3D프린팅 기술

3D 프린팅은 산업 혁명을 이끌었던 철도와 증기기관, 철강, 석유산업, 컴퓨터, 인터넷, 스마트폰, 태블릿에 이어 디지털시대에 제 3차 산업혁명을 이끌 대표적인 아이콘으로 꼽히고 있다. 실제 3D 프린팅은 여러가지 3D CAD 프로그램에서 작성된 3D 모델링 데이터를 3D 프린터로 출력하여 손으로 만져보고 확인할 수 있는 실제 물리적인 모델로 빠르고 정확하게 제작할 수 있는 기술인 것이다.

 

3D 프린팅은 제품을 제작하는 방식 중의 하나로 조형 방식에 따라 다르지만 간단히 말해 소재를 층층이 쌓아 올리는 기술(적층 제조)이라고 할 수 있다. 잉크젯 프린터가 입력된 사진이나 문서에 따라 잉크를 분사하듯, 3D 프린터는 디지털화된 3차원 제품 디자인을 2차원 단면으로 연속적으로 재구성해 소재를 한 층씩 인쇄하면서 적층하는 신개념의 제조 프로세스이다.

 

따라서 재료를 절단하거나 절삭하는 기존의 전통적인 생산방식을 절삭가공(Subtractive Manufacturing)이라고 하는 반면, 3D 프린팅은 새로운 층을 쌓는 방식의 적층가공(Additive Manufacturing)이라고 한다.

 

오픈소스 방식의 FFF 3D프린터 외관 디자인

절삭가공의 경우 완성 후 치수 정밀도나 표면 거칠기가 우수하지만 내부가 비어있거나 모양이 아주 복잡한 구조의 모델을 한 공정(장비)에서 정밀하게 제작하는 것이 어려웠던 반면에 3D 프린팅과 같은 새로운 적층가공 방식은 재료를 한 층(Layer)씩 쌓아 모델을 조형(Build)하기 때문에 복잡한 구조나 비정형적인 구조의 모델도 자유롭게 제작할 수 있고 재료를 깎아서 만드는 절삭가공 방식에서 발생하는 칩(Chip)에 비해 소모되는 재료가 거의 없다는 장점이 있다. 하지만 절삭가공 방식보다 상대적으로 치수 정밀도가 취약하고 사용하는 재료나 조형 방식에 따라 표면거칠기도 떨어지지만 지속적인 기술의 발전으로 인해 이런 취약점이 개선되어 나갈 것이다.

 

3D 프린터의 작동 원리는 잉크젯 프린터와 비슷하다. 다만 잉크 대신 열에 잘 녹는 플라스틱 등의 가루를 분사한다는 점에서 다르다. 3차원 설계도에 따라 한 층씩 플라스틱 가루를 입체적으로 쌓은 형태여서 주로 새 제품을 개발하기 위한 시제품을 만드는데 사용된다. 전통적인 시제품 제조 방식은 금형을 만들어 공장에서 프레스로 찍어 내야하는 등 여러 단계를 거쳐야 하지만 3D프린팅은 설계 모델링 데이터만 있으면 그 자리에서 시작품을 즉석으로 만들 수 있다.

광경화성수지로 출력 후 후처리한 출력물 모델

 

또한 설계 오류를 발견한 경우 제품 디자인과 모델링을 수정하면 손쉽게 다시 제작할 수 있기 때문에 기존의 전통적인 제조 방식과 같이 별도의 금형을 제작하거나 여러가지 기계를 사용해야 하는 가공 공정이 대폭 줄어들어 그만큼 비용과 시간을 줄일 수 있고, 결과적으로 초기 투자 비용의 규모를 크게 줄일 수 있는 것이다. 이 같은 장점과 다양한 분야에서 적용할 수 있기 때문에 3D 프린터는 전통적인 제조방식에 새로운 제조 혁명을 가져올 것으로 주목받기 시작하고 있는 것이다.

 

 

앞으로 3D프린터가 일반 사무실이나 가정에 보급되어 있는 복사기처럼 활성화되기 시작하면 개인맞춤형 제작이라든지, 1인 제조업 시대가 열리는 것이 가능할 것으로 예측되고 있다. 특히 3D프린터는 제조 산업계의 정밀한 부품의 빠른 제작을 요구하는 분야에서 그 실제 활용도가 더욱 높아질 것으로 예상되고 있으며 국내외 글로벌 주요 IT기업이라든지, 주요 언론들, 미국의 대통령까지도 미래에 크게 성장할 신성장 동력엔진 사업으로 인식하고 있기 때문에 3D프린터는 향후 제조업의 패러다임을 바꿀 수 있다는 관점에서 미래를 바꿀 100년만의 3차 산업혁명으로 불리기도 한다.

 

DLP 방식 3D프린터 출력물

 

그만큼 글로벌 관심이 지속되고 있고, 향후에 성장 가능성이 높은 새로운 산업 분야로 인식이 되고 있다. 하지만 누구나 3D 프린터를 구매만 하면 저절로 원하는 제품을 제작할 수 있는 것은 아니다. 개인 취미용이 아닌 상업용으로 사용하고 싶다면 그에 따른 여러 가지 지식들을 갖추어야 할 것이다. 예를 들면, 자신의 상업적 용도에 맞는 3D 프린터가 필요할 것이고, 고객이 원하는 모델을 만들어 주기 위해서는 어느 정도 숙달된 3D CAD 소프트웨어를 익혀야 하며 원하는 모델링을 해서 출력한 후에 완제품으로 수정 및 후처리까지 할 수 있는 기술과 노하우가 필요한 것이다.