3D프린팅의 방식

일반적으로 3D프린팅이라는 용어를 적층가공과 같은 의미로 쓰이지만 실제로 층을 만드는 과정은 사용하는 재료와 기술에 따라 다르다. 2010년에 ASTM(American Society for Testing and Materials)은 적층가공기술을 7개의 카테고리로 분류하여, "ASTM F42 - Additive Manufacturing" 표준을 제정하였다. ISO/TC(국제표준화기구 전문위원회)에서도 3D프린팅 기술 분류를 기술하고 있다.

 

1) VAT Photopolymerization (수지 광중합)
수조와 같은 용기에 담겨진 액체 광경화성 수지를 자외선(UV) 레이저 또는 빛을 사용하여 선택적으로 경화시켜 적층하는 방식으로 모델을 조형한다. 사용되는 재료는 자외선에 경화되는 액체의 고분자 수지들로 polypropylene-like, ABS-like, PC-like 또는 내구성이 우수한 재료들이 있으며 만들고자 하는 모델의 기능을 고려하여 재료를 선택하여 사용한다.
여기에 속하는 기술들은 SLA(Stereophotography), DLP(Direct Light Process) 그리고 최근에 3D프린팅 속도를 혁신적으로 발전시킨 CLIP(Continuous Liquid Interface Production)이 있다.
SLA 방식은 UV레이저를 사용하여 광경화성 수지의 표면에 조사하여 수지를 경화시켜 한 층을 조형한 후 빌드 플랫폼을 정해진 높이만큼 수면 아래로 이동시키고 새로운 층을 조형하는 과정을 반복하며 모델을 조형한다. 특성상 빌드 플랫폼에 처음부터 모델을 조형하면 프린팅 완료 후에 완성된 조형물을 떼어 내는데 어려움이 있기 때문에 플랫폼에서 일정 높이까지는 먼저 래프팅(Rafting) 한 후에 모델을 조형한다. 조형하는 모델의 구조상 지지대가 필요한 경우에는 사용하는 동일 액체 재료로 지지대를 조형한다.

 

2) Material Jetting(재료 분사)
2D 잉크젯 프린터처럼 액체 재료를 빌드 플랫폼에 선택적으로 분사하며 UV광으로 경화시켜 물체를 조형하는 방식이다. 최소한 두개의 재료를 사용하는데 하나는 모델을 조형하는 재료(Polypropylene, HDPE, PS, PMMA, PC, ABS, HIPS, EDP)이며, 다른 하나는 지지대 를 만드는 데 사용하는 재료를 사용한다. 지지대로 사용되는 재료는 열을 가해 제거할 수 있는 와스(Wax) 또는 물에 용해되는 폴리올(Polyol)을 사용한다.
Material Jetting 방식의 Polyjet, Multi-jet 프린터의 대표적인 제조사는 Objet, 3D systems와 Stratasys가 있다. Objet사는 2012년 12월에 Stratasys와 합병되었다.최근에는 여러 재료를 복합적으로 사용하여 구현하고자 하는 모델에 원하는 물리적 특성과 full color를 구현하여 더욱 실질적인 시제품을 만들 수 있는 3D프린터도 상용화되었다.

 

3) Binder Jetting(접착제 분사)

인쇄 플랫폼에 일정한 높이의 파우더 재료층을 만들고, 액상 접착제를 선택적으로 분사하여 재료를 접착시켜 모델을 조형하는 방식이다. 사용되는 재료는 파우더로 금속, 고분 자, 세라믹 등을 사용한다. 피규어 제작에 사용되는 프린터는 접착제와 잉크를 선택적으로 분사하여 프린팅한다. BJ 방식의 3D컬러 프린터가 있다(Zcorp-Designmate). 이 기술에 속하는 프린터의 제조사는 3DSystems, Zcorp(2012년 1월 3DSystems사에 합병), Voxeljet, ExOne, EOS 등이 있다. 3D프린터로 산업용 제품을 제작하고. 모래를 재료로 사용하여 주물용 사형을 만들기도한다.

 

4) Material Extrusion(재료 압출)
열에 용융되는 재료를 노즐을 통해 선택적으로 압출하여 적층하는 방식으로 모델을 조형한다. 일반적으로 FFF(Fused Filament Fabrication)으로 불리는데 더 친숙하게는 Stratasys의 상표인 FDM( Fused Deposition Modeling)으로 잘 알려져 있다. 가정용 또는 취미용으로 사용하는 데스크탑형의 저가의 3D프린터에 적용되는 일반적인 기술이다. 재료는 한 종류 또는 여러 종류를 복합 또는 개별적으로 사용할 수 있어 지지대 재료로 물에 녹는 Polyol을 사용할 수 있다. 사용되는 재료는 열가 소성 고분자, ABS, Nylon, PC, PLA 등과 다른 재료들을 조합한 복합제품들이 있다.이 방식의 프린터 제조사는 Stratasys, 3D Systems, Makerbot, Ultimaker 등이 있다.