3D 프린터 방식과 종류
3D 프린터 기술을 최초로 상용화시킨 업체는 찰스 훌로가 창업한 3D시스템즈다. 액체 플라스틱을 연속적으로 층층이 쌓아 딱딱한 물체를 인쇄하는 자동화 기술로 특허를 받았다. 액체 플라스틱을 판에 레이저로 쏴서 굳히는 SLA(StereoLithography Apparus) 방식이다. 자외선 빔을 이용해 액화 상태의 광경화성 플라스틱(자외선에 노출되면 굳어지는 특성을 가짐)을 경화시켜 얇은 층으로 만드는데, 반복적으로 층층이 쌓으면서 3D 형태를 만든다. 레이저를 이용하기 때문에 정밀도가 높고 속도가 빠른 장점이 있지만 제품이 경화된 상태로 제작이 되기 때문에 강도는 약하다. 최근에는 고가의 비용과 만만치 않은 보수비 때문에 특정 분야에서만 사용되고 있다.
이후 대중적으로 상용화된 방식은 FDM(Fused Deposition Modeling)이다. 또 다른 3D 프린터 업체인 스트라타시스(Stratasys)에서 개발한 FDM은 프린터 헤드를 통해 부드러운 원료를 짜내는 방식이다. 스트라타시스는 현재 3D 프린터 시장에서 세계 1위 기업이다. 열가소성 플라스틱을 노즐 속에서 녹여 적층 하면서 제품을 만들기 때문에 레이저가 필요 없어 장비가 상대적으로 저렴하다. 높은 강도와 내열성을 가지고 있으나, 재료를 녹여 조형물의 표면을 쌓아가기 때문에 조형물의 표면이 비교적 거칠다.
출처: 한국콘텐츠진흥원
(a) SLA (b) SLS (c) FDM
FDM 방식의 뒤를 이어 등장한 건 SLS(Selective Laser Sintering)다. ‘선택적 레이저 소결 조형 방식’으로, 분말 형태의 재료에 SLA에서 사용하는 자외선보다 강한 CO2 레이저를 주사하여 재료를 녹이고 굳혀 제품을 만든다. 레이저를 소결 하고 난 후 롤러를 이용하여 분말 형태의 재료를 올리고, 다시 레이저를 소결 하는 것을 반복한다. 초창기엔 폴리스티렌이나 나일론을 주로 재료로 사용하였으나 현재는 알루미늄, 세라믹, 금속 합금 등 다양한 형태의 분말이 사용되고 있다. 특히 금속분말을 사용해 전통적인 금속 부품을 생산할 수 있는 것이 강점이다. 다품종 소량 생산에 용이한 빠른 제작 속도와 대량생산 역시 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 표면이 다소 거칠고 층을 쌓으면서 예열-냉각 과정을 거쳐야 하는 맹점도 있다.
초기 3D 프린터 시장을 선도해왔던 위 3가지 방식은 특허가 출원된 지 20년이 지나 현재 특허가 만료되었다. 위 3가지 방식을 적절히 혼합한 다양한 형태의 3D 프린터들이 개발되면서, 3D 프린터 기술이 다시 주목받기 시작하게 된 것이다. 2009년 특허가 만료된 FDM 방식의 3D 프린터 기술은 이미 성숙기에 들어섰고, 2014년부터 SLS 등 레이저 소결 방식을 이용한 3D 프린터 들도 다양한 형태로 개발되면서 가격 또한 낮아지고 있다.
아울러 잉크젯 프린터 헤드를 이용하여 액체에서 경화될 물질의 가루를 섞어가며 한 층 한 층 프린터 하는 잉크젯(Ink Jet) 프린터 방식과, 헤드에서 지지대가 되는 왁스와 재료인 광경화성 수지를 동시에 분사한 뒤 자외선으로 굳혀가는 방식인 멀티젯(Multi Jet) 프린팅 방식도 상용화되어 있다.
