제조업에서 할용할 수 있는 3D프린터 종류 ..

오랜만에 개발과 관련된 정보로 포스팅을 시작해보려고 합니다. 개발 이야기 카테고리에서는 제품 개발을 진행하는데 도움이 되는 정보를 소개하는 공간입니다. 오늘은 개발 과정에서 제조업에서 시제품을 제작에 활용하면 좋은 대표적인 3D프린터의 종류에 대해서 소개 드립니다.

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3D프린터는 기존의 가공 방식과는 다르게 소재를 쌓아 3차원의 형상을 구현하고 있었고, 적층 가공으로 합니다. 일반적으로 우리가 제품을 가공할 때 사용하는 CNC 같은 기계는 원소재를 깎아 형상을 만든다고 해서 절삭가공이라고 부릅니다. 2개의 제작 공정은 생산 방법으로 이렇게 큰 차이가 발생하기 때문에 장점과 단점이 있습니다. 절삭 가공에 대해서는 다음 기회에 자세히 설명하기로 해서 오늘은 3D프린터에 대해서 계속 이야기 하겠습니다.

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처음에 소개 드릴 3D프린팅 방식은 FDM입니다. 가장 보편화되어 많은 분들이 알고 계시는 3D프린팅 기술이 바로 FDM방식이 아닐까 생각합니다. 3D프린터 하면 가장 먼저 떠오르는 종류이기 때문에 콘텐츠의 품질과 정밀도 소재의 한계 등의 부정적 측면으로 3D프린팅 기술에 대해서 제조업에 활용 가능성을 낮게 보시는 분들도 많지만 현재 국내는 물론 밖에서도 프로토 타입 제작 분야에 SLA방식 다음으로 많이 사용되는 방식입니다.

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FDM방식은 롤 형태로 가공된 플라스틱 등 열 가소성 수지를 아프츄루브에 장착하고 0.1mm~0.4mm까지 다양한 지름의 노즐에서 가열된 소재를 압력 이송합니다. 이때 압출된 소재는 상온에서 급속히 냉각되고 얇은 두께로 1레이어씩 적층 됩니다. FDM 방식이 보편화될 수 있었던 이유는 장비와 소재 가격이 다른 방식에 비해 저렴하고 메커니즘이 단순해 아이부터 어른까지 남녀노소 누구나 쉽게 운용 및 유지보수가 가능하다는 측면에서입니다. 그래서 국내에서는 초기 3D프린터 시장의 대부분이 교육용으로 제작된 보급형 장비 중심의 제품이 출시되었습니다. 그래서 정확도 등 여러가지 문제점이 지적되고 과연 실제 제조 산업에서 활용하는 수준의 퀄리티에 대해서 많은 분들이 부정적인 의견을 내면서 3D프린팅에 대한 대중의 관심은 점차 줄었습니다.

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다양한 3D프린터 종류 중 FDM방식은 정밀도 부분이 많이 떨어지는 것은 사실이지만, 내구성이 뛰어나고, 출력 비용이 다른 제작 방식에 비해서 싸다는 이점에서 가성비는 상당히 높은 편입니다. 하지만 이런 내용도 산업용으로 제작된 전용 장비를 기준으로 하여 이야기하는 것이기 때문에 오픈소스 기반의 보급형으로 제작된 장비는 아무래도 활용성이 상당히 떨어지는 것이 사실입니다. 따라서 시제품보다는 전시모형과 같은 목업제작 분야에서 많이 사용되는 방식이 FDM입니다. 정리하자면 FDM 방식은 타방식에 비해 정확도가 떨어지는 단점이 있지만 내구성과 내열성이 높고 비교적 출력비용이 저렴하다는 장점이 있어 단순한 외관 형상 확인을 위한 시제품 제작이나 목업(모형) 분야에서 활용하기 쉬운 방식입니다.

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다음으로 SLA 방식입니다. SLA방식은 3D프린팅 기술의 시초라 불리는 방법입니다. 일정 파장 이상 빛을 조사하면 액상 상태의 수지가 응고 되어 고체화되는 수지 같은 열 경화성 수지의 특성을 활용하고 레이저나 빔을 수지에 발사하면서 적층 하는 방식으로 3차원의 형상을 구현하는 3D프린팅 기술입니다. 국내에서 초기 3D프린팅 시장에서는 FDM방식에 비해서 훨씬 비싼 장비의 가격과 소재비로 제작 단가가 높아 FDM방식에 비해서 제작 가능한 사이즈에 제한이 많아 주로 귀금속류나 액세서리와 같은 아주 작고 정도가 필요한 제품을 만드는 데 주로 사용되었습니다. 그러나 최근에는 SLA방식의 장비 가격도 크게 낮아졌으며 제작 가능한 사이즈의 한계도 상당히 개선되면서 현재는 FDM방식과 함께 3D프린팅 시장에서 가장 많이 사용되고 있는 제작 기술입니다.

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SLA 방식은 액상 상태의 수지를 고체화하는 만드는 방법을 사용하기 때문에 아무래도 내구성과 내열성 부분은 상당히 떨어집니다. 그러나 레이저광을 조사하여 액상의 수지를 적층하기 때문에, 표면 품질은 물론 정도의 부분이 꽤 우수합니다. 국내 시제품 제작 분야 외에도 피겨 제작 분야에서 많이 사용되고 있는 만큼, 다품종 소량 생산에 가장 적합한 3D프린팅 방식이 아닐까 생각됩니다. 현재는 SLA 방식의 출력비용도 대폭 낮아져 SLA 방식의 활용가치는 앞으로도 커질 것으로 예상됩니다.

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마지막으로 폴리젯 방식입니다. 오늘 소개하는 3D프린터의 종류는 실제로 제조업에서 활용하기 쉬운 3D프린팅 방식입니다. SLS방식도 확실히 활용가치가 있습니다만, 아무래도 정밀도 부분에 대한 문제점이 많아서 오늘의 포스팅에서는 제외했습니다.

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폴리지에쯔 방식은 2001년에 발표된 기술로 SLA 같은 광경 화방식에 잉크젯 방식의 시스템을 적용한 3D프린팅 기술입니다. 원리는 잉크젯 프린터와 비슷하다고 생각하면 됩니다. 압출부에서 분사되는 레진에 UV램프를 이용하여 경화시켜 형상을 실현합니다. 폴리젯 방식의 가장 큰 특징은 색상 표현까지 출력 과정에서 가능하다는 점입니다. 뿐만 아니라 소재의 범위도 상당히 넓어 현재 3D프린팅 산업에 가장 높은 품질로 제품을 제작하는 방식입니다. 퀄리티와 제작 단가를 기준으로 하면, FDM

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오늘은 제조 산업에서 실제로 활용 가능한 3D프린터의 종류에 대해서 소개했습니다. 적합한 제작방법이란 제가 만들고자 하는 제품에 요구되는 사항을 고려했을 때 가장 효율적인 생산방식을 선정해야 합니다. 이러한작업은해당분야에대한전문적인지식과경험이없으면공정선정에어려움이많은데 한가집 팁을 드리면 최소한으로 요구되는 제품의 용도, 소재 특성, 정밀도의 오차 범위 등의 기본적인 내용은 가급적 준비하여 제조사를 조사하는 것을 권장합니다.