3D 프린터는 어떻게 작동합니까?

3D 프린팅은 전 세계를 휩쓸었으며 맞춤형 제조를 촉진하는 데 엄청난 영향력을 발휘했습니다. 이는 아마 틀림없이 우리 시대에서 가장 획기적인 혁신 기술 중 하나이므로 먼저 그 이유를 알아보기로 하겠습니다. 3D 프린팅이 뭐가 그리 대단하고 왜 그것은 어디에나 있는 것처럼 보이는 것일까요?

용도가 다양하고 겉보기에 무수히 많은 가능성이 있으며 기술 특허가 만료됨에 따라 이러한 가능성이 계속 증가하고 있는 3D 프린팅은 지난 몇 년 동안 폭발적으로 발전해 왔습니다. 오늘날 3D 프린팅이 인기 있는 이유 중 하나는 최신 3D 프린터는 훨씬 더 사용자 친화적이기 때문에 집에서 작업하는 콘셉트 모델러나 학교 교사가 대규모 제조업체만큼 기술을 활용할 수 있다는 것입니다.

3D 프린팅은 점점 더 많은 맞춤형 제품을 생산하는 속도가 빨라지고 있을 뿐만 아니라 과학자들은 때때로 여러 재료를 결합하여 기발한 프린팅 방법을 계속 생각해내고 있습니다. 3D 프린팅의 혁신 기술은 폐기물 생성이 최소인 제조, 저렴한 보철물, 맞춤형 물품에 대한 적합성, 더 빠른 예비 부품 생산을 의미하기 때문에 상업적 잠재력을 가질 수밖에 없습니다.

이 기사에서는 3D 프린터가 무엇인지와 그 작동 방식에 대해 알아보고, 3D 프린팅 기술과 응용 분야에 대해 논하고 3D 프린팅 프로세스의 주요 단계를 살펴보면서 배경을 설명하고자 합니다.

혁신적인 개념 즉, 장비, 도구, 재료, 플라스틱 필라멘트 또는 분말로 사실상 무엇이든 만들어낸다는 아이디어는 여전히 많은 사람들에게 압도적으로 미래적인 것처럼 보이지만, 3D 프린팅은 탐구하기에 흥미로울 뿐만 아니라 이해하기 쉽습니다.

간단히 말해서 이 기술은 3D 모델을 사용하여 적층 제조라고도 하는 일련의 기술을 통해 완전한 3D 물체를 물리적으로 제작합니다. 3D 프린팅을 설명하는 데 사용되는 일반적인 은유는 얇게 썬 빵을 거꾸로 굽는 것입니다. 일반적으로 하는 것처럼 빵 한 덩이를 먼저 구운 다음 자르지 않고 각각의 빵 조각을 개별적으로 구운 다음 그것들을 전체 빵 한 덩어리로 붙인다고 상상해 보십시오.

이제 기본적인 아이디어를 이해했으니 자세한 내용을 살펴보도록 하겠습니다!

느닷없이 3D 물체를 만들려면 고품질 소프트웨어, 적절한 재료 및 산업 등급 도구의 조합이 필요합니다. 이 조합이 정확히 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 3D 프린팅 프로세스의 세 가지 기본 단계를 자세히 살펴보겠습니다. 먼저 다운로드, 3D 스캐닝 또는 직접 설계하여 얻을 수 있는 3D 파일이 필요합니다. 그런 다음 필요한 3D 프린팅 기술을 결정합니다. 마지막으로 설계를 3D 프린터로 전송하여 원하는 물체로 변환합니다.

이제 각 단계를 자세히 살펴보겠습니다.

3D 모델링 및 3D 스캐닝

3D 모델은 어떻게 만들 수 있습니까? 적어도 두 가지 방법이 있습니다. 3D 모델링 소프트웨어를 사용하거나 3D 스캐닝을 통해 실제 물체를 디지털화하는 것입니다. 두 가지 방법 모두 장단점이 있지만 선택은 주로 프로젝트의 요구 사항에 따라 달라집니다. 이 주제에 대해 자세히 알아보려면 당사의 3D 모델 제작 방법에 대한 가이드를 확인하십시오.

최고급 3D 모델링 소프트웨어의 주요 이점 중 하나는 광범위한 기능입니다. 전문 소프트웨어로서 시계의 초소형 부품에서부터 시계탑 전체에 이르기까지 상상할 수 있는 모든 모델을 만드는 데 도움을 줍니다. 이것은 아직 존재하지 않는 물체를 설계하거나, 모델을 창의적으로 만들거나, 스캔할 수 없는 물체의 모델을 얻는 데 필요한 것입니다.

3D 모델링 소프트웨어에서 자신의 모델을 설계할 때 분명한 장점은 사실적인 시각화, 예술적 표현 그리고 많은 플랫폼에서 제공하는 3D 파일 라이브러리의 사용 가능성입니다. 이 접근법에서 어떤 점이 그다지 좋지 않습니까? 이런 방식으로 3D 모델을 만드는 것은 시간이 많이 걸리고 종종 최종 결과물이 부정확할 수 있습니다.

하지만 걱정할 필요는 없습니다. 특히 전문적인 프로젝트에서 최근에 인기를 얻고 있는 또 다른 방법이 있습니다. 이 대안적인 방법은 3D 스캐닝으로, 실제 물체, 사람 심지어 건물, 장면 또는 환경 전체를 정밀하게 디지털화할 수 있습니다. 모든 모델링 단계에서 3D 스캐닝을 쉽게 보완할 수 있습니다. 이러한 하이브리드 작업 흐름에는 CAD 또는 조각 소프트웨어에서 3D 스캔 데이터를 편집하는 작업이 있을 수 있습니다. 3D 스캐닝은 독립 실행형 방법으로 리버스 엔지니어링, 품질 검사, 의료, 유산 보존 등에 널리 사용됩니다.

응용 분야에 관계없이 3D 스캐닝을 통해 기존 3D 모델링 도구 대신 전문 3D 스캐너를 사용하는 경우 달성할 수 있는 훨씬 높은 수준의 정밀도는 말할 것도 없고 기존 물체를 복제할 때 많은 시간과 노력을 절약할 수 있습니다.

3D 프린팅 소프트웨어

3D 모델이 준비되는 대로 프린팅을 시작할 수 있습니다. 이때가 3D 프린팅 소프트웨어가 진가를 발휘할 때입니다. 이런 유형의 소프트웨어는 모델을 슬라이싱하고 프린터로 전송하여 3D 프린팅을 실행하는 데 도움이 됩니다.

슬라이싱 소프트웨어는 3D 모델과 3D 프린터 사이에서 중재 역할을 합니다. 간단히 말해서 "슬라이서"는 파일을 3D 프린터가 이해할 수 있는 형식 또는 제어 언어로 변환합니다(많은 프린터의 경우 이것은 G 코드이지만 일부 프린터의 경우 자체 형식으로 작동함). 비상업적 사용자의 요구를 충족하는 무료 슬라이서가 많이 나와 있습니다.

이러한 프로그램은 말 그대로 슬라이서가 하는 일을 하기 때문에 슬라이서라고 부릅니다. 모델을 3D 프린터가 제대로 작동하는 데 필요한 수많은 평면 레이어로 슬라이싱할 수 있습니다. 이러한 소프트웨어는 또한 레이어 높이, 온도, 프린팅 속도와 같은 최상의 프린터 설정을 수행하며, 주로 FDM 프린터의 경우 프린터가 따라야 할 최적의 경로를 제공합니다.

다양한 브랜드의 3D 프린팅 소프트웨어는 슬라이싱, 3D 프린터 원격 액세스 제공 등 다양한 기능을 제공하여 3D 프린터를 모니터링, 제어 및 관리하고 장치 간 통신을 간소화합니다. 어떤 것을 선택하든 모든 유형의 3D 프린팅 소프트웨어는 전체 생태계의 일부입니다.

숙련된 사용자와 신규 사용자 모두를 위해 선택할 수 있는 오픈 소스 또는 유료 옵션이 많이 있습니다. 지난 몇 년 동안 3D 프린팅 소프트웨어는 혁신적인 기능과 새로운 기능을 많이 제공하고 있으므로 원활한 작업 흐름에 적합한 도구를 쉽게 찾을 수 있습니다.

3D 프린팅 기술

실제 프린팅에 관한 한 선택할 수 있는 기술이 상당히 많습니다. 다음은 그러한 기술을 이해하기 위한 간략한 개요입니다.

• 수조 광중합(Vat photopolymerization)

1. 스테레오리소그래피(SLA)
2. 디지털 광 처리(DLP)
3. 연속 액체 계면 생산(CLIP)

• 재료 분사(Material Jetting)
• 결합제 분사(Binder Jetting)
• 재료 압출(Material Extrusion)

1. 융합 필라멘트 제작(FFF)
2. 융합 증착 모델링(FDM)

• 분말 베드 융합(Powder Bed Fusion)

1. 선택적 레이저 소결(SLS)
2. 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 및 선택적 레이저 용융(SLM)
3. 멀티젯 융합(MJF)
4. 전자빔 용융(EBM)

• 판재 적층(Sheet Lamination)
• 방향성 에너지 증착(Directed Energy Deposition)

수조 광중합(Vat photopolymerization)

이 3D 프린팅 기술은 다음과 같이 하나의 공통된 핵심 개념이 있는 다양한 작업 흐름을 특징으로 합니다. 액체 광중합체를 수조에 넣고 고체 3D 물체가 층층이 만들어질 때까지 광원으로 선택적으로 경화합니다.

스테레오리소그래피에 기반한 수조 광중합의 변형은 디지털 광 처리 및 연속 액체 계면 생산입니다.

스테레오리소그래피(SLA): 이 최초의 3D 프린팅 기술은 오늘날에도 여전히 가장 널리 알려져 있습니다. SLA는 광고화(photo-solidification) 또는 수지 프린팅이라고도 합니다. 액체 수지를 수조에 넣고 자외선 레이저를 수조의 투명한 바닥을 통해 수지에 집중시키는 것입니다. 이 빔은 수지를 레이어별로 경화 및 응고시키고, 고체 물체는 승강 플랫폼으로 끌어올려져 점차 원하는 모양으로 나타납니다.

디지털 광 처리(DLP)는 수조 광중합 변형의 한 버전입니다. 이는 액체 수지를 3D 구조로 경화시킨다는 점에서 위에서 언급한 SLA와 유사합니다. 사용되는 광원이 여기서 핵심적인 차이점입니다. DLP는 디지털 투광기 화면을 사용하여 레이어의 이미지를 플랫폼 전체에 비추어 레이어의 형태로 모든 점을 동시에 경화시킵니다. 투광기는 디지털 스크린이기 때문에 모든 레이어의 이미지는 픽셀로 구성되어 있어 3D 레이어는 복셀이라고 하는 직사각형의 정육면체로 구성되어 있습니다.

연속 액체 계면 생산(CLIP)은 원래 EiPi Systems가 소유하고 현재 Carbon3D가 개발한 독점 3D 프린팅 방식입니다. CLIP은 SLA에서 발전되었기 때문에 유사점 즉, 수지를 응고시키는 자외선에 투명한 바닥을 가진 액체 광중합체 풀과 수조에서 천천히 솟아오르는 3차원 물체를 다시 한번 발견하게 될 것입니다. 여기서 다른 점은 프린팅 과정이 연속적이라는 것입니다. 이는 소위 "데드 존(dead zone)"이라고 하는 중합이 없는 얇은 영역을 만드는 풀 바닥의 특수 산소 투과성 멤브레인을 통해 가능합니다. 이 산소화 구역은 경화되지 않은 수지가 성장하는 부품과 투영 창 사이에서 액체 상태를 유지하도록 도와주며 또한 수지가 경화될 수 있는 영역으로 흐르도록 합니다.

재료 분사(MJ)

비교적 새로운 3D 프린팅 기술인 재료 분사는 자외선으로 경화된 광중합체 방울을 사용하여 고체 물체를 만듭니다. 이 방식은 2D 잉크젯 프로세스에서 발생하는 것과 가장 쉽게 비교할 수 있습니다. 즉, 수지가 응고되기 전에 매우 작은 방울 형태로 분사됩니다. 재료 분사 3D 프린터는 부품이 완성될 때까지 한 번에 수백 개의 수지 방울을 겹겹이 뿌립니다.

결합제 분사(Binder Jetting)

결합제 분사는 금속, 모래, 세라믹 또는 복합 분말 과립 레이어에 액체 결합제를 선택적으로 배치하는 3D 프린팅 프로세스입니다. 결합제 분사는 고체 부품을 형성하기 위해 분말 과립을 함께 유지하는 결합제(간단히 말해서 접착제) 방울을 증착하는 분말 베드 위로 프린트 헤드를 이동시킵니다. 결합제의 각 방울은 지름이 약 80미크론이므로 분해능이 뛰어납니다. 레이어가 완료되면 분말 베드가 아래로 이동하고, 새로운 분말 레이어가 이전에 프린트된 레이어의 표면을 다시 코팅합니다. 결합제 방울이 다시 증착되고, 전체 부품이 형성될 때까지 프로세스가 반복됩니다.

재료 압출(Material Extrusion)

이 방식은 움직이는 가열식 프린터 압출기를 통해 공급되는 열가소성 재료의 필라멘트를 사용합니다. 재료는 압출기 노즐을 통해 밀려 들어가는 과정에서 융해합니다. 압출기는 사전에 정해진 경로를 따라 필라멘트를 빌드 플랫폼에 증착하며, 이를 가열하여 접착력을 높일 수도 있습니다. 첫 번째 레이어가 준비되면 다음 레이어를 그 위에 올려 작업물의 모양을 계속 형성해 나갑니다. 필라멘트가 냉각되고 응고되면서 물체가 형성됩니다.

융합 필라멘트 제작(FFF) 및 융합 증착 모델링(FDM): 재료 압출은 융합 필라멘트 제작(FFF)으로 널리 알려져 있으며, 3D 프린팅 애호가들 사이에서 큰 인기를 끌고 있습니다. 융합 증착 모델링(FDM)은 1980년대에 S. Scott Crum이 만들고 10년 후 Stratasys에서 상용화한 동일한 프로세스에 대한 독점 용어입니다. 이 기술의 특허가 만료되면서 FDM은 가장 저렴하고 따라서 가장 사용하기 쉽고 접근성이 좋은 3D 기술이 되었습니다. 오픈 소스 개발 커뮤니티인 RepRap의 등장으로 FDM은 전 세계 DIY 애호가들이 가장 선호하는 기술이 되었습니다. 재료 압출은 산업적으로 복잡한 형상의 부품을 만드는 데에도 사용됩니다.

분말 베드 융합(Powder Bed Fusion)

열원이 고체 부품을 형성하는 구축된 영역 내부의 분말 입자를 선택적으로 융합하는 3D 프린팅 프로세스를 분말 베드 융합(PBF)이라고 합니다. PBF의 다양한 유형에 대해 알아보겠습니다.

선택적 레이저 소결(SLS): 선택적 레이저 소결에 사용되는 주요 재료는 고분자 분말로 가열되어 빌드 플랫폼에 증착됩니다. 이 단계 후 CO2 레이저 빔이 표면을 스캔하여 분말을 선택적으로 소결합니다. 레이저가 전체 단면을 응고시키면 빌드 플랫폼이 한 레이어 아래로 이동하여 새로운 분말 레이어를 위한 공간을 만듭니다. 그런 다음 물체의 다음 단면은 최근에 응고된 레이어 위에 계속 소결됩니다. 이 프로세스는 물체가 제조될 때까지 반복됩니다. 마무리 터치로 물체를 기압 공기로 청소하고 솔질합니다.

직접 금속 레이저 소결(DMLS) 및 선택적 레이저 용융(SLM): 거의 동일한 원리에 기초하여 직접 금속 레이저 소결(DMLS) 및 선택적 레이저 용융(SLM)은 금속 부품을 독점적으로 생산하는 데 사용됩니다. SLM은 알루미늄, 스테인리스강 또는 코발트 크롬과 같은 금속의 분말을 완전히 용해해서 고체 물체를 형성하는 데 사용되고, DMLS는 분말을 용해하지 않는 대신 가열하여 분자 수준에서 융합시킵니다. DMLS는 티타늄 기반 합금을 포함한 합금을 소결합니다.

멀티젯 융합(MJF): 멀티젯 융합(MJF) 기술은 위에서 언급한 방식들과 약간 다릅니다. 고체 레이어 위에 새로운 레이어를 배치하는 대신 이전 레이어가 여전히 용해되는 상태에서 약간의 새로운 제제를 추가합니다. 기술적으로는 잉크젯 어레이를 사용하여 퓨징 및 디테일링 에이전트를 도포한 다음, 요소를 가열하여 고체 레이어로 융합합니다. 디테일링 에이전트가 특정 윤곽을 따라 분사되기 때문에 레이저가 필요하지 않습니다. 물체가 완성되면 분말 베드가 처리 스테이션으로 이동되고, 여기서 대부분의 흩어진 분말은 통합 진공으로 제거됩니다. SLS 방식을 사용하여 만든 물체와 비교할 때 이 기술은 더 높은 밀도와 더 낮은 다공성을 제공하므로 최종 부품의 표면이 더 매끄러워집니다.

전자빔 용융(EBM): 이 기술은 또 다른 분말 베드 융합 방식입니다. 전자빔 용융은 전자, 즉 고에너지 빔을 사용하여 금속 분말 입자를 융합합니다. SLM은 레이저 빔을 에너지원으로 사용하는 반면, EBM은 전자빔을 대신 사용하며 나머지 프로세스는 매우 유사합니다. EBM은 에너지 밀도가 높기 때문에 훨씬 빠르지만, 지르코늄이나 티타늄과 같은 전도성 물질로 사용이 제한됩니다.

판재 적층(Sheet Lamination)

3D 프린팅 기술의 다음 범주는 개체 접합 조형(LOM)이라고도 하는 판재 적층(SL)입니다. Helisys Inc.에서 만든 신속 프로토타이핑 시스템으로 재료 레이어(접착 코팅된 종이, 금속 또는 플라스틱 적층)을 열과 압력으로 융합하는 작업이 포함합니다. 이 기술은 폴리염화비닐(PVC)과 특수 접착제로 만든 부품을 프린트한 이스라엘에 본사를 둔 Solido 3D에 의해 대중화되었습니다. 융합된 레이어는 그런 다음 레이저나 칼을 사용하여 원하는 모양으로 절단합니다. 종이를 기반으로 한 판재 적층 기술은 아직 널리 보급되지 않았지만 그 개발자들은 이 방법을 완벽하게 연마하기 위해 계속 실험하고 있습니다.

방향성 에너지 증착(DED)

한층 더 복잡한 3D 프린팅 프로세스인 방향성 에너지 증착(DED)은 종종 새로운 부품을 처음부터 제작하는 대신 프로펠러나 터빈 블레이드와 같은 기존 산업용 부품을 수리하거나 다른 재료를 추가하는 데 사용됩니다. 이는 주로 DED 3D 프린터가 더 많은 공간, 기술 및 제어를 필요로 하는 대규모 산업용 장치이기 때문입니다.

이 방식은 재료(주로 금속 분말 또는 와이어 소스 재료)를 레이저 또는 전자 빔으로 직접 용해하고 여러 방향으로 이동할 수 있는 노즐을 통해 모양이 형성되는 부품에 증착합니다. 이러한 부품은 종종 연속된 레이어의 증착 사이에서 프로세스 중에 3D 스캔됩니다.

이 방식에 대한 일반적인 용어로는 직접 금속 증착(DMD), 레이저 처리 정밀 성형(LENS), 레이저 증착 용접(LDW), 전자빔 적층 제조(EBAM) 및 3D 레이저 클래딩이 있습니다.

3D 프린팅 재료

이제 3D 프린터가 고체 물체를 만드는 데 사용하는 방법에 대해 많이 알았으므로 가장 일반적인 3D 프린팅 재료가 무엇인지 궁금할 것입니다. 간단히 말해서 3D 프린터에서 "잉크“ 역할을 할 수 있는 것입니다. 이러한 재료는 매우 다양하기 때문에 프로젝트에 적합한 재료를 선택할 때는 물체의 용도와 설계를 고려해야 합니다.

다음은 다양한 3D 프린팅 기술에서 가장 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 재료에 대한 간략한 개요입니다. 또한 이러한 재료 중 많은 재료가 반드시 하나의 3D 프린팅 기술과 관련된 것은 아니라는 점에 주목할 필요가 있습니다.

스테레오리소그래피(SLA): 수지

SLA, DLP, Multijet 또는 CLIP과 같은 기술에는 견고하면서도 섬세한 다양한 형태의 수지가 사용됩니다. 수지 또는 광중합체는 매우 높은 내화학성과 낮은 수축률을 자랑하는 본질적으로 3D 프린팅이 가능한 액체입니다. 다른 3D 적용 가능한 재료에 비해 수지는 때때로 강도와 유연성에 제한이 있을 수 있지만 여전히 다양한 광학적, 기계적 및 열적 특성이 있는 다양한 제형으로 제공됩니다. 수지는 광반응성이 높기 때문에 종종 보관 방법이 더 복잡하며 이 또한 제한 사항이 될 수도 있습니다.

표준 수지 는 가장 경제적인 SLA 재료로 알려져 있으며 형상이 섬세하고 표면 마감이 매끄러운 고해상도 프린트물을 생산합니다. 프로토타이핑에 널리 사용되는 이 반투명 재료는 상당한 수준의 세밀도를 제공하지만 프린트하는 중에 모델을 지지하는 구조가 필요하기 때문에 설계 측면에서 제한적입니다.

SLA용 엔지니어링 수지는 엔지니어링 전문가들이 다양한 응용 분야에 적합한 다양한 재료 특성을 선택할 수 있도록 개발되었습니다. 이 범주에는 견고하고 빠르며 내구성과 내열성이 강한 유형의 수지가 포함됩니다. 이러한 유형은 대부분 이름 그 자체로 표현되지만 이러한 모든 수지는 기계적 특성을 완전히 나타내려면 자외선 아래에서 후경화를 해야 합니다.

융합 증착 모델링(FDM): ABS, HIPS, HDPE, PLA, 복합 재료 등

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS): 일반적인 열가소성 중합체인 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌은 LEGO 브릭을 만드는 데 사용되는 것으로 유명합니다. "열가소성"이라는 용어는 이러한 종류의 물질이 열에 반응하여 액체가 되고 다("유리 전이"와 함께) 유연해진다는 것을 말해줍니다. 이는 다음을 의미합니다. ABS는 녹는점까지 가열되고 쉽게 형상이 만들어지고 빠르게 응고될 수 있습니다. 수많은 응용 분야에 사용되는 ABS는 상당히 견고하고 단단하며(LEGO를 밟아 본 적이 있습니까?) 색상을 완벽하게 유지합니다. 이것은 무독성 물질이며 물과 화학 물질에도 내성이 있습니다. 그러나 잘 받아들여지지 않는 한 가지는 UV 복사입니다. 이것이 그것을 야외에서 장기간 사용하는 것이 좋지 않은 이유입니다.

내충격성 폴리스티렌(HIPS): ABS와 함께 자주 사용되는 쉽게 용해되는 지지 재료인 내충격성 폴리스티렌은 또한 3D 프린팅 파트너와 여러 특성을 공유합니다. 그래도 조금 더 가볍고 충격에 강하며 비용이 저렴합니다. HIPS는 지지 구조물에 사용되는 경우 d-리모네네에 순간적으로 용해되어 정확한 지지 제거가 가능합니다. 프린트하기가 매우 쉬운 이 재료는 신속한 생산 이전 프로토타입을 평가하는 데 매우 유용합니다.

HDPE: 단량체 에틸렌으로 만들어진 열가소성 중합체는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이라는 이름으로 통하며 배관, 지오멤브레인(geomembrane), 재활용 가능한 플라스틱 병과 패키지(재활용 코드 2), 심지어 플라스틱 목재를 생산하는 데에도 사용됩니다. 약 230℃의 녹는점과 상당한 강도 대 밀도비를 가진 HDPE는 때로는 ABS를 대체하여 더 가볍고 강하고 유연한 부품을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 이를 위해서는 더 높고 철저하게 제어되는 온도, 가열된 프린트 베드 및 고온에 견딜 수 있는 압출기가 필요합니다.

PLA 는 사탕수수나 옥수수와 같은 농작물에서 생산되는 중합체 플라스틱으로 시중에서 가장 친환경적인 필라멘트 중 하나입니다. 가장 인기 있는 필라멘트 중 하나이기도 합니다. 이 재료는 ABS에 비해 저렴하고 생분해성이며 더 낮은 온도에서 더 쉽게 프린트할 수 있습니다. 단점으로는 PLA는 내열성이 낮으며 쉽게 부러지는 경우가 많다는 것입니다. 주로 데스크톱 3D 프린팅용 재료로 알려진 PLA는 여전히 많은 전문 응용 분야의 부품 제조에 사용되고 있습니다.

복합 재료 는 일반적으로 PLA, 나일론 또는 PET 베이스를 다른 입자 또는 섬유와 결합합니다. 간단히 말해서 이러한 재료들은 결합을 통해 원래 특성의 이점을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 추가로 약간의 마무리 작업을 한 후 최종 3D 모델은 실제 나무 또는 금속의 미학을 뽐낼 수 있지만 필라멘트에는 약 30%의 나무 또는 금속 입자만 들어 있습니다. 색상을 추가하고 온도를 실험하는 것도 3D-프린트한 부품의 최종 모양을 바꿀 수 있습니다.

다른 유형의 복합 재료는 강화 섬유가 있는 복합 재료입니다. 이 유형의 가장 일반적인 세 가지 대표는 탄소 섬유, 유리 섬유 그리고 케블라(Kevlar)입니다. 섬유는 부러지기 쉽고 가늘기 때문에 때때로 익히지 않은 스파게티와 비교됩니다. 섬유는 자체적으로 사용하기 가장 쉬운 재료가 아닙니다. 그러나 섬유는 매트릭스라고 하는 플라스틱과 혼합되면 강하고 가벼운 3D 부품을 만드는데 없어서는 안 될 재료가 됩니다.

세라믹: 3D 프린팅은 일반적으로 플라스틱, 수지 및 복합 재료와 관련이 있지만, 세라믹은 3D 프린팅 재료 중에서 특별한 자리를 차지하고 있습니다. 내구성, 내화학성, 미학 및 촉감으로 인해 특히 매력적인 세라믹 재료는 놀라운 비용 효율성은 말할 것도 없고 산업용 부품에서 치과용 임플란트, 식기 및 예술 프로젝트에 이르기까지 무엇이든 3D 프린트하는 데 사용됩니다. 세라믹은 일반적으로 고전적 세라믹(점토 석기, 토기 및 도자기)과 기술적 또는 공학적 세라믹(일반적인 예로 질화알루미늄, 지르코니아, 질화규소, 탄화규소, 알루미나)으로 분류됩니다. 세라믹으로 3D 프린트한 물체는 종종 고전적인 도자기 공정에서와 같이 가마에 넣고 유약을 칠합니다.

선택적 레이저 소결(SLS): 나일론 및 TPU

나일론: 프로토타이핑 및 최종 사용 생산에 이상적인 나일론은 SLS에 사용되는 일반적인 재료입니다. 견고하고 내구성이 뛰어난 이 엔지니어링 열가소성 수지는 복잡한 조립 부품에 적합합니다. 또한 자외선, 고온, 물, 화학 용제에 노출되었을 때 높은 내성을 자랑합니다. 나일론은 폴리아미드 계열의 일부이며, 알루미늄, 탄소 또는 유리와 같은 재료로 만들어진 나일론의 복합 재료는 매우 다양하며 종종 둘 이상의 3D 프린팅 기술에 사용됩니다.

열가소성 폴리우레탄(TPU): 열가소성 엘라스토머(TPE)로 알려진 플라스틱과 고무의 조합은 유연한 필라멘트로 만들어집니다. 자연스러운 탄성으로 인해 이 재료는 쉽게 휘거나 구부릴 수 있습니다. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 가장 널리 사용되는 유형의 TPE이므로 이 용어는 종종 전체 범주를 나타내는 데 사용됩니다. TPE는 고무 같은 특성을 가지고 있어 가전제품 및 의료 기기에서 웨어러블 프린트물, 장난감 및 전화기 덮개에 이르기까지 많은 프로젝트에 적합합니다. 유연한 필라멘트는 식고 굳기 전에 실질적으로 모든 모양으로 성형할 수 있지만 특정 제한 사항도 있습니다. 예를 들어, 이러한 재료는 끈이나 작은 방울이 생길 수 있기 때문에 인쇄하기 어려울 수 있습니다.

선택적 레이저 용융(SLM) 및 직접 금속 레이저 소결(DMLS): 금속 분말

황동, 청동, 강철 또는 구리와 같은 매우 미세한 금속 분말이 금속 필라멘트에 주입됩니다. 금속 분말, PLA 및 결합 중합체의 비율은 다양할 수 있지만, 이러한 필라멘트는 순수한 금속만큼 무겁지는 않아도 여전히 플라스틱보다 훨씬 무겁습니다. 이 재료로 프린트한 최종 물체는 특히 연마한 경우 금속의 사실적인 외관과 느낌을 갖게 됩니다. 예를 들어, 금속 필라멘트는 결국 실제 청동 조각보다 훨씬 가벼운 작은 조각상과 조각을 프린트하는 데 아주 적합합니다. 그러나 이런 종류의 재료는 거친 경향이 있기 때문에 프린트할 때 내마모성 노즐을 사용해야 하며 시간이 경과함에 따라 발생할 수 있는 노즐 막힘을 처리해야 합니다.

최근 몇 년 동안 3D 프린팅을 둘러싼 차세대 혁신에 대한 흥분을 더 실용적인 일상 현실로 바꾸기 위해 많은 연구와 연습이 투입되었습니다. 신흥 기술에서 오늘날의 제조 프로세스의 엔진 중 하나로 발전하는 과정에서 산업은 성숙해 왔습니다. 현대 세계에서 3D 프린팅의 실용적인 응용 분야는 소형 장치 및 예술품에서부터 항공기 구성 요소 및 이식 가능한 장기에 이르기까지 끝이 없어 보입니다.

적층 제조는 기업이 프로토타이핑 기술을 간소화할 수 있는 좋은 방법일 뿐만 아니라 이제 3D 프린터의 가용성이 높아지고 3D 소프트웨어가 더욱 사용자 친화적이 되면서 비기술적 사용자에게도 훨씬 더 가까워졌습니다. 설계자와 DIY 애호가, 교사와 학생이 채택한 3D 프린팅을 통해 비싸거나 복잡한 산업 수준의 인프라 없이도 맞춤형 제품을 만들 수 있습니다.

그렇다면 왜 3D 프린팅이 지금까지 온라인으로 쇼핑할 만큼 보편화되지 않았는지 궁금할 수도 있습니다. 인기가 있음에도 불구하고 3D 프린팅에는 전처리 및 후처리 비용과 제한된 재료 선택 등 업계가 직면한 몇 가지 장애물이 여전히 있습니다. 즉, 지난 몇 년 동안 장비 및 재료 비용 또는 사내 전문 지식 부족과 같은 다른 많은 문제에 변화가 생겨 더욱더 성장할 수 있는 기회를 보여주었습니다.

3D 프린팅이 이미 제조, 공급망 및 설계 가능성에 가져온 혁신의 범위는 반론의 여지가 없습니다. 이 기술은 매우 짧은 시간 내에 여러 산업 전반에 걸쳐 엄청난 도약을 이루며 기업을 더 스마트하고, 더 빠르고, 더 효율적이며, 환경 친화적인 제조로 이끌었습니다.

합리적인 가격, 생산성 생산, 완벽하게 맞춤 제작된 제품 등은 3D 프린팅이 계속해서 제공할 이점의 일부에 불과합니다. 관련성이 점점 증가함에 따라 3D 프린팅은 세계 경제의 원동력이 될 수도 있습니다.

그렇게 되면 우리는 이미 그렇게 말했었다고 말할 것입니다.