3D 프린팅은 플라스틱 또는 금속 부품을 한 번에 한 층씩 제작하는 디지털 프로토타이핑 및 생산 기술입니다. 소재가 점차 추가되어 부품을 구축하기 때문에 적층 제조(Additive Manufacturing)라고도 하며, CNC 가공, 레이저 커팅, 플라즈마 커팅, 워터젯, 스탬핑 등 원자재에서 소재를 제거하여 형성하는 감산 제조 공정(Subtractive Manufacturing)과 대비됩니다.
1980년대에 발명되었지만, 3D 프린팅은 21세기에 들어와 크게 성장했으며, 플라스틱 3D 프린팅은 중요한 프로토타이핑 방법이 되었고, 고품질 금속 적층 제조는 항공우주 및 의료 같은 산업에서 흔해졌습니다.
다양한 유형의 3D 프린터는 서로 다른 방식으로 작동하지만, 일반적으로 특정 기본 특성을 공유합니다. 모든 3D 프린터는 컴퓨터 명령(G-code 형태)에 의해 제어되며, 원자재(금속 분말, 액체 레진, 열가소성 필라멘트 등)를 새로운 형상으로, 한 번에 한 층씩 변환하여 완전한 3D 객체가 완성될 때까지 작동합니다.
생산 품질의 적층 제조가 성장하고 있지만, 3D 프린터는 여전히 주로 프로토타이핑 도구로 사용됩니다. 이는 시작 비용이 매우 낮고, 툴링이 필요하지 않으며, 일회성 품목을 매우 빠르게 프린트할 수 있기 때문입니다.
이 가이드는 주요 3D 프린팅 기술과 소재, 비교 공정에 대한 3D 프린팅의 장점, 3D 프린팅의 일반적인 응용 분야를 포함한 3D 프린팅의 기초를 다룹니다.
융착 적층 모델링(FDM)은 때때로 융착 필라멘트 제작(FFF)이라고도 하며, 열가소성 필라멘트를 가열하여 용융시킨 다음 이동하는 프린트 헤드의 노즐을 통해 압출하는 3D 프린팅 기술입니다.
FDM은 컴퓨터 명령에 따라 두 축을 따라 이동하는 프린트 헤드에서 열가소성 소재의 꾸준한 흐름을 압출하여 작동합니다. 압출된 소재는 프린트 베드에 2D 형상을 형성하고, 냉각되어 결국 굳습니다. 프린트 헤드는 다음 2D 레이어로 이동하기 위해 조금씩 올려지며, 이는 첫 번째 레이어 위에 인쇄되고, 이 과정은 전체 3D 형상이 프린트될 때까지 반복됩니다.
소재 범위, 경제성, 비산업 환경에서의 사용성 덕분에 FDM은 소비자용 3D 프린팅 기술로 지배적이며, 전문 환경에서도 프로토타이핑 도구로 널리 사용됩니다.
주요 FDM 3D 프린터 제조업체로는 Stratasys, Ultimaker, MakerBot, FlashForge, Zortrax, LulzBot이 있습니다.
광조형술(SLA)은 감광성 액체 레진 욕조에서 레이저 빔을 사용하여 3D 형상을 만드는 광중합(Vat Photopolymerization)의 한 형태입니다.
SLA 공정은 레진 욕조에서 고도로 집중된 레이저 빔을 정밀한 패턴으로 이동시켜 작동합니다. 레진이 감광성이기 때문에 레이저 빔은 초점이 맞춰진 정확한 영역에서만 레진을 경화시키고 굳힐 수 있습니다. 이를 통해 SLA 3D 프린터는 액체 레진에 고체 2D 형상을 형성한 후 빌드 플랫폼을 조금씩 이동시켜 다음 레이어로 넘어갑니다. (관련 광중합 기술인 디지털 광 처리(DLP)는 레이저 빔 대신 프로젝터를 사용합니다.)
SLA는 매끄러운 표면을 가진 부서지기 쉬운 플라스틱 부품을 생산하는 정밀한 3D 프린팅 공정입니다. 프로토타이핑 및 치과, 보석 생산 같은 분야에서 사용됩니다.
주요 SLA 3D 프린터 제조업체로는 Formlabs, Creality, XYZprinting, DWS Systems가 있습니다.
선택적 레이저 소결(SLS)은 일반적으로 나일론 또는 폴리아미드인 분말 소재의 입자를 소결하기 위해 레이저 빔을 사용하는 3D 프린팅 기술입니다.
SLS 공정 중 프린트 베드는 얇은 분말 층으로 덮입니다. 컴퓨터 제어 레이저가 분말에 2D 형상을 그려 입자를 융합시키고 고체 형상을 만듭니다. 한 2D 레이어가 완료되면 프린트 베드가 증분적으로 이동하여 후속 레이어의 프린팅을 가능하게 합니다. 프린트된 부품은 항상 미소결 분말에 둘러싸여 있기 때문에 FDM 같은 기술에서 부품을 유지하기 위해 사용되는 서포트 구조(일종의 프린트된 스캐폴딩)가 필요하지 않습니다.
SLS는 프로토타이핑과 소량 생산 모두에 사용됩니다. 장점으로는 기하학적 자유도와 한 번의 프린트 작업으로 여러 조밀한 부품을 프린트할 수 있는 능력이 있습니다.
SLS 3D 프린터 제조업체로는 EOS, 3D Systems, Prodways(산업용), Sinterit, Sintratec, Formlabs(데스크톱)가 있습니다.
멀티 제트 퓨전(MJF)은 인쇄 대기업 HP가 개발한 폴리머 부품을 위한 또 다른 분말 베드 융합 3D 프린팅 공정입니다.
SLS와 유사하지만 분말 입자를 소결하기 위해 레이저를 사용하는 대신, 적외선 빛을 흡수하는 데 도움이 되는 특수 잉크를 분말에 증착합니다. 그런 다음 적외선 빛을 분말에 조사하여 입자 융합을 유도합니다.
MJF는 SLS와 바인더 제팅(일반적으로 금속 부품 제작에 사용되는 공정)의 조합으로 간주될 수 있습니다.
바인더 제팅과 혼동하지 마세요. 머티리얼 제팅은 잉크젯 프린트 헤드가 소재를 층별로 증착하는 독특한 3D 프린팅 공정 제품군입니다.
머티리얼 제팅 공정은 광반응성 소재를 프린트 베드에 선택적으로 분사한 다음 UV 빛으로 경화시킴으로써 작동합니다 — SLA와 비슷하지만 액체 욕조가 없습니다. 이 과정은 부품이 완성될 때까지 층별로 반복됩니다. 일부 프린터는 연속 분사를 사용하고 다른 프린터는 주문형 드롭온디맨드(Drop-on-Demand)를 사용합니다.
머티리얼 제팅 3D 프린터는 일반적으로 액체 열경화성 광중합체로 프린트하며, 이들은 다양한 소재 특성을 나타낼 수 있습니다.
주요 머티리얼 제팅 3D 프린터 제조업체로는 3D Systems, Stratasys(PolyJet), Xjet이 있습니다.
선택적 레이저 용융(SLM)은 금속 적층 제조 공정이며 최종 사용 부품 생산을 위한 3D 프린팅의 가장 중요한 형태 중 하나입니다.
SLM은 분말 베드 융합의 한 형태로, 금속 분말 베드에 레이저를 조사한다는 점에서 SLS와 유사합니다. 그러나 입자가 단순히 소결되는 것이 아니라 완전히 용융될 수 있으며, 나일론과 폴리아미드 대신 다양한 금속 분말을 처리하는 데 사용됩니다. 또 다른 차이점은 SLM이 일반적으로 불활성 가스를 포함하는 밀폐된 프린팅 챔버를 필요로 한다는 것입니다. SLM 기술의 개선으로 가공 및 주조의 진정한 대안이 되었습니다.
SLM은 신속한 금속 프로토타이핑부터 최종 사용 항공우주 부품 및 티타늄 의료용 임플란트 생산까지 다양한 용도로 사용됩니다.
주요 SLM 3D 프린터 제조업체로는 SLM Solutions와 Renishaw가 있습니다.
직접 금속 레이저 소결(DMLS)은 금속 부품을 위한 또 다른 분말 베드 융합 적층 제조 형태입니다.
DMLS는 입자를 소결하기 위해 레이저를 사용한다는 점에서 SLS와 유사하지만, 나일론 대신 금속에 사용됩니다. DMLS는 여러 면에서 SLM과 유사하지만, SLM처럼 레이저가 원료를 완전히 녹이지는 않습니다. 따라서 DMLS는 일반적으로 금속 합금으로 제한됩니다.
DMLS 3D 프린팅은 1990년대에 이 공정(및 DMLS 이름)을 개발한 EOS가 지배하고 있습니다.
바인더 제팅은 금속, 모래, 세라믹 분말로부터 부품을 만들기 위해 바인더를 사용하는 독특한 3D 프린팅 공정입니다.
바인더 제팅 공정은 프린트 베드를 분말로 코팅한 다음, 분말을 바인더(일종의 접착제)로 선택적으로 분사하여 2D 형상을 만듭니다. 접착제 같은 바인더는 분말 입자를 소결하는 대신 서로 결합시킵니다. 빌드 플랫폼이 이동하여 프린터가 다음 레이어를 결합할 수 있도록 하고, 이 과정을 반복합니다.
바인더 제트 부품은 일반적으로 프린팅 후 열처리하거나(다른 소재로) 침투시켜 바인더 소재를 제거하고 부품을 강화해야 합니다.
주요 바인더 제팅 3D 프린터 회사로는 3D Systems, ExOne, Desktop Metal, Markforged, HP가 있습니다.
FDM 3D 프린팅에 사용되는 소재의 대다수는 다양한 크기의 스풀로 제공되는 열가소성 필라멘트입니다. 열가소성 수지는 가열되면 녹고 냉각되면 화학적 조성 변경 없이 다시 굳으므로 압출형 3D 프린팅에 완벽합니다.
일반적인 범용 FDM 열가소성 필라멘트는 낮은 융점과 환경 친화적인 폴리락트산(PLA)입니다. 더 높은 융점을 가지지만 더 쉽게 압출되는 아크로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)도 또 다른 인기 있는 선택입니다. 다른 일반적인 FDM 3D 프린팅 소재로는 PETG와 PC가 있습니다.
대부분의 프린터블 열가소성 수지는 경질이지만, 고무 같은 부품에 적합한 TPE와 TPU 같은 FDM 플렉시블 필라멘트도 있습니다.
많은 FDM 3D 프린터는 유리나 탄소 섬유 같은 첨가제로 강화된 열가소성 수지를 프린트할 수 있습니다. 이 소재들은 일반적인 열가소성 수지보다 훨씬 우수한 강도를 가질 수 있습니다(유리 조각이나 절단 섬유가 무작위로 배향되어 있으므로, 전용이고 비싼 프린팅 기술이 필요한 연속 섬유 프린팅보다는 일반적으로 약합니다).
SLA와 DLP 같은 광중합 3D 프린팅 공정용 소재는 단량체, 올리고머, 광개시제를 포함하는 액체 감광성 레진 형태로 제공됩니다. 이 레진은 광원에 의해 경화되어 고체 프린트 부품을 만듭니다.
다른 니즈에 맞는 다양한 레진이 존재합니다 — 예를 들어 일부는 완전히 투명하고 일부는 더 높은 내충격성을 제공합니다 — 하지만 열가소성 수지처럼 보편적인 이름은 없습니다. 오히려 다양한 3D 프린팅 레진 생산자들이 서로 다른 레진 블렌드를 생산하며, 종종 "스탠다드 레진"이나 "클리어 레진" 같은 심플한 라벨을 가집니다.
가장 널리 사용되는 SLS 3D 프린팅 소재는 나일론으로, 강하고 단단하며 내구성 있는 3D 프린트 부품을 생산하는 엔지니어링 열가소성 수지입니다.
SLS 3D 프린터는 분말 형태의 나일론을 소결하며, 프린트할 수 있는 몇 가지 다른 유형의 나일론 파우더(및 기타 파우더)가 있습니다. 나일론 12는 부품과 프로토타이핑에 좋은 범용 소재이며, 나일론 11은 특히 강하고 연성이 있습니다. 알루미늄 충전 나일론과 TPU는 다른 SLS 파우더 옵션입니다.
SLM 같은 금속 적층 제조 공정은 프린터의 레이저 빔으로 녹일 수 있는 금속 파우더와 호환됩니다. 이 파우더들은 종종 기체 원자화(Gas Atomization)로 만들어지며, 쉽게 흐르는 구형 입자를 생성합니다.
SLM과 다른 분말 베드 융합 공정을 위한 3D 프린팅 파우더로 다양한 금속이 제공됩니다. 여기에는 고강도, 고온 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 스테인리스강, 코발트-크롬 합금, 니켈 합금이 포함됩니다.
3D 프린터는 디지털 기계이며, 소프트웨어는 3D 프린팅 공정에서 중요한 역할을 합니다. 소프트웨어 유형 간에 일부 중복이 있지만(일부 소프트웨어 제품군은 다양한 도구를 포함), 네 가지 주요 카테고리가 있습니다: 3D 모델링, STL 수리, 슬라이싱, 프린트 관리.
컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어, 때때로 3D 모델링 소프트웨어라고도 불리며, 궁극적으로 물리적 3D 프린트 객체로 변환될 수 있는 3D 모델을 컴퓨터 화면에서 설계하는 데 사용됩니다.
이 종류의 소프트웨어는 매개변수 선택이나 코드 작성을 통해 시각적으로 3D 형상을 모델링할 수 있게 해줍니다. 기능에는 자동 모델링 도구, CAM 통합, 시뮬레이션 도구가 포함될 수 있습니다.
일반적인 3D 프린팅 3D 모델링 소프트웨어로는 Autodesk의 TinkerCAD와 Fusion 360, Dassault Systèmes의 SolidWorks, Rhino, Blender가 있습니다.
STL 수리 또는 메쉬 수리 소프트웨어 — 때때로 CAD나 슬라이싱 소프트웨어와 함께 패키징됨 — 은 원활한 프린팅을 용이하게 하기 위해 3D 프린트 가능한 파일을 분석하고 수리하도록 설계되었습니다.
인기 있는 독립형 STL 수리 패키지로는 Materialise의 Magics, Autodesk의 Netfabb/Meshmixer가 있으며, 앞서 언급한 Fusion 360과 Blender에는 STL 수리 도구가 포함되어 있습니다.
3D 모델링 소프트웨어는 3D 모델에 대한 정보를 포함하는 메쉬 파일을 생성하지만, 3D 프린터는 이 파일을 계산할 수 없습니다. 이 부분에서 3D 프린터 슬라이싱 소프트웨어가 나옵니다.
슬라이싱 소프트웨어는 3D 메쉬를 순차적으로 3D 프린트할 수 있는 개별 레이어로 자르고, 이 레이어들에 대한 데이터를 G-code로 내보냅니다. 3D 프린터는 이를 읽고 실행할 수 있습니다.
Slic3r, Cura, Repetier는 모두 일반적인 3D 프린팅 슬라이싱 소프트웨어 애플리케이션입니다.
여러 프린터를 동시에 실행하는 사용자들 — 특히 여러 프린터를 동시에 실행하는 사용자들 — 은 프린트 작업을 관리하고, 기계 성능과 상태를 감독하고, 소재 공급을 모니터링하기 위해 3D 프린팅 관리 소프트웨어를 필요로 할 수 있습니다.
프린트 관리 도구에는 OctoPrint 같은 사용자 친화적인 웹 기반 도구부터 Materialise Streamics와 Oqton FactoryOS 같은 전문 적층 제조 실행 시스템(MES)까지 포함됩니다.
CNC 가공과 사출 성형 같은 대체 공정에 비해 3D 프린팅을 사용할 때 수많은 장점이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
속도(Speed): 특히 일회성 부품의 신속한 프로토타이핑에 있어 3D 프린팅은 가장 빠른 제조 방법 중 하나입니다. 디지털 파일은 최소한의 준비로 3D 프린터에 전송될 수 있습니다. 이는 기업에 경쟁 우위를 제공하여 R&D 주기와 시장 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
비용(Cost): 값비싼 툴링이 필요하지 않으므로 3D 프린팅은 일회성 부품이나 소량 생산에 매우 저렴합니다. 공정이 적층식이므로 감산식이 아니기 때문에 소재 낭비도 최소화됩니다.
기하학적 자유도(Geometrical Freedom): 3D 프린팅은 사출 성형 같은 공정보다 설계 제약이 적어 복잡한 패턴과 내부 섹션도 가능합니다. 이는 분말 베드 공정인 SLS에서 특히 그렇습니다. 분말이 프린트된 구조를 모든 면에서 지지하기 때문입니다.
일관성(Consistency): 3D 프린팅은 종종 일회성 부품과 프로토타입에 사용되지만, 실제로 매우 일관된 복제품을 생산합니다. 부품 품질이 금형 수명이나 공구 마모 같은 요인에 의존하지 않기 때문입니다.
3D 프린팅의 한계로는 대량 생산 시 느림, 감산 및 성형 공정에 비해 제한적인 부품 강도, 소재 비용(FDM 필라멘트는 동등한 부피의 사출 성형 펠릿보다 비쌈), 제한적인 소재 범위, 제한적인 착색 옵션 등이 있습니다.
3D 프린팅은 신속한 프로토타이핑과 소량 생산 모두에서 다양한 산업 전반에 걸쳐 용도가 있습니다.
산업 전반에서 3D 프린팅의 핵심 응용 분야는 R&D 중 새로운 부품의 신속한 프로토타이핑입니다. 다른 기술은 플라스틱이나 금속 부품을 즉석에서 제작하는 데 이만큼 잘 갖춰져 있지 않습니다 — 비공장 환경에서도 마찬가지입니다.
3D 프린터는 기업이 사내에서 활용할 수 있으며, 일부 기업은 서비스 뷰로를 통해 3D 프린트 프로토타입을 주문하는 것을 선호합니다.
3D 프린팅은 환자 맞춤형 티타늄 임플란트와 수술 가이드(SLM), 3D 프린트 보철물(SLS, FDM), 심지어 3D 바이오프린트 인간 조직과 같은 의료 부품 제작에 사용될 수 있습니다. 의료 장비 및 기계용 부품 — X-ray 기계, MRI 장비 등 — 도 3D 프린트할 수 있습니다.
SLA와 SLS 같은 기술은 치과 산업에서 모델, 보철물, 수복물용으로 널리 사용됩니다.
항공우주 산업은 뛰어난 강도 대 중량 비율의 매우 가벼운 부품을 만들 수 있기 때문에 3D 프린팅 기술의 주요 채택자였습니다. 예시 부품으로는 심플한 객실 파티션(SLS)부터 획기적인 엔진 부품(SLM)까지 있으며, GE가 개발 및 제조한 3D 프린트 연료 노즐 팁이 있습니다.
자동차 회사는 정기적으로 3D 프린터를 사용하여 일회성 예비 부품과 수리, 신속한 프로토타입을 제작합니다. 일반적인 3D 프린트 자동차 부품으로는 브라켓, 대시보드 구성 요소, 안테나 구성 요소(FDM)가 있습니다.
더 극단적인 예로는 초기 Divergent 모델처럼 대규모 금속 3D 프린트 구조 부품을 가진 자동차가 있습니다.
SLA 같은 3D 프린팅 기술은 보석 생산 및 수리에서 간접 제조 공정으로 널리 사용되며, 사실상 모든 종류의 3D 프린터를 사용하여 작품과 조각을 만들 수 있습니다.
생산 품질 적층 제조의 발전으로 건설 및 건축 분야의 응용 범위가 넓어졌습니다. 콘크리트 3D 프린팅은 매우 넓은 노즐 압출기를 사용하는 FDM과 비슷하게 작동하며 이 산업에서 역할을 하지만, SLM 같은 더 일반적인 3D 프린팅 기술을 사용하여 교량 구조물 같은 항목을 만들 수도 있습니다.
3D 프린트 부품은 표준 CAD 소프트웨어로 설계할 수 있지만, 3D 프린터는 특정 파일 형식만 읽을 수 있습니다. 네 가지 주요 기계 판독 가능 3D 프린팅 파일 형식이 있습니다.
STL: 단연코 가장 일반적인 3D 프린터 파일 형식으로, STL은 테셀레이션된 삼각형 형태의 부품 기하학 정보를 포함합니다. 색상, 소재, 텍스처 같은 정보는 포함하지 않습니다. 파일 크기는 디테일에 비례하므로 문제가 될 수 있습니다.
OBJ: STL보다 덜 보편적인 OBJ 파일 형식은 3D 모델 기하학을 인코딩하며 테셀레이션 외에도 자유형 곡선과 자유형 표면을 포함할 수 있습니다. 색상, 소재, 텍스처 정보도 포함할 수 있어 풀컬러 공정에 유용합니다.
3MF: Microsoft가 발명한 3MF는 작은 파일 크기와 좋은 오류 방지 수준을 가진 XML 기반 형식입니다. 아직 널리 채택되지는 않았지만 Stratasys, 3D Systems, Siemens, HP, GE 같은 회사들이 지원합니다.
AMF: STL 형식의 후계자인 AMF는 훨씬 더 가볍고 평평한 삼각형뿐만 아니라 곡면 삼각형의 테셀레이션을 허용하여 다양한 형상의 디테일한 부품을 훨씬 쉽게 인코딩할 수 있습니다. 도입 이후 채택은 느렸습니다.
3D 프린팅은 초보자에게 혼란스러울 수 있는 공정별 용어를 사용합니다. 이 용어들은 3D 프린트 부품이 어떻게 나오는지에 영향을 줄 수 있는 프린터 설정 및/또는 사양을 가리킵니다.
3D 프린트 부품을 만들 때 인필 비율을 지정해야 할 수 있습니다. 이는 부품의 내부 밀도를 나타냅니다. 낮은 인필 비율은 형태를 유지하는 최소한의 소재만 가진 대부분 중공 부품을 결과로 만듭니다. 높은 인필은 강하고 조밀하며 무거운 부품을 만듭니다.
레이어 높이는 때때로 Z축 해상도라고도 하며, 부품의 한 2D 레이어와 다음 레이어 사이의 거리입니다. 더 작은 레이어 높이는 Z축(위에서 아래)을 따라 더 미세한 해상도(더 높은 가능한 디테일 수준)를 의미합니다. 작은 레이어 높이는 고품질 프린터의 지표이지만, 사용자는 더 빠르고 경제적인 프린팅을 위해 더 큰 레이어 높이를 지정할 수 있습니다.
프린터의 프린트 속도는 밀리미터/초로 측정되며, 기계가 원자재를 처리할 수 있는 속도를 나타냅니다. 레이어 높이와 마찬가지로 이 값은 프린터의 최대 속도 지표이거나 사용자 결정 값일 수 있습니다: 더 느린 프린팅 속도는 일반적으로 더 정확한 프린트를 생성합니다.
FDM 같은 공정에 적용되며, 프린트 온도는 보통 열가소성 필라멘트를 가열하는 프린트 헤드의 부분인 핫엔드(Hotend)의 온도를 나타냅니다. 일부 FDM 프린터는 가열된 프린트 베드도 가지고 있으며, 그 온도는 제조업체에 의해 지정됩니다. 두 경우 모두 온도는 일반적으로 사용자 제어 가능합니다.
3D 프린팅에서 해상도는 거의 항상 레이저 빔(SLA, SLM 등) 또는 프린트 헤드(FDM)에 의한 X축과 Y축(너비와 깊이)을 따른 최소 이동 가능 거리를 나타냅니다. 이 값은 레이어 높이보다 측정하기 어렵고 항상 비례하지는 않습니다.
사출 성형의 벽 두께와 마찬가지로, 쉘(또는 쉘 두께)은 3D 프린트 부품의 외부 벽 두께를 나타냅니다. 3D 프린팅 시 사용자는 일반적으로 쉘 수를 선택해야 합니다: 1 쉘 = 3D 프린터 노즐 두께의 외부 벽; 2 쉘 = 그 두 배 두께 등.
3D 프린팅이 주로 프로토타이핑 도구로 사용되므로 단색 프린트로 대부분의 애플리케이션이 충분합니다. 그러나 풀컬러 머티리얼 제팅 프린터, 멀티 압출기 FDM 프린터, 후처리 옵션 등 컬러 3D 프린팅을 위한 몇 가지 옵션이 있습니다.
Stratasys, 3D Systems, Mimaki 같은 주요 3D 프린팅 회사들은 2D 잉크젯 프린터처럼 풀컬러로 3D 모델을 프린트할 수 있는 머티리얼 제팅과 바인더 제팅 3D 프린터를 개발했습니다. 그러나 이 기계들은 비싸고 부품이 항상 우수한 기계적 특성을 가지지는 않습니다.
여러 FDM 3D 프린터는 듀얼(또는 그 이상) 프린트 헤드를 탑재하여 서로 다른 색상이나 심지어 완전히 다른 소재의 두 필라멘트 스풀을 같은 프린트 작업에서 동시에 프린트할 수 있게 합니다. 이는 심플하고 저렴하지만 보통 두 색상으로 제한됩니다.
단일 압출기 FDM 3D 프린터를 사용하여 다색 프린트를 만들 수 있습니다. 이는 특정 지점에서 프린트를 일시 정지하고 필라멘트 스풀을 다른 색상의 필라멘트로 교체하는 것을 포함합니다. 이는 색상 적용에 매우 느린 방법이며 각 색상이 어디로 가는지에 대한 정밀한 제어를 제공하지 않습니다.
많은 3D 프린트 부품은 프린팅 후 염색, 틴팅, 페인팅할 수 있습니다. 이는 공정에 또 다른 단계를 추가하지만, 종종 품질과 비용 효율성 사이의 최상의 균형을 제공합니다.
많은 3D 프린트 부품은 프린트 베드에서 나온 후 최소한 어느 정도의 후처리가 필요합니다. 여기에는 서포트 제거 같은 필수 공정이나 페인팅 같은 선택적 미용 공정이 포함될 수 있습니다. 일부 공정은 모든 또는 대부분의 3D 프린팅 기술에 적용되는 반면, 일부는 기술별로 다릅니다.
FDM과 SLA 같은 3D 프린팅 기술은 프린트된 객체가 제작 중에 붕괴되지 않도록 서포트 구조(프린트 베드와 부품 사이의 수직 지주)를 프린트해야 합니다.
이 서포트는 부품이 완성되면 제거해야 합니다. 듀얼 압출 FDM 머신 같은 일부 프린터는 서포트 구조를 수용성 소재로 프린트할 수 있어 액체 화학 물질을 사용하여 실제 부품에서 서포트를 쉽게 분리할 수 있습니다. 수용성 아닌 서포트는 부품에서 수동으로 잘라내야 하며, 샌딩이 필요할 수 있는 자국을 남길 수 있습니다.
일부 3D 프린팅 기술(예: SLA)은 부품에 끈적한 잔여물을 남기고, 다른 기술(SLM, SLS)은 분말 흔적을 남길 수 있습니다. 이런 경우 부품을 수동 또는 전용 기계로 세척하거나 압축 공기를 사용하여 분말을 제거해야 합니다.
많은 핵심 3D 프린팅 기술은 프린트 베드에서 나왔을 때 아직 최종 화학적 상태가 아닌 소재로 부품을 프린트합니다. 이들은 때때로 "그린(Green)" 부품이라고 불립니다.
많은 3D 프린트 금속 부품은 레이어 융합을 증가시키고 오염 물질을 제거하기 위해 프린팅 후 열처리가 필요합니다. 바인더 제팅 3D 프린터는 예를 들어 금속 부품 내부에서 폴리머 바인더를 제거하기 위해 프린팅 후 디바인딩과 소결이 필요합니다.
일부 레진 3D 프린트 부품은 프린팅 후 후경화(Post-curing)가 필요하여 경도를 높이고 사용 가능하게 만듭니다.
3D 프린트 부품은 샌딩 및 스무딩 같은 텍스처 공정부터 페인팅 및 틴팅 같은 시각적 공정까지 수많은 표면 마감 기술의 대상이 될 수 있습니다. FDM 같은 일부 기술은 샌딩이 필요한 꽤 거친 표면을 생성할 수 있는 반면, SLA 같은 다른 기술은 훨씬 더 매끄러운 표면을 생성합니다. 전체 표면 마감 서비스 목록을 참조하세요.
3D 프린팅은 독립형 공정으로 사용될 필요가 없습니다. CNC 가공 및 사출 성형의 경쟁자로 생각하는 대신, 실제로 이 다른 제조 공정들과 상호 보완적일 수 있습니다. 조합 예시에는 다음이 포함됩니다:
하이브리드 제조 시스템은 3D 프린팅을 다른 기술과 결합하여 존재합니다. Mazak의 INTEGREX i-400 AM과 DMG MORI의 Lasertec DED는 예를 들어 3D 프린팅과 CNC 밀링을 모두 수행할 수 있습니다.
분석가들은 3D 프린팅이 다음을 포함한 다른 제조 공정을 불필요하게 만들 수 있을지에 대해 오랫동안 추측해 왔습니다:
그러나 AM 하드웨어 제조업체들이 3D 프린팅을 엔드투엔드 생산 기술로 포지셔닝하려는 노력(예: EOS의 Industry 4.0 이니셔티브)에도 불구하고, 실제로 3D 프린팅은 특히 특정 소재의 저량 제조 등 특정 제조 작업에 제한됩니다.
3D 프린팅은 확실히 일부 영역에서 다른 공정을 추월했습니다. 예를 들어 ABS 같은 저비용 플라스틱의 신속한 프로토타이핑은 이제 3D 프린팅이 지배적입니다. ABS를 가공하는 것보다 프린팅하는 것이 더 저렴하기 때문입니다. 3D 프린팅은 또한 환자 맞춤형 티타늄 의료용 임플란트 제작에 이상적인 도구로 자리 잡은 것으로 보입니다: 3D 프린팅의 속도와 기하학적 유연성은 이런 특정 상황에서 따라잡기 어렵습니다.
그럼에도 불구하고 CNC 가공 같은 공정은 현재 POM, PEI, PPS, PEEK 같은 엔지니어링 소재로 고품질 부품과 프로토타입을 생산하는 데 더 우수하며, 3D 프린팅보다 훨씬 우수한 표면 마감을 남깁니다. 또한 사출 성형 같은 공정은 심플한 플라스틱 구성 요소의 대량 생산에 여전히 무한히 빠릅니다.
더욱이 적층 제조가 제조 내에서 가장 중요한 기술적 발전을 보이며 제조 전체에서 더 큰 발판을 주장할 수 있게 되었지만, CNC와 사출 성형 같은 더 확립된 공정들도 더 높은 품질의 부품을 생산하도록 개선되고 있습니다.
3D 프린팅은 제조 작업의 더 큰 몫을 차지하게 될 것이지만, 다른 기술들을 완전히 대체하지는 않을 것입니다.
10년 전, 신생 3D 프린팅 산업은 가정에 3D 프린터가 한 대씩 있어 가족들이 냉장고 교체 부품, 아이들 새 장난감, 심지어 두 번째 3D 프린터를 만들 구성 요소 등 필요할 수 있는 새로운 객체를 3D 프린트할 수 있을 것이라 믿었던 소위 3D 프린팅 혁명을 준비하고 있었습니다.
2012~2014년경 MakerBot 같은 FDM 3D 프린터 제조업체들은 일반 소비자 시장에 3D 프린터를 적극적으로 마케팅하여, 3D 프린터가 가정 생활과 직장 생활을 개선할 수 있다고 일반 사람들을 설득하려 했습니다. 그러나 이 회사들이 3D 프린팅의 참신함을 이용하려 하고 제품이 실용적 용도가 거의 없음이 분명했습니다. 2012년 MakerBot 보도자료는 이를 증명하는 듯합니다: "버튼 하나로 체스 세트 전체를 만드세요. 친구, 급우, 동료, 가족이 당신이 만든 것들을 보고 '와!'라고 말할 것입니다."
불과 몇 년 후, 소위 3D 프린팅 혁명은 명백히 실패했고, 많은 3D 프린터 제조업체들은 소비자 영역에서 전문 및 산업 시장으로 타겟을 재조정하기 시작했습니다. 거기에는 더 구체적이고 (수익성 있는) 적층 기술의 응용이 있었기 때문입니다.
또한 이미 전문 및 산업 영역에 있던 3D Systems와 Stratasys 같은 회사들은 3D 프린팅을 프로토타이핑 기술로 보는 생각을 깨뜨리려 시도하며, 대신 실행 가능한 대량 생산 도구로 포지셔닝하기 시작했습니다(제조업체들이 전체 공장을 3D 프린터로 채우고, 3D 프린터 관리 소프트웨어를 구매하고, 3D 프린팅 컨설턴트를 고용할 것으로 예상되므로 3D 프린팅 산업에 분명히 더 수익성이 있을 수 있습니다).
3D 프린팅 회사들은 가정에 3D 프린터를 보급한다는 전망을 포기했습니다. 그러나 10년 후에는 어떤 형태의 적층 제조가 더 많은 공장에서 보일 것으로 기대할 수 있습니다.
오늘날 3D 프린팅은 2012년만큼 일반인들 사이에서 화젯거리가 아니지만, 기술은 전문 및 산업 세계에서 계속해서 속도를 내고 있습니다.
최근 보고서에 따르면, 시장 조사 회사 3DPBM Research는 금속 적층 제조가 2020년 16억 달러에서 2030년 300억 달러로 가치 면에서 성장할 것으로 예상합니다. 이는 AM이 생산 도구로 재포지셔닝되고 더 고성능 엔지니어링 소재가 개발되었기 때문입니다. (그렇긴 하지만, 3D 프린팅은 많은 산업에서 가치 있는 프로토타이핑 도구로 남을 것이며, 프로토타이핑 응용 분야도 기술적 개선으로부터 동등하게 혜택을 볼 것입니다.)
금속 AM만 성장하는 것이 아닙니다. HP의 멀티 제트 퓨전 같은 기술은 플라스틱 프린팅에 새로운 가능성을 열었고, Carbon 같은 혁신자들은 광중합 카테고리에서 새로운 고속 공정을 개발했습니다. 3D 바이오프린팅과 마이크로 3D 프린팅 같은 틈새 분야도 정기적으로 새로운 지평을 열어가고 있으며, 복합 3D 프린팅(예: 연속 탄소 섬유 3D 프린팅)도 증가하고 있습니다: IDTechEX는 복합 3D 프린팅 시장이 2030년까지 17억 달러 가치가 있을 것으로 예상합니다.
간단히 말해, 3D 프린팅은 많은 분야에서 다른 제조 공정에 대한 진지한 경쟁자로 점차 자리 잡을 것입니다.
중국은 몇 개의 주목할 만한 3D 프린터 제조업체만 자랑하지만 — UnionTech(SLA), Farsoon(DMLS, SLS), Shining 3D(FDM, DLP), Creality(FDM, DLP, SLA) 등이 더 잘 알려진 이름들 — 중국과 아시아 태평양 지역은 가장 빠르게 성장하는 3D 프린팅 시장 중 하나로, (정부 인센티브 덕분에 부분적으로) 광범위한 채택을 보이고 있습니다.
현재 중국의 AM 활동은 상하이, 시안, 광동(3ERP 본사 소재지), 톈진, 허베이, 랴오닝, 산둥을 포함하는 보하이 경제권에 집중되어 있습니다. 3D Systems, Stratasys, EOS 같은 주요 서구 AM 회사들이 상하이에 사무소를 두고 있습니다.
중국 3D 프린터 생산은 FDM과 레진 기술이 지배적이지만, 중국에서 판매되는 프린터의 약 절반은 산업용입니다(개인용 또는 소규모 전문용이 아닌).
2020년 10월, 시장 조사 회사 CONTEXT는 중국의 3D 프린팅 시장이 다른 시장보다 팬데믹에 훨씬 더 탄력적이었으며 글로벌 3D 프린팅 시장의 회복에 주요 역할을 했다고 밝혔습니다.
3D 프린팅 하드웨어와 소프트웨어에 대한 투자가 모든 비즈니스에 적합한 것은 아니며, 많은 성공적인 기업들이 온라인 3D 프린팅 서비스 뷰로(일회성 프로젝트용)나 3ERP 같은 프로토타이핑 및 제조 파트너(일회성 프로젝트 또는 반복 주문용) 같은 제3자에게 3D 프린팅 니즈를 아웃소싱합니다.
3D 프린팅 서비스를 아웃소싱할 때, 귀하의 비즈니스가 설계 및 생산 서비스가 필요한지, 아니면 생산 서비스만 필요한지 고려하는 것이 중요합니다. (잘못 실행된 3D 모델은 3D 프린팅에 성공하지 못할 수 있음을 명심하세요.)
일반적으로 제3자로부터 3D 프린트 부품을 주문하는 것은 그 어느 때보다 간단합니다. 많은 제조업체는 디지털 3D 모델만으로 3D 프린팅을 시작할 수 있지만, 더 중요한 프로젝트는 소재, 색상, 공차 같은 추가 정보를 전달하기 위해 기술 도면도 필요할 수 있습니다. 일부 3D 프린팅 서비스 제공업체(3ERP 포함)는 프로젝트에 적합한 3D 프린팅 기술과 소재에 대한 조언을 제공합니다.
사용 가능한 기술과 소재를 포함한 전체 3D 프린팅 서비스를 확인하거나, 3D 프린팅 프로젝트에 대한 견적을 요청하세요.
CNC 기계
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파이프가 균열이나 파손 시 스스로 수리하고, 옷이 날씨나 사용자 활동에 따라 형태를 바꾼다면 어떨까요? 스스로 조립되는 가구, 성장에 맞춰 적응하는 보철기구... 이는 4D 프린팅 기술이 실현하고자 하는 잠재적 애플리케이션의 일부에 불과합니다. 이미지 1: 형태를 변화시키는 4D 프린팅 집게. 출처: Sculpteo. 3D 프린팅은 약 30년 역사를 가지고 있으며, 여전히 신소재와 애플리케이션, 4D 프린팅과 같은 신기술이 등장하는 연구 과정에 있습니다. MIT 자가조립 연구소(Self-assembly Lab)에서는 4D 프
