3D프린터란 무엇인가?

3D프린터의 이해

이번 포스팅은 3D프린터에 대해 하겠습니다. 예전부터 3D프린터가 활성화되고 사용화되면 정말 무시하지 못할 능력을 갖게 될 것이라고 들어왔습니다. 그리고 상용화가 되었긴 하지만 생각보다 느리고 그 사용반경도 좁은 것 같습니다. 하지만 아직 계속 기술이 발전 중이니 기대하고 있겠습니다.

3D 프린터의 역사

3D 프린터는 최근 2~3년 사이에 본격적으로 보급되고 있지만, 그 역사는 1980년대까지 거슬러 올라갑니다.

시초는 RP(Rapid Prototyping)이라고 불리는 프린팅 기술이었습니다. 1981년 일본 나고야시 공업 연구소의 히데오 코다마 박사에 의해 특허 출원되었지만, 기한인 1년 안에 설명서를 기재하지 못했기에 특허는 무산되었습니다.

그후 1986년 3D 프린터의 첫 번째 특허는 SLA(광경화성 수지 적층 조형) 기계를 만든 척 헐(Chuck Hull)에게 주어지며, 그 후 3D System사를 설립하고 2년 후인 1988년 3D 프린터가 세계 최초로 상용화되었습니다.

그러나 3D 프린터와 관련된 높은 생산 비용 및 지적재산권 등의 이유로 항공이나 자동차 산업 등에서 시제품을 만드는 용도로 제한적으로 사용되었습니다. 최근 3D 프린터를 제작하는 비용이 급격히 떨어지고 지적재산권의 행사 기간이 종료됨에 따라 본격적으로 개발되어 보급되고 있습니다.

3D 프린터란

기존의 프린터는 2D 프린터로 디지털화된 파일이 전송되면 그것을 찍어내기 위하여 앞뒤(x축)와 좌우(y축)으로만 운동합니다. 3D 프린터는 여기에 상하(z축) 운동을 더하여 입력한 3D 도면을 바탕으로 입체 물품을 만들어냅니다.

3D프린터는 종류가 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 적층형과 절삭형으로 나눌 수 있는데 적층형은 아주 얇은 2차원 면을 층층이 쌓아 올리는 방식입니다. 절삭형은 커다란 덩어리를 조각하듯이 깎아서 인쇄물을 만드는 것입니다. 절삭형은 소재의 불필요한 부분을 깎아내기 때문에 재료의 손실이 발생하지만, 적층형은 재료의 손실이 없어서 최근 보급되는 3D 프린터는 대부분 적층형 프린터입니다.

제작

제작 단계는 모델링(modeling), 프린팅(printing), 피니싱(finishing)으로 이루어집니다. 모델링은 3D 도면을 제작하는 단계로, 3D CAD(computer aided design)나 3D 모델링 프로그램 또는 3D 스캐너 등을 이용하여 제작하는 것입니다. 프린팅은 모델링 과정에서 제작된 3D 도면을 이용하여 물체를 만드는 단계로, 적층형 또는 절삭형 등으로 작업을 진행하는 것이다. 이때 소요시간은 제작물의 크기와 복잡도에 따라 다릅니다. 피니싱은 산출된 제작물에 대해 보완 작업을 하는 단계로, 색을 칠하거나 표면을 연마하거나 부분 제작물을 조립하는 등의 작업을 진행하는 것입니다.

3D 프린터의 재료

일반적인 프린터가 에폭시와 염료로 만들어진 토너나 잉크를 이용하는 것과 달리, 3D 프린터는 주재료로 플라스틱 소재를 많이 이용합니다. 그러나 다양한 산업 분야에서 3D 프린터의 활용 가능성에 주목하면서 플라스틱 소재 외에도 고무, 금속, 세라믹과 같은 다양한 소재가 이용되고 있으며, 최근에는 초콜릿 등 음식재료를 이용하는 사례도 소개되고 있습니다.

 

적층형 프린터를 직접 보고 사용해본 적이 있습니다. 3D프린터가 좋은 모델은 아니었지만 그냥 보급형 모델 정도는 되었습니다. 하지만 시간이 정말 오래 걸립니다. 약 10cm 정육면체를 하나 출력하는데 거의 7~8시간 정도 걸렸습니다. 물론 보급형이고 재료도 별로 좋지 않은걸 써서 더 느렸을 수도 있지만 상용화 되기에는 아직 이르다는게 저의 생각입니다. 하지만 기술의 발전이 빨라지고 있고 점점 더 새로운 재료가 개발 될 것입니다. 앞으로의 쓰임을 기대해 봅니다.