3D프린터의 종류

 

 

안녕하세요 시제품 개발 전문 기업 디자인웨일입니다.

 

 

일반프린터가 2차원 이미지를 인쇄한다면

3D프린터는 3차원의 형상을 만드는데 사용됩니다.

3D프린터는 다품종 소량 생산에 적합해 시제품 제작에 많이 사용됩니다.

 

 

 

3D 프린팅 방식에도 종류가 다양합니다.

크게 FDM, SLA, SLS. 이 세가지 방식이 가장 많이 알려져있습니다.

 

 

FDM(Fused Deposition Modeling)

 

 

 

가장 익숙한 방식의 3D출력방식일텐데요.

FDM방식은 필라멘트를 사용하는 3D출력방식입니다.

필라멘트는 가는 실 같은 프린팅 재료로 플라스틱이 일반적이며

이외에도 나무 입자가 섞이 우드필라멘트,

형광물질이 섞인 형광필라멘트 등 다양한 종류가 있습니다.

 

FDM방식은 가열된 필라멘트를 노즐을 통해

한 층 한 층 쌓아올리는 방식을 말합니다.

 

 

 

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FDM의 장점

 

① 저렴한 가격

FDM방식은 보편적인 3D프린팅 방식 중 하나입니다.

장비의 유지보수 및 운영이 용이해서

기업 뿐만 아니라 개인 취미생활로도 이용되고 있어

시제품 제작시 저렴한 비용으로 목업제작이 가능합니다.

 

② 소재 낭비가 적음

절삭가공은 커다란 덩어리를 깎아 형상을 만들기 때문에

소재의 낭비가 큽니다

FDM방식은 적층가공방식으로 소재를 녹여

쌓아올리는 방식이기 때문에

소재 낭비를 줄일 수 있습니다.

 

 

 

FDM의 단점

 

① 후가공 작업이 필요함

열가소성 소재를 녹여서 쌓는 방식인 만큼

강한 열에 수축될 우려가 있습니다.

출력물 퀄리티가 낮아 적층이 보이면 후가공 작업이 필수적입니다.

 

또 필라멘트가 흘러내리는 것을 방지하기 위해 서포터를 사용하는데

서포터를 뗴는 작업도 시간이 걸립니다.

 

산업용 장비를 제외한 보급형 제품들의 경우

제품의 수축, 변형 등의 문제가 발생할 수 있어 정밀도가 떨어져

재료를 적층하는 과정에서 표면에 미세한 단차가 발생해

제품 겉면의 조도 저하와 결방향 파손 등의 우려가 있습니다.

 

 

② 대량생산에 적합하지 않음

FDM방식은 다품종 소량생산에 적합하기 때문에 대량생산에 적합하지 않습니다.

수량이 많아질수록 비용이 늘어나며 시간 또한 오래 걸리게 됩니다.

 

 

 

SLA (Stereo Lithography Apparatus)

 

 

SLA방식은 가장 오래된 3D프린팅 출력방식입니다.

SLA방식은 빠른속도와 우수한 정밀도로 넓은 분야에서 사용되고 있습니다.

보다 정밀도가 요구되는 보석, 시제품, 의료용 시제품을 출력할 때 주로 사용됩니다.

 

액상 상태의 광경화성 수지에 UV레이저를 발사합니다.

(*광경화성 수지 = 레진)

액상 레진이 레이저와 만나면 굳어지는 원리를 이용한 것인데요.

액상 레진이 담긴 수조에 레이저를 쏘면 레진이 굳어 한 층의 레이어가 형성됩니다.

레이저는 거울에 한 번 반사되어 레진에 닿게 되는데

이 거울을 움직여 레이저의 방향을 조절합니다.

그리고 수조 내에 잠겨있는 베드가 단계적으로 하강하면서 연속적으로 3차원 형상을 만듭니다.

 

SLA방식의 3D프린터는 특수한 레진을 사용하는데요.

일반적으로 많이 사용하는 일반 광 경화성 레진

귀금속 제조에 주로 사용되는 주조용 레진

FDM방식의 TPU소재와 비슷하게 탄성있는 제품을 만들 수 있는 플렉시블 레진

얇게 출력 가능하고 샘플용으로 사용되는 리지드 레진

엔지니어링 부품 제작에 주로 쓰이는 터프 레진

들이 있습니다.

 

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SLA 방식의 장점

 

① 복잡한 형상의 부품 적합

SLA방식은 표면이 매끄럽게 출력되고 서포터도 보다 제거하기 쉬운 형태로 조형되어, 표면처리를 위한 후가공은 적습니다.

 

② 높은 치수 정확도와 표면조도 기대

③ 투명하거나 유연한 재료, 혹은 생체 적합한 수지 등 출력 가능

 

 

SLA 방식의 단점

 

 

① 물성이 약해 충격에 취약함

SLA방식은 빛으로 조형하기 때문에 강도가 약하여 UV를 이용한 추가 경화 처리가 필요할 수 있습니다.

 

② 자외선 장기간 노출시 색상변색 기계적 특성이 변하기 때문에 실외사용은 제한

출력물에 묻은 액체 상태의 광경화성 물질은 자연적인 햇빛 등에 노출이 되어서

굳어질 수 있기 때문에 출력 후에는 반드시 세척해야 합니다.

또한 레진은 인체에 유해할 수 있기 때문에 레진을 취급할 때는 방독 마스크 및 보호 장갑을 착용하는 것이 좋습니다.

 

③ 가격이 비쌈.

3D프린터와 레진의 가격이 다른 3D프린터에 비해 비쌉니다.

 

 

SLS(Selective Laser Sintering)

 

 

 

SLS방식은 레이저 소결 방식의 3D 프린터입니다.

플라스틱 파우더와 레이저를 이용한 방식인데요.

3D프린터 내부에 장착된 롤러로 파우더 형태의 재료를 얇게 깐다음.

레이저를 통해 플라스틱 바우더의 선택적인 부분만 소결하여 적층하는 방식입니다.

 

내구성 높고 기능적인 부품을 제조하며

항공우주 하드웨어 의료 및 헬스케어 등에 적합합니다.

 

생산은 파우더 베드에서 제작되며 보조 서포트 구조가 필요하지 않아

다른 기술로는 불가능한 생산이 가능합니다.

 

 

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SLS의 장점

 

① 서포터가 필요없다

서포터는 생산 과정에서 모양이 무너지지 않도록 방지하는 역할을 합니다.

SLS는 비 소결 분말이 부품을 둘러싸고 있어 서포터가 필요하지 않습니다.

그래서 소재 비용을 줄일 수 있고 빠른 생산이 가능합니다.

 

 

② 복잡한 부품을 빠르게 생산

어셈블리 된 부품을 한 번에 생산할 수 있어

생산 시간과 비용을 줄일 수 있습니다.

출력물의 내부가 복잡하더라고 서포터가 없어 빠른 구현이 가능합니다.

 

 

③ 높은 생산성

대형베드를 활용해 여러가지 부품을 한 번에 출력할 수 있습니다.

일반적으로 100개 이내의 부품을 한꺼번에 출력할 수 있어 생산성이 높습니다.

 

④ 다양한 컬러로 출력가능

SLS는 컬러프린터가 된다는 장점을 가지고 있습니다.

피규어 쪽에서 도색이 필요없어 대량생산이 가능합니다.

다만 후가공이 난해합니다.

 

 

 

 

SLS방식의 단점

 

① 프린팅 후 냉각 과정에 시간이 많이 듦

SLS재료는 프린트 하기 전 예열 작업이 필요하며

프린트가 끝난 후에는 열을 식히는 냉각작업이 필요합니다.

따라서 프린터로 인쇄된 후에 부품을 사용하려면 식기를 기다려야 합니다.

 

소결되지 않은 분말이 출력물 표면에 달라붙어 있는데

이 분말덩어리를 뗴어내려먼 완전하도 균등하게 냉각시키는 과정을 거쳐야 하는데

이 시간이 많이 걸린다는 단점이 있습니다.

 

② 미세 입자 발생

출력물에서 분말을 털어내는 과정에서 미세입자가 발생합니다.

분말 입자의 크기는 20~100㎛으로

인체에 유해하므로 보호 마스크와 흡입 장치가 따로 필요합니다.

 

 

 

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지금까지 3D프린터의 종류에 대해 알아보았습니다.

 

 

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