3D 프린터 vs 3D CNC 라우터: 프로젝트에 맞는 최적 선택은?

최근 CNC 기술의 보급과 저가화로 CNC 라우터, CNC 선반, 심지어 5축 CNC 가공센터까지 쉽게 재료를 제품으로 가공할 수 있게 되었습니다. 이들은 애호가들에게 받아들여지고 부담 없이 사용되고 있습니다. DIY CNC 라우터도 등장했습니다. 수년간 3D CNC 라우터는 애호가들의 인기 주제였습니다. 그러나 최근 3D 프린터의 저가화와 하드웨어·소프트웨어 오픈소스화로 3D 프린터가 뜨거운 주제가 되고 있습니다.

3D CNC 라우터

CNC는 Computer Numerical Control(컴퓨터 수치 제어)의 약자로, 컴퓨터 제어 가공 장비를 의미합니다. 이 기술은 컴퓨터로 가공 데이터를 기계 가공 장비에 전송할 수 있게 합니다. 밀링, 선삭, 연마, 드릴링 등 고정밀 가공 공정을 수행할 수 있으며, 한 장비에서 여러 공정을 실현할 수도 있습니다. 장비 종류가 많고 기능도 다양합니다. 흔히 CNC 머시닝 센터, CNC 선반, CNC 라우터가 사용됩니다. 제어 시스템은 제어 코드나 기호 명령어가 포함된 프로그램을 처리하고, 컴퓨터를 통해 코드를 변환해 공작기계가 정해진 동작을 수행하도록 합니다. 커터로 블랭크를 절삭해 반제품이나 완제품 부품으로 만듭니다.

대부분 DIY 애호가들은 3D CNC 라우터를 보유하며, 일반적으로 2~5축을 가지고 있고 가장 흔한 것은 3축 CNC 라우터입니다. 주로 프레임, 모터, 전달 기계 부품, 스핀들, 제어 시스템으로 구성됩니다. 기본 작동 원리: 제어 시스템이 데이터를 변환·처리해 전기 신호로 모터를 구동합니다. 모터가 전달 기계 부품을 구동해 스핀들의 공구 또는 공작물이 X, Y, Z 공간 방향으로 이동합니다. 고속 회전하는 공구가 불필요한 공작물 재료를 깎아냅니다(그림 1 참조). 3축 CNC 라우터는 일반적으로 블록 재료의 드릴링, 밀링, 절단에 사용됩니다. 절삭 공구는 일반 합금 공구나 레이저일 수 있습니다. 전통적인 CNC 기술은 감산 기술로, 블랭크 재료를 조금씩 깎아내 완제품을 얻는 방식입니다.

3D 프린터

전통적 CNC 기술이 감산 기술이라면, 3D 프린터는 증분(적층) 기술을 사용합니다. 3D 프린팅 기술은 20세기 말에 시작되었으며, 이후 개발된 다양한 쾌속 조형 장비는 매우 고가였습니다. 최근 CNC 기술이 오픈소스화되고 쾌속 조형 특허 기간이 만료되면서 저렴한 해외 3D 프린터가 지속적으로 등장했고, 국내에도 다양한 심플한 3D 프린터가 애호가들의 눈에 들어오기 시작했습니다.

3D 프린터는 쾌속 조형 장비의 일종입니다. 기본 원리는 전통적 CNC와 프린터의 결합으로 볼 수 있습니다. CNC 수치 제어 기술로 모델 파일을 프레임의 공간 변위로 변환해 3D 프린팅 노즐이 분말 금속이나 플라스틱 재료를 접착시키고, 층층이 인쇄해 물체를 만듭니다. 잉크젯 프린터로 인쇄할 때 디지털 파일이 프린터로 전송되고, 프린터가 해석한 뒤 종이 표면에 잉크 층을 분사해 2차원 이미지를 만듭니다. 3D 프린팅 시 소프트웨어가 CAD(컴퓨터 지원 설계) 기술로 일련의 디지털 슬라이스를 완료하고 이 슬라이스 정보를 3D 프린터로 전송합니다. 3D 프린터가 연속된 얇은 층을 쌓아 고체 물체를 형성합니다. 3D 프린터와 전통 프린터의 가장 큰 차이는 사용하는 '잉크'가 실제 원료라는 점입니다.

얇은 층을 쌓는 방식은 다양하며, 다음 세 가지가 일반적입니다.

1. '잉크젯' 방식

3D 프린터 노즐이 매우 얇은 액체 플라스틱 층을 분사하고, 자외선이나 레이저로 경화시킨 뒤 트레이가 아주 조금 내려가 다음 층을 쌓습니다. 이 과정이 완료될 때까지 계속 쌓습니다(그림 2 참조).

2. '용융 적층(FDM)' 방식

별도 경화 과정 없이 노즐에서 플라스틱을 직접 녹여 압력으로 압출·적층하고 공기 중에서 냉각·성형합니다(그림 3 참조).

3. '분말 소결' 방식

트레이에 분말 입자를 분사해 매우 얇은 분말 층을 형성한 뒤 액체 바인더를 분사해 경화시키거나, 레이저·전자빔으로 분말 층을 녹여 소결·경화시키고 층층이 쌓습니다. 구멍, 캔틸레버 등 복잡한 구조가 포함된 경우 인쇄 과정에서 젤이나 다른 물질을 추가해 지지대 역할을 하거나 공간을 채우고, 인쇄 후 이 부분을 제거합니다. 인쇄 매체로는 플라스틱, 금속, 세라믹, 고무, 식품, 심지어 인체 세포를 이용한 장기 등 다양한 종류가 있습니다.

비교

작동 원리 비교에서 알 수 있듯 둘 다 장단점이 있습니다. CNC 라우터는 기존 프로파일이나 반제품에 가공할 수 있어 재료 요구사항이 높지 않고, 구하기 쉽고 저렴합니다. 금속, 목재, 석재, 플라스틱 등 다양한 재료를 쓸 수 있고 크기도 꽤 크게 만들 수 있습니다. 3D 프린터는 특수 인쇄 소모품이 필요해 비용이 비싸고 큰 크기 구현이 어렵습니다. CNC 라우터는 산업 제품 생산, 금형 제조, 공예품 제작, 광고 산업, 아마추어 부품 제작 등에 적합합니다. 3D 프린터는 재료 제약으로 만든 제품이 상대적으로 약합니다. '용융 적층' 방식의 경우 소모품이 주로 플라스틱이라 금속만큼 단단하지 않고, 일반적으로 모형 수제작, 맞춤 공예품 제작, 제품 샘플 제작, 고생물 화석 복원 등에 적합합니다. CNC 라우터는 작업 시 적합한 프로파일이나 반제품을 준비해야 하지만 3D 프린터는 그럴 필요가 없습니다. 인쇄물은 '하늘에서 뚝 떨어진 것'처럼 나와 디자이너들에게 인기가 높습니다. 구조 면에서는 둘 다 X, Y, Z 3축으로 구성된 프레임 구조를 적용한다는 점에서 큰 차이가 없습니다. 주된 차이는 CNC 라우터가 스핀들과 공구로 재료를 밀링하는 반면, 3D 프린터는 노즐로 재료를 적층한다는 점입니다.