 프린터는 이름 그대로 3차원의 입체 모양을 뽑아주는 기계다. 3D 프린터의 개념은 처음에 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping)이라는 이름으로 1981년 일본 히데오 코다마 박사에 의하여 제안되었다. 하지만 첫 특허는 1986년 미국 척헐(Chuck Hull)에 의해서 등록되었다. 척헐은 쓰리디시스템즈(3D Systems)를 설립하였으며 현재(2017년 초) 스트라티시스(Stratasys)와 산업용 3D 프린터 제조의 양대산맥을 이루고 있다.

 

3D 프린터가 최근에 개발된 기술처럼 느끼는 사람도 있겠지만 30년이 넘어가는 기술이다. 그동안 대부분 산업 현장에서 주로 사용해 왔기 때문에 개인 또는 일반 사용자가 3D 프린터를 접하는 일은 드물었다. 

 

3D 프린터 시장을 폭발적으로 성장하게 한 몇 가지의 사건이 있었다. 우선 2004년 영국의 에어드리언 보이어(Adrian Bowyer)가 시작한 렙랩(RepRap)이라는 불리는 3D 프린터를 만드는 오픈소스 프로젝트 때문이다. 렙랩의 프로젝트 공개로 누구나 개인형 3D 프린터를 만들 수 있게 되었다. 또한, 대표적으로 2009년 스트라타시스(Stratasys)가 보유한 압출 적층 방식(FDM : Fused Deposition Modeling)과 같은 3D 프린터 관련 특허들이 만료되면서 기술의 접근과 활용이 쉬워졌다. 더하여 이전보다 저렴해진 장비의 제조 가격 등으로 3D 프린터 시장이 근래에 와서 폭발적으로 늘어나고 있다. 

 

3D 프린터는 3D 모양을 만드는 기술의 방식에 따라 FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 FFF(Fused Filament Fabrication), SLS(Selective Laser Sintering), SLA(Stereo Lithography Apparatus), DLP(Digitial Light Processing) 등 이 있다. 금속 3D 프린터에서 사용되는 DMLS(Direct Metal Laser Sintering) 방식 등 기술은 다양해 지고 있다.

1. SLS 3D 프린터

SLS 방식의 3D 프린터에서 사용하는 재료는 가루(파우더) 형태로 존재한다. 얇게 펼쳐놓은 가루를 특정 부분만을 굳힌다. 그다음 그 위에 다시 얇은 가루 재료가 다시 쌓이고, 다시 원하는 부분만 굳힌다. 이 과정이 반복되면서 층층층 굳은 재료가 쌓여 올라가면서 3D 모양이 만들어진다. 작업이 완료되면 쌓인 가루 속에서 굳혀진 모양만 빼내고, 굳지 않은 가루 재료는 재사용할 수 있다. 출력물 주변의 가루들은 모두 털어내고 더 단단하게 만들기 위해 특수 접착제를 발라 준다. 밀가루처럼 미세한 가루 재료 때문에 작업 중에는 장갑과 마스크를 필수적으로 착용해야 한다. 

 

출력 공간이 모두 가루로 가득 차서 만들어지기 때문에 FDM, DLP 방식에 비하면 거의 모든 모양을 깔끔하게 만들 수 있다. 재료의 원료에 따라 딱딱한 모양뿐만 아니라 나일론같이 신축성이 있는 재료도 사용할 수 있다. 또한, 하얀색의 원재료에 모든 색상으로 채색되어 나올 수 있다는 장점도 있다.

 

출력과 후 작업이 끝나면 말끔한 표면과 여러 색상으로 채색되어 나온 출력물은 매우 만족스럽다. 하지만 표면의 경도는 강하지만 떨어뜨리면 깨지기 쉽다. 그리고 기계의 가격과 재료비가 개인적인 용도로 사용하기에는 비싸기 때문에 SLS 방식의 3D 프린터는 산업용, 전문가용으로 사용을 주로 한다.

 

2. DLP 3D 프린터

DLP 3D 프린터는 액체 상태의 광경화성 수지(액체 레진)를 주재료로 사용하는 프린터이다. 광경화성 수지는 처음에는 액체 상태였다가 빛을 받으면 빛을 받은 부분이 플라스틱처럼 딱딱해지는 화학약품이다.

 

DLP 프린터에는 액상의 레진을 담아 놓은 수조가 있다. 수조 밑에서는 비치 들어오는데 비치 들어오는 모양에 따라서 특정 부분이 굳어진다. 그래서 3D 모양을 만들기 위해 한층 한층 사진을 찍듯이 밑에서 특정 모양의 빛이 번쩍거린다. 그러면 빛을 받아 굳은 모양이 층층층 쌓아지면서 3D 모양이 만들어진다. 출력하려는 모양의 높이가 높을수록 그만큼 빛을 여러 번 반복적으로 비춰야 하므로 출력 시간이 오래 걸린다. 반면에 높이가 낮고 면적이 넓은 모양은 FDM 방식의 3D 프린터보다 빠르게 만들 수 있다.

 

출력이 완료되면 표면에 굳지 않고 액체로 남아있는 광경화성 수지를 알코올로 닦아 준다. 그리고 출력물에 UV를 쬐어 더 단단하게 굳힌다. 광경화성 수지, 알코올 등 화약약품을 사용하기 때문에 장갑과 마스크는 필수이다. 또한, 약품에서 냄새가 나기 때문에 환기가 잘 이루어지는 공간에서 작업을 해야 한다. 그리고 광경화성 수지는 형광등 빛에 오래 노출되면 굳어지기 대문에 작업장은 어두워야 한다. 

 

한 층을 조밀하게 굳혀 모양을 만들면 출력 시간은 오래 걸리지만, 사포질 없이 채색할 수 있을 정도로 표면은 정말 매끄럽게 나온다. 하지만 화학약품을 사용하기 때문에 개인 작업실이 있는 피규어 전문가라면 모를까 집에서 개인, 취미용으로 비추이다. 예전보다 DLP 프린터도 제품의 가격과 재료(광경화성 수지)의 가격이 내려간 편이긴 하나 그래도 취미용으로 사용하기에는 아직 부담스러운 것은 사실이다.


메이커 다은쌤의 FDM 3D PRINTING 에 나오는 내용입니다.

3D 프린트 공부를 위한 자료입니다. 

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