3D프린팅의 기본 인쇄방식 'FDM, SLA 프린팅 방식'

 

3D프린팅의 기본 인쇄방식 'FDM, SLA 프린팅 방식'에 대해서 자세하게 알아보도록 하겠다.

3D프린터의 개념과 발전 역사에 대해서 앞에서 내용을 다뤄왔다. 이를 이해한 다음에는 이 기계가 어떻게 작동하고 어떤 원리와 방식으로 움직이는지에 대해서 자연스럽게 궁금증이 생기게 된다.

따라서 이번에는 3D프린팅의 기본 인쇄방식 (FDM, SLA)는 어떤 방법으로 출력이 되는지에 대해서 기본적인 개념부터 작동 방법과 결과까지 살펴보도록 하겠다.

 

3D프린트의 출력방식 FDM

3D프린트의 출력방식 FDM은 가장 기본적이고, 많이 사용되는 출력방식이다. 여러 가지 3D프린팅 방식 중에서 가장 기본적인 3D 프린팅의 출력 방식인 FDM은 어떤 방식으로 출력이 되는지에 대해서 설명하겠다. FDM 방식은 용융 적층 모델링으로, 뜨거운 노즐을 통해 원료를 녹여 압출하는 방식을 가리킨다. 이 용어는 스트라타시스사에 상표권이 있으므로, 렙랩에서는 법적 분쟁을 막기 위해 FFF방식이라는 용어를 사용한다. 이 두 가지 용어는 같은 방식을 뜻한다. FFF방식의 작동방식은 글루건과 비슷하다. FFF방식에서는 열가소성, 즉 열을 가하면 부드럽게 변하는 수지를 실 형태로 가공해 사용하는 이를 필라멘트라고 한다. 공급장치에 의해 노즐로 전달된 필라멘트는 여기서 얇게 녹여져 사출 된다. 이때 노즐이 부착되어 있는 가열 장치를 핫엔드 또는 프린터 헤드라고 하고 공급장치는 콜드엔드라고 하며 이들을 모두 합해 익스트루더라고 한다. 노즐이 2차원으로 움직이면 사출 되는 재료로 하나의 평면 그림, 즉 레이어를 베드 위에 그릴 수 있다. 3차원적인 형상을 만들기 위해서는 그 위에 새로운 레이어를 쌓아야 하고 이를 위해 프린터 헤드를 올리거나 베드를 내린다. 이러한 과정을 반복하여 원하는 형상을 얻는 것이 FFF방식이다. FFF방식은 개인 사용자에게 가장 적합한 3D프린팅 방식으로 평가되고 있다. 무엇보다 가장 큰 장점은 쉽다는 점으로 다른 방식에 비해 작동 원리를 이해하기 쉽고, 사용법도 간단하다. 별도의 보호 장비나 가공 장비가 필요한 다른 방식과는 달리 초보자도 쉽게 다룰 수 있다. 특히 특허권이 만료된 기술로 3D프린팅 방식 중에서는 가장 널리 보급된 방식이기도 하다. 2011년 조사에 의하면 3D프린터 중 70% 이상의 모델이 이방식을 채용하고 있다. 물론 작동 방식이 단순하다는 것만큼 한계가 있다는 뜻이기도 하다. FFF방식은 3D프린팅 산업에서 기본적인 방식으로도 통하는데, 이는 출력시간이 오래 걸리며 정밀도가 떨어질 수 있다.

 

3D프린트의 출력방식 SLA

다음으로 SLA방식을 알아보도록 하자. SLA방식, 즉 광경화성 수지 조형방식은 가장 오래된 3D프린팅 방식이다. 1984년 '척헐'이 특허를 낸 등록상표이나, 모든 광경화성 수지 조형방식에 일반적으로 사용하는 용어이기도 하다. 소재로는 레진이라고 부르는 액상의 광경화성 수지, 포토폴리머를 사용한다. SLA 방식의 작동원리는 다음과 같다. 레진이 담겨있는 수조에 프린트베드가 잠겨있고, 그위로 UV, 자외선 레이저를 쏜다. 레이저가 레진에 닿으면 광경화 작용에 의해 레진이 굳어지며 레이어가 만들어진다. 레이저의 방향은 반사경을 이용한 스캔 시스템으로 조절할 수 있다. 레이어가 완성되면 베드가 하강하고 레진이 그 위에 균등하게 도포될 수 있도록 추가로 공급된다. 이러한 과정을 반복하면서 형상이 완성되며 레진의 소재에 따라 추가로 세척과 경화 작업이 필요한 경우도 있다. SLA방식은 정밀도가 높다는 것이 가장 큰 장점이다. FFF방식에서 가장 정밀한 노즐은 직경이 0.2mm지만 레이저는 그것보다 훨씬 얇게 가공할 수 있기 때문에 정밀도를 크게 높일 수 있다. 출력 표면의 상태도 우수하다. 가동되는 기계적인 부분은 수직축 하나뿐이기 때문에 고장 날 염려도 적다. 참고로 SLA방식의 특허는 2014년에 만료된 바 있으며, 이에 따라 SLA방식이 FFF방식처럼 대중적으로 보급될 수 있을지 귀추가 주목되고 있다. 다만, 현재시점에서 볼 때 SLA방식 프린터는 개인용으로 상당히 부적합하다. 아직까지 기계나 재료의 가격이 비싼 것이 큰 장애물이다. SLA방식은 레진도포 기술과 스캔미러 시스템의 제작이 까다롭기 때문에 아직 DIY키트가 충분히 보급되지 않았다. 다행히 2016년 기준으로 SLA방식 프린터의 완제품 가격은 고성능 FFF방식 프린터와 큰 차이가 없는 수준까지 떨어졌다. 하지만 소재로 사용하는 레진의 가격은 여전히 인하될 기미가 보이지 않는다. 게다가 레진은 보관이 어려운 데다 악취가 심하고 심지어 유해하기까지 하다. 레진을 취급할 때는 충분히 주의를 기울여야 한다. 경화된 후의 출력물은 그다지 유해하지 않지만, 출력물 표면에 액체상태로 남은 레진은 독성물질이기 때문이다. 따라서 SLA방식의 프린터는 환기가 잘되는 곳에서 사용해야 하며 레진을 취급할 때는 방독마스크와 니트를 보호 장갑을 착용해야 한다.