3D프린팅 과정 알아보기

3D프린터와 3D Printing의 차이는 전자는 기기 자체를 말하는 것이고, 후자는 출력 과정 전체를 말하는데 앞서 포스팅한 것처럼 3D프린터의 종류는 다양하지만 전체적인 3D프린팅 과정은 같다.
지금부터 그 모든 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.
보통 3D프린팅 과정은 3D모델링 or 역설계 – 슬라이싱 – 3D프린팅 – 후가공 및 도색 순으로 진행된다.
지금부터 단계별로 알아보도록 하자.

1. 3D모델링 or 역설계

• 3d프린팅의 가장 첫 단계는 무엇을 만들 것인지, 어떤 아이디어를 구현할 것인지, 아니면 기존에 있는 제품을 고치기 위한 시제품 제작인지, 아니면 인터넷에 모델링이 되어 있는 파일을 다운로드 받을 것인지 등등 계획이 있어야 한다.

무엇을 만들지 생각했다면 3d데이터를 만드는데 3D모델링 과정에서는 컴퓨터 그래픽 설계 프로그램을 이용해서 출력하고자 하는 물체의 모양을 3차원으로 만들게 되며 모델링 프로그램을 활용해서 직접 3D데이터를 만드는 경우가 일반적이지만 기존의 물체를 3D스캐너로 스캔해서 데이터를 얻는 방법도 있다.

3D모델링에도 여러 방식이 있는데 넙스(nursb), 폴리곤(Polygon), 솔리드(Solid) 와이어프레임(Wireframe) 방식이 있다.
설계 시 많이 사용하는 프로그램은 카티아, 오토캐드, 라이노, 3D max, 스케치업, 123d디자인, fusion360 등 아주 다양한데 이 프로그램들은 각자 특화되어 있는 분야들이 있기 때문에 그에 적합한 프로그램을 사용하게 된다.

2. 슬라이싱

모델링 작업이 끝나면 출력하기 전에 슬라이서(Slicer)라 불리는 프로그램을 통해 장비가 이해할 수 있는 파일 형식으로 바꾸어줘야 하는데 여기서 말하는 3D프린터가 이해할 수 있는 파일 확장자를 g-code라고 한다.
이 확장자로 변환하기 위해서는 STL 파일이 필요하다.

슬라이싱 프로그램에서는 출력할 때 필요한 설정값을 설정할 수 있는데 서포트 위치나 두께, 층 높이, 첫 번째 레이어 높이, 선의 두께, 벽 선 너비, 바깥 선 선폭, 내부 벽 선 너비, 상단/하단 라인 폭, 내부 채움 등등 보다 나은 출력물을 얻기 위해 여러 가지 설정값들을 맞춰 지코드로 변환하고 슬라이싱 프로그램을 통해서 STL파일을 불러 3D프린터가 한 층씩 쌓을 수 있도록 한 층씩 잘라주는 작업으로 지코드를 생성했다면 다음 단계로 넘어간다.

G-code 지코드란?

• 3D디자인 된 물체를 제일 밑바닥부터 꼭대기까지 가로 방향으로 잘라주는데 이 한 개의 절단면을 만들기 위해서 프린터 헤드가 어떤 경로로 움직일지 계산하는데 이 계산된 값을 16진수의 숫자 코드로 바꾸게 되는데 이 값을 지코드라고 한다.
  이는 출력 전에 거치게 되는 슬라이싱 작업을 위한 파일로 모델링 프로그램들이 다양해서 너무 많다 보니 이 모든 파일을 해석할 수 없기 때문에 STL이라는 파일 형식으로 통일하자고 정했다고 한다.

3. 3D프린팅

3D프린팅 과정 중 가장 메인이 되는 작업인 출력!!
슬라이싱 프로그램으로 만든 지코드 파일을 프린터에 넣고 출력 실행을 하면 g-code파일에 저장된 프로그램에 따라 3D프린터가 움직이며 출력하게 되고, 모형이 똑같은 출력물이라도 레이어의 두께나 채움 정도 등의 세팅값에 따라 출력시간과 출력물의 품질은 큰 차이를 보이며 프린팅 시간은 출력 방식과 크기, 형상에 따라 최소 몇 시간에도 길게는 며칠까지 소요된다.

출력할 때는 소재와 노하우에 따라 부가적인 재료를 사용하기도 하는데 FDM방식으로 ABS소재를 출력할 때 이 소재의 특성상 수축 때문에 베드에 열을 가하더라도 바닥과 출력물이 뜰 수 있다.
그 때는 아세톤을 베드 유리에 바른 상태에서 출력하거나 아니면 물엿을 발라서 출력 후 씻어주는 등 사용자만의 노하우들이 조금씩 생겨나고 있다.

4. 후가공 및 도색

후가공은 제작된 작품의 완성도를 높이기 위해 필요한 작업으로 출력이 완료되면 출력물의 지지를 위해 함께 출력했던 서포터나 Brim, Raft등 주변에 붙어 있는 찌꺼기나 부산물 같은 불필요한 부분을 제거해야 하는데 이 과정인 서포트 제거, 표면 연마, 도색작업 등을 말하며 실제 제품을 사용하기 전 정리하는 대부분 모든 작업을 말한다.

출력 직후에 출력물의 상단이 경화되지 않은 상태에서 만지게 되면 출력물이 변형되기 때문에 반드시 제대로 굳었는지 확인하고, 주의해야 하며 출력물의 표면을 사포와 같은 샌딩도구를 사용해서 매끄럽게 처리한 후에 도색 및 조립을 통해 최종 결과물로 완성한다.

목업이나 전시모형 같이 후가공이 많이 필요한 출력물일 경우에는 샌딩작업이 잘 되는 ABS 소재를 사용하는 것이 좋고, 후가공 시에는 장갑, 방진복, 마스크 등 보호구를 착용하고 작업을 하는 것이 중요하니 반드시 참고할 것!!!!

지금까지 3d프린팅 과정에 대해 포스팅해보았는데 설계부분도 까다롭지만 저는 후가공할 때가 가장 번거롭고 손이 많이 가서 힘들다.
표면 정리를 할 때는 샌딩, 퍼티, 서페이스 작업을 계속해서 반복해야 하는데 이 샌딩작업이 만만치 않은 힘든 작업이라 출력물의 크기가 클 때는 다 표면정리를 끝내고 나면 팔이 다 모이고ㅠㅠ막노동이 따로 없다.
최근에는 3D프린터 출력 대행 업체들이 많이 생겨서 이러한 작업들을 대신 해주기 때문에 많이 편리해졌으니 작업 시 참고하길 바란다.