3D프린터는 어떤 원리로 동작할까?

3D프린터란?

3D 프린터는 3차원 객체를 만들기 위한 컴퓨터 제어의 자동화된 기계로, 다양한 원리와 기술을 사용하여 동작합니다. 가장 일반적인 3D 프린터의 원리는 적층 제조 (Additive Manufacturing) 원리로 알려져 있습니다. 이 원리는 객체를 하나의 층씩 쌓아올리는 방식으로 동작하며, 다양한 소재와 프린팅 기술이 사용될 수 있습니다.

 

일반적인 3D 프린터의 작동 원리

1. 3D 모델 생성: 먼저, 3D 모델을 컴퓨터-어웨어 (Computer-Aided Design, CAD) 소프트웨어를 사용하여 생성합니다. 이 3D 모델은 프린팅하고자 하는 객체의 디지털 디자인을 포함합니다.
2. 슬라이싱: 3D 모델은 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 여러 개의 가로로 된 단면(슬라이스)으로 나누어집니다. 이 단면들은 각각의 층을 형성하게 됩니다.
3. 프린팅 준비: 3D 프린터는 프린트되는 소재를 녹이거나 경화시키는 등의 작업을 수행하기 위해 필요한 장비와 소재를 준비합니다. 소재는 종류에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 일반적으로 필라멘트(선 모양의 소재)나 파우더(가루 모양의 소재)의 형태로 사용됩니다.
4. 레이어링: 3D 프린터는 각각의 층을 순차적으로 만들어갑니다. 필라멘트나 파우더를 사용하여 층을 형성하며, 이를 녹이거나 경화시켜 이전 층 위에 쌓아올립니다. 이렇게 여러 층을 쌓아올림으로써 3차원 객체가 생성됩니다.
5. 후처리: 3D 프린팅이 완료되면, 객체를 후처리할 수 있습니다. 필요에 따라 부분을 연마하거나 다양한 후가공 작업을 수행하여 최종적인 완성품을 만들어낼 수 있습니다.

3D프린터의 종류

3D 프린터는 다양한 종류의 기술과 방식에 따라 분류될 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 3D 프린터의 종류는 다음과 같습니다

1. Fused Filament Fabrication (FFF) 또는 Fused Deposition Modeling (FDM): 가장 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 기술로, 필라멘트(선 모양의 소재)를 열화하여 층층이 쌓아서 3D 객체를 생성하는 방식입니다. PLA, ABS, PETG 등의 필라멘트 재료를 사용할 수 있습니다. FFF 또는 FDM 기술은 비교적 저렴하고 간단한 구조의 객체를 제작하는 데 많이 사용됩니다.
2. Stereolithography (SLA): 광경화성 수지(액체 모양의 소재)를 사용하여 정교한 디테일과 고해상도의 객체를 제작하는 방식입니다. 레이저 또는 UV 광선에 의해 수지를 경화시켜 3D 객체를 형성합니다. SLA 기술은 정교한 모델링이 필요한 고정밀 프린팅에 적합합니다.
3. Selective Laser Sintering (SLS): 가루 모양의 소재를 사용하여 레이저를 통해 가루를 열화하여 층층이 쌓아 3D 객체를 생성하는 방식입니다. 주로 금속이나 열에 강한 고분자 소재를 사용하여 내구성이 뛰어난 객체를 제작할 수 있습니다.
4. Digital Light Processing (DLP): 광경화성 수지를 사용하여 프로젝터나 빛을 통해 수지를 경화시켜 3D 객체를 형성하는 방식입니다. SLA와 유사하지만 레이저 대신 디지털 프로젝터를 사용하여 더 빠르게 프린팅이 가능합니다.
5. Multi Jet Fusion (MJF): 분말 모양의 소재를 사용하여 인쇄 헤드에서 재료를 스프레이하여 레이어 단위로 객체를 형성하는 방식입니다. 빠르고 정확한 프린팅이 가능하며, 고객 제작 제품에 많이 사용됩니다.
6. Ceramic 3D Printing: 세라믹 소재를 사용하여 3D 프린팅을 수행하는 방식으로, 세라믹 제품이나 예술품 등의 제작에 사용됩니다.

3D프린터의 재료

3D 프린터는 다양한 종류의 재료를 사용하여 3차원 객체를 제작할 수 있습니다. 다양한 재료가 사용되며, 각 재료는 특정한 프린팅 기술과 프린팅 용도에 적합한 특성을 가지고 있습니다. 일반적으로 사용되는 3D 프린터 재료의 종류는 다음과 같습니다

1. 필라멘트(선 모양의 소재)
   - PLA (Polylactic Acid): 가장 일반적으로 사용되는 3D 프린터 재료로서 생분해성이며, 저렴하고 다양한 색상과 투명도를 가지고 있습니다. 비교적 낮은 열 접착성을 가지고 있어 다양한 종류의 3D 프린터에서 사용할 수 있습니다.
   - ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): 강성이 높고 내구성이 좋은 소재로서, 유연성이 낮고 열 접착성이 높아 기능적인 부품이나 외부 환경에 노출되는 제품에 적합합니다.
   - PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol): PLA와 ABS의 장점을 결합한 소재로서, 내구성이 뛰어나고 열 접착성이 높아 기능성 부품이나 실용적인 제품에 사용됩니다.
2. 수지 (액체 모양의 소재)
   - 광경화성 수지 (Photopolymer Resin): 광선 조사에 의해 경화되는 수지로서 정밀한 디테일과 매끄러운 표면을 가지는 재료로, 고해상도와 고정밀 프린팅에 적합합니다. 주로 스테레오 리소그래피 (Stereolithography, SLA)나 디지털 라이트 프로세싱 (Digital Light Processing, DLP) 기술에서 사용됩니다.
3. 파우더 (가루 모양의 소재)
   - 금속 파우더 (Metal Powder): 다양한 금속 소재로 제작된 파우더로, 금속 3D 프린터에서 사용되어 강성이 높고 내구성이 우수한 금속 부품을 제작할 수 있습니다. 주로 선택적 레이저 소결 (Selective Laser Melting, SLM)이나 전자 빔 멜팅 (Electron Beam Melting, EBM) 등의 금속 3D 프린팅 기술에서 사용됩니다.
4. 기타 재료
   - 나무, 세라믹, 유리, 고무 등