3D 프린팅

■ 3D 프린팅이란?

3D프린팅은 종이를 인쇄하듯 3차원 공간 안에 실제 사물을 인쇄하는 기술로 의료, 생활 용품, 자동차 부품 등 다양한 물건을 만들 수 있다.

사용되는 소재로는 잉크 대신 플라스틱, 나일론, 금속 등 입체 도형을 만들 수 있는 재료가 들어가 있으며, 재료를 적층으로 쌓는 형대의 방식부터 액체에 레이저를 쏘아 굳히는 방식까지 많은 인쇄 기술이 있다. 

현재 3D 프린팅 기술은 기존의 제품부터 품질이 떨어진다는 단점이 있으나 제품을 양산하기 전 테스트용 시작 제품을 쉽게 생산할 수 있다는 장점이 있다.

 

 

1. 3D 프린팅 종류

 

① FDM 방식

② SLA 방식

③ SLS 방식

④ LOM 방식

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① FDM 방식 (용융 적층 모델링 방식)

 

FDM방식은 프린터에 장착된 압출 노즐로 가열된 필라멘트를 분사해 형상을 적층하는 방식입니다. 입력된 데이터 값에 따라 노즐을 움직여 적재적소에 필라멘트를 압출한다.

상온에서 응고되는 플라멘트의 특성을 이용해 찰흙을 쌓듯 한층 한층 부품의 형상을 완성하며 한 층이 와성되면 빌드 플랫폼이 아래로 이동해 새로운 층을 쌓고, 이 과정은 부품이 완성될 때까지 반복된다.

FDM은 열가소성 소재를 사용하는 부품이나 시제품을 생산할 때 가장 많이 사용하며 기술이 비교적 오래 축적되어 광범위한 열가소성 재료를 사용할 수 있다.

하지만 다른 3D 프린팅 방식보다 표면 조도와 정확도가 떨어져 제품표면이 거칠고 서포터를 제거해야하거나 표면처리를 하는 등 후가공 작업이 필요하다.

또한 적층으로 형상이 제작되기 때문에 특정 방향에서 가해지는 충격에 취약하다.

 

② SLA 방식 (광경화성 수지 조형 방식)

SLA방식은 액체 상태의 광경화성 수지에 UV(극자외선) 레이저를 발사해 조형하며 이때 광경화성 수지(액체)는 일반적으로 “레진”이라고 명칭한다. 레진은 UV 레이저와 만나면 고체로 경화되는 광경화 작용을 하며 이 과정을 거쳐 형상을 생성한다.

SLA방식은 복잡한 형상의 부품을 만드는데 적합하고 높은 치수 정밀도와 균일한 표면 조도를 얻을 수 있으며 투명하거나 유연한 재료도 생산할 수 있다.

하지만 다른 방식으로 출력한 부품에 비해 물성이 약해 충격에 취약하며 자외선에 장시간 노출시 색상이 누렇게 변색되고 기계석 특성이 변하기 때문에 실외 사용은 제한하는 것이 좋다.

기기에 따라서 서포터가 생성되는 경우가 있고, 레진 소재에 따라 추가적인 세척과 경화 작업이 필요할 수 있다.

 

 

③ SLS 방식 (선택적 레이저 소결 방식)

SLS방식은 레이져를 이용해 선택적으로 부분만 소결하는 방식으로 고체의 가루를 정확하게 눌러 단단하게 만든 다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열하여 가루가 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착하여 성형이 되는 방식이다.

원재료는 매우 고운 미세가루 형태를 사용하며, 가열은 레이저를 이용한다.

가루소재 파우더를 롤러를 이용해서 한 층씩 레이어를 만들어주고, 레이저 빔을 적당한 각도로 반사시켜 선택적으로 성형하게 한다. 한층이 완성되면 롤러가 다시 소재를 채워주며 적층한다.

소재가 일종의 서포터 역할을 하기때문에 추가의 서포터가 필요없으며 제품의 정밀도가 매우 높고 기계의 사이즈가 크면 클수록 한 번에 많은 제품을 생산할 수 있다. 하지만 장비의 가격이 비싸고 제품에 레이저가 존재하기 때문에 높은 강도가 필요한 제품에는 단점으로 작용된다.

 

 

④ LOM 방식 (박막적층방식)

LOM방식이란 얇은 박판의 소재에 가열된 롤을 이용해 플랫폼에 붙이고 레이저를 이용해 한 레이어씩 잘라 적층해 나가는 방법이다.

소재는 일반적으로 종이를 사용하기 때문에 제조 비용이 다른 방식에 비해 매우 저렴하며 종이를 제외한 다양한 재료를 사용할 수 있다.

(다양한 색상종이를 이용해 적층한다고 생각한다.)

 

종이 이외에 소재로는 점토, 금속, 플라스틱 등이 있으며 재료를 사용함에 있어 호환성과 유연성이 떨어지고 재활용이 어려워 소모가 많다는 단점이 있다.

하나의 레이어씩 적층해서 제작되어 내구성과 강도면에서 약하지만 실사와 같은 색삼을 구현할 수 있다는 장점이 있다.