과자 먹듯 손쉽게, 5분 만에 알아보는 3D프린터의 기본(역사, 방식, 용어, 부위별 명칭)

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3D 프린터(3D Printer)
3D 모델링 된 데이터를 바탕으로 3차원의 물체를 만들어내는 기계

출처: 20/20magazine

3D 프린터의 시작
1980년대 초 미국 3D 시스템즈 사에서 처음 개발하였으며 당시에는 플라스틱 소재에 국한되어 있었다.


3D 프린팅 기술의 종류

출처: threeding

압출 방식
압출 방식은 노즐, 익스트루더에 열을 가해 원료를 뽑아내는 방식을 말하며 가장 저렴한 방식인 만큼 대다수의 3D프린터가 이 방식에 해당합니다. FDM(Fused Deposition Modeling) 방식이 대표적이며 끈 형태의 고체 필라멘트를 많이 이용합니다. 비교적 재료나 프린터가 저렴하지만 제품의 품질이나 완성도는 거칠고 많이 떨어지는 편이라는 것이 정설입니다.

출처: Wikipedia

레이저 소결 방식
이 방식은 분말 소재를 베드에 미리 도포한 후 레이저를 이용해 원하는 부분만 소결하여 3차원 결과물을 제작하는 방식을 말합니다. SLS(Selective Laser Sintering)라고 쉽게 부르며 플라스틱, 모래, 알루미늄 등 다양한 원료를 사용할 수 있다는 점이 특징입니다. 다만 가격이 비싸기 때문에 소규모 업종이나 가정에서는 사용하기 어렵습니다.

출처: Alibaba

광경화 적층 방식
레이저나 자외선을 이용해 액체 상태의 원료를 굳혀 3차원 결과물을 만들어내는 방식으로 레이저를 이용한다는 점에서 SLS 방식과 비슷하다고 생각할 수 있으나 액체 상태의 물질을 사용한다는 것에서 차이가 있습니다. SLA(Stereo Lithography Apparatus), DLP(Digital Light Processing) 방식들이 이에 해당하며 결과물의 품질이 우수하며 섬세합니다.

출처: SlideShare

폴리젯 방식
이 방식은 광경화 소재를 사용하여 2D 프린터가 종이에 잉크를 분사하는 것처럼 플라스틱 수지를 분사, 자외선램프로 경화시켜 적층시키는 방식입니다. 플라스틱 수지를 분사시킨다는 점에서 광경화 적층 방식과 차이점을 갖습니다. 매우 얇은 소재를 만들 수 있으며 다른 프린터에 비해 속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 또한 2D 프린터와 비슷한 출력 방식을 갖고있기 때문에 결과물에 색깔을 더해 출력할 수도 있습니다.

그 외 다양한 기술
저번에 소개해드린 경화를 도와주는 젤 타입의 액체를 이용하는 RLP(Rapid Liquid Printing) 방식, 폴리젯 방식과 SLS 방식을 결합한 듯한 HP의 Multi Jet(분말 소재에 잉크를 도포, 레이저로 경화) 방식 등 소개된 대표적인 4개의 방식 외에 다양한 방식이 존재합니다.


기본 용어 및 부위별 명칭

적층 가공(Additive manufacturing)
원료를 층으로 겹쳐 쌓아서 3차원 물체를 가공하는 방식

베드(Bed)
3D 프린터에서 인쇄물이 출력되어지는 공간(보통 얇은 판 형태)을 의미합니다

가열판(히팅 베드, Heated Bed)
보다 높은 완성도의 결과물을 얻기 위해 사용되며 압출기에서 출력된 인쇄 원료가 너무 빨리 냉각되어 수축되거나 변형되지 않도록 인쇄물 표면에 열을 가해주는 판을 말합니다.

압출기(익스트루더, Extruder)
원료를 흡입, 출력하는 장치입니다. 재료를 당겨와 공급하는 콜드엔드와 재료를 녹여서 출력하는 핫엔드로 구성되어 있습니다.

필라멘트(Filament)
3D 프린터에 사용할 수 있도록 긴 끈처럼 구성되고 말려서 판매되는 플라스틱 원료

지지대(서포트, Support)
FDM 방식에 주로 이용되며 3차원 결과물을 적층 가공할 때에 흘러내리지 않도록 지지해주는 역할을 한다. 예를 들어, 팔을 벌리고 서 있는 사람의 형상을 출력할 때 몸통까지는 아무 지지 없이 출력이 가능하지만 벌리고 있는 팔을 출력할 때에는 공기 위에 출력할 수는 없는 노릇이므로 어쩔 수 없이 서포트를 출력하여 그것을 기반으로 출력하게 되며 출력이 완료된 후 제거한다. Stratasys와 같은 높은 기술력을 보유한 업체에서는 수용성 서포트 재료를 제공하고 있어 별도의 후가공 없이 물에 담궈놓았다 빼기만 하더라도 서포트가 제거된다.

서포트 제거 전 / 후, 출처: Discovery, Technology & Publishing

슬라이싱 프로그램(Slicing Program)
3D 프린터는 구체적인 3차원 결과물을 그래픽으로 제작하는 3D 모델링 과정을 거친 뒤 슬라이싱 과정을 거쳐서 출력에 이르게 됩니다. 이 때 슬라이싱 과정이란 3D 모델링된 파일을 적층 가공에 알맞게 레이어 높이를 정하거나 두께를 정하여 층을 나누고 재료를 선택하는 과정을 일컫습니다. 대표적인 프로그램으로는 Cura, Simply 3D 등이 있습니다.


 

References: 3D프린팅 기술의 기초(http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3546215&cid=42171&categoryId=58497)

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