3D 프린터 종류별 특징 - 3D peulinteo jonglyubyeol teugjing

모든 3D 프린터는 동일한 기본 원칙에 따라 부품을 제작합니다. 디지털 모델은 한 번에 한 레이어에 재료를 추가하여 물리적 3차원 개체로 바뀝니다. 기존의 CNC 가공 또는 조형(사출 성형)제조 기술과 비교하여 부품을 생산하는 근본적으로 다른 방법입니다. 3D 프린팅에서는 특정 형상이나 금형이 있는 절삭 공구와 같은 특별한 공구가 필요하지 않습니다.

일반적으로 인쇄방식에 따라 Material Extrusion, Vat Polymerization, Powder Bed Fusion, Material Jetting, Binder Jetting, Powder Bed Fusion와 같이 유형을 나눌 수 있습니다. 그 중 몇 가지의 특징은 다음과 같습니다.

1.FDM

FDM(압출형/고체형)은 고체 기반의 재료에 열을 가하여 녹인 뒤 노즐로 겹겹이 쌓아 올리는 방식으로 장비 및 재료의 가격이 저렴하여 가장 대중화된 프린트 방식입니다. 하지만 다른 방식에 비해 정밀도가 낮으며 표면이 거칠어 후가공 처리를 해줘야 합니다. 이 방법에 주로 쓰이는 재료는 ABS 필라멘트, PLA 필라멘트가 있습니다.

2.SLA

SLA는 광경화성 액상 수지를 레이저로 응고시키는 방식이며, DLP는 광경화성 액상 수지를 빔프로젝터로 응고시키는 방식입니다. 세밀하고 정교하게 구현이 가능하며 출력 속도가 비교적 빠른편이며 서포트를 빠르고 깔끔하게 제거할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 색상 및 원료가 제한적이고 장비와 재료가 매우 고가인 단점이 있습니다.

3.SLS

SLS(소결형/파우더형)은 다양한 분말 형태의 재료를 겹겹이 쌓아가면서 레이저나 액체 접착제 등으로 융합시키는 방식으로 강도가 강하고 출력 속도가 빠르며 대량생산이 가능합니다. 입자가 작은 파우더로 적층하기 때문에 정밀도가 우수한 장점도 있습니다. 하지만 장비의 부피가 크고 고가인데다가 표면이 아주 매끄럽지는 않습니다. 재료는 합성수지, 금속, 모래, 점토 등을 사용하는 방법입니다.

3D 프린팅을 재료에 따라 분류를 하면 아래의 그림과 같이 정리할 수 있습니다. 이러한 분류에 따라 플라스틱, 금속을 재료로 하는 3D 프린팅의 특징과 각 재료별 세부 특징 및 적용 분야 등을 설명하겠습니다.

1.플라스틱을 재료로 하는 3D Printing

먼저 플라스틱을 재료로 하는 3D 프린팅에 대해 설명하겠습니다. 3D 프린팅에서의 플라스틱 재료는 광범위한 물리적 특성을 가진 경량 소재로, 시제품 제작 목적 및 일부 기능적 응용 분야에 적합합니다. 플라스틱은 일반적으로 기능적 응용 분야에 더 적합한 열가소성 수지(FDM 또는 SLS 포함)이거나 시각적으로 좋은 외관을 요구하는 응용 분야에 더 적합한 열경화성 물질(SLA/DLP 또는 재료 분사)입니다. 주로 사용되는 플라스틱 재료로는 PLA, ABS, 각종 수지류, 나일론, PET, TPU, ASA, PEI(ULTEM) 등이 있습니다.

PLA는 인쇄하기 가장 쉬운 폴리머이며 우수한 시각적 품질을 제공합니다. 냄새가 없고 좋은 UV 저항을 가지며 매우 단단하고 실제로는 강하지만 매우 부서지기 쉬우며 낮은 습도 저항을 가지며 쉽게 붙일 수 없는 단점이 있습니다.

ABS는 일반적으로 높은 온도 저항과 높은 인성이 요구될 때 PLA의 대안이 됩니다. 광택 마감처리를 위해 아세톤 증기로 후처리가 가능하며 좋은 마모저항을 가지고 있습니다. 하지만 UV에 민감하며 인쇄시 냄새가 심하며 잠재적으로 높은 연기 배출의 우려가 있습니다.

PET는 재활용이 가능하고 좋은 마모 저항을 가지며 높은 습도 저항과 내화학성을 가지는 장점이 있습니다. 하지만 PLA와 ABS보다 무겁다는 단점이 있습니다.

나일론은 필라멘트에 대한 좋은 내축격성을 가지는 재료이지만 층 접착에 문제가 생길 수 있는 소재입니다. 고강도의 재료이지만 수분 흡수, 잠재적으로 높은 연기 배출 등의 단점이 있습니다.

TPU는 주로 응용분야에 사용되는 재료로 매우 높은 내충격성을 제공할 수 있습니다. 좋은 마모 저항을 가지고 기름과 윤활제에 좋은 저항을 가지는 장점이 있지만, 후처리가 어렵고 쉽게 붙일 수 없다는 단점이 있습니다.

PC는 가장 강한 재료 중 하나이며 ABS와 속성이 유사하여 대안이 될 수 있습니다. 살균이 가능하며 후처리가 용이하지만 UV에 민감합니다.

2.금속을 재료로 하는 3D Printing

다음은 금속을 재료로 하는 3D 프린팅에 대해 설명하겠습니다. 금속재료의 경우 공정과 상관없이 금속 3D 프린팅 부품은 제조 및 마감에 최소 48시간 및 평균 5일이 필요합니다. 금속 3D 프린팅의 주요 장점은 복잡하고 최적화된 형상으로 부품을 생성할 수 있다는 것입니다. 이는 고성능 부품 제조에 이상적임을 의미합니다. 반면, 대량 생산에서는 CNC 가공이나 금속 주조뿐만 아니라 스케일링도 되지 않습니다. 주로 사용되는 금속재료로는 스테인리스, 알루미늄, 티타늄, 코발트-크롬, 니켈합금 등 있습니다.

스테인리스 스틸은 연성, 내마모성 및 내식성이 우수하여 용접, 가공 및 연마가 용이한 금속합금이고 알루미늄은 강도 대 중량 비율이 높고 열 및 전기 전도성이 높고 밀도가 낮으며 내후성이 우수한 금속입니다.

티타늄은 강도 대 중량 비율이 우수하고 열팽창률이 낮으며 내부식성이 뛰어나 멸균이 가능하고 생체에 적합성이 높은 금속입니다.

코발트-크롬은 강도와 부식, 마모 및 온도 저항성이 뛰어난 금속 초합금이며 니켈합금은 강도와 피로 저항성이 우수하며 600℃ 이상의 온도에서 영구적으로 사용이 가능한 재료입니다.

3D 프린터에서 금속재료는 주로 고강도, 높은 경도 또는 높은 내열성이 요구되는 응용 분야에 사용됩니다. 금속으로 3D 프린팅할 때, 부품 성능을 최대화하고 높은 기술 비용을 완화하려면 토폴로지 최적화가 중요합니다.

DMLS/SLM은 광범위한 금속과 호환되며 고급 엔지니어링 응용 제품을 위한 부품을 생산합니다. 필요성이 덜 요구되는 사용 사례의 경우, 바인더 제트에 가장 많이 사용되는 재료인 스테인레스 스틸로 인해 비용이 저렴하여 인기를 얻고 있습니다.

언급한 각각의 금속 3D 프린팅 프로세스를 조금 더 설명하면 다음과 같습니다. DMLS/SLM은 가장 까다로운 응용 분야의 효율을 높이기 위해 우수한 재료 특성을 요구하는 기하학적 복잡성이 높은(유기, 토폴로지 최적화 구조) 부품에 가장 적합한 방법입니다. 바인더 제트는 조형 방법의 대규모 투자를 할 수 없는 중소형 배치 생산 및 감산법으로 효율적으로 제조할 수 없는 형상의 부품에 가장 적합한 방법입니다. 금속압출은 제조에 5축 CNC 기계가 필요한 형상을 가진 금속 프로토 타입 및 일회용 부품을 위한 최상의 방법이라 할 수 있습니다.