출력방식의 이해

인류가 기계를 사용한 이후 제품을 제작한다고 하는 것은 당연하게 절삭가공 과정에 의해 제작된 금형이나 사출, 주물 등의 방식으로 상품을 생산하는 것이 일반적인 추세였다. 그러나 기계가공으로 한계가 있는 제품이나 시제품에 대한 급속모형제작(RP) 기술이 1988년 발 명되어 현재까지 발전하여 왔으며 오늘날 제4차 산업혁명시대에는 3D프린팅 산업의 기반기술인 신 속조형기술(AM)로 발전하고 있다. 최근에는 금속류, 플라스틱류, 바이오 등 모든 분야에 적용되고 있으며 급속도로 발전하고 있는 추세이다.

최근까지 3D 물체를 제작하는 방법은 대부분이 선반, 밀링과 CNC 등을 이용한 절삭가공(Sub tractive Manufacturing)으로 만들었다. 절삭가공은 만들고자 하는 물체보다 큰 부피를 갖는 소재를 자르고 깎아서 물체의 형상을 만들었다. 그러나 3D프린터는 이와 반대되는 개념인 적층가공 Auditive Manufacturing)으로 3D모델을 형상화시킨다. 이런 방법은 적층가공 또는 3D프린팅으로 불리기 이전에는 CAD(Computer Aided Design)프로그램으로 설계된 디지털 데이터를 레이저 또는 접착제와 파 우더 재료를 사용하여 재료를 적층하여 3D모델을 신속 조형하는 기술을 의미하는 RP(Rapid Pro totyping)로 불렸다.
적층가공이란 3D모델을 형상화하기 위해 일정한 높이를 갖는 춤을 첫번째층에서 마지막 층까지를 적층하여 형상화한다.적층가공, 3D프린팅 또는 RP(신속조형) 용어들 중에 적층가공이 공식적인 용어이지만 대중적으로 3D 프린팅이 더 많이 사용된다.

최초의 3D프린팅 기술은 1981년 Nagoya Industrial Research Institute의 히데오 코다마(Hideo Kodama)가 처음으로 인쇄된 3D 물체를 개발하였으나, 이를 시스템으로 처음 구현한 사람은 UV코팅과 잉크 경화용 애플리케이션을 개발하는 일을 하던 미국의 찰스 헐(Charles Hull)로 광경화성수지와 이것을 경화시키는 방법을 활용하여 한 층씩 경화시키면서 쌓아 올리는 적층가공법을 고안 하여 1984년 '입체인쇄술(Stereolithography, SLA)을 이용한 3D 물체를 만드는 장치'라는 제목으로 특허를 출원하여 1986년에 등록되었다. 그는 1986년 3D SYSTEMS를 설립하고 3D프린터를 상품 화하였다. 특허가 만료된 2006년 이후 다른 회사에서도 이 방식을 이용하는 제품을 출시하였다.
1988년 열가소성 수지 필라멘트를 용융하여 적층하는 방식, FDM(Fused Deposition Modeling)을 스 코트 크럼프(Scott Crump)가 개발하여 1989년에 Stratasys를 설립하였다. 관련 지적재산은 1989년 에 3D 물체를 만드는 방법과 장치라는 제목으로 출원하여 1992년에 등록되었다. 이 방식을 통상 FDM이라고 부르지만 이것은 Stratasys사의 상표이고 다른 용어로는 FFF(Fused Filament Fabrication) 라고 한다.

3D프린터의 대중화의 기틀은 2004년 2월에 영국의 바스대학(Mechanical Engineering Departient. Bath University)의 기계 공학과 아드리안 보이어(Adrian Bowyer) 교수에 의해 시작된 렙랩(RepRap) 프 로젝트가 핵심적인 역할을 하였다. 렙랩 프로젝트는 3D프린터 복제 프로젝트로 자신을 복재 할 수 있도록 설계하여 개인이나 단체가 무료로 그 모델(부품)과 소프트웨어를 사용할 수 있도록 GNU(General Public License)의 오픈소스를 무료로 배포하였다. 렙랩 프로젝트로 만들어진 3D프린 터는 2007년 다윈(Darwin), 멘델(Mendel, 2009), 프루사 멘델(Prusa Mendel, 2010), 프루사i3(Prusa3 2013), DeltaBot 등이 있으며, 이를 바탕으로 상업화 모델을 만들어 판매하는 대표적인 업체는 메이커봇(Makerbot(2009))과 얼티메이커(Ultimaker(2011))가 있다.3D프린팅 기술은 대중에게 잘 알려져 있는 기술이 아니었으나 미국의 버락 오바마 대통령이 2013년 국정연설에서 미국 제조업을 부흥시키는 방법론으로 3D프린터를 언급하면서 전 세계적인 이슈가 되었고, 또한 유수의 기관들이 미래유망기술 혁신기술 등으로 발표하면서 관심이 고조되 었다. 최근에는 제조업은 물론 4차 산업혁명 관련 산업과 연관된 스마트팩토리 등에 필수적 요소 가 되면서 각국 정부의 지원으로 3D 프린팅의 성장에 활력을 불어넣고 있다.