안녕하세요?


경기도 일산에 있는 킨텍스 제2전시관에서 개최가 되었는 [인사이드 3D 프린팅]이라고 해서 국내에 3D 프린터 관련된 전시회가 있었는데, 어제 다녀왔습니다. 다만 너무 어젠느 시간이 걸려서 어제 포스팅에서 이를 올려놓지는 못하고, 하루가 지난 오늘이 되어서야 어떻게 포스팅에 올려 보도록 합니다.



먼저 전시회가 열리고 있는 일산 킨텍스 제2전시관의 6번째 홀의 전경입니다. 개최 첫날의 거의 점심 시간이 되어서 인지는 몰라도 사람이 그렇게 까지 많지는 않은 것을 볼 수 있었습니다.



제 경우에는 위 사진에 나오는 설문지만 작성하면, 전시회 관람비용이 무료가 되는 문자가 있었습니다. 아무튼 이 서류를 작성 해야만 했으니, 어떻게 작성해서 가도록 해 봅니다.



서류에 나와있는 설문까지 다 작성한 다음에, 이제 전시회를 들어갈 수 있는 패스까지 얻는데 성공했으니, 들어가 보도록 하겠습니다.



먼저 전시회장을 들어가서 눈에 들어온 것은 사진에 보여지는 일종의 상자 장치라고 해야 할까요? 이 장치는 3D 프린터로 만들어진 PLA와 같은 플라스틱 제질의 조형물의 표면을 매끄럽게 만들어 주는 훈증을 하는 방법이 있는데, 그 훈증이 그냥 하게되면 화재나 유독가스이기 때문에 위험한데, 상대적으로 안전하게 해주는 장치를 전시하고 있는 것입니다.



다음은 3D 프린터를 이용해서 치과적인 시술에 사용하는 예시를 전시하고 있는 부스가 눈에 들어왔습니다. 이렇게 정교하게 프린팅하기가 쉽지 않은데, 어떻게 자기들의 기술력을 전시하고 있다고 봐야 할듯 합니다.



그리고 이번 전시회에서 가장 쇼킹한 순간이 왔습니다. 바로 기존의 FDM방식을 이용해서 플라스틱이 아니라 무려 금속을 3D 프린팅하는 광경을 목격한 것입니다. 다시 말합니다. 이건 절대로 플라스틱이 아니라 금속입니다. 용접을 하는 방식을 응용해서 금속을 녹여서 적층하는 것입니다.



이 업체는 5000도씨라고 하는 업체인데, 보시는 바와 같이 조형물을 금속으로 만들어 냈으며, 이를 위해서 금속 와이어도 있는 것으로 보입니다.



심지어는 로봇팔을 이용해서 위에 보이는 동영상에 나와 있는 것처럼, 용접에 사용되는 금속 와이어를 녹여서 조형물을 만드는 것을 볼 수 있었습니다. 이전에는 논문을 통해서 저런 시도가 있었다는 것을 알 수 있었는데, 이번에 드디어 이런 방식을 이용해서 상업적으로 나온다는 것을 볼 수 있었습니다.



실제로 5000도씨에서 제작한 금속 3D 프린터에서 사용이 되는 금속 필라멘트라고 해야 할까요? 금속 와어어도 있는 것을 볼 수 있었으며, 이 원료를 사용해서 금속 물체를 출력하는 것을 이 부스에서 마음껏 볼 수 있었습니다.



결국 이 부스에 있는 팜플랫에 있는 정보입니다. 실제로 이런 금속 3D 프린터를 판매하는데, 일단 초기라서 그런지 몰라도 가격이 900만원이 되는게 흠이기는 합니다만, 그래도 더 이상 금속 분말에 의지해야 하는 일은 이제는 줄어들 것으로 보인다고 생각이 듭니다.



그 옆에는 다른 종류의 금속 3D 프린터도 있었습니다만, 담당자가 자리를 비우고 있는 관계로 하는 수 없이 그냥 겉 모습만 구경해야 했습니다. 



옆에 있는 부스는 왠 플라스틱 알갱이를 가지고 전시하는 것을 볼 수 있었습니다. 이게 무슨 일인가 하고 자세히 보니 다음과 같았습니다.



Filibot이라고 해서 여기는 바로 3D 프린터에 사용되는 플라스틱 필라멘트를 자기가 직접 만들 수 있는 기기를 전시하고 있는 것이었습니다. 



실제로 여기서는 이렇게 플라스틱 알갱이가 들어가는 것을 볼 수 있었으며, 그 아래에 있는 노즐에는 아래와 같이 필라멘트가 나오는 것을 볼 수 있었습니다.



이 기기가 가지는 의의라고 한다면, 바로 3D 프린터로 생산된 실패작을 갈아서 다시 녹여 필라멘트로 다시 쓸 수 있게 만들어 줄 수 있다는 것이 될지도 모르겠습니다. 다만, 여기 부스에서 얻은 정보로만은 거기까지 가능한지 여부는 알 수 없었습니다.



이 부스에서 얻은 팜플랫의 내용입니다. 여기서는 전문가용의 커다란 기기부서 보급형인 소형기기까지 있는 것을 알 수 있었습니다.



어느정도 나오자, 이번에는 넓은 공간이 휴게 공간으로 있는 것도 볼 수 있었습니다.



뒤를 돌아보자, 왠 이순신 장군 동상이 보였는데, 가까빙 가서 확인해 보자, 100% 금속은 아니고, 브론즈필이라고 해서 구리 느낌이 나는 필라멘트를 이용해서 대형으로 조형물을 출력한 것이었습니다.



실제로 이 부스에서 전시되고 있는 3D 프린터는 상당히 커다랗습니다. 이 프린터에서 실제로 사람이 앉을 수 있는 수준으로 커다란 의자가 나오는 것도 볼 수 있었습니다.



다음으로는 델타 방식을 이용한 FDM방식의 3D 프린터도 있는 것을 볼 수 있었습니다. 이 방식은 멘델리안 방식에 비해서 빠르기는 하지만, 노즐이 있는 헤드를 그렇게 무겁게 하지 맛한다는 단점도 있습니다.



위 방식처럼 3개의 팔에서 잡아서 끌어 당긴다는 것을 볼 수 있습니다. 이제 이 부스에서 보았는 조금은 놀라운 것을 소개할까 합니다.



와글이라고 해야 할까요? 겉으로만 봐서는 정확하게 무엇을 하는 것인지 알기는 어려웠습니다만, 옆의 팜플랫을 보니.......



바로 원거리에서 3D 프린터를 제어하게 해줄 수 있는 일종의 리모콘이라는 것을 볼 수 있었습니다. 제 개인적으로는 이런 것 까지 필요가 있을까 하는 생각이 들기도 했습니다만, 그래도 있으면 어떻게 유용하게 쓸 수 있으리라 생각이 들었습니다.



다음은 비지니스 라운지라고 해서 커대한 공간이 일종의 영업을 위한 공간으로 열려 있는 것을 볼 수 있었습니다. 어찌보면 좋을 수도 있겠지만, 문제는 이런 공간이 생길 정도로 참가한 업체의 수가 지난번 전시회에 비해서 줄어들었다고 할 수 있습니다. 지난번에 왔을 때는 이런 공간이 없을 정도로 참가 부스가 많았지만, 이번에는 상당수의 업체가 참여를 하지 않았다는 것을 알 수 있었습니다.



이번에는 이렇게 발을 스캐닝하는 기기도 나왔는 것을 볼 수 있었으며, 이번 전시회에서 또 눈에 띄는 특이한 것이 하나 더 있었습니다.



바로 손에 들수 있는 3D 스캐너를 이용해서 복잡한 물체를 스캔하는 것을 볼 수 있었다는 것입니다. 화면으로만 봐서는 잘 감이 안 오신다고요?



위 처럼 실제로 손에 들고서 레이저를 투사해서 이렇게 물체를 3D 스캔할 수 있는 장비가 실제로 나왔다는 것입니다. 거기다가 이 장비는 이제 자동으로 스캔을 해주는 것까지 나와 있다고 합니다.



위 영상에서 보이는 것 처럼, 로봇팔에 장착이 된 3D 스캐너 장치에서 자동으로 스캔을 해주는 것을 볼 수 있었습니다. 



전시회장을 들어오면서도 보았지만, 이번에는 아예 본격적으로 치과용으로 3D 프린터를 사용하는 부스를 볼 수 있었습니다.



위 사진에 전시된 다양한사람들의 치열과 더불어서 위에 있는 액체 원료통을 보시면 알 수 있듯이, 이 부스에서 사용되는 3D 프린터의 방식은 SLA방식을 이용하는 것으로 보입니다.



지난번 전시회에서 새로 나왔고, 이번에도 빠지지 않고 나왔는 다양한 색상을 이용해서 FDM방식에서 색상을 입혔는 출력물을 생산하고 있는 것을 볼 수 있었습니다. 



지난번 전시회때 나온 것에 비해서 기기도 출력물도 한 단계씩 더 진보한 것을 볼 수 있었습니다. 어떻게 해서 이렇게 다양한 색상으로 출력이 가능한가 하면, 역시 비밀은 아래의 사진에 나와있는 프린터 헤드입니다.



이렇게 다앵한 색상의 필라멘트. 5색의 필라멘트를 이용해서 출력물을 만들어 주는 노츨이 있기에 가능하다고 합니다. 



실제 이 부스에서 얻은 팜플랫에 있던 정보입니다. 지난번 전시회에서는 처음으로 선보였다는 것에 촛점을 맞추었다면, 이번에는 제대로 상용화가 되어서 나왔다는 느낌이 강합니다.



이어서 이렇게 작은 사이즈의 3D 프린터도 있는 것을 볼 수 있었으며



아이들이 3D 펜이라고 해서, 손에 쥐고서 FDM방식처럼 필라멘트를 녹여서 3D 조형물을 만들 수 있는 펜이 있습니다. 다만 이게 펜 형태가 되다 보니 다들 종이에 글을 쓰는 형태로 사용하고 있다는 것이 흠이라면 흠입니다. 실제로는 이것도 사용자의 손재주가 뒷받침만 되면 어지간한 3D 프린터만큼 3차원 조형물을 만들 수 있습니다.



마지막으로 전시회를 나와서 한컷 찍었습니다. 이래저래 아쉬움이 많이 남기는 했습니다만, 그래도 FDM방식으로 금속 3D 프린터가 출연했다는 것을 봤는 것 만으로도 충분히 가치가 있다고 생각이 드는 전시회였습니다.

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  1. Plating master 2017.07.17 21:49 신고

    나도 3D 프린터 갖고 싶다~~~~~~

이번 포스팅에서는 실제 3D 프린터로 출력물을 만들때 어떠한 과정을 거치는 지를 설명하겠습니다.

우선 3D 프린터 자체를 처음 접하시거나 잘 모르시는 분은 제 블로그의 이전 포스팅인 3D 프린터에 대한 포과절인 설명 이라는 글을 먼저 읽어 보시는 것을 추천합니다.


링크 : http://netpilgrim.tistory.com/2


원하는 출력물을 얻는 과정은 크게 3가지 단계로 나뉘어져 있는데, 그중 첫 번째 단계가 바로 디자인된 파일을 확보하는 작업입니다.




다지인 파일을 확보하는 방법은 크게 2가지가 있습니다. 첫번째는 자기가 직접 디자인을 하거나, 아니면 인터넷에서 디자인이 된 파일을 구하는 다운로드 하는 방법이 있습니다.

그럼 여기서 의문이 드실 것이 아무 3D 디자인이 된 파일이나 구한다고 3D 프린터가 출력할 수 있을까요? 정답부터 말하자면 그렇지는 않다라는 겁니다.

우선 대다수의 3D 프린터에서는 STL형식의 파일을 인식하기에 당연히 3D 디자인이 된 파일이 STL형식을 취하고 있어야만 합니다.


그렇지만 여기서도 또 다른 문제가 STL파일만 가지고서는 3D 프린터는 아무것도 못한다는 것입니다.


그 이유는 우선 3D 프린터의 구성요소 중에 저렇게 회로 기판이 있다는 것 부터 시작해야 할 것 같습니다. 

일단 3D 프린터에서는 마이크로 컨트롤러라고 하는 회로기판이 기본적으로 있는데, FDM방식의 3D 프린터로 설명을 하자면 필라멘트가 녹는 프린터 헤드의 위치를 제어한다고 하면 되겠습니다. 

당연하지만 당연하게 이 회로기판(마이크로 컨트롤러)는 3D 디자인이된 이미지를 읽지는 못합니다.




 

3D 프린터 안에 있는 마이크로 컨트롤러는 수치 데이터만 받아서 움직이는데, 이 수치 데이터가 바로 프린터 헤드가 위치할 X,Y,Z의 3차원 좌표값이 됩니다. 그렇기 때문에 3D 프린터가 실제로 입력받아서 원하는 출력물을 만들고자 할때는 이 프린터 헤드가 일일히 위치할 위치를 가리키는 좌표값이 필요하게 됩니다.그리고 FDM방식에서 프린터 헤드는 이 좌표값을 토대로 움직이면서 필라멘트를 녹여서 사출하는 방식으로 모양을 만들게 됩니다.


그런데 어떻게 해서 이미지 파일을 저렇게 3차원 좌표로 바꾸어 줄까요? 정답은 슬라이서 프로그램이 이 역할을 해주게 됩니다.



일단 슬라이서 프로그램은 위 그림과 같이 3D 디자인된 물체를 맨 밑바닥부터 제일 꼭대기까지 가로 방향으로 잘라 줍니다. 그리고 이 한개의 절단면을 만들기 위해서 프린터 헤드가 어떤 경로로 움직일지를 계산하게 됩니다. 그 계산된 값을 16진수의 숫자 코드로 바꾸게 되는데, 이 값을 바로 G-Code라고 합니다.

이 설명은 어디까지나 FDM방식이며, 다른 방식의 3D 프린터의 경우에는 레이져가 이동하는  경로가 되거나, 바인터 용액이 든 분사기가 움직이는 경로가 됩니다.



위 그림은 FDM방식에서 G-Code를 3D 프린터가 받아서, 정확히는 3D 프린터의 회로기판인 마이크로 컨트롤러가 받아서 어떻게 출력물을 만들어 내는지를 묘사하는 그림입니다. 그림의 제일 오른쪽으로 가면 프린터 헤드를 움직여서, 출력하고자 하는 사람모양의 출력물의 하반신이 만들어 지는 모습을 묘사하고 있습니다.

이렇게 출력을 시작하는 것으로 3D 프린터를 이용한 출력물을 만드는 프로세스의 2단계가 시작되는 것입니다.


그럼 이렇게 출력이 다 끝나고 나면 모든 일이 마무리가 되었느냐 하면 그것도 아닌게, 바로 다음 단계인 마무리를 위한 3단계가 남아있게 됩니다. 이 마지막 3번째 단계를 두고서 보통 후처리 공정이라고 말하고 있습니다.



이해를 돕고자 다음과 같은 그림을 첨부하였습니다. 지지대란 FDM방식에서는 허공에 출력물을 올려놓을 수단이 없기 때문에 임시적으로 올려놓기 위한 임시 구조물로서, 출력이 완성되고 나면 제거되는 것이 일반적이기에 상당히 강도도 약하고 쉽게 떨어져 나갈 수 있도록 설계되어 있습니다. 지지대에 대한 좀 더 자세한 설명은 제 블로그의 이전 포스팅인 [지지대(supprot)에 대한 설명]이란 글을 얽어 주시면 되겠습니다.


당연 위 상태로는 완성이 되었다고 말할 수 없어서 일단 저 지지대를 제거하게 되는데, 위 그림에서 짙은 녹색 부분으로 표시된 부분을 모두 제거한다고 해도 문제가 있습니다.



좀더 확대를 해서 보면, 지지대로 쓰인 제료가 완벽하게 다 제거되지 않고 출력물의 표면에 남아서 표면에 커친 요철을 남기는 경우가 상당히 많습니다. 



이런 경우 위 그림과 같이 주로 사포를 이용해서 표면을 갈아주는 것으로 표면의 요철을 제거하는 과정이 남아 있게 됩니다. 하지만, 표면의 요철을 제거하는 것이 후처리 공정의 전부가 아닙니다.




위 그림에서 묘사가 된 것처럼 표면이 거칠게 남은 찌꺼기나 지지대만이 아닌, 3D 프린터의 출력과정에서 생긴 틈이 생기는 경우도 있습니다. 이런 경우 이 틈새를 메워 주어야 하는데, 이럴 경우 퍼티라고 해서 보통 모형의 접합부나 표면을 다듬는대 쓰는 소재가 있습니다.



위 그림은 퍼티를 출력물의 표면에 발라주는 것으로 틈새를 메우는 과정을 묘사하고 있습니다. 주로 에폭시나 폴리에스테르가 쓰이게 되며, 일반적으로 끈적한 상태의 액체 상태를 유지하고 있다가 공기중에 노출 될 경우 고체로 굳어지는 성질이 있는 종류를 쓰게 됩니다.


이렇게 후처리 과정까지 끝나게 되면 3D 프린터를 이용한 출력이 마무리 되게 됩니다. 다소 복잡하기는 하여도, 일반적인 프린터와는 다르게 3D 프린터는 이러한 과정을 거쳐야 하지만 조금의 노력을 기울이게 되면 이 글을 읽는 여러분도 상상속에서만 있던 물체를 현실로 만들 수가 있을 것이리라 생각합니다.





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안녕하세요?

이번 포스팅에서는 3D 프린터의 방식 중에서 가장 독특한 방식인 LOM방식에 대한 설명을 들어갈까 합니다.


본격적인 포스팅에 앞서서 우선 3D 프린터를 처음 접하시거나 전혀 모르시는 분들은 제 블로그에서 3D 프린터에 대해서 포괄적인 설명을 하는 글을 먼저 읽어 주셨으면 합니다.


링크 : 3D 프린터에 대한 포괄적인 설명


우선 테크노 공학 연구소에서 저술한 [재미있는 3D 프린터와 3D 스캐너의 세계]라는 책에 의하면 LOM방식은 1988년 미국 Helisys사에서 개발된 방식이라고 합니다.

이 LOM은 Laminating Object Manufacturing의 약자로서, 다른 3D 프린터가 필라멘트, 액상 수지, 분말 재료를 사용하는 것에 비해서 LOM방식은 얇은 박판을 사용하는 것이 특징이라고 할 수 있습니다.


대략적인 조형방법은 황갈색의 마분지 같은 얇은 두께의 박판, 얇은 두께의 종이나 PVC 라미네이트 시트, 심지어 4밀리미터 이하의 두께를 지닌 금속 박판을 소재로 합니다. 이 얇은 박판이 빌드 플랫폼 위에 올라오면, 접착제를 바르거나 가열된 롤러가 박판위를 지나가면서 압착합니다. 


레이저를 이용해서 필요한 부분을 잘라내고, 빌드 플랫폼을 아래로 내린 다음, 다른 박판을 그 위에 올려서 앞서 말한 대로 접착제를 바르거나 가열된 롤러를 이용해서 다시 압착하고 레이저로 잘라내는 과정을 반복해서 조형합니다.


이러한 조형원리 때문에 A4용지와 같은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료를 이용하는 것이 가능하지만, 단점으로는 출력물의 내구성이 낮고, 습기나 수분에 약하다는 특징이 있습니다.


하지만 쉽게 얻을 수 있는 재료로 후처리 공정이 따로 필요없는 방식의 3D 프린터입니다.


다음은 그림을 곁들여서 LOM이 어떤 방식으로 조형물을 만드는지를 설명하겠습니다.



우선은 LOM방식의 3D 프린터가 어떤 구성으로 되어 있는지를 먼저 설명하겠습니다.

1번이 재료인 얇은 박판을 자르기 위한 레이저가 나오는 광원이며, 2번이 이 레이저를 반사하기 위한 반사경, 3번이 실질적으로 레이저를 빌드 플랫폼위에 투사해서 재료인 얇은 박판을 자르기 위한 프린터 헤드입니다.

4번은 사용하지 않은 재료인 얇은 박판이 말려있는 롤이여, 레이저에 절단이 되고 남은 박판은 5번의 롤에 말려 들어가게 됩니다.

6번이 실제로 한개의 층인 레이어가 조형되는 필드 플랫폼이며, 빌드 플랫폼 위에 있는 얇은 박판은 7번의 롤러에 의해서 가열 압착되게 됩니다.


첫 단계는 빌드 플랫폼 위에 있는 얇은 박판을 광원에서 나온 레이저가 절단을 합니다. 여기서 레이저가 실질적으로 나오는 프린터 헤드를 가로 세로로 움직여서, 조형물의 가로 절단면에 해당하는 모양으로 절단 할 수 있습니다. 여기서는 이해를 돕기 위해서 '출력물'이라는 글자를 출력하는 것으로 하였습니다.



레이저로 얇은 박판의 절단이 끝난다음, 여기서는 가열된 롤러가 한번 빌드 플랫폼 위를 지나가서 얇은 박판을 가열 압출하는 단계를 거치게 됩니다. 이 과정을 통해서 박판은 빌드 플랫폼에 눌러 붙게 됩니다.



다음 단계는 빌드 플랫폼이 아래로 내려가는 것인데, 위 그림에서는 빌드 플랫폼이 아내로 내려가면서 플랫폼에 붙었는 박판이, 원 재료 시트에서 떨어져 나가는 것을 묘사하고 있습니다.


다음 재료 시트가 말려있는 롤러와 사용하고 남은 시트가 말려 들어갈 롤러가 회전을 하여서 빌드 플랫폼에다가 새 박판을 제공합니다. 당연히 재료 시트(얇은 박판)가 있는 롤러에서는 말려 있던 시트가 빠져 나가고, 사용하고 남은 시트가 말려 들어갈 롤러에는 시트가 들어가서 돌돌 말리게 됩니다.



여기서 부터는 앞에서 설명한 과정의 사실상 반복이 됩니다. 빌드 플랫폼 위에 조형물의 가로 절단면 모양이 되도록 얇은 박판을 레이저로 절단하고, 가열된 롤러를 굴려서 가열 압출해서 이번에는 아랫층 레이어와 붙입니다. 그 다음 빌드 플랫폼을 아래로 내리고, 양측에 있는 롤을 회전시켜서 새로운 재료 시트를 공급하고, 절단하고 남은 재료 시트는 찌꺼기 시트가 들어가는 롤에 돌돌 말려 들어가게 됩니다.




위 그림은 출력이 마무리 된 상황을 묘사한 그림입니다. 보시다 시피 빌드 플랫폼 위에는 얇은 박판이 쌓여서 사각형의 형태를 이루고 있으며, 이러한 과정을 하기 위해서 원 재료가 되는 시트(얇은 박판)이 돌돌 말려 있는 롤은 매우 작아 졌으며, 절단되고 남은 찌꺼기 시트가 말러 들어가는 롤은 출력이 시작되기 전 보다 훨씬 커져 있는 것을 볼 수 있습니다.

여기서 빌드 플랫폼만 분리해서 따로 보자면.


빌드 플랫폼 위에 많은 숫자의 시트가 쌓이고, 가열 압출되어서 하나의 정육면체를 이루고 있는 것을 볼 수가 있습니다. 저기서 시트 한장 한장이 바로 출력물의 레이어 한층 한층이 되는 것이며, 겉의 필요가 없는 시트를 떼어내고 나면 원하는 출력물의 모양이 나오게 됩니다.



불 필요한 얇은 박판을 떼어내고, 출력물 이란 글씨를 입체적으로 만들어 낸 모습니다. 이런 식으로 특이하게도 LOM방식은 얇은 시트를 절단하는 방식으로 조형물을 만든는데, 이 때문에 다른 3D 프린터에서 사용할 수 없었던 종이를 사용한 3D 프린팅을 할 수 있습니다. 





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이번 포스팅에서는 SLS방식이라고 해서 Selective Laser Sintering, 번역하자면 선택적 레이저 소결 조형 방식이라고 불리는 3D 프린터에 대해서 설명을 하고자 합니다.


우선 이 본격적인 포스팅에 앞서서 3D 프린터에 대해서 처음 접하시는 분이라면 제 블로그에 있는 3D 프린터에 대한 포괄적이고 간략한 설명 이라는 글을 먼저 읽어 보시는 것을 추천합니다.


이 방식은 지난 포스팅에서 소개한 3DP 방식의 3D 프린터와 상당히 유사하나, SLS방식의 3D 프린터는 바인더 용액으로 분말 상태의 재료를 굳히는 것이 아니라, 레이저를 이용해서 분말을 녹이고 식으면서 굳는 방식으로 조형물을 만든다는 차이가 있습니다.

[미래를 바꿀 3D 프린팅]이라는 책에 의하면 이 SLS방식의 3D 프린터는 우선 밀폐된 챔버 안에서 작업을 하며, 온도가 140~160도씨에 이르는 고열이기에 화재가 일어날 위험이 있다고 합니다. 그래서 화재를 막기 위해서 챔버 내부가 질소 가스로 채워져 있으며, 레이저가 분말 형태의 원 재료를 녹이는 과정에서 발생하는 연기와 가스는 필터를 통과한 다음에 외부로 배출이 된다고 합니다.


이 SLS방식의 3D 프린터가 가지는 가장 큰 특징은 바로 금속 분말을 사용하면, 금속으로 된 조형물을 출력할 수 있다는 점입니다. 주로 청동이나 합금강, 스테인리스 스틸을 이용해서 조형물을 만들기도 하지만, 의료나 우주 항공 분야에서 폭넓게 사용되는 티타늄이나 코발트, 크롬등의 금속 분말을 사용해서 조형물을 만드는 것 또한 가능하다고 합니다.


다음은 SLS방식의 3D 프린터가 어떻게 조형물을 만드는지를 설명하겠습니다.



먼저 SLS방식의 3D 프린터에서 주요 부위를 설명하겠습니다. 

1번으로 표시된 곳이 레이저가 나오는 광원으로, 여기서 나온 레이져는 2번으로 표시된 광원에 반사가 되어서 3번 빌드 플랫폼 위로 떨어지게 됩니다.

조형물을 만들기 위한 재료는 모두 4번의 저장소에 보관이 되어 있으며, 5번으로 표시된 롤러가 밀어서 분말 재료를 빌드 플랫폼으로 옮기게 됩니다.



우선은 아무런 재료도 빌드 플랫폼 위에 없기 때문에 먼저 롤러가 움직여서 저장소에 있는 분말 재료를 빌드 플랫폼으로 밀어서 옮기게 됩니다.



빌드 플랫폼에 분말 원료가 다 옮겨져서 고르게 펴지면, 다음 과정은 레이저 광원에서 발사된 레이져는 반사경을 통해서 빌드 플랫폼 위에 얹어진 분말을 녹이게 됩니다. 이때 반사경의 각도를 조정하는 작업을 거쳐서 레이져가 빌드 플랫폼에 닿는 위치를 조정하는 것으로, 원하는 물체의 가로 절단면에 해당하는 레이어의 모양대로 분말을 녹여서 굳힐 수가 있습니다.이 포스팅에서는 여러분의 이해를 돕고자 하기 위해서 '출력물'이라는 글자를 출력하는 것으로 묘사를 하였습니다.



한개의 층인 레이어에 해당하는 모양이 완성이 되면, 저장소의 바닥면은 위로 올라가고, 빌드 플랫폼은 아래로 내려가게 됩니다. 



위 그림은 기존의 높이에서 저장소의 밑면은 올라갔으며, 빌드 플랫폼의 밑면이 내려간 것을 묘사하는 그림입니다. 이렇게 저장소와 빌드 플랫폼의 밑면 높이를 조정한 다음 단계로 넘어가게 됩니다.




첫 단계와 마찬가지로 저장소에의 가장자리에 있던 롤러가 움직여서, 저장소에 있던 분말 재료를 밀어서 빌드 플랫폼으로 옮기고 있습니다. 옮겨진 분말 재료들은 앞서 레이어의 형상을 하면서 굳어진 출력물을 덮을 것입니다.



이전 단계에서 형성된 레이어를 덮고 있는 분말 재료를 이번에도 레이져가 녹여서, 윗층 레이어의 형상을 만들어 가기 시작합니다. 





이번에도 역시나 윗층에 해당하는 레이어가 만들어 지고 나면, 분말을 저장하고 있는 저장소의 밑면이 상승하고, 빌드 플랫폼의 밑면은 아래로 하강하게 되는 것입니다. 이 과정을 마지막 레이어가 완성이 될때 까지 계속 반복하게 됩니다.



마지막 꼭대기 층의 레이어를 완성하고 난 SLS프린터를 묘사한 그림입니다. 3D 프린터에서 출력과정이 계속 일어남에 따라, 빌드 플랫폼의 밑면이 저장소의 밑면보다 훨씬 더 낮은 곳에 위치하고 있어서 처음에 저장소의 밑면이 가장 낮은 곳에 위치해 있었고, 빌드 플랫폼이 제일 꼭대기 높이에 있었던 상황에 정 반대입니다.




위 그림은 빌드 플랫폼 위에 가득 쌓여 있는 분말 재료 속의 상황을 나타낸 투사도입니다. 위 그림에서 분말 가루 속에는 이제까지 출력이 된 아랫층 레이어가 모두 파 묻혀 있으며, 3DP과정과 거의 마찬가지로 SLS과정 역시 먼저 분말 재료 속에 묻혀 있는 출력물을 꺼내주어야 합니다.



먼저 밀폐가 된 챔버 속에서 바람을 일으키는 소형 선풍기나 블로어 같은 장치를 쓰거나, 진공 청소기와 같은 장치를 이용해서 출력물의 틈과 틈사이에 아직 남아 있는 분말 원료를 제거하는 작업을 해야합니다.


이와 같은 일련의 과정을 거치면, SLS방식에서 출력물을 얻을 수가 있습니다. 물론, SLS방식의 특징 때문에 금속으로 된 출력물 역시 얻을 수가 있는 장점이 있습니다.




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이번 포스팅에서는 3DP라고 불리는 3D 프린터에 대한 설명을 하고자 합니다.

우선 전혀 3D 프린터가 무엇인지 모르고, 처음 접하시는 분이라면 제 블로그에서 3D 프린터에 대한 대략적인 설명을 하는 포스팅을 먼저 읽어 주시기를 바랍니다.


링크 : 3D 프린터에 대한 포괄적이고 대략적인 설명


이 방식의 3D 프린터는 가장 큰 특징이 바로 사용하는 재료가 분말형태로 되어 있다는 겁니다. 즉 가루로 된 플라스틱 같은 재료에 주로 액체 상태의 바인더라고 하는 용액을 마치 잉크젯 프린터가 잉크를 분사하는 것 처럼 바인더 용액을 분사, 분말상태의 재료를 굳히는 방식으로 한 층인 레이어를 만들어 갑니다.


이 방법의 장점으로는 크리스토퍼 바넷의 저서 [3D 프린팅 넥스트 레볼루션]에 의하면 출력물의 제작속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 책에서 소개한 Z코퍼레이션의 Z프린터의 경우에는 0..089~0.102밀리미터의 레이어로 구성된 15밀리미터의 구조물을 1시간만에 조형할 수 있다고 합니다.


다음 장점으로는 잉크젯 프린터처럼 3가지 색상의 칼라 잉크와 바인더 용액 혼합물을 분사해서 출력된 물체가 단색이 아닌, 색상을 지닌 채로 만들어 낼 수가 있다는 장점이 있습니다. 즉, 출력물에 색을 칠하는 작업을 따로 하지 않아도 색이 다 칠해진 조형물이 3DP에서는 나올 수 있습니다.


마지막으로 이 3DP방식의 장점으로는 지지대인 서포트가 필요 없다는 점이 있습니다.

우선 지지대-서포트에 대해서 처음 접하시는 분은 제가 지난 포스트에서 이에 대한 설명을 하였기에 먼저 읽고 오시는 것이 이해에 도움이 되리라 생각됩니다.


링크 : 지지대에 대한 설명



다른 3D 프린터의 방식인 FDM과 SLA의 경우에는 지지대가 따로 필요했습니다. 왜냐하면 FDM의 경우에는 아무것도 없기 때문에 열에 녹았는 필라멘트가 허공에서 제대로 떠 있을 리가 없으며, SLA방식의 경우에는 액체상태인 재료가 받쳐주지 못하는 문제가 있었기 때문입니다.


그러나 3DP방식에서는 다음과 같이 지지대를 따로 만들지 않아도 됩니다.


위 그림에서 보이는 것 처럼 고체인 분말이 바인더 용액에 의해 굳어지지 않더라도 이미 굳어진 재료 분말을 받쳐주기 때문에 지지대를 만들 필요가 없는 것입니다. 마치 밀가루가 가득 들어있는 상자 안에서 제일 윗 부분의 일정 부위의 밀가루만 굳어져서 고체가 된다고 해도, 여전히 가루 상태인 밀가루들이 굳어진 고체상태의 밀가루를 받쳐주고 있는 것과 같습니다.



위 그림의 UFO처럼 아랫층 레이어에 아무런 조형을 하지 않은 상태에서도 3DP방식에서는 가능합니다.


다음은 3DP 프린터가 어떤 과정을 거쳐서 출력물을 조형하는 지를 묘사한 그림을 가지고서 설명을 하겠습니다.



우선 1번으로 표시된 것이 재료 분말입니다. 주로 가루 형태로 되어있는 플라스틱이나 석고가루 같은 것이 재료로 쓰이며, 이 재료는 2번의 롤러에 의해서 옆에 있는 3번 빌드 플랫폼으로 밀려 나게 됩니다. 이렇게 빌드 플랫폼 위에 분말 형태의 재료물질이 쌓이면, 다음으로는 4번의 프린터 헤드가 마치 잉크젯 프린터의 헤드처럼 5번의 여러개의 색상으로 구성된 바인더 용액통으로 부터 바인더를 끌어와서 분사합니다. 


이러한 과정을 하나하나 살펴보자면 우선 다음과 같습니다.




먼저 재료 분말을 보관하는 저장소에 있는 롤러가 움직여서 상층부에 있는 분말 형태의 재료를 밀어서 빌드 플랫폼으로 옮깁니다.



빌드 플랫폼 위에 재료 분말이 놓여졌으면 다음은 프린터 헤드가 가로 세로로 움직여서 원하는 조형물의 가로 절단면에 해당하는 층-레이어의 형태대로 바인더 용액을 분사해서 분말 재료를 굳히게 됩니다.



위 그림에서는 출력물이 나오는 것을 묘사하기 위해서 '출력물'이라는 글자를 만드는 것으로 묘사했습니다. 진하게 표시가 된 것처럼 재료 분말이 굳어지면, 다음으로는 저장소에 있는 밑면이 상승하고, 빌드 플랫폼은 아래로 내려가게 됩니다.


위 그림은 저장소가 상승했고, 빌드 플랫폼이 하강한 것을 묘사한 그림입니다. 저장소가 올라가서 처음 시작할 때 처럼 재료 분말이 위로 올라왔고, 빌드 플랫폼이 내려감으로서 다시 롤러가 재료 분말을 밀어서 빌드 플랫폼으로 옮길 준비를 합니다.


이렇게 올러가 분말 형태의 재료를 밀어서 옮기는 단계가 다시 반복되며, 이미 굳어진 형태의 레이어 위에 분말이 덮어지게 됩니다.



다시 프린터 헤드가 가로 세로로 움직여서 전체적인 조형물의 가로 절단면으로 재료 분말을 굳혀서 레이어를 만듭니다. 이 과정을 조형물이 완성될 때까지 반복하게 됩니다.



마지막 단계에 이르면 저장소에 있는 분말을 거의 다 빌드 플랫폼으로 옮겨져서 위 그림과 같은 상황이 됩니다. 



위 그림은 빌드 플랫폼안의 상황을 묘사한 투사도입니다. 여기서 재료 분말 제일 윗층에 보이는 '출력물'이라는 아래로 마치 기둥처럼 세워진 아랫층 레이어가 있는 것을 볼수가 있습니다. 이처럼 3DP 방식의 3D 프린터에서는 출력이 다 끝나면 출력물이 분말 상태의 재료안에 있기 때문에 직접 꺼내야 할 필요가 있습니다.



거기다가 출력물의 틈 사이사이에 아직 분말 상태의 재료가 남아 있을 수 있기에 밀폐가 되는 장치 안에서 이를 바람-주로 소형 블로어나 팬등을 이용해서 바람을 일으키는 장치를 이용해서 불어 내거나 진공 청소기와 같은 장치로 제거하는 단계를 거치게 됩니다.



비록 지지대가 없기는 하지만, 3DP 방식의 3D 프린터도 출력이후 작업이 없지는 않습니다. 위 그림은 출력이 다 끝난 다음에 나오게 된 조형물을 묘사한 그림입니다.




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이번 포스팅에서는 3D 프린터에서 지지대라고 해서 소위 서포트(support)라는 것에 대해서 간략하게나마 설명을 하고자 합니다. 


우선 앞선 포스팅에서 설명한 FDM이나 SLA같은 방식의 3D 프린터는 제일 아랫층 부터 쌓아가면서 조형물을 만들어 가는 방식입니다.


위 그림처럼 피라미드 형태로 디자인된 물체를 출력하고자 하는 것이 가장 이상적입니다. 하지만 이와 반대가 되는 조형물의 경우에는 문제가 발생하게 됩니다.



위 그림과 같이 역 피라미드 형태가 될 경우 아랫층의 레이어(Layer)보다 윗층의 레이어가 더 크게 나오게 됩니다. 물론 이런다고 해서 100% 문제가 생긴다고 할 수 많은 없습니다.




위 그림에서 처럼 만약 아랫층 레이어와 윗층 레이어 간의 각도가 1번처럼 크다면 지지대인 서포트가 없어 출력물이 나올 수도 있지만, 2번처럼 아랫층 레이어 보다 윗층 레이어가 훨씬 더 넓어서 각도가 크게 나올 경우 입니다.



바로 위 그림과 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 실제로 컴퓨터 그래픽 상으로 디자인 하기로는 'ㄱ'자 형태로 만들고자 했지만, 실제로 3D 프린터-특히 FDM방식의 경우에는 오른쪽 그림과 같이 필라멘트가 제대로 만들어 지지 않고, 이상한 실타래 처럼 얽혀있는 형태로 나오는 부분이 생깁니다.


이런 현상이 벌어지는 이유는 다음과 같습니다.




위 그림은 FDM방식의 3D 프린터가 조형물을 만들 때, 아랫층 레이어 위에 새로운 레이어가 쌓여서 올라가는 것을 묘사한 그림입니다. 왼쪽에서 처럼, 아랫층 레이어가 없는 허공에 녹았는 필라멘트가 사출될 경우 당연히 허공에 떠 있을 수가 없습니다. 결국 중력의 영향을 받아서 아래로 쳐지게 되고, 이런 과정이 여러번 반복될 경우 실타래가 엉킨 것처럼 보이는 의도하지 않는 모양이 나오게 되는 겁니다.



그래서 해결책으로 지지대인 서포트가 등장하게 되는 겁니다. 위 그림에서는 편의를 위해서 연두색으로 표시를 하였는데, 프린터 헤드에서 가열되어 녹았는 필라멘트가 지지대 위에 떨어지게 됩니다. 이번에는 아무것도 아닌 허공이 아니기 때문에 의도한 모양대로 나올 수 있도록 하는 겁니다.


이 서포트가 있음으로 해서 아래 그림과 같이 극단적인 형태의 구조물도 출력이 가능한 것입니다.



위 그림에 있는 우산의 경우에는 극단적으로 아랫층 레이어에 해당하는 바닥면은 우산의 손잡이 부분만 있으며, 윗층 레이어인 우산 살과 천 부분은 엄청나게 넓습니다.



 이 경우에도 역시나 연두색으로 표시가 된 지지대인 서포터가 생성이 되어서 우산과 같이 극단적인 형태의 구조물도 3D 프린터가 출력할 수 있게 되는 겁니다.


다음은 실제로 3D 프린터에서 어떻게 서포트가 역할을 하며, 어떤 식으로 되는지를 몇 장의 사진을 가지고서 설명을 하겠습니다.


먼저 출력하고자 하는 독수리 상이 디자인 상으로는 다음과 같습니다.



이 독수리 상의 경우에는 우선 양 날개의 끝 부분부터가 허공에 떠 있으며, 이 사진만으로는 알기가 어렵지만 독수리의 부리 부분 역시 아랫층 레이어가 없기 때문에 허공에 떠 있습니다.

이러한 구조물은 FDM방식의 3D 프린터로 출력하려고 하면, 역시 서포트를 지정해서 허공에서도 구조물을 지지할 수 있도록 하는 것 이외에는 선택이 없습니다.



보급형인 제 3D 프린터로 2시간 정도 걸려서 출력한 결과물입니다. 전체적인 형상이 독수리 인것은 알 수가 있으시겠지만 무언가 이상한 것이 붙어 있는데 저게 모두 서포트입니다. 제가 보유한 FDM 방식의 3D 프린터의 경우에는 1개의 필라멘트만 사용할 수 있기 때문에 서포트를 출력물과 같은 재질로 할 수 밖에는 없지만, 대신에 제거가 용이하도록 속이 비었고 그다지 튼튼하지 않은 구조로 만들어 지게 됩니다.


당연 출력물을 완성하기 위해서는 다소 귀찮기는 하지만, 하는 수 없이 서포트에 해당하는 구조물을 조심스럽게 제거하는 후처리 과정을 거쳐야만 합니다.



제거 작업을 끝낸 독수리 상(사진에서 상단)과 제거된 서포트 구조물 (사진에서 하단에 있는 하얀색 더미)입니다. 물론 출력물과 언제나 동일만 재료만 하지 않고, 왁스나 수용성 수지를 이용해서 출력당시에는 지지대의 역할을 하지만, 제거는 물에 씻기만 하면 간단하게 되는 방식도 실제로 있습니다. 


다만 이번 경우에는 제 FDM방식의 3D 프린터가 보급형이고, 한 종류의 필라멘트만 사용이 가능하기에 다소 귀찮더라도 이렇게 많은 양의 서포트를 제거해야만 했습니다.








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안녕하세요?

이번에는 DLP라고 해서 Digital Light Processing의 줄임말로, 우리나라 말로 굳이 바꾸자면 마스크 투영 이미지 경화 방식이라고 불리는 방식입니다.

우선 3D 프린터가 완전히 처음 접하시는 분이라면 

http://netpilgrim.tistory.com/2

위의 주소로 가셔서 3D 프린터에 대한 대략적인 설명을 듣고 오시는 것을 추천합니다.


그리고 이 DLP방식은 SLA라는 방식과 유사하지만, SLA방식에서는 자외선 레이저를 사용했다면 여기 DLP방식에서는 빔 프로젝터를 사용해서 광경화성 수지를 굳힌다는 특징이 있습니다.


*링크 같이보기 : SLA방식의 3D 프린터


바로 학교나 회사에서 프레젠테이션 용으로 많이 사용하는 그 빔 프로젝터와 같은 방식으로, 먼저 빛이 닿으면 고체로 변하는 액체 상태의 플라스틱 수면 표면에 바로 비추어서 굳히는 원리로 조형물을 만드는 3D 프린터입니다. 이 DLP방식의 3D 프린터는 0.1밀리미터 이하의 정밀도 높게 조형물을 출력하는 것이 가능하기 때문에 높은 정밀도가 필요한 맞춤형 보청기나 치과에서 쓰는 의치와 같은 물건을 만드는 작업에도 널리 쓰입니다.


거기다가 앞서 설명한 FDM방식이나 SLA방식과는 다르게 한 개의 층(Layer)를 한번에 만들기 때문에 상대적으로 물체를 만드는데 걸리는 시간이 짧다는 장점도 있습니다.


다음은 이 DLP방식의 3D 프린터가 어떻게 출력물을 만드는지 과정을 그림을 그려가면서 간략하게 설명하고 있습니다.


   


그림에서 보이다 시피 1번으로 표시된 것이 바로 빔 프로젝터 처럼 이미지를 투영하는 일종의 영사기와 같은 장치입니다. 이 장치에서 투영된 이미지는 먼저 2번으로 표시된 빌드 플랫폼 위에 한개의 층(Layer)의 두께만큼 깊이로 채워져 있는 액체 상태의 광경화성 플라스틱 위에 닿게 됩니다. 이 액체 플라스틱은 위 그림에서 3번으로 표시되어 있으며, 모두 4번으로 표시가 된 수조 안에 채워져 있습니다.



위 그림에서 처럼 1번으로 표시가 되었던 빔 프로젝터, 혹은 영사기 등등에서 특정한 이미지-한개의 층(Layer)에 해당하는 전체 출력물의 가로 절단면에 해당하는 이미지가 액체 플라스틱의 표면에 비추어 집니다.


 

 


3D 프린터의 수조 안에 가득 채워져 있는 액체 플라스틱은 빛에 노출되면 앞서 말했던 바와 같이 고체로 굳어지게 되는데, 굳어지면서 빌드 플랫폼 위에서 붙게 됩니다. 여기서는 이미지를 투영하는 장치에서 Layer라는 글짜를 비추었으므로, 액체 플라스틱의 표면에는 Layer라는 글씨가 굳어져 가기 시작합니다. 이렇게 한개의 층(Layer)에 해당하는 전체 출력물의 가로 절단면을 비추어 액체 플라스틱을 굳히게 됩니다.


 



환전히 수면에 비추었는 Layer라는 글자가 굳으면 이번에는 영사기에서 영상을 그만 투영하고, Layer라는 글자가 붙어 있는 빌드 플랫폼을 수조 아래로 내리게 됩니다.


 



수조 아래로 빌드 플랫폼이 내려가게 되면, 기존의 고체화된 출력물은 액체 플라스틱의 수면 아래로 잠기게 되고, 그 위에 새로운 이미지를 비추어서 한층 한층 쌓게 됩니다.


 


마지막 층(Layer)가 완성이 되면, 빌드 플랫폼을 올려서 출력물을 액체 플라스틱 수지 안에서 건저 올리게 됩니다.


 



액체 플라스틱 수지에서 건저 올린 출력물을 SLA방식과 마찬가지로 세척과 경화 과정을 거쳐서 마무리를 합니다. 


이상으로 DLP방식에 대해서 간략하게 살펴 보았습니다. 이 DLP방식은 SLA방식보다 더 빠르게 출력물을 만들어 낼 수 있다는 장점이 있기는 하지만, 역시나 광경화성 액체 플라스틱 수지의 가격이 비싸다는 단점 역시 같습니다. 하지만 이미지를 투영한다는 점 때문에 SLA방식에 비해서 더 빠른 시간에 출력물을 만들어 낼 수 있다는 장점이 있습니다.






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혹시 3D 프린터에 대해서 전혀 모르시나요?

제 블로그 아래와 같은 포스팅을 읽으시고 대략적인 설몀을 듣고 오시는 것을 추천합니다.

http://netpilgrim.tistory.com/2


이번에는 SLA라고 해서, Stereo Lithography Apparatus의 약자인 방식의 3D 프린터입니다.

이 방식은 미국 3D 시스템즈사의 가장 대표적인 프린터 기종으로, 특허권자인 척 헐이 세계 최초로 개발하여 상용화에 성공한 기술로 알려져 있는 방식입니다. 

이 방식은 빛에 반응하는 광경화성 액상수지라고 해서, 주로 자외선 레이저에 액체상태로 되어 있는 플라스틱이 노출되게 되면 고체로 굳어지는 성질이 있는 재료를 사용하게 됩니다.

아래 그림에서 다시 설명하겠지만, 수조에 액체 상태의 광경화성 플라스틱을 가득 채운 다음, 한층한층 자외선 레이저로 굳혀가면서 형상을 만들어서 적층하는 방식입니다.

사용된 조형물이 일반적으로 정밀도가 높다는 장점이 있으나, 재료비가 비싼편으로 2015년 12월에 들은 바로는 10리터에 2000만원이라고 하였습니다. 그리고 완성된 조형물은 반드시 세척해서 표면에 묻어있는 광경화성 수지를 제거해야 하며, 완성된 물체의 강도가 약해서 UV를 이용해서 추가적인 경화 과정을 거쳐야 하는 필요성도 있습니다.


다음은 이해를 돕고자 그림을 첨부해서 SLA방식의 3D 프린터가 어떻게 조형물을 만드는지를 설명하는 데, 모든 내용은 크리스토퍼 바넷의 저서 [3D 프린팅 넥스트 레볼루션]이란 책의 내용을 참조해서 만들었습니다.


                                    


위 그림에서 1번이 자외선 레이저가 나오는 광원으로, 이 그림에서 보라색 선으로 표시된 것이 자외선 레이저 입니다.  이 자외선 레이저는 광원에서 나와서, 2번의 반사경을 통해서 반사가 되어 3번으로 표시된 광경화성 수지의 표면에 닿게 됩니다.

표현에서 액상 플라스틱은 고체로 굳어지게 되어서 4번으로 표시된 필드 플랫폼이라는 바닥에 안착합니다. 나중에 설명하겠지만, 이 빌들 플랫폼에는 바닥에 구멍이 뚫린 구조로 되어 있어서 광경화성 수지가 큰 무리없이 이동할 수 있도록 되어 있습니다. 모든 액체 플라스틱 광경화성 수지는 5번으로 표기된 수조에 채워져 있습니다.


                                    


 

2번으로 표시된 반사경의 각도롤 조정하는 것으로 자외선 레이저가 필드 플랫폼 위에서 가로 세로로 움직이는 것처럼 조종할 수 있습니다. 이런 식으로 1개의 층(Layer)에 해당하는 모양을 완성하고 나면, 필드 플랫폼을 수면 아래로 내리는 것으로 해서 높이를 올리고, 이미 완성된 1개의 층(Layer) 위에 다음 층(Layer)의 모양을 조형하게 됩니다.


                                

위 그림과 같이 광경화성 액상 플라스틱 수지가 가득찬 수조에서 필드 플랫폼이 내려갈수록 조형물의 높이가 올라가는 것을 볼 수가 있습니다. 이런 과정을 조형물이 설계된 높이에 해당하는 층(Layer)가 완성되는 순간까지 계속 반복하게 됩니다.


                                    



SLA방식의 3D 프린터에서 조형물이 완성이 되면, 마지막으로 빌드 플랫폼이 수조에서 올라와서 광경화성 플라스틱 수지에서 조형물을 꺼내게 됩니다. 이 조형물의 표면에 묻어 있는 액체 플라스틱 수지는 자연적인 햇빛 등에 노출이 되어서 굳어져서 의도치 않은 요철을 만들 수 있기 때문에 세척해서 제거해 주어야 합니다. 


                                                                            


일반적으로 SLA방식으로 만들어낸 조형물은 표면이 매끄럽기는 하지만, 강도가 약하기 때문에 전체적으로 UV 경화 과정을 거쳐서 강도롤 올려주는 과정을 거치기도 합니다.

이와 같은 방식으로 조형물을 출력하는 SLA방식에 대한 대략적인 설명을 마치도록 하겠습니다.

이 SLA방식의 가장 큰 단점이라면 역시나 저 액체 플라스틱 수지의 가격이 비싸다는 점입니다. 일반적인 조형물을 출력할 때는 거의 밀리리터 단위(ml)로 소모가 되지만, 항상 수조에는 몇 리터의 액체 플라스틱 수지를 채워 놓아야 한다는 것 때문에 비용 문제가 있습니다.




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혹시 3D 프린터에 대해서 전혀 모르시나요?

그렇다면 이 블로그의 다음 포스팅으로 가셔서 대략적인 설명을 보시는 것을 추천합니다.

http://netpilgrim.tistory.com/2


FDM 이란 Fused Depositioin Modeling의 줄임말로서, 수지용해 적층방식이라고도 합니다.

이 방법은 열가소성 수지인 플라스틱 와이어를 열로 녹여서 반용융 상태로 만든 다음에 컴퓨터가 제어하는 경로대로 움직이는 헤드에서 녹았는 플라스틱 수지 와이어를 밀어내어 바닥인 플랫폼에 떨어트린 다음, 플랫폼에서 굳히는 방식으로 한층 (Layer)씩 쌓아가는 방식으로 출력물을 만들어 가는 방식이라고 할 수 있습니다.

단순히 말로만 들어서는 이해하기 어려울 수가 있으니 아래에 첨부한 그림을 하나하나 보여드리면서 설명을 하겠습니다.

 

                                     

위 그림은 설명을 돕고자 FDM 방식의 3D 프린터를 간략하게 표현한 그림입니다.

그림에서 1번으로 표시가 된 연두색 선은 FDM방식에서 쓰이는 플라스틱 수지 와이어로, 일반적으로 아래와 같이 두루마리 릴 형태로 감겨진 상태로 판매가 되며, 실타래에서 한 올씩 뽑아서 3D 프린터에서 사용하게 됩니다.

 

                                                                             

                                                            보시다 시피 다양한 색상으로 판매가 되고 있으며, 종류 또한 많습니다.

 

이 플라스틱 수지 와이어는 보통 [필라멘트(filament)]라고 불립니다. 이 필라멘트가 당연히 저절로 3D 프린터 안으로 말려서 들어갈 리가 없으니, 2번으로 표시가 된 3D 프린터의 부품이 필라멘트를 밀어주게 됩니다. 이 2번에 해당하는 부분을 보통 부르기를 [익스트루더 (extruder)]라고 부르는 부품입니다.

 

                    

                   위 사진에서 보이는 톱니바퀴가 달린 모터입니다. 이 톱니바퀴가 모터와 연결되어 있어서 돌아가는 것으로 필라멘트-사진에서는 파란색

                     선 같은 와이어를 밀어 올려서 3D 프린터 안으로 공급하는 장치입니다.

 

2번의 익스트루더를 통해서 3D 프린터 안으로 공급된 필라멘트는 마지막으로 3번으로 표시된 부분으로 도착하게 되는에 이 부분이 보통 헤드라고 불리는 부분입니다.

 

                                                 

                                                              이 부분에서 필라멘트가 녹아서 아래로 떨어지게 됩니다. 

 

이 부분에서 녹아내린 필라멘트는 마지막으로 4번으로 표시된 베드라고 불리는 곳으로 떨어지게 되는데, 여기는 보통은 단순한 금속이나 유리로 된 사각이나 원형의 평평한 판입니다. 다만 앞으로의 포스팅에서 다루겠지만, 이 부분에서도 녹아서 떨어진 필라멘트가 급격히 식어서 굳어지지 않도록 열을 가해주는 히트 베드(heat bed)라고도 있습니다. 히트 베드의 경우에는 FDM방식에서 추가적으로 설치해야 하는 부품입니다.

 

지금까지 대략적인 FDM 방식의 3D 프린터를 살펴 보았습니다. 여기서 FDM방식의 3D 프린터가 어떻게 해서 출력물을 만드는지 과정을 설명하자면, 먼저 헤드 부분이 가열 되면서 필라멘트가 녹는 온도까지 올라가게 됩니다.

 

                                        

                                                 프린터 헤드 부분인 3번이 가열되는 것을 붉은색으로 표시하였습니다.

                                                      

                                                 

                                        

                                                  필라멘트가 녹는 온도에 도달하면 당연히 헤드 내부의 필라멘트가 녹아

                                                       내리기 시작합니다.

 

이렇게 헤드가 가열이 되어서 필라멘트가 녹는 온도에 도달하게 되면, 이때부터 본격적으로 3D 프린터가 출력에 들어가는 단계에 들어가게 됩니다.

 

                                               

                                                        

위 그림에서 처럼 한 방울씩 떨어지는 것은 아니지만, FDM을 설명하기 위해서 과장되게 표현한 것입니다. 한개의 층(Layer)를 만들기 위해서 먼저 헤드는 고정되어 있고 아래 녹았는 필라멘트가 떨어지는 베드가 가로 세로로 움직이는 형태가 있습니다. 이 경우 헤드에서는 익스트루더가 필라멘트를 밀어서 공급할 때마다, 헤드 안에서 녹아내린 필라멘트가 베드 위로 떨어지게 됩니다. 이런 식으로 한 개의 층(Layer)의 모양을 만들게 됩니다.

 

혹은

 

                                              

 

반대로 베드는 가만히 고정되어 있고, 헤드가 가로 세로로 움직여서 레이어(layer)의 2차원적인 모양을 만드는 방식도 있습니다.

 

한 개의 층(layer)의 모양이 다 완성이 된다면, 다음으로는 높이를 올려서 다음 층(layer)를 만들기 위해서 움직이게 됩니다. 움직이는 방식은 크게 2가지가 있습니다.

 

                                                   

첫번째는 출력물이 올려져 있는 베드를 아래로 내리는 방법입니다. 그림에서는 Layer라는 글자를 먼저 한 층 만들면, 글자가 붙어 있다고 할수 있는 베드가 아래로 내려가고, 그 Layer라는 글자위에 한 층이 더 올려지는 방식입니다.

 

                                                    

아니면 반대로 필라멘트를 녹이는 헤드가 위로 올라가서 출력물, 여기서는 Layer라는 글자 위에 새로운 층을 쌓는 방법이 있습니다.

 

대부분의 개인용 3D 프린터는 이 FDM방식을 채택하고 있는데, 그 이유는 Strasys사가 보유하고 있던 특허가 2009년 만료되어서 저가의 장치를 개발할 수가 있었기 때문입니다. 가정에서도 저렴하게 구매하여 쓸수 있는 모델부터 전문가를 위한 시제품 제작을 위한 고가의 장비까지 다양하게 개발이 되었으며, [미래를 바꿀 3D 프린팅]이라는 책에서 언급한 바에 따르면, 일반인이 가장 빨리 접근이 가능한 장치이기에 교육용으로 많이 사용이 된다고 합니다.

 

FDM방식의 특징은 표면의 마무리가 다른 방식에 비해 거칠고, 줄무늬가 눈에 띄는 경향이 있기에 섬세한 조형이나 정밀도가 많이 필요한 작업에는 적합하지 않은 면이 있습니다.

 

 

물론 제가 모든 걸 알고있지 않을 뿐더러, 3D 프린팅은 계속해서 발전하기에 여기에 있는 설명이 절대적이지는 않습니다. 하지만 이 글을 읽어주신 분들에게 조금이라도 FDM방식에 대한 이해에 도움이 되기를 바랍니다.

 


 

 

 

 

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안녕하십니까?

 

3D 프린터라는 말을 많이 들어는 보셨을 것인데, 구글에서 대충 이미지를 검색하면 다음과 같은 이미지가 뜹니다.

 

                               

                               

                               

 

무언가 물체를 만들어 주는 기계인것 같기도 하지만, 정확하게 무엇인지 모르실 분들을 위해서 간략하게 정리를 하자면, 우선 테크노 공학 기술 연구소에서 저술한 [재미있는  3D 프린터와 3D 스캐너의 세계]라는 책에서 15페이지의 내용을 말하면

 

[일반적으로 말하는 3D 프린터는 컴퓨터로 모델링한 데이터를 사용하는 프린터의 종류에 따라 파일을 변환하여 제품을 제작하는 방식 중의 하나로 조형 기술 방식에 따라 차이가 있는데, 어느 방식이나 기본적인 개념은 3D 모델링 데이터를 변환하여 층층히 쌓아올리는 제작 방식으로 일반적으로 적층가공 (Additive Manufacturing)이라고도 합니다.]

 

여기서 적층가공 (Additive Manufacturing)이라고 조금은 생소한 용어가 나오기 시작합니다.

말만 들어서는 블럭 같은 것을 쌓아 올리는 것인가 하는 생각이 들수도 있는데, 비슷하기는 합니다.

 

 

 

위의 그림에서 보는 것과 같이 좌측에 있는 A라고 뒤집어 놓은 사발처럼 둥근 언덕 형태의 물체를 만들고자 하면, 3D 프린터는 실제로는 우측의 B처럼 하나하나의 얇은 층(layer)을 가로 방향으로 펼치고, 그 위에 새로운 층(layer)를 세로 방향으로 올려서 물체의 형태를 만드는 방식입니다.

말 그대로 재료를 한 층 한 층씩 쌓아 올려서 형태를 만드는 장치인데, 여기서 이 층으로 일컫어 지는 Layer의 두께는 정밀도가 낮은 것은 0.4mm에서 높은 것은 15마이크로 미터까지 있다고 합니다.

 

이러한 적층조형 방식은 기존의 방식에서 형태를 만드는 것이 힘든 복잡한 형태의 물체를 만들 수 있다는 장점이 있지만, 한 층씩 쌓아 올리기 때문에 단면적이 크거나 높이가 높은 형태의 물체를 만드는 데 시간이 많이 걸린다는 단점이 있습니다.

 

이렇게 본다면 시간이 많이 걸리면서 어떠한 물건이든 만들어 내기만 하면 3D 프린터로 볼수 있을 것 같지만, 문제는 너무 포괄적이고 범위가 넓다는 문제가 있습니다.

 

                                                       

                                                                          프린터라는 이름이 붙었다고 해서 이렇게 뭐든지 만들어 주는 기계는 아닙니다.

 

 

이에 대해서 다소 책을 쓴 저자 한명의 주관적인 관점이기는 하지만, 그래도 요즘 3D 프린터라고 뜨는 이유이기도 하고 실제로도 이런 이유로 인해서 4차 산업혁명이라고도 불리고 있기도 합니다.

 

하라 유지가 쓴 [3D 프린터의 도입과 제작] 이라는 책에서는 적층 조형을 한다고 해서 무조건 다 3D 프린터라고 말하지 않고 대체적으로 다음과 같은 조건을 충족해야 하는 것으로 말하고 있습니다.

1번 : 가정용 전원에서도 작동해야 한다.

2번 : 전담 오퍼레이터나 특별한 자격증은 필요없다.

3번 : 일반 사무실이나 가정에서도 사용할 수 있어야 한다.

 

위와 같은 3가지 조건을 종합하면, 누구나 손쉽게 다룰수 있고, 특별한 설비나 조건이 아닌 곳에서도 쓸수가 있어야 한다는 것을 알 수가 있습니다.

 

MIT의 닐 거센필드 교수의 말에 의하면 3D 프린터는 전자레인에 비유할 수 있다고 합니다. 전자레인지가 요리 전체를 다 해낼 수 있는 것은 아니지만, 요리를 하는데 많은 도움을 주는 것 처럼 3D 프린터만 가지고서 모든 것을 다 만들 수는 없지만 만드는데 많은 도움이 되는 도구인 것은 사실입니다.

 

                                               

                                                           그리고 보면 둘다 사용하는데 간편하다는 특징도 있습니다.

 

여기까지만 보면 3D 프린터가 좋은 점만 있는 것 같지만, 사실 몇 가지 단점도 있는 것도 사실입니다. 크리스토퍼 버넷이 쓴 [3D 프린팅 넥스트 레볼루션]이란 책을 보면 크게 다음과 같은 문제점이 있는 것으로 나옵니다.

 

우선 안전성에 관한 문제라고 할 수 있습니다.

책에서 예시로 든 경우는 3D 프린터로 자동차 핸들을 디자인 파일을 인터넷상에서 다운받아 3D 프린터로 만들어서 사용하다가 핸들 디자인에 결함이 있어서 운전중에 핸들이 부서져서 자동차 사고가 나는 경우를 언급합니다.

이 예시처럼 누구나 디자인 파일을 인터넷을 통해서 다운받고 그걸 3D 프린터로 만들어서 사용할 수 있는 것은 좋지만, 이 만들어낸 물건이 디자인 단게에서 부터 문제가 있고, 그로 인해서 발생하는 안전사고가 날 수 있다는 문제점이 있습니다.

 

그 다음으로는 3D 프린터를 이용해서 총을 만들 수 있다는 문제점도 있습니다. 물론 한국내에서야 총을 만들수 있다고 쳐도, 총알이 없어서 큰 문제가 되지는 않지만, 총기 소지가 가능한 국가에서는 이는 문제가 될 수도 있습니다. 실제로 최초로 3D 프린터를 가지고서 총을 만든 사람은 문제가 되자 디자인 파일을 올렸던 사이트에서 스스로 파일을 삭제하는 것으로 해결이 되었다고 합니다. 총만이 문제가 아니라 언제든지 위험한 물건을 만들 수 있다는 것이 문제입니다.

 

기존의 프레스 기기를 이용한 사출 성형 방식의 경우에는 제작할 수 있는 제품의 종류는 적지만, 그 수량이 많은 경우 대량생산에 유리한 면이 있었던 반면, 3D 프린터의 경우에는 반대로 다양한 종류의 물건을 소량 생산하는데 적합니다. 이 말 그대로 3D 프린터를 가지고서 한 종류의 물건을 대량으로 만드는 것에 적합하지 않은 단점이 있습니다.

 

3D 프린터의 경우 소재가 한정적으로 제한되어 있다는 점이 단점입니다. CNC와 같은 절삭가공의 경우 석재나 목재, 금속등 제한없이 가공이 가능하나, 3D 프린터의 경우 대다수의 경우 플라스틱 수지를 사용하며, 몇몇 특수한 방식의 3D 프린터의 경우에는 분말 상태로 되어 있는 금속 분말을 이용해서 금속으로 된 형태의 물체를 만들 수 있기는 하지만 여전히 다른 가공방식에 비해서 다룰 수 있는 소재의 종류가 한정되어 있다는 점이 단점입니다.

 

마지막으로 적층가공의 특성 때문에 표면이 매끄럽지 않고 요철이 있어서 거친 상태로 마무리가 되는데, 이를 따로 처리해 주어야 하는 과정이 있다는 것도 3D 프린터의 단점입니다.

 

위와 같은 단점들이 있음에도 불구하고, 누구나 사용이 가능하고 특히 시제품과 같이 다양한 형태의 디자인이 된 물체를 만들어 낼 수 있다는 점 때문에 3D 프린터는 주목받는 기술이라고 할 수가 있습니다.

 

 

 

링크

1. FDM 방식에 대한 간단한 설명

2. SLA 방식의 3D 프린터 

3. DLP 방식에 대한 간략한 설명 

4. 3DP 방식의 3D 프린터에 대한 설명 

5. SLS방식에 대한 설명 

6. LOM이란 특이한 방식의 3D 프린터에 대한 설명

 

 

 

 

 

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