3D 프린터의 프린팅 방식
3D 프린터의 프린팅 방식은 재료의 종류와 조형 방식에 따라 구분할 수 있다. 딱딱한 고체 원료를 사용하는 수지압출 적층 방식(FFF/FDM, Fused deposition modeling, Fused filament fabrication), 액상 수지 원료를 사용하는 광경화 적층 방식(SLA, Stereolithography), 파우더 원료를 사용하는 레이저 소결 적층 방식(SLS, Selective laser sintering), 얇은 두께의 판을 이용한 박막 적층 방식(Lamination Process), 잉크젯 적층 방식(InkJet Printing Process) 등으로 나눌 수 있다.
수지압출 적층 방식(FFF/FDM, Fused deposition modeling, Fused filament fabrication)
FDM(Fused deposition modeling, Fused filament fabrication)은 미국 Stratasys 회사의 특허 제품이었으나 현재는 특허가 만료되어 누구나 사용할 수 있는 오픈 소스 프린터로 이용되고 있다. 가는 실 같은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 특정 온도(Tg) 이상에서 녹여 얇은 필름 형태로 출력하여 한 층 한 층 적층해나가면서 3D 프린팅하는 용융적층 방법으로 노즐은 고열로 플라스틱 필라멘트를 녹이고 뽑아져 나온 필라멘트는 상온에서 경화된다(그림 1). 일반적으로 1.75mm 정도의 가늘고 둥근 재료를 가열된 노즐을 통해 특정온도(200℃ 이상, 보통 200~240℃)로 녹여 압출하여 조형판 위에 재료를 한 층씩 쌓아가는 출력방식이다.
주로 PLA(polylactic acid)와 ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 를 사용하며, PLA 같은 친환경적 소재는 국내에서도 많이 개발되고 있는 분야로 인체유해성이 현격히 낮기 때문에 광경화 방식보다 해상도가 다소 떨어지지만 Desktop 3D프린터로 많이 보급되고 있다(그림 2).
PP 방식
PP(Photopolymerization)는 광경화성 수지를 이용해서 만드는 방식으로 DLP와 SLA 방식 두 가지로 분류할 수 있다
DLP 방식
DLP(Digital Light Processing)는 마스크 투영 이미지 경화방식으로 액체 상태의 광경화성 수지에 빔프로젝터를 사용하여 조형하고자 하는 모양의 빛을 투사하여 그 투사한 모양대로 수지를 경화시켜서 적층하는 방식이다(그림 3).
광경화 적층 방식(SLA, Stereolithography)
SLA(Stereolithography)는 optical fabrication나 photo-solidification, 또는 solid free-form fabrication 그리고 solid imaging 등으로 알려진 이 방식은 광경화성 액체 수지가 담긴 수조에 레이저를 투사하여 경화시켜 적층해 나가는 방식으로, 인쇄물과 인쇄물을 받쳐주는 지지대(support)는 빌딩 플랫폼(Building flatform)에 조형되고, 한 층 한 층 쌓아 갈 때마다 이 빌딩 플랫폼이 움직이면서 그 다음 쌓일 위치를 제시하게 되며, 결과적으로 플랫폼에 3D 프린팅된 인쇄물이 완성된다. SLA 방식은 3D 프린팅된 출력물의 정밀도가 높으며, 표면 조도가 우수한 장점을 가지고 있으며 중간 정도의 조형속도로 가장 널리 쓰이는 기술이라고 할 수 있다(그림 4).
레이저 소결 적층 방식(SLS, Selective laser sintering)
SLS(Selective Laser Sintering)은 선택적 레이저 소결방식으로 응고되는 물질이 파우더 형태로 베드에 도포되어있는 파우더에 선택적으로 레이저를 쏘면 레이저에 맞은 부분의 파우더는 소결, 즉 분말을 가열하여 결합시키는 데 이 과정을 반복하여 적층하는 방식이다(그림 5, 6).
박막 적층 방식(Lamination Process)
박막 적층 방식은 대상이 되는 물체에 1겹 이상의 얇은 레이어를 덧씌워 표면을 보호하고 강도와 안정성을 높이는 방식이다(그림 7). 일반인들에게는 종이를 비닐 재질로 코팅하는 수단으로 널리 알려져 있지만, 라미네이션은 얇은 재질을 다루는 기술이기 때문에 초박형 디스플레이, 터치스크린 및 인쇄전자 등, 소형화를 추구하는 첨단 산업에 필수적으로 사용되는 정밀 기술이다.
잉크젯 적층 방식(InkJet Printing Process)
잉크젯 적층 방식은 프린터 헤드 노즐에서 액체상태의 결합제인 컬러 잉크와 바인더라는 분말 상태의 재료를 조형판에 분사하여 자외선으로 열처리하여 재료를 경화시키는 방식이다(그림 8).
폴리젯 적층 방식(MJP, multi Jetting Printing, Polyjet)
폴리젯 적층 방식은 프린터헤드에서 광경화방식과 잉크젯방식의 혼합 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화시키는 방식이다(그림 9). 정밀도가 높아 의료용 모델제작이나 치과 보철용 코핑 제작 등에 활용되고 있다.
다음 호에 계속
