3D 프린터 기술을 점점 발달해 인공 장기를 만드는 기술도 있다고 하는데요. 3D 바이오 프린팅 기술이라고 하던데 영상을 찾아봐도 도무지 머리로 받아들여지지 않아서 최신 기술에서 조금 거리감을 느꼈답니다. 그래서 먼저 3D 프린팅 기술에 대한 기본적인 정보부터 이해하면 좋을 것 같아서 이렇게 글을 준비해봤어요. 3D 프린팅 기술은 무엇이고 어떤 원리를 이용해 제작되는지, 출력 방식의 종류엔 무엇이 있는지 등을 함께 알아보겠습니다.
[3D 프린터란?]
사무실이나 학교에서 프린터는 필수품이죠. 문서나 이미지를 종이 위에 그대로 인쇄하는 작업으로 컴퓨터 속의 장면이 평면 이미지가 되어 나옵니다. 일반적인 프린터는 2D라고 할 수 있어요. 하지만 3D 프린터란 입체 도면을 입체 형상으로 인쇄하는 방식입니다. 얇은 종이에 인쇄하는 2D 프린터보다 크기가 크며 대형 프린터를 이용하면 대형 인쇄물을 인쇄할 수 있습니다.
[3D 프린팅 원리와 특징]
3D 프린팅은 적층 원리를 이용해 만들어집니다. 아래에서부터 층을 하나하나 쌓아 올리면서 모양을 만들어 갑니다. 3D 프린팅 방식의 대표적인 특징은 소량 생산에 최적화된 방법이라는 점입니다. 한 층씩 쌓아 하나의 제품을 만들고 또 다른 3D 파일을 이용하면 또 다른 제품을 제작할 수 있는데요. 다품종 소량 생산 방식의 대표 사례로 손꼽히기도 합니다. 다품종 소량 생산 방식은 샘플 제작이나 테스트 용도로 사용됩니다.
[3D 프린팅 종류]
3D 프린팅 방식에도 종류가 다양합니다. 각 방식에 대한 설명과 특징을 함께 보여드리겠습니다. 인쇄 방식으로 구분하는데 많이 알려진 것들을 위주로 추리자면 FDM, SLA, SLS가 있습니다.
용해 적층 방식 FDM
FDM 방식은 Fused Deposition Modeling 방식으로 용해 적층방식이라고 불립니다. 실제 현장에서는 이름 그대로 FDM이라고 부릅니다. 열가소성 플라스틱을 고온의 노즐에서 녹여 압출하는 방식으로 개인용 3D 프린터에서 자주 보이는 상용화된 기술입니다. 노즐을 비교적 자유롭게 움직일 수 있고 조작이 간편하다는 특징이 개인용으로도 많이 쓰이는 이유가 아닐까 하는데요. 하지만 출력 속도가 느리고 표면이 거칠게 표현되어 정밀도가 떨어진다는 아쉬움도 있습니다. 정밀도가 중요하지 않은 샘플 제작이라면 저렴한 비용으로 제작 가능한 FDM 프린팅 방식을 많이 사용한답니다.
FDM 방식의 장점
- 간편한 조작
- 자유로운 노즐 컨트롤
- 저렴한 제작 비용
FDM 방식의 단점
- 낮은 정밀도
- 거친 표면
- 느린 출력 속도
광경화수지 조형 방식 SLA
SLA 방식은 Stereolithography의 약어로 광경화성 수지 조형방식입니다. FDM처럼 단어의 조합을 기대했는데 하나의 긴 단어가 나와서 조금 당황스럽네요. 액상 레진에 자외선을 이용해 모양을 굳히는 방식으로 빛을 이용해 조형하기 때문에 광경화성 조형방식이라고 불립니다. 비슷하게 빛을 이용해 액상 수지를 굳히는 방식으로는 DLP, CLIP이 있는데요. SLA가 가장 오래된 3D 프린팅 방식으로 이들 중 가장 흔하게 사용된다고 할 수 있습니다. 복잡한 구조의 부품을 만들 수 있으며 높은 정밀도를 가집니다. 미세하게 표현되어야 하는 영역이 있는 형상이라면 SLA 방식을 이용합니다. 투명한 재료로 출력할 수 있는 방식입니다.
SLA 방식의 장점
- 높은 정밀도
- 복잡한 구조 인쇄
SLA 방식의 단점
- 제한된 원료
- 높은 가격
선택적 레이저 소결 방식 SLS
마지막으로 소개하는 SLS 방식은 Selective Laser Sintering으로 선택적 레이저 소결 방식입니다. 분말을 얇게 깔고 레이저를 이용해 선택적으로 모양을 굳히는 방식입니다. 레이저에 노출된 분말은 단단하게 굳고 레이저가 닿지 않은 분말은 원상태를 그대로 유지해 출력 작업이 끝난 후 다시 사용할 수 있습니다. 한번에 많은 부품을 출력할 수 있어서 높은 생산성을 자랑하는 방식입니다.
3D 프린팅 작업에는 서포터라는 지지대가 형성이 되는 경우가 많은데 SLS 방식은 전체적으로 파우더가 깔려서 서포터가 필요 없습니다. 하지만 굳은 출력물에 가루가 묻기 때문에 표면조도가 높은 방식은 아닙니다. 후가공을 통해 보완할 수 있습니다.
SLS 방식의 장점
- 높은 강도
- 우수한 정밀도
- 높은 생산성
SLS 방식의 단점
- 거친 표면
이 밖에도 소재별, 고정 방식별 다양한 3D 프린터 종류가 있습니다. 앞으로도 3D 프린팅 기술은 점점 다양해질 것 같아요. 3D 디자인물을 실물로 소량 샘플을 만들어야 한다면 출력 방식을 이용해보는 것은 어떨까요?
