3D프린터란 무엇일까?

2021년 시작.
1년을 무의미하게 보내기 보다는 무엇을 새롭게 해볼까? 생각하다가 평소 관심 있던 모형제작과 모형제작에 사용되는 기술인 3D프린팅, 절삭가공방식에 대해 더 자세히 알아보고 내가 공부한 지식들을 포스팅하면서 다른 사람들과 공유해봐야겠다는 생각을 했다.
혼자 고민하길 며칠.. 드디어 첫 글을 남겨본다.
첫 포스팅은 당연히 3D프린터의 가장 기본이 되는 것! 3D프린터란 무엇인가에 대해 포스팅해보겠다.

3D프린터란 무엇일까?

3D프린터란 삼차원형상을 구현하기 위한 삼차원 도면을 자동화된 출력장치를 통해 입체화하는 활동을 말하는 것으로 3D도면을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 기계를 뜻하며 종이에 글자를 인쇄하는 기존 프린터와 유사하다.
다만 기존 프린터는 2차원 자료를 인쇄하지만 3D프린터는 3차원 모델링 파일을 출력 소스로 활용한다는 것이 다르고, 무엇보다 삼차원프린터는 적층가공방식으로 형상을 만든다는 것이 가장 주목할 점이라고 할 수 있다.

적층가공방식은 형상을 만들기 위해서 아래부터 위로 한 층씩 쌓아간다는 의미로 ‘쾌속조형기’라고 불리기도 하며 AM(Additive Manufacturing), RP(Rapid Prototyping)이라고 불리고 있다.
이 기술은 미국 버락 오바마 대통령이 2013년 초 국정 연설 당시 “3D프린팅이 기존 제조방식에 혁명을 가져올 잠재력을 가지고 있다.”고 언급하면서 많은 사람들이 관심을 가지게 되었고, 국내에서도 관심을 가지는 사람들이 많아지면서 발전하게 되었다.

3D프린팅이란 무엇일까?

매번 들을 때마다 3D Printer와 3D Printing을 헷갈려하는 사람이 많은데 3D프린터와 3D프린팅은 같은 뜻일까? 아니면 다른 의미를 가지고 있는걸까?
두 가지 단어는 조금의 차이를 가지고 있는데 3D프린터는 말 그대로 프린터 장비를 말하는 것이고, 3D프린팅은 인쇄하는 과정을 말한다.

3D프린터의 시초는 RP라고 불리는 프린팅 기술이었는데 1981년 일본 나고야 시공업 연구소의 고다마 히데오 박사에 의해 특허 출원되었지만, 특허 등록 기한인 1년 안에 설명서를 기재하지 못했기에 무산되며 특허권은 1983년 3D시스템의 공동창업자 찰스 힐(Chales Whull)에게로 넘어가게 되었다.

그 후 1986년 SLA장비로 첫 번째 특허를 얻게 되며 3D시스템을 설립하고 2년 뒤부터 세계 최초로 상용화되었고, SLS방식은 1987년 미국 오스틴의 텍사스 대학의 학생이었던 Carl Deckard가 Joe Beaman교수의 도움을 받아 1989년에 특허를 받았으며 이후 DTM 사가 상용화 하였으며 현재는 3D system사에 합병되었다.

FDM방식은 1989년 특허 출원이 되었는데 이 방식은 스콧 크럼프(Scott Crump)가 자녀의 장난감을 만들어주다가 아이디어를 얻어 개발하게 되어 특허를 취득하였으며 이후 스타라타시스(stratasys)를 설립해 1991년 최초로 상용화 되었으며 현재 이 기업은 세계 1위의 3D프린터 제조업체가 되었다.
개발이 되고 이때까지만 해도 3D프린터는 주로 산업용으로만 사용되었지만 FDM의 특허가 만료되며 가정용 프린터가 판매된 것은 2009년부터 시작되었습니다.

다양한 3D프린터 방식들을 보면서 당연히 FDM방식이 제일 처음 개발되었을거라고 생각했는데 생각보다 SLA방식이 최초의 3D프린터라는 것에 새삼 놀랬다.

왜 사람들은 3D프린터를 찾는걸까? 어떤 장단점을 가지고 있기에..!!!

3D프린터의 장단점을 알아보자

3D프린터의 최대 장점은 소재 낭비가 적어 제작 비용을 줄일 수 있고, 시간을 아낄 수 있으며 어떤 형상이라도 제작 가능하다는 것! 이게 가장 큰 장점이 아닐까 싶은데 장단점에 대해 자세히 알아보자.

<3D프린터 장점>

1. 다품종 소량생산
   3D프린터는 소량생산에 적합하기 때문에 시제품제작 시 1, 2개의 제품도 저렴하게 제작 가능하며 3D데이터만 있다면 다양한 종류의 제품을 쉽게 출력할 수 있음.

2. 형상이 복잡한 제품도 제작 가능하다.
   기존 가공방식은 Tool이 닿는 곳까지만 가공이 가능하기 때문에 형상이 복잡하거나 어려운 구조는 가공이 안 되는 경우도 있지만 3D프린터는 한층 한층 쌓아 올려 형상을 제작하기 때문에 형상에 대한 제한이 없음.

3. 빠른 속도와 용이성으로 시간을 단축시킬 수 있다.
   특별한 금형없이 제품을 제작할 수 있기 때문에 설계변경도 쉽고, 제작 또한 간단함

4. 소재 낭비가 적다.
   일반적으로 절삭가공의 경우 커다란 덩어리를 깎아서 형상을 만들기 때문에 소재의 낭비가 크지만 RP는 적층가공방식으로 소재를 녹여 한층 한층 쌓아올려 형상을 만들기 때문에 불필요한 소재 낭비를 줄일 수 있음.
   

<3D프린터 단점>

1. 대량생산에 적합하지 않다.
   3D프린터는 다품종 소량생산에 적합하기 때문에 대량생산에는 적합하지 않고, 수량이 많아질수록 비용이 비싸지며 시간 또한 오래 걸림.
   그래서 대량생산의 경우 기존 가공방식이 더 적합하다고 할 수 있고, 그 이유는 일반 가공은 수량이 많아질수록 단가가 저렴해지기 때문이다.

2. 색상과 재료가 한정적이다.
   소재가 많이 개발되어 현재는 종류가 많이 늘긴 했지만 그래도 아직까지는 색상과 소재에는 한계가 있음.

3. 정밀도가 낮다.
   기존 가공방식에 비해 정밀도가 낮은 편으로 초기 개발단계보다는 확실히 현재는 정밀도가 많이 좋아지긴 했지만 아직까지는 기존 가공방식의 퀄리티가 더 높음.

4. 강도과 내구성이 제한적이다.
   이 기술은 적층 가공 방식으로 이 공정 방식으로 인해 부품 강도가 균일하지 않아 기존 가공방식으로 제작된 것보다 약한 경우가 많으며 잘 깨지거나 형상의 변형이 오기도 함.
   
   지금까지 3D프린터란 무엇인지에 대해 알아보고 특징들을 알아보았는데 여러 장단점이 있어 시제품이나 샘플 제작 시 사용용도와 목적에 따라 사용하면 좋을 것 같다.
   FDM방식 외에 다른 방식의 장비들은 매우 고가이기 때문에 사용할 수 없다고 생각할수도 있지만 현재는 대행 업체들이 많이 생겨서 3D프린터 출력서비스를 전문적으로 하고 있기 때문에 학생, 직장인 상관없이 기본적인 자료만 있으면 쉽게 제작할 수 있다.

자료 출처 : https://damandler.tistory.com/