FDM 방식의 기본 원리와 메이커봇의 3D 프린터

FDM 방식은 용융 적층 조형방식 또는 오픈소스 진영에서 FFF 방식이라고도 부르는데 열가소성 고체 필라멘트를
스풀(spool)에 가는 철사줄처럼 동그랗게 말아놓은 것과 유사한 형태의 가는 재료(PLA 및 ABS 플라스틱)를 스테핑 모터로
구동하는 피더(feeder)로 공급하고 압출기(Extruder)를 통해 핫 엔드 노즐에서 녹여서 자동으로 분사하여
한 층씩 적층하며 조금씩 쌓아올리는 방식이다.

분사 노즐에서 나온 재료는 열가소성 수지로 적층하는 순간 경화되는데 한 층이 완료되면 모델 조형판(베드 또는 빌드 플랫폼)은
한 층의 두께(레이어 두께)인 보통 0.1mm ~ 0.3mm 정도 Z축으로 하강하고 다시 프린트 헤드는 스테핑 모터에 의해 X, Y축으로
빠르게 움직여가며 한 층을 쌓은 후 Z축이 하강하고 다시 X, Y축으로 쌓아가고 다시 Z축이 하강하는 과정을 계속 반복해가며
층을 쌓아 올려가는 출력 방식이다.

일반적으로 지름이 1.75mm 정도인 둥글고 가느다란 재료를 가열된 노즐을 통해 200°C 이상 (보통 240~250°C) 으로 녹여가며
압출하여 재료를 조형판(베드, 빌드 플랫폼) 위에 한 층씩 쌓아가며 출력을 하는 가장 기본적인 방식인 것이다.

FDM 방식의 기본 원리

FDM 방식으로 출력하는 3D 프린터는 열가소성 플라스틱 재료를 반 액체 상태로 가열하여 녹인 다음 컴퓨터가 제어하는
경로(X,Y,Z축)를 따라 압출하는 방식으로 설정한 레이어값으로 층층이 부품을 적층한다. FDM 방식은 완제품을 구성하는
모델링 재료와 지지대 역할을 하는 서포트 재료의 두가지 재료를 사용하여 프린팅 작업을 수행한다.

 

모델용 재료 필라멘트가 3D 프린터의 재료 공급부에서 프린트 헤드로 공급되면, 프린트 헤드는 X 및 Y 좌표를 따라
이동(출력 속도)하면서 재료를 분사한다. 한층의 레이어가 완성되면 빌드플렛폼(베드)이 Z축을 따라 내려가고 다음
레이어 작업이 시작된다.

3D 프린터에서 빌드 작업이 완료되면, 사용자는 서포트 재료를 떼어내거나 물과 세제로 녹여서 제거한 후 완성된 부품을
사용하면 된다. 

아래에서 소개하는 3D 프린터는 초창기 랩렙 프로젝트의 일원으로 출발하여 오픈소스를 가져다 쓴 씽오매틱은
많은 유저를 확보하며 저가형 보급형 3D 프린터 시장을 선도해 왔었다.

2009년 뉴욕 브루클린에서 브레 페티스를 포함한 3명의 젊은이들이 만든 이 프린터는 가격이 고작 1299달러 정도였다.
그후 서비스를 시작한지 4년여의 시간이 흘러 2만여명의 사용자들이 생겨났으며, 메이커봇사는 2013년 6월에 미국의
3D프린터 업계의 양대 산맥 중 하나인 FDM의 아버지라할 수 있는 스트라타시스사에 6억 400만 달러에 인수합병되었다.

랩렙 프로젝트에서 오픈된 기술과 아이디어를 가지고 출발하여 저가형 3D프린터를 산업화한 회사가 인수된 업계 최초의
사례였으며, 현재 메이커봇(MakerBot)사에서는 리플리케이터 미니를 비롯하여 중저가형 3D프린터를 보급하고 있다.
또한 메이커봇은 싱기버스라는 유명한 3D모델링 데이터 공유 사이트를 운영하고 있는데 스트라타시스는 이스라엘
오브젯도 인수한 바 있으며 산업용 3D 프린터 뿐만 아니라 보급형 3D 프린터 시장에서도 우위를 점하기 위해 지속적인
투자로 먹잇감(?)을 노리고 있는 것 같다.
 

2세대 3D 프린터 씽오매틱(Thing-O-Matic)

리플리케이터




리플리케이터 미니(1,375달러)






리플리케이터 데스크탑 3D PRINTER(2,899달러)





리플리케이터 Z18 3D PRINTER(6,499달러)





리플리케이터 2X 3D PRINTER(2,799달러-->2,499달러)