3D프린터의 종류

시대가 발전함에 따라 플라스틱밖에 존재하지 않던 3d printing 기술이 점자 다양해지고 복잡해지고 있다.

이 글은 3D Printer의 대략적인 종류에 대해 설명할 예정이고, 이후 글에서는 FDM(FFF)방식을 중점적으로 설명할 것이다.

1. FDM(Fused Deposition Modeling) : 열가소수성수지 압출 적층 조형 방식

FFF(Fused Filament Fabrication)이라고도 하며, 가장 대중화된 방식으로, 필라멘트(filament)형태의 열가소성 물질을 고온의 노즐 안에서 녹여내어 원하는 부분에 녹인 물질을 밀어내 아래에서부터 위로 적층하여 형상을 만드는 방식임. 강도가 강하고, 습도에 잘 버티는 등의 내구성이 높으며, 필라멘트(Filament)형태의 다양한 소재를 사용할 수 있다. 또한, 구조가 단순하여 다양한 산업 분야에서 적용이 가능하고 특허가 만료되어 가정용으로도 사용 가능하다는 등의 장점이 있다.

하지만, 다른 조형 방식에 비해 출력 속도가 느리며, 출력물의 표면의 퀄리티가 높지 않다.(층이 잘 보일 수 있다)

보우덴 방식과 직결 방식 두 가지가 존재하는데,

▷ 보우덴 방식의 경우, 필라멘트를 압출기로 밀어 올리는 방식이다.

노즐부가 가벼워 고속출력에 유리하지만 압출제어가 직결방식에 비해 성능이 떨어진다.

따라서 리트렉션 제어 과정에서 거미줄 현상이 발생하기 쉽다.

▷ 직결방식의 경우, 필라멘트를 압출기에서 당겨 압출하는 방식이다.

익스트루더가 노즐부에 있어 압출제어가 안정적이며, 리트렉션 제어가 좋다.

익스트루더에 의해 노즐부가 무거워 관성으로 인해 고속출력에 어려움이 있다.

2. SLA(Stereo Lithography Apparatus) : 광경화적층방식

광경화성 액체수지가 담긴 수조에 레이저나 강한 자외선을 조사하여 순간적으로 경화시켜 조형물을 만들어내는 방식이다. 빌딩 플랫폼에 인쇄물이 조형된다. 이 방법은 정밀도가 높으며, 표면 퀄리티가 우수하고 조형속도가 비교적 빠르다.

하지만, 내구성과 내열성이 약하며, 액체상태의 소재를 사용하기에 세척 과정을 요한다.

3. SLS(Selective Laser Sintering) : 선택적 레이저 소결 방식

대량의 분말(플라스틱, 금속, 유리 등)을 레이저로 녹인 뒤 응고시키며 층을 쌓아 만드는 방식이다. 출력이 완료된 후 분말을 잘 털어내면 응고된 조형물만이 남게 되는데, 이 재료로는 금속, 세라믹, 모래, 점토 등 매우 많다.

롤러를 이용해 분말 형태의 재료를 베드에 얇게 깐 후, 레이저로 필요한 부분을 녹이거나 굳히는 방법을 반복한다.

이 방법은 별도의 지지대가 필요없고, 출력 속도가 매우 빠르며, 사용 할 수 있는 재료가 매우 광범위하다. 출력 후의 강도가 좋아 출력이 완료되면 바로 물리적인 운동 수행이 가능할 정도 이며, 정밀도가 매우 높다.

하지만, 장비가 매우 비싸며, 금속 재료 사용시 후처리가 필요하고, 재료가 분말형태로 준비되어야 하기에 기관지에 좋지 않다는 단점이 있다.

4. DLP(Digital Light Processing) : 마스크 투영 이미지 경화 방식

SLA와 아주 비슷한 방식이다. 액체상태의 광경화성 액체수지에 빔프로젝터를 이용해 원하는 모양의 빛을 조사하여 경화시킨다. 자외선 램프와 조광장치를 카메라 플래시 터트리듯 한번에 한층 전체를 경화시킨다.

정밀도와 표면의 퀄리티가 아주 우수하며 작업속도가 균일하고 조형속도가 아주 빠르다는 장점이 있다.

하지만, 원료 선택이 제한적이며 출력물 사이즈가 작고, 장비가 비싸다는 단점이 있다.

5. Polyjet : SLA와 ink jet을 섞은 듯 한 방식이다.

수백개의 노즐에서 플라스틱 수지를 분사와 동시에 자외선 램프를 조사하여 경화해 조형하는 방식이다.

정밀도가 높고 출력속도가 빠르며, 출력물에 다양한 색을 입히는 것이 가능하다는 장점이 있다.

소재의 종류가 한정적이며, 출력물의 강도가 약하고 비용이 비싸다는 단점이 있다.

6. LOM(Laminated Objected Manufacturing) : 적층물 제조 방식

모델링 된 모델의 일정하게 잘려진 단면 모양대로 점착성 재료를 한층한층 만들어서 이들을 붙여 조형하는 방식이다. 재료로는 종이, 플라스틱, 금속판 등이 존재한다.

제조 비용이 저렴하고 컬러로 된 재료를 시용할 경우 컬러 출력도 가능하며 표면 퀄리티가 우수하다는 장점 있다.

하지만, 내구성이 약하고 소재가 한정적이며, 내부를 비우는 형식의 모델링에는 적합하지 않고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.

이들 외에도

EBM(Electron Beam Melting) : 전자빔 소결 방식

DMLS(Direct Metal Laser Sintering) : 직접 금속 레이저 소결 조형 방식

3DP(Three Dimensional Printing) : 분말 분사 방식

SHS(Selective Heat Sintering) : 열가소성 분말 분사 방식

등의 방식이 존재한다.

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