3D 프린터란?
3D 프린터(영어: 3d printer)는 3차원 데이터를 기반으로 인쇄된 단면을 적층하여 입체물을 생성하는 장비입니다.
3D 프린터는 ‘열용융 적층 방식(FDM: Fused Deposition Modeling)’, ‘광조형 방식(SLA: Stereolithography)’, ‘분말 소결 적층 조형 방식(SLS: Selective Laser Sintering)’, ‘잉크젯 방식’, ‘잉크젯 분말 적층 방식’으로 나뉜다. 잉크젯 방식」「잉크젯 분말 적층 방식」의 5가지로 크게 나뉩니다.
가정용으로는 ‘열용융 적층 방식’과 ‘광조형 방식’ 두 가지가 많이 사용되고 있습니다.
3D 프린터의 종류별 용도, 원리, 장점
1. 열용융 적층 방식 (FDM: Fused Deposition Modeling)
- 사용 용도
피규어, 모형 등의 제작 - 원리
열가소성 수지를 0.5mm 내외의 미세한 노즐을 통해 열가소성 수지를 토출하여 인쇄하는 방식입니다. - 장점
본체가 저렴
재료가 저렴하기 때문에 저렴한 가격으로 인쇄 가능
일반적인 용도의 3D 프린터로 주류 - 단점
지지재 필요
인쇄 시 발생하는 적층흔으로 인한 조형물의 외관 악화
인쇄 가능한 재료
PLA 수지, ABS 수지 등
2. 광조형 방식 (SLA: Stereolithography)
- 사용 용도
모형 및 무대용 소품 등의 제작 - 원리
광경화되는 액체 수지에 빛을 쬐어 경화시켜 인쇄하는 방식입니다. - 장점
조형 후 가공이 용이하고 투명한 인쇄물 제작 가능 - 단점
인쇄물은 햇빛에 약함
인쇄물 후처리에 시간이 많이 소요됨
인쇄 가능한 재료
에폭시계 수지, 아크릴계 수지 등
3. 분말 소결 적층 조형 방법 (SLS: Selective Laser Sintering)
- 사용 용도
산업기기 부품 및 의료용 임플란트 - 원리
분말 형태의 재료를 선택적으로 가열, 소결시키는 것을 한 층씩 반복하여 인쇄합니다. - 장점
지지체 없이도 대규모의 고강도 구조물을 인쇄할 수 있습니다. - 단점
프린터 본체를 포함한 장비가 고가입니다.
인쇄물의 표면이 거칩니다. - 인쇄 가능한 재료
나일론, 티타늄 등의 금속 재료 등
4. 잉크젯 방식
- 사용 용도
의료용 부품 및 소량 제품 제조 - 원리
자외선 경화성 재료를 마치 일반 프린터로 인쇄하는 것처럼 2차원 상에 배치한 후 자외선을 조사하여 경화시켜 인쇄하는 방식입니다. - 장점
설치가 용이하고 고해상도 인쇄가 가능합니다. - 단점
인쇄물은 깨지기 쉽고 햇빛에 약합니다. - 인쇄 가능한 소재
에폭시 수지, 아크릴 수지, ABS 수지 등
5. 잉크젯 분말 적층 방식
- 사용 용도
의료용 부품 및 소량 제품 제조 - 원리
석고 위에 접착제를 배치하고 경화시켜 인쇄를 합니다. 착색제를 사용하여 컬러로 구조물을 만들 수 있습니다. - 장점
설치가 용이하고 고해상도 인쇄가 가능합니다. - 단점
인쇄물의 강도가 낮습니다 - 인쇄 가능한 재료
석고, 수지, 금속, 모래 등
3D 프린터 사용법
3D 프린터는 수지를 녹여 설계한 구조물을 적층해 나갈 수 있습니다.
준비해야 할 것들과 실제 절차를 설명합니다.
준비해야 할 것들
- 컴퓨터
- 3D 프린터
- 입체적인 CAD 도면을 설계하기 위한 3DCAD 소프트웨어
- 슬라이스 소프트웨어
- 슬라이스 소프트웨어는 3차원 데이터를 공구 경로 데이터로 변환하는 기능을 가지고 있습니다.
- 필라멘트
- 필라멘트는 적층하는 재료로, 3D 프린터의 적층 방식에 따라 종류가 다르지만, 초보자라면 PLA 수지나 ABS 수지 등이 많이 사용됩니다.
3D 프린터로 구조물을 적층하기까지의 절차
1. 구조물을 적층하기 위해서는 3DCAD 소프트웨어를 이용하여 3차원 데이터를 생성합니다.
2. 3D 프린터가 3차원 데이터를 읽을 수 있도록 STL 형식의 데이터로 변환합니다.
3. STL 형식의 데이터를 툴패스 데이터로 변환합니다.
4. 3D 프린터 작동
5. 구조물에 지지재로 용착되어 있는 부재를 제거합니다.
6. 버 등을 표면 처리하여 매끄럽게 마무리합니다.
다룰 수 있는 필라멘트 소재
3D 프린터는 장비의 종류나 재료의 용융 방식 등에 따라 취급할 수 있는 재료에 제한이 있습니다.
예를 들어 수지에 대응하는 3D 프린터라면 일반적인 부드러운 수지부터 단단한 수지까지 취급할 수 있습니다. 그리고 금속에 대응하는 타입이라면 금속 구조물을 적층할 수 있는 등 3D 프린터의 종류에 따라 다양한 재료를 다룰 수 있는 타입도 있습니다.
여기서는 다룰 수 있는 필라멘트의 재료로 수지와 금속을 중심으로 설명하겠습니다.
수지 필라멘트
수지 필라멘트의 종류로 초보자부터 상급자까지 많이 사용되는 수지는 PLA 수지와 ABS 수지가 있습니다.
이 외에도 나일론, 석고, 고무, 에폭시 계열 등이 있습니다.
1. PLA 수지
옥수수 등을 주원료로 하는 폴리락산으로 구성된 재생 재료로 합성된 수지입니다.
2. ABS 수지
아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌으로 구성된 합성수지입니다.
금속 필라멘트
금속 필라멘트의 종류에는 스테인리스, 황동, 티타늄, 백금, 은, 금 등이 있습니다.
이 외에도 특수 소재로 청동이 분말로 함유된 필라멘트 등이 있습니다.