3D 프린터 종류와 역량 총정리: 7대 공정 범주별 기술·소재·적용 분야 비교

3D 프린팅은 시제품뿐 아니라 특정 최종 사용 부품 생산에도 최적의 제조 방식입니다. 기술 선택에 따라 최고 가성비를 제공합니다.

3D 프린터는 여러 대분류로 나뉘고, 각 분류 내에도 다양한 상용/산업용 프린터가 존재합니다. 본문은 주요 3D 프린터 종류와 생산 가능 역량을 다룹니다. 복잡한 3D 프린팅 지형 이해로 파트 제조 시 시간과 비용 대폭 절감 가능합니다.

3D 프린터의 7대 공정 범주 (ISO/ASTM 52900)

2015년 표준화로 7개 공정 범주 확립:

1. 광중합조(Vat Photopolymerization): 액체 광중합 레진을 빛으로 경화
2. 재료 압출(Material Extrusion): 용융 열가소성 필라멘트를 가열 노즐로 적층
3. 분말 베드 퓨전(Powder Bed Fusion, PBF): 고에너지원으로 분말 입자 융합
4. 재료 분사(Material Jetting): 액체 감광성 퓨징 에이전트 방울을 분말 베드에 증착 후 빛 경화
5. 바인더 분사(Binder Jetting): 액체 결합제 방울을 과립 소재 베드에 증착 후 소결
6. 직접 에너지 증착(Direct Energy Deposition): 용융 금속 동시 증착·융합
7. 시트 라미네이션(Sheet Lamination): 형상 절단된 시트 적층 접합

Hubs 제공 공정: SLA, FDM, SLS, MJF.

광중합조(Vat Photopolymerization) 상세

작동 원리

빌드 플랫폼을 레진 탱크에 담그고, 거울로 빛을 레진 표면에 선택 조사. 한 층 경화 후 플랫폼 미세 이동으로 새 레진 유입, 다음 층 경화·접합 반복. 최종 층 완료 후 분리, UV 오븐 추가 경화로 강도 보강.

광중합 기술 3종

• SLA: 단일 포인트 레이저로 단면 트레이스. 고정밀이나 시간 소요.
• DLP: 디지털 프로젝터로 층 단면 전체 한 번에 플래시. SLA보다 빠름. 단, 픽셀 단위 투영으로 해상도 약간 낮음.
• CLIP (Continuous Liquid Interface Production): DLP + 빌드 플랫폼 연속 이동. 더 빠른 빌드, Z축 부드러운 윤곽.

소재: 광중합 레진 (대다수 독자 개발)

• 범용 표준 레진
• 터프 ABS-l라이크, 플렉시블 고무-l라이크
• 투명 주조용 (소각 후 회분 0%)
• 세라믹 충전 고강성, 생체적합성(의료기기용)

투명 레진 등 일부는 최적 결과 위해 추가 후처리 필요.

기하학적 특성

• 빌드 볼륨: 데스크톱/산업용 간 차이 크나, 통상 한 축 최대 ~300mm (FDM/PBF보다 작음)
• 고복잡도 파트 가능하나 서포트 필요로 PBF 대비 제약
• 초미세 디테일 해상도에서 최강

기계적 특성

• 타이트한 공차, 일관된 반복성
• 완전 경화 시 완전 등방성 가능
• 표면 조도: 사출 성형 수준의 초매끄러운 윤곽
• 완전 경화 파트는 수밀/기밀 가능
• 경화 비가역 → 가열 시 녹지 않고 탐

속도/비용

가장 오래된 3D 프린팅(1970년대 SLA). 경쟁으로 가격 하락 중이나 여전히 고가 (플라스틱 PBF 수준). 기계는 SLS보다 저렴하나 소재가 더 비쌈. 일반적으로 가장 빠른 기술군 중 하나.

상업적 적용

• 고해상도/공차 → 주얼리, 소량 사출 금형, 치과/의료
• 수밀/기밀 → 자동차, 항공우주, 헬스케어
• 매끄러운 표면 → 사출 성형 시제품 검증에 최적

재료 압출(Material Extrusion) / FDM 상세

작동 원리

용융 열가소성 필라멘트를 층층이 적층. 스풀 필라멘트 → 가열 노즐 → 용융 → 정밀 위치에 연속 적층 → 냉각 고화. 자동 핫글루건이 빌드 면 위를 체계적으로 이동하는 모습 연상.

노즐은 빌드 플랫폼 기준 3축 이동. X-Y로 단면 트레이스, Z로 적층.

기술: FDM / FFF (사실상 동일)

가장 단순, 최고 가성비·최다 보급 기술. 두 주류: 프로토타이핑용(데스크톱) vs 산업용. 기술은 거의 동일하나 스케일 차이 거대.

소재: 필라멘트

수천 종 필라멘트 존재. 대표: ABS, PLA. 나일론, PC, PETG, TPU, PEI 등. 탄소섬유, 케블라, 유리섬유, 목재, 금속 강화 필라멘트도 있음.

기하학적 특성

• 빌드 플랫폼: 최대 ~1,500mm (데스크톱은 책상 위 크기)
• 바텀업 적층 → 오버행에 서포트 필요 → 복잡 컴포넌트엔 비적합할 수 있음
• 해상도: 필라멘트 직경 함수 (최박 ~0.15mm). 원형 필라멘트 → 날카로운 모서리 불가, 벽면 평탄하지 않음 (후가공 필요)

기계적 특성

일반적으로 기능성 최종 부품용 부적합 (예외 존재). Z축 약함, 전 표면 명확한 레이어 라인.

속도/비용

• 데스크톱: $500~$5,000 (저가). 산업용: 훨씬 고가
• 소유/운영 저렴, 아웃소싱도 인기 (하루 리드타임 흔함)
• 표준 소재 풍부, 경쟁으로 가격 저렴
• 단일 파트 빠르나 규모의 경제 없음 → 대량 생산엔 느림/비효율

상업적 적용

• 내구성/미관 타 기술 대비 열세이나 초기 컨셉 검증(POC) 단계 프로토타이핑에 가장 흔히 사용
• 소재 다양성, 속도, 가성비로 해상도/마감 비중요한 생산 부품에도 매력적
• 산업용 FDM: 그리퍼, 지그, 픽스처 등 견고 소재 기능성 프로토/최종 부품 제작에 전통 제조 대비 가격 우위

분말 베드 퓨전(PBF) 상세

작동 원리

분말 입자 선택적 용융/소결로 파트 형성. 분말을 융점 직전까지 예열 후 빌드 플랫폼에 얇은 층 도포. 레이저/전자빔으로 단면 융합. 층마다 플랫폼 강하 반복. 미융합 분말이 서포트 역할 → 별도 서포트 불필요. 완료 후 여분 분말 제거·재활용.

PBF 프린터 종류

• SLS: 레이저로 플라스틱 분말 소결 → 고체 플라스틱 파트
• DMLS: 레이저로 금속 분말 소결 → 다공성 금속 파트
• SLM: 레이저로 금속 분말 완전 용융 → 고체 금속 파트. 단일 금속만 가능(합금 불가)
• MJF: SLS + 재료 분사 결합. 분말 층에 잉크젯으로 퓨징/억제 에이전트 선택 분사 → 적외선 빔으로 퓨징 에이전트 부위만 융합
• EBM: 전자빔으로 금속 분말 용융 → 고체 금속. 진공 필수, 전도성 금속만 가능
• HSS: 잉크젯으로 적외선 흡수 유체 분사 → 적외선으로 소결

소재

• 플라스틱: 나일론(가장 흔함), 알루마이드(나일론+알루미늄), 폴리프로필렌, PC, PEEK, PEKK, 유연 TPU, 복합/강화 나일론 등. 보통 백색 출력 후 염색.
• MJF: 나일론만 가능. 과거 흑색 에이전트 탓 회색만 가능했으나, 신형으로 풀컬러/백색 지원 (단종 예정이나 수년간 지원 유지).
• 금속: DMLS/SLM/EBM용 다양한 합금.

기하학적 특성

• 빌드 크기: 광중합조보다 큼, 대형도 300~400mm 축 넘기기 어려움
• 고해상도 가능. 미사용 분말이 서포트 역할 → 매우 복잡한 디지털 모델 구현 가능
• 복잡도: MJF ≈ SLS > SLA (단 SLA 해상도 더 높음: 25μm vs SLS 100μm, MJF 80μm)
• MJF 해상도 SLS보다 약간 우위, 단 SLS 소재 폭 더 넓음
• 금속: DMLS 최고 해상도 → SLM → EBM 순

기계적 특성

• 공차: 광중합조 수준. 단 강도는 PBF가 월등
• 플라스틱: 3D 프린팅 기술 중 최고 기계적 물성 구현. MJF가 SLS보다 약간 강하고 표면 더 매끄러움
• 금속: EBM 잔류 응력 최소 → 변형 적음. DMLS는 소결만으로 다공성 → SLM보다 약함. SLM은 기계 가공/단조급 물성 가능
• 모든 PBF: 분말 기원 표면 거칠음 → 단순 후처리로 평활화 용이

속도/비용

가격 하락세이나 여전히 고가. 금속은 CNC 가공 초과. 플라스틱은 광중합조 수준. MJF가 SLS 대비 ~10% 저렴. 플라스틱 소량은 SLS/MJF가 광중합조/FDM보다 느림. 단, 대량 배치는 빌드 플랫폼 직접 적층으로 최고 속도.

상업적 적용

• 전 산업군 저량 기능성 플라스틱 부품 선호 기술: 기계 부품, 지그/그리퍼/픽스처, 맞춤형 플라스틱 컴포넌트 소량 양산
• 금속(DMLS/SLM/EBM): 가공비 과다하거나 가공 불가한 초복잡 형상시에만 채택. 급속 프로토타이핑용으로도 선호

재료 분사(Material Jetting) 상세

작동 원리

액체 소재 미세 방울을 빌드 플랫폼에 분사, 열/빛으로 고화. 2D 잉크젯과 유사: 수백 개 제트 노즐 프린트헤드가 X축 캐리어로 이동, 와이퍼처럼 왕복하며 한 층 단일 패스에 커버.

단일 프린트헤드에 다중 소재 제트 탑재 가능 → 다중 소재 출력, 풀컬러 출력, 왁스 등 일회용 서포트 동시 분사.

기술: PolyJet, NPJ, DOD

• PolyJet (Stratasys 독점): 액체 포토폴리머 + 제거 용이 서포트 동시 분사 → UV 경화. 2022년 중반 기준 최고 인기.
• NPJ (XJet 독점): 전 층 적층 후 일괄 경화. 금속/세라믹 나노입자 현탁액 분사 → 열로 현탁액 증발 → 소결로 입자 결합.
• DOD (SolidScape/Stratasys): 고정밀 왁스 출력 특화(주얼리 투자 주조/금형). X-Y 양축 이동으로 곡선 고해상도, 플라이 커터로 층마다 평탄화 → 치수 정밀도 향상.

소재: 포토폴리머, 플렉시블 플라스틱, 주조 왁스, 금속, 세라믹 등 다양

PolyJet: 풀컬러, 다중 소재, 다중 텍스처 동시 출력 강점.

기하/기계적 특성

• 빌드 플랫폼 최대 ~1㎡ (FDM 근접). 개별 파트도 베드 전체 채울 만큼 대형 가능
• 완전 솔리드 서포트 구축 → 고복잡도 파트 가능
• 고정밀·고공차. 단 강도는 FDM/PBF 하회
• 표면 초매끄러움, 매트 모드 옵션도 제공

속도/비용

비쌈. 소재 고가, 솔리드 서포트 출력으로 파트당 소재 낭비 큼. 속도 PBF 수준.

상업적 적용

치수 정밀도/시각 품질이 임계적일 때 유일 실행 가능 솔루션: 초실사 프로토타입, 해부 모델, 고정밀 툴링, 주얼리, 의료기기, 수술 도구. 다중 소재로 햅틱 피드백 프로토(경질 케이스+유연 버튼) 등 제작.

바인더 분사(Binder Jetting) 상세

작동 원리

분말 베드에 결합제 선택 분사. 빌드 플랫폼에 얇은 분말 층 → 잉크젯 노즐 프린트헤드 통과하며 결합제 분사. 컬러 출력 시 결합제 후 컬러 잉크 분사 → 새 분말 층 덮음 반복. 최종 층 후 분말 내에서 경화 대기. 분말서 꺼내면 일부 소재 바로 사용 가능. 기능용은 대부분 침투/소결 필요 → 최대 40% 수축.

소재: 분말화 가능 소재 다수

모래, 세라믹, 금속(주력), 플라스틱도 가능.

기하/기계적 특성

• 주먹 크기 이하 파트에 최적
• 미사용 분말 = 천연 서포트 → 복잡 형상 가능
• 두께 10mm 초과 시 침투 불균일 → 제한
• 해상도 PBF 수준
• 침투 전 금속 파트 극도로 약함(부서짐 주의). 침투 후 준완전 밀도이나 전통 제조품 수준 미달
• 금속 표면 조도: DMLS/SLM보다 양호

속도/비용

저가. 광중합조/PBF보다 저렴. 속도 PBF 수준, 저량엔 동일, 고량엔 빠름.

상업적 적용

• 풀컬러 프로토타이핑에 이상적 (저가, 고복잡도, 고속)
• 복잡 고정밀 금속/세라믹 파트 최고 속도/저가 기술 중 하나
• 침투/소결 후 기능성 금속 파트 가능 (PBF 강도/공차 미달이나 기능성은 확보)
• 모래 주조용 복잡 주형 제작에 특히 매력적: 대형 복잡 형상 저가 제작, 전통 주조 공정과 통합 용이

직접 에너지 증착(DED) 상세

작동 원리

용융 소재(주로 금속) 비드 적층. 플라스틱 재료 압출과 유사하나 금속용. 피드스톡(분말/와이어) → 노즐 강제 공급 → 레이저/전자빔/아크로 노즐 팁에서 용융 → 증착점서 냉각 고화.

노즐 다축 이동. 3축: X-Y 단면 트레이스, Z 적층. 5축 DED: 층별 적층 불필요, 임의 각도 증착 가능 → 신규 파트 제작 외 기존 물체 다면 증착/수리 용도.

DED = DMD(Direct Metal Deposition)라도 불림. 독자 기술명 혼용됨(소재/에너지원 차이). 대표 예: LENS(Optomec, 고출력 레이저 분말 융합), EBAM(Sciaky, 전자빔 와이어 용융).

소재: 거의 모든 용접 가능 금속 (알루미늄, 강철, 티타늄, 인코넬, 탄탈룸, 텅스텐, 니켈, 니오븀 등). 세라믹도 가능(LENS).

기하/기계적 특성

• 초대형 빌드 베드 가능 (수 미터 단위 커스텀 장비 존재)
• 대형 용융 풀 → 오버행/복잡 형상 어려움, 서포트 곤란
• 해상도 금속 3D 프린터 중 최저 (분말 50~150μm, 와이어 1~3mm)
• 날카로운 모서리 등 정밀 형상 → 후공정(CNC 밀링) 필수. 통상 DED로 니어넷셰이프 제작 → 가공으로 최종 공차 달성
• 고에너지 → 큰 열구배/잔류응력. 단 완전 치밀, 단조급 기계적 물성
• 저해상도 → 표면 조도 나쁨, 2차 가공으로 목표 마감 달성

속도/비용

• 최고 장점: 출력 속도, 소재비. 최대 11kg/hr (해상도 매우 낮음). 소재는 상용 용접용 분말/와이어(COTS) → 타 금속 AM 대비 저렴, 구하기 쉬움
• 단순 파트는 전통 제조가 거의 항상 더 저렴

상업적 적용: 3대 주용도

1. 부품 수리 (Repair)
2. 기능 추가 (Feature Addition)
3. 니어넷셰이프 파트 생산 (Near-net-shape)

용접과 유사 → 기존 파트에 증착 가능. 고가 장비 수리(중공업 등)에 최적. 해상도 낮아 대부분 CNC 후가공 동반. 전통 제조가 느리/비싸/불가능할 때만 니어넷셰이프 DED 채택.

시트 라미네이션(Sheet Lamination) 상세

작동 원리

단면 형상 절단된 시트 적층 접합. 선절단 후 적층 또는 선적층 후 절단.

기술: LOM vs UC

• LOM (Laminated Object Manufacturing): 접착제로 시트 라미네이션 → CNC 밀링/레이저/워터젯으로 층별 감산 가공
• UC (Ultrasonic Consolidation): 초음파 진동(마찰 용접)으로 라미네이션. 그 외 공정 동일

소재: 종이, 폴리머, 섬유강화 폴리머, 세라믹, 거의 모든 금속. 다중 소재 레이어 가능. 컬러 시트로 풀컬러 출력.

기하/기계적 특성

• 빌드 베드: SLA/SLS급, 대형 드묾
• 시트 절단 단순 → 초고복잡 형상 불가. 단 서포트 불필요 → 내부 구조 가능
• 층간 임베디드 배선 가능 (대부분 비가열 → 열 손상 위험 낮음)
• 층 해상도 = 소재 피드스톡 두께 의존

기계적 특성

치수 정밀도/표면 마감: 단순 CNC/레이저/워터젯 수준. 층간 결합 약함 → 구조/기능용 부적합.

속도/비용

LOM: 원자재 구하기 쉬워 매우 비용 효율적. 사전 준비 불필요 → 매우 빠름.

상업적 적용

건축 모형용으로 시작. 현재: 초정밀 컬러 객체, POC/룩앤필 프로토타이핑 주용도.

FAQ - 기술 선택 가이드

내 맞춤 파트에 적합한 3D 프린팅 기술 어떻게 고르나?

기능성, 필요 소재, 미관 특성, 공정 능력 등 다각도 고려. 종합 선정 가이드 참조, 여러 방식 테스트 후 최적안 결정 권장.

복잡 형상에 최적인 프린터는?

PBF 계열(SLS, MJF) 강력 추천.

여러 프린터가 다 맞으면?

비용과 물성 비교해 최적 제조 핏 결정.

기능성 폴리머 파트에 적합한 기술은?

열가소성(SLS, FDM) > 열경화성(SLA/DLP, 재료 분사).

최고 미관 품질 기술은?

열경화성(SLA/DLP, 재료 분사)이 최고 심미성 제공.

금속 파트 최고 기술은?

솔직히 CNC 가공 추천. 단, 초복잡 형상이면 DMLS/SLM이 밀링/터닝 대안.