제1차시. 3D 프린팅의 이해
1. 3D 프린팅의 정의
1) 3D 프린팅이란?
3D 프린팅은 3D 프린터를 이용해 입체적인 물체를 출력하는 기술을 의미한다.
2) 2D 프린터와 3D 프린터 비교
● 2D 프린터: 인쇄물을 평면적으로 출력
● 3D 프린터: 물체를 3차원 형태로 출력
3) 3D 프린팅의 장점
● 맞춤형 제작 가능: 개별적으로 맞춤형 제작이 가능, 필요 시 즉시 제작 가능
● 낭비 없는 생산: 필요한 양만큼만 소재를 사용하여 생산하기 때문에 재고품을 비축하는 것이 필요하지 않으며, 환경에 대한 부담을 줄이고 원재료의 소비를 최소화
● 디자인의 자유: 모델링 소프트웨어를 사용하여 원하는 디자인을 제작할 수 있으며, 제품의 외형, 크기, 형태 등을 다양하게 제작함
● 저렴한 제작비용: 기존 제조 방식보다 작업 공간 대비 생산 능력이 높아져 3D 프린터를 이용한 생산으로 인건비 절감이 용이함, 설계 수정이 용이하여 다품종 소량 생산이 가능
4) 3D 프린팅의 단점
● 출력 속도: 전통적인 생산 방법에 비해 3D 프린터의 속도가 느린 편, 제품의 크기와 밀도에 따라 오랜 출력시간이 필요함
● 제작 크기 제한: 3D 프린팅의 제작 크기 제한이 존재, 큰 제품을 제작하기 위해서는 제품을 분할하여 제작해야 되며, 제품 크기에 맞는 큰 사이즈의 3D 프린터를 구입해야 함
2. 3D 프린팅 프로세스
1) 3D 프린팅 프로세스 3단계
2) 3D 프린팅 프로세스 6단계
● 아이디어 구상하기: 아이디어를 떠올리고 디자인 스케치
● 3D 모델링: 스케치를 바탕으로 원하는 디자인 3D 모델링
● 슬라이싱 데이터 전송: 슬라이서 프로그램을 사용하여 G-code로 변환
● 3D 프린팅하기: 적합한 재료를 넣고 3D 프린터로 출력
● 후가공하기: 니퍼와 같은 공구를 통해 서포트 제거 및 다듬기
● 아이디어 제품 완성: 3D 프린팅 프로세스를 통한 제품 제작 완료
3. 3D 프린팅 방식 및 재료
1) 7가지 적층 제조 방식 분류(KSDISO/ASTM 52900 기준)
2) 재료별 대표 프린팅 방식 3가지
(1) 액체기반 (SLA) - 광경화 적층 방식
→ 방식: 빛을 쐬면 굳는 성질을 가진 액체 상태의 플라스틱에 레이저를 쏘아 한 줄씩 굳히는 방식, 위쪽에서 아래쪽으로 레이저를 쏘아 만듦
→ 장점: 표면이 매끄럽고 정교함
→ 단점: 단단하지 못하고, 출력비용이 고가임
(2) 파우더기반 (SLS) - 레이저 소결 방식
→ 방식: 미세한 가루로 만든 재료를 한 층씩 쌓으며 레이저나 액체 접착제 등으로 녹여서 붙이는 방식, 사용하는 가루의 크기가 비슷해야 함
→ 장점: 출력 속도가 가장 빠르고, 쓸 수 있는 재료가 다양함
→ 단점: 출력 크기가 제한적이며, 출력비용이 고가임
(3) 고체기반 (FDM) - 용융 적층 방식
→ 방식: 수지나 금속 등의 재료를 녹인 후 노즐을 통해 치약처럼 짜내며 쌓는 방식
저렴한 개인용 3D 프린터가 대부분 이 방식을 적용
→ 장점: 내구성이 가장 좋고, 출력비용이 저렴함
→ 단점: 표면이 거칠고, 출력 속도가 느림
3) 3D 프린팅 재료의 종류
● 금속: 단일 금속이나 합금 재료는 산업용으로 많이 사용
● 금, 은: 귀금속 세공 분야에서 각광을 받음
● 레이우드: 나무 분말과 합성수지를 이용해 만든 재료
● 바이오 물질: 생체 조직 및 부서진 뼈를 프린트하여 이식
● 스테인리스: 강도가 좋아 여러 분야에서 폭넓게 쓰는 재료
● 식품: 원하는 음식을 재료로 사용
● 세라믹: 세라믹 재질의 프린팅에서 가장 유의해야 할 점은 후가공 도자기를 굽듯이 가열하는 과정이 필요함
● 알루마이드: 알루미늄 분말과 폴리아미드를 결합시켜 만든 재료
● 종이: 친환경적 소재로 재활용도 가능
● 플라스틱: 일반적으로 분말 혹은 필라멘트 형태로 가장 많이 사용
● ABS: FDM 방식에서 가장 일반적으로 쓰이는 재료
● PLA: 옥수수 전분 원료로 만든 생분해성 고분자 소재
필라멘트 형태로 만들어져 FDM 방식에도 널리 쓰이는 재료
친환경적 소재로 3D 프린팅에서 가장 인기 있는 재료