목차

1. 개요

2. 3D프린터의 종류

• 2.1. 필라멘트 압출 방식
• 2.2. 광경화 수지 조형 방식
• 2.3. 선택적 소결 방식
• 2.4. 잉크젯 방식
• 2.5. 요약

3. 출력물 비교

• 3.1. FDM 방식의 특징
• 3.2. SLA 방식의 특징
• 3.3. SLS 방식의 특징
• 3.4. 폴리젯 방식의 특징

1. 개요

 이 글에서는 3D프린터의 종류에 따라 구별되는 출력물의 차이점에 대해서 소개합니다. 해당 글을 통해 여러분은 각각의 제작 방식이 갖는 특성을 이해할 수 있습니다.

2. 3D 프린터의 종류

2-1 필라멘트 압출 방식

 필라멘트(filament)란 사출 성형의 원료로 사용되는 펠릿(Pelet)을 롤 형태로 가공한 3D프린팅 압출 소재를 말합니다. 주로 플라스틱 보빈(Bobbin)에 감은 형태로 사용되며 PLA, ABS가 주로 사용됩니다. 듀얼 노즐을 적용한 이중 압출부(Extruder)의 경우 PVC, HIPS와 같은 수용성 수지를 사용하기도 하며 이 외에도 커피, 나무 등을 첨가한 재생 소재도 다수가 있습니다.
 
 필라멘트 압출 방식은 열가소성 수지 압출 방식, FFF(Fused Filament Fabrication) 또는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식으로 많이 알려져 있으며 국내에서 가장 보편화 되어 있는 대표적인 3D프린터 출력 방식 중 하나로 기본 매커니즘은 CNC 가공기와 흡사하며 노즐(Nozzle) 끝에서 용융되어 압출 되는 소재를 얇은 두께로 레이어(Layer)를 쌓아 올려 입체 형상을 구현할 수 있습니다. 

2.2 광경화 수지 조형 방식

 SLA(Stereolithography), DLP(Digital Light Processing)와 같은 종류를 일컬으며 액상 형태의 광중합체 또는 포토폴리머를 경화시켜 입체 형상을 구현하는 방법입니다. 포토폴리머란, 일정 파장 이상의 빛(ex 자외선)을 받으면 성질이 변하는(ex 액상->경화) 레진과 같은 수지에 레이저 또는 프로젝터에 사용되는 빔을 조사하여 미세 레이어(Layer)를 적층하는 방식을 말합니다. 

2.3. 선택적 소결 방식

 소결이란, 고체 상태의 재료에 녹는 점 이하의 열을 가하여 조직간의 융착을 통해 하나의 형태로 결합하는 것을 말합니다. 3D프린터 종류 중에서는 SLS(Selective Laser Sintering), 가 있으며 SLA와 마찬가지로 레이어를 구축하는 과정에서 레이저를 이용한다는 점에서는 동일하지만 분말 타입의 소재를 사용한다는 점에서 차이가 있습니다. 이 외에도 분말 소재에 잉크를 분사하는 방식을 통해 도색 작업이 가능하며, 각종 엔지니어링 플라스틱에서부터 금속 소재까지 소결 공정을 적용할 수 있는 다양한 재료들에 적용 할 수 있는 3D프린팅 기술 중 하나입니다. 그러나 이러한 소결 공정은 레이저의 성능에 따라서 출력물의 품질에 큰 영향을 주기 때문에 가격 부담이 높아 보편화에 어려움을 겪고 있습니다. (CJP 방식 역시 분말 소재를 사용하기 때문에 선택적 소결 방식으로 볼 수 있으나 일반적으로는 잉크젯 방식으로 분류되고 있습니다.)

2.4. 잉크젯 방식

 사무실, 집에서 사용하는 잉크젯 방식의 프린터와 유사하며 빌드 트레이에 액상 형태의 포토폴리머를 분사함과 동시에 UV 램프를 조사하여 경화시키는 방식으로 3D 형상을 구현합니다. 광경화성 수지를 이용하며, UV 빛과 같이 건조 램프를 사용한다는 점이 SLA방식과 유사해 보일 수 있으나 수조에 든 용액을 필요로 하지 않으며 종이 인쇄 프린터와 같이 다양한 출력 과정에서 복합적인 컬러 구현이 가능하며 Polyjet(Photopolymer Jetting), CJP(Color Jet Printing), MJP(MultiJet Printing) 등이 있습니다.

2.5. 요약

3. 출력물 비교

3.1. FDM 출력물

 FDM 방식은 3D프린터의 다양한 종류 중에서 가장 보편화된 사례입니다. 보급형으로 개발된 저가형 장비부터 프로토타입(Prototype) 제작을 위한 산업용 장비까지 범위가 매우 넓으며 출력 품질, 치수 정밀도 등의 오차가 장비에 따라서 매우 큰 편차를 보이기 때문에 같은 방식이라 하더라도 품질 차이가 있습니다. 특히 50~60도 이상의 각도로 소재를 적층해야 하는 경우 서포터라고 하는 지지대 역할을 하는 간이 보강물을 출력 과정에서 같이 병행해야 하는데 저가형 장비의 경우 1개의 압출부로 동일 소재를 출력해야하기 때문에 서포터 제거 과정에서 표면 품질의 저하가 발생하게 됩니다.

 또한 압출부에서 세어나오는 소재는 180도~200도 이상의 고온에서 용해되어 상온으로 압출되며 이 과정에서 급속도로 이루어지며 냉각 과정에서 소재 수축으로 인한 변형 및 정밀도 저하가 발생하며 표면 조도의 경우 평균 0.1mm~0.4mm 두께로 소재가 적층되면서 육안으로 봤을 때도 미세한 결이 두드러지는 특징이 있습니다.

3.2. SLA 출력물

 SLA 방식은 FDM 방식 다음으로 가장 보편화된 방식 중 하나로 높은 정밀도, 형상 구현에 매우 훌류한 능력을 발휘합니다. 악세서리(ex 귀금속류)와 같은 작고 세밀한 작업이 필요한 제품부터 피규어 등 주로 정밀한 작업을 요구하는 파트에 주로 사용됩니다.

 SLA 방식의 출력 정밀도는 레이저의 성능이 좌우하며 이는 레이저 빛을 통한 광경화성 수지의 적층 가공 방식의 가장 두드러지는 특징 중 하나이며 이러한 제작 방식은 품질에 대한 부분은 매우 우수하지만 내열성, 내구성 등 제품의 성능에 기여하는 요소들은 다소 아쉬운 부분이 있습니다.

3.3. SLS 출력물

 SLS 방식의 가장 큰 특징은 금속 소재의 3D프린팅이 가능하다는 점입니다. 기존의 CNC가공과 같은 제작 방식으로 시제품 제작에 어려움이 발생하는 경우(ex 형상, 수량, 제작 비용, 기간 등) 3D프린팅을 활용하여 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.

 SLS 방식은 분말 소재를 활용하는 제작 방식이기 때문에 제작 방식의 특성상 내부의 채움 및 비움 정도를 조절하는게 어려운 점, 분말 재료 간의 융착 과정에서 발생하는 미세한 틈으로 인해 표면 조도가 저하되는 부분, 다소 아쉬운 정밀도 등이 큰 단점 중 하나입니다. 그러나 기존의 가공 방식에 비해서 구현할 수 있는 형상에 대한 범위가 매우 넓고, 알루미늄(AL), 스테인레스(SUS) 등 다양한 금속소재를 활용하여 다품종 소량생산에 소요되는 비용과 제작 기간을 크게 단축 시킬 수 있으며 내구성 및 내열성 부분도 우수하기 때문에 활용하기에 따라서 좋은 선택이 될 수 있습니다.

3.4. Polyjet 출력물

 마지막으로 3D프린터 종류 중에서 현재 가장 우수하고 뛰어난 퀄리티와 품지, 정밀도를 자랑하는 잉크젯 방식의 3D프린팅 출력 방식입니다.

 별도의 후처리 과정 없이도 프린팅 출력 과정에서 다양한 컬러를 표현할 수 있는 것은 물론 보시다시피 표면 조도가 매우 뛰어나며 높은 정밀도, 다양한 소재를 활용한 부품 제작이 가능하다는 점이 폴리젯 방식의 가장 큰 특징이 아닐까 생각됩니다. 일반적으로 폴리젯 방식은 SLA방식과 잉크젯 프린터의 방식을 결합한 형태로 이해하면 됩니다. 폴리젯 방식은 다양한 소재를 활용하여 제품 생산이 가능하다는 이점으로 국내는 물론 해외 제조 산업에서도 샘플 제작에 많이 적용되고 있으나 장비의 운용 및 유지 보수의 어려움, 높은 가격 등으로 인해서 국내 업계에서는 아직까지 활용도 부분은 FDM과 SLA 방식에 비해서 다소 낮은 편입니다.

4. 마치며

 주식회사 본시스템제는 제품디자인부터 기구 설계, 시제품(목업) 제작, 금형제작, 플라스틱 사출 등 다양한 제조 관련 서비스를 제공 하고 있습니다. 오늘 소개드린 3D프린터 종류 외에도 본시스템즈에서는 제품의 성격에 맞는 다양한 제조 공정들을 활용하여 합리적이고 경제적인 프로토타입 제작에 도움을 드리고 있습니다. 자세한 문의 및 상담은 홈페이지 견적문의란을 통해서 상담을 접수하실 수 있으며 보다 다양한 제작 사례들은 포트폴리오를 통해서 확인하실 수 있습니다.