3D프린터 원리 좀 설명해 주시겠어요?

3D프린터의 종류에 관해 설명해 드리겠습니다

 

먼저 일반적인 필라멘트를 사용하는 FFF/ FDM 방식이 있습니다.

 

1. FFF (Fused Filament Fabrication) / FDM(Fused Deposition Modeling, Method)

FDM 방식의 프린터의 작동 원리 도안.

노즐을 통해 재료를 압출하며, 이 노즐이 X,Y,Z 축을 움직이면서 조형작업이 진행된다.

FFF / FDM 방식의 3D 프린터는 2008년, 특허가 풀리면서 개인도 개발 할 수 있게 된 3D 프린터 방식입니다.

특허가 만료 후 3D Printer 보급을 앞당긴 주역이죠.

표면 품질은 다소 떨어지나, 장비 및 재료 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다.

보통의 경우 출력시 사용한 재료의 색상이 그대로 반영 됩니다.

검증된 플라스틱 수지를 재료로 사용하기 때문에 출력물의 수명이 길고,

강도가 좋기 때문에 후가공 하기에도 상대적으로 적합 합니다.

물리적인 방식으로 노즐이 반복적으로 움직이면서 가공되기 때문에 가공시간은 상당히 오래 걸리는 편입니다.

샘플사진

작동영상

2. SLA - Stereolithography Apparatus | DLP - Digital Light Processing

SLA 와 DLP 방식의 별도의 방식을 가진 3D 프린터이미지만 동일한 재료를 사용하기 때문에 한번에 설명하려 합니다.

실제로 성능과 용도 비슷하기 때문에 두가지 장비 중 하나만 사용해도 무방하다고 생각됩니다.

SLA 방식 프린터의 작동 원리 도안.

레이저에서 나오는 특정 파장의 빛이 거울로 반사되어 액상 수지를 경화 시키는 방식이다.

SLA 프린터는 세계최초의 상용화 3D 프린터로 지난 2006년에 특허가 만료 되었습니다.

레이저에서 나오는 빛을 갈바노메터라는 3개의 거울로 반사시켜서 원하는 도안을 그릴 수 있게 유도, 조형작업이 이루어 집니다.

 DLP방식 프린터의 작동 원리 도안.

특정 파장이 나오도록 개조된 프로젝터를 이용하여 층 단위로 액상 수지를 경화 시키는 방식이다.

DLP 방식의 3D프린터는 우리가 흔히 볼 수 있는 일반적인 프로젝터를 개조하여

특정 파장의 빛이 나오게 개조하여 이를 광원으로 사용됩니다.

움직이면서 그리는게 아니라 단층 단위로 빛을 쏘아 조형작업이 이뤄지기 대문에

상대적으로 출력속도가 빠릅니다.

두 방식은 모두 재료로 광경화액상수지를 사용하는데 이 재료의 특성은

특정 파장의 빛을 받으면 플라스틱이 경화가 시작된다는 것 입니다.

광경화액상수지를 재료로 이용하는 3D 프린팅 방식들은 공통적으로 표면 품질이 매우 우수 합니다.

하지만, 빛을 넓게 쏘아야 하는 경우 밝기가 떨어지거나, 왜곡이 생겨나기 때문에 대형화는 어렵다는 단점이 있습니다.

또한 출력물의 강도가 약하고 파손이 잘 되며, 수명이 짧습니다.

특히 온도에 민감해서 상온 60도 부터 출력물이 휘어지는 등의 변형이 일어납니다.

샘플사진

 

3. PBP - Powder Bed and inkjet head 3d printing

PBP 방식 프린터의 작동 원리 도안.

가루타입의 재료에 컬러 본드를 뿌려 재료를 응고시키면서 컬러 표현이 된 결과물을 만들어낸다.

PBP 방식은 가장 대중화되고 또 색에 대한 표현력이 가장 좋은 컬러 3D 프린터 입니다.

일반 2D 프린터와 같이 C,M,Y,K + 투명의 본드를 사용해 컬러를 표현합니다.

최종 제품의 완성 모습을 확인하는 용동로 적합한 3D 프린팅 방식입니다.

출력시 파우더 재료가 서포터의 역할을 수행해 별도의 서포터를 필요로 하지 않아 형상에 대한 제한이 없지만,

출력 직후의 강도가 약해 추가 경화가 필요하며, 경화후에도 탄성이 없어서 유리컵 깨지듯 잘 깨진다는게 단점입니다.

샘플사진

4. SLS - Selective Laser Sintering

SLS 방식 프린터의 작동 원리 도안.

가루타입의 재료를 레이저로 일시적으로 녹인후 모양대로 서로 응고 시키는 방식으로 조형작업이 진행된다.

2014년 2월 특허가 만료된 3D 프린터 입니다.

고출력의 레이저로 파우더 형식의 재료를 녹여, 다시 응고 시키는 방식으로 3D 출력이 진행되며

출력시 파우더 재료가 서포터의 역할을 수행해 별도의 서포터를 필요로 하지 않아 형태적 제한이 없다는 장점이 있어요.

출력직후의 강도도 좋아 프린팅이 완료되면 바로 물리적인 운동의 수행 능력을 확인 할 수 있습니다.

워킹 목업 용도로 매우 적합합니다.

샘플사진

5. Polyjet / MJM - Multi jet Modeling 

MJM 방식 프린터의 작동 원리 도안.

노즐을 통해 광경화액상수지를 분사, UV광원을 이용해 플라스틱을 응고시킨다.

상용화된 3D 프린터 중에서 가장 발전된 형태의 3D 프린터 방식이라고 할 수 있습니다.

다양한 색상과 연질 - 경질등의 특성을 가진 복합 재료의 사용이 가능 한 3D 프린터 방식이에요.

잉크젯프린터의 노즐과 유사한 구조의 노즐을 통해 액상의 광경화성플라스틱을 분사하여 적층하고

분사된 재료는 UV광원을 이용해서 경화 됩니다.

고품질 프린터의 헤드를 이용한만큼 입자가 매우 정밀 하겠죠?

 

잉크젯 프린터가 출력 품질 이 좋은경우 1440dpi 까지 올라가니 품질은 확실하다고 할 수 있겠습니다.

 

이를 일반적인 정밀도로 환산하면  0.02 급 정도로 보시면 되겠네요.

표면 품질이 우수하고, 각기 색상 및 특성이 다른 재료를 분사, 적층 할 수 있어 최종 시제품의 품질을 보는 용도로 매우 적합하다.

다만, 재료 자체의 한계가 있어서 출력물의 강도가 약하고, 수명이 짧고, 가격이 비싼것이 단점입니다.

샘플사진

6. LOM – Laminated objet manufacturing

LOM 방식 프린터의 작동 원리 도안.

종이나 필름을 층단위로 커팅 접합하며 완성된 결과물을 만들어낸다.

일반 A4 용지등을 재료로 사용할 수 있기때문에 재료비가 매우 저렴한 것이 장점입니다.

컬러 출력된 종이를 커팅하는 방식으로 작업한다면 컬러 출력물을 얻을 수 있기도 합니다.

표면 품질 도 우수하고, 강도도 기대이상으로 좋고 재료비가 저렴하여 유지비 또한 적게 드나, 출력물의 형태에 민감다는 단점이 있어요.

내부를 비우는 형식의 모델링을 출력하는 데에는 적합하지 않으며 칼로 재료를 절단하는 시간이 오래 소요됩니다.

샘플사진

 

여기까지 대표적인 3D 프린터의 종류와 각각의 특징을 정리 해 봤습니다.

취미로 3d 프린터 자작 까페를 운영하고있습니다..

전 어디까지나 아마츄어....

밑에 분이 너무 자세하게 설명해주셔서 제가 간단히 요약을...

현재 가장 많이 대중화된 저가 프린터 30만원~수백만원 정도 합니다.

필라멘트라 불리는 플라스틱을 녹여서 얇게(0.2mm정도) 그림을 그립니다.

그위에 또 얇게 그림을 그립니다.

이과정을 반복하면 차츰 쌓여서 모양이 완성 됩니다.

장점: 기계값도 싸고 출력물 재료도 쌈 (1kg 2만원 내외)

단점: 출력시간 오래걸림.. 출력물 표면이 조금 굴곡이 있음

두번째로 대중화된 프린터

기존 필라멘트 프린터는 한줄로 그림을 그리니 아무래도 시간이 오래걸리겠죠..

그래서 레이저로 화면을 쏘아주게 됩니다. 재료는 빛을 만나면 굳는 재료로요...

이것역이 한층씩 화면을 쏘아주어 재료가 굳으면 그위에 또 한층 ~~

장점: 볼펜으로 그리다가 도장을 찍으니 속도가 확 빨라집니다.

단점: 가격이 비쌈, 출력물 재료역시 비쌈

세번째로 산업용? 프린터..

금속분말을 놓고 그위에 고출력 레이저로 그림을 그려줍니다..

분말 가루가 녹으면 그위에 분말을 얇게 덮고 또 그림

장점: 분말로 만들수 있고 레이저로 녹일수 있는 재료는 뭐든 가능

단점: 허벌나게 비쌈, 재료또한 허벌나게 비쌈....ㅋ