3d 프린터, 어디까지 성장했을까?

4차 산업혁명에서 빠질 수 없는 산업 분야 중 하나가 3D 프린팅 산업입니다. 과거에는 개인이 아이디어 시제품을 만들기에는 진입장벽이 높았습니다. 그나마 자본이 있는 기업에서나 목업 (Mock-Up)을 만들고 본 양산 금형을 제작할 수 있는 여력이 있었습니다. 하지만 이제는 3D 프린팅 기술이 발전하여 개인 및 소규모의 기업에서도 아이디어를 구체화하는 시제품을 빠른 시간 내에 구현할 수 있습니다. 현재에도 정말 다양한 분야에서 활용되고 있는 3D 프린터에 짧게 소개하겠습니다.

3D 프린팅 기술 원리 및 방식

3D 프린터는 1983년 미국의 척헐(Chuck Hull) 박사에 의해서 처음으로 발명됐습니다. 이러한 방식은 '스테레오리소그래피(SLA, Streolithography Apparatus)'라고 불립니다. SLA 방식은 3D 모델링 프로그램에서 설계한 모형을 여러 개의 얇은 적층(Additive)으로 형상화하여 여래 개의 얇은 층으로 나누는 기술을 말합니다. 쉽게 생각하면 사람 점토인형을 발에서 머리까지 얇은 슬라이스 형태로 쌓아 올려서 만든 것이라고 생각하면 쉽습니다. 3D 프린팅 과정에서 불필요한 부분 서포터(Supporter)가 함께 생성되기 때문에 후처리가 필요합니다. 이러한 후처리를 깔끔하게 해야 최종 제품이 완성되었다고 할 수 있습니다.

3D 프린팅 방식별 특징

﹒ FDM (Fused Deposition Modeling) : 고체 형태의 플라스틱에 열을 가해주어 3D 프린터 노즐을 이용하여 겹겹이 쌓아 올리는 방식을 말합니다. 최초 발명자가 글루건을 보고 아이디어를 얻은 방식으로 글루건에 나오는 소재가 굳어 어떤 형상을 이루는 것처럼 3D 프린터 노즐에서 나오는 플라스틱이 겹겹이 쌓여 형상을 이룹니다. 재료는 Plastic, Clay, Food, Metal, Ceramics 등 다양합니다. 이 FDM 방식에는 장단점이 있습니다. 장점은 개인이 구비할 수 있을 정도로 장비와 재료비가 저렴합니다. 시중에는 30만 이내의 장비가 있고, 재료비 또한 2~5만 원의 저렴한 비용으로 구입 가능합니다. 단점으로는 정밀도가 낮고 제품의 퀄리티가 낮습니다. 가느다란 실이 겹겹이 쌓여 있는 것을 상상한다면 쉽습니다. 따라서 기본적으로 정밀한 제품을 만드는 용도로 사용하기는 어렵습니다.

﹒ SLA (Stereo Lithography Apparatus), DLP : 광경화 방식으로 불립니다. 우선 SLA 방식은 광경화성 액상 수지를 레이저를 이용해 응고시키는 방식입니다. 레이저 광원이 디지털 스캔 미러에 반사되고 그 표면이 비친 곳에 레진이 굳어 지게 되는 방식입니다. 이러한 과정이 슬라이싱 되어 동작한다고 생각하시면 됩니다.

반면 DLP 방식은 광경화성 액상 수지를 조형판과 투영광선을 통해서 응고시키는 방식입니다, 똑같은 슬라이싱 방식으로 구성되어 투영광선이 비춰진 곳에 레진이 굳게 됩니다. SLA, DLP 방식의 장점은 정밀도가 높습니다. (그렇다고 후가공이 없는 것은 아닙니다. 서포터를 제거해야 합니다) 단점은 장비와 재료비가 상당히 고가입니다. 또한 특별한 용도로 사용하고자 특수 물성이 필요할 때는 원하는 원료 및 색상이 없을 수 있습니다.

﹒ SLS (Selective Laser Sinterring) : 파우더 재료에 고압, 고온으로 레이저 소결
﹒ CJP (Color Jetting Printing, Inkjet) : 파우더 재료 위에 프린터 헤드에서 액체 결합제를 분사
﹒ MJP (Multi Jetting Printing) : 프린터 헤드에서 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화(SLA + CJP)
﹒ LOM (Laminated Object Manufacturing) : 얇은 판모양의 재료를 정밀 커터로 자른 후 열로 가열하여 접착하는 방식

3D 프린팅의 활용

자동차, 우주항공, 산업장비, 소비재, 의료, 교육, 군사, 건축 등 3D 프린팅 기술이 활용되는 분야는 다양합니다. 현재에도 3D 프린팅 기술은 많이 활용되고 있습니다. 액세서리, 의류, 배, 집 등 활용되고 있는 크기 및 형태도 다양합니다. 개인적인 예측으로 교육분야에 어마어마한 발전이 있을 듯 예상합니다. 어린 나이에 혼자서 3D 모델링을 구현하고 3D 프린터를 통해서 결과물을 출력해 나가는 일련의 과정을 교육적인 목적으로 활성화시킬 듯합니다. 향후 3D 프린팅 기술이 우리 생활을 어떻게 바꿔줄지 정말 기대가 됩니다.