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3D프린팅 어디까지 알아야 할까요?

시제품 제작을 위해 3D프린팅 업체와 상담하다보면, SLS, SLA 등 낯선 용어들이 많이 등장합니다.
3D프린팅 전문가 수준까지는 아니지만, 핵심 내용을 알고 있는 것만으로 많은 것이 달라집니다.
어디까지 알고 있느냐에 따라서, 질문 범위도 넓어지고 괜찮은 업체를 고를 확률이 높아지겠죠?

이번 하드웨어 가이드의 주제는 "3D프린팅 핵심 정리"입니다.
산업에서 사용되는 3D프린팅 출력 방식, 원리, 재료, 장단점까지 핵심만 뽑아서 총 정리해보겠습니다.

다양한 3D프린팅 방식이 있지만, 그 중에서 산업에서 가장 보편적으로 사용되는 SLA, SLS, FDM에 대해 얘기해보려고 합니다.
오늘 설명한 내용을 기반으로 다음 하드웨어 가이드에서는 시제품 제작 목적별로 적합한 3D프린팅 출력 방식을 추천하도록 하겠습니다.
SLA와 SLS는 용어가 헷갈릴 수 있으니, SLA 레진, SLS 파우더라고 구분하겠습니다. 그럼 지금부터 시작해볼까요?

3D프린팅이란?

먼저 3D프린팅이 무엇인지 알아보겠습니다. 한 문장으로 정리하자면 3D모델링 된 데이터를 3D프린터로 출력하여 3차원 물체를 만들어내는 것입니다. 3D프린터는 한층 한층 쌓아서 3차원 형상을 만들어내는 적층제조 방식입니다.

비교적 투입되는 시간과 비용이 효율적이기 때문에 시제품을 제작하는 과정에서 널리 사용되고 있습니다.
참고로 3D프린터가 등장하기 이전에는 전통적인 제조 방식인 CNC를 사용했습니다.
추후 3D프린팅과 CNC 비교하는 하드웨어 가이드도 업로드 예정입니다.

3D프린팅에 가장 자주 사용되는 재료는 플라스틱입니다. 그 외에도 에폭시 레진, 투명 소재, 금속 등을 사용할 수도 있습니다.
현재에도 3D프린팅 재료는 지속적으로 개발되고 있기 때문에 더욱 퀄리티 높은 재료들이 등장할 것으로 예상됩니다.
본격적으로 3D프린팅 출력 방식에 대해 이야기 해보겠습니다.

첫번째, SLS 파우더입니다.

SLS 파우더 방식에 사용되는 재료는 분말 형태입니다.
먼저 얇은 분말 층이 프린트 베드에 도포합니다. 그 다음에 출력 데이터에 맞게 레이저를 쏴 소결시키면서 분말이 굳어지면 단면 한층이 형성됩니다.
이 과정을 반복하면, 단면 한층 한층이 쌓여서 3차원 형상이 만들어지는 것입니다.

재료

SLS 파우더의 주요 재료는 PA, PU 등 내구성이 뛰어난 나일론 계열의 플라스틱입니다.
나일론은 견고하고 유연한 소재이기 때문에 형상이 복잡하고 조립이 필요한 출력물에 적합합니다.
나일론 외에도 금속, 모래, 점토 등 여러가지 재료가 있습니다.

장점
  • ① 정밀도*, 내열성*, 내구성* 우수 → 실제 제품으로 사용 가능
  • ② 출력 속도가 빠르기 때문에 다품종 소량생산 가능
  • ③ 별도의 지지대 즉, 서포터 불필요
  • ④ 프린터 1대로 여러 색을 혼합 출력하는 기술 상용화

이러한 장점들 덕분에 SLS 파우더는 자동차, 기계, 선박 분야에서 활용되고 있습니다.

  • *정밀도: 측정의 정밀함을 나타내는 정도
  • *내열성: 고온에서도 변하지 않고 견디는 성질
  • *내구성: 물질이 원래 상태에서 변질·변형 없이 오래 견디는 성질
단점
  • ① 비교적 높은 비용
  • ② 출력 직후, 표면이 거칠어서 표면 품질 향상을 위해 후처리 필요

두번째, SLA 레진입니다.

SLS 파우더 방식에 사용된 재료가 분말이라면 SLA 레진 방식에 사용된 재료 상태는 액상입니다.
커다란 수조에 가득 들어있는 액상 상태의 레진을 레이저로 굳혀서 한 층씩 단면을 생성해나갑니다

마찬가지로 단면이 형성되면 수조에 잠겨있던 프린터 베드를 미세하게 하강하고 다시 액상 상태의 레진을 레이저로 굳힙니다. 이 과정을 반복하여 3차원 형상이 만들어집니다.

장점
  • ① 높은 정밀도
  • ② 빠른 출력 속도
  • ③ 훌륭한 표면 품질(매끄러움)

이런 장점 때문에 SLA 레진은 의료 기기와 가전 등에 다양하게 사용되고 있습니다.

단점
  • ① 비교적 낮은 내열성·내구성
재료

SLA 레진의 재료는 크게 ① 일반 레진과 ② 투명 레진으로 나뉘어집니다.

  • ① 일반 레진: 아이보리 색깔로 출력이 되어 필요에 따라 도색
  • ② 투명 레진: 반투명하게 출력된 뒤, 후처리를 통해 완전 투명하게 표현 가능

세번째, FDM입니다.

FDM고체 기반의 재료에 열을 가하여 녹인 뒤, 노즐로 겹겹이 쌓아 올리는 방식입니다.
쉽게 표현하자면 도자기를 만들듯 찰흙을 한층 한층 쌓아올리는 방식입니다.
가장 대중화된 프린트 방식으로 가정이나 학교에서 많이 사용되고 있습니다.

장점
  • ① 장비 사용료와 재료비 저렴
  • ② 재료 종류·색상 다양(플라스틱, 초콜릿, 나무 등)
단점
  • ① 느린 출력 속도
  • ② 낮은 정밀도
  • ③ 출력물의 단층이 잘보이는 낮은 표면 품질
    -> 사람 직접 후가공 해야함
재료

FDM에서 많이 사용되는 재료로는 PLA, ABS, TPU가 있습니다.

ABS는 합성소재로 수축이 심하지만 PLA 보다 가볍고 아세톤 훈증이 가능하기 때문에 후가공이 비교적 편리합니다.
아세톤 훈증은 용기에 아세톤을 넣고 베드 위에 출력물을 올린 뒤, 닫아서 훈증을 통해 후처리 하는 방식입니다. (아래 사진 참고 가능)

PLA는 옥수수 전분인 친환경 소재로 수축이 적고 ABS에 비해 무게가 나가는 편이며 표면 후처리를 위한 아세톤 훈증이 불가능합니다.
따라서 PLA는 후처리로사포질을 열심히 해야합니다.

TPU는 유연성과 신축성이 있는 소재로 만져보시면 말랑말랑하고 잘 휘어집니다. (아래 사진 참고 가능)
FDM 소재 중 내열성이 우수하고 내마모성이 좋습니다. 이런 특성들 때문에 TPU는 핸드폰 케이스에 많이 사용되고 있습니다.

ABS 출력물 아세톤 훈증 전후

유연성과 신축성이 있는 TPU

마치며

지금까지 3D프린팅 출력 방식을 총정리해봤습니다. 이 외에도 다양한 출력 방식이나 재료가 있지만, 기본적으로 오늘 말씀드린 내용만 알고 계시면 업체에 3D프린팅 의뢰하거나 직접 시도하실 때, 큰 도움이 될겁니다.
마지막으로 핵심만 정리해보겠습니다!

그래도 헷갈리신다면, 한양3D팩토리에 문의해주세요!
한양3D팩토리는 3D프린팅 뿐만 아니라 개발 컨설팅, 3D모델링, 제품 양산까지 진행하고 있습니다.
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