이제 3D 프린팅이 여러 산업을 혁신하고 매일 새로운 기회를 창출하고 있다는 사실은 누구나 알고 있습니다. 메이커 커뮤니티에서 가장 널리 쓰이는 기술은 FDM(용융 적층 모델링)과 SLA(광경화성 수지 조형) 프린터입니다. 하지만 더 까다로운 요구사항을 충족하려면 폴리젯(PolyJet) 프린터 같은 고가의 산업용 장비가 필요하곤 합니다.
폴리젯 프린터가 무엇인지, 어떻게 활용되는지, 가격은 얼마나 하는지 궁금하실 겁니다.
폴리젯 프린터는 광경화성 수지(포토폴리머) 방울을 층층이 분사하여 적층합니다. 각 층은 즉시 자외선(UV)으로 경화되어 물체가 체계적으로 쌓아 올라갑니다. 폴리젯 기술은 다중 소재 프린팅을 지원해 하나의 모델에 서로 다른 기계적 특성을 부여할 수 있습니다. 이러한 장점 덕분에 항공우주, 자동차, 패션, 철도, 의료 등 다양한 산업에서 폴리젯 프린팅이 활용되고 있습니다.
3D 프린팅 세계의 명칭은 혼란스러울 수 있습니다. 동일한 기술이나 제품인데도 두 가지 이상의 이름으로 불리는 경우가 많습니다. 대표적인 예가 FDM(Fused Deposition Modeling)과 FFF(Fused Filament Fabrication)로, 둘 다 열가소성 필라멘트를 이용한 프린팅을 지칭합니다.
폴리젯(PolyJet) 또는 폴리 젯(Poly Jet)도 마찬가지입니다. 이 기술은 소재 분사(Material Jetting, MJ) 프린터와 같은 원리로 작동합니다. 스트라타시스(Stratasys)사가 독자적인 액체 분사 기술을 개발해 '폴리 젯'이라 명명한 것은 기술적 특성과 연관 짓기 위함이었습니다.
이 프린팅 방식은 빌드 소재로 광경화성 수지를 사용하며, 프린트 헤드에서 수지 방울을 빌드 플랫폼에 분사하고 자외선으로 즉시 경화시킵니다. 공정이 매우 빠르고, 3D 프린팅 업계 최고 수준의 정밀도를 자랑합니다.
3D Systems사는 이 기술을 사용하는 프린터를 MJ 프린터 또는 멀티젯(MultiJet) 프린터라 부릅니다. 여기서도 이름은 기술의 한 측면을 반영합니다. 여러 개의 분사 노즐로 액체 광경화성 수지를 빌드 플레이트에 정밀하게 증착하기 때문입니다.
보시다시피 3D 프린팅의 명명법은 처음에는 복잡해 보이지만 실제로는 꽤 논리적입니다. 업계가 특정 기술 유형에 통일된 이름을 사용하지 않는 데는 브랜드 연상과 마케팅 전략이 크게 작용합니다. 자사 제품에 더 많은 관심을 끌수록 수익에 유리하기 때문입니다. '아웃윗(Outwit), 아웃스마트(Outsmart), 아웃플레이(Outplay)'에 '아웃네임(Outname)'이라는 네 번째 차원이 추가된 서바이벌 게임과 비슷하다고나 할까요.
광경화성 수지 분사 3D 프린팅은 소재 압출/분사 카테고리의 하위 분류에 속합니다. 소재 분사 기술은 액체 광경화성 수지를 프린트 헤드에서 분사하고 자외선으로 경화시키는 방식을 사용합니다. 모든 소재 분사 공정이 광경화성 수지를 빌드 소재로 쓰는 것은 아니지만, 대다수가 그렇습니다.
스트라타시스는 FDM(FFF) 프린팅 기술의 세계적 선도 기업으로, 2012년 오브제(Objet) 인수를 통해 폴리젯과 폴리젯 매트릭스 프린터를 확보했습니다. 폴리젯 프린터는 다중 소재 및 다중 컬러 프린팅이 가능해 고품질 출력을 구현합니다.
폴리젯 3D 프린팅은 여러 면에서 잉크젯 문서 프린터와 유사합니다. 차이점은 폴리젯 프린터가 3D 모델을 출력해 한 차원 더 높다는 점입니다. FDM 프린팅처럼 층층이 쌓아 올리는 방식으로 이를 구현합니다.
적층된 각 층은 자외선 아래에서 즉시 경화되며, 이렇게 프린트가 체계적으로 완성됩니다. 출력이 끝나면 추가 후경화 과정 없이 즉시 취급하고 사용할 수 있어 시간을 크게 절약할 수 있습니다.
돌출부나 지지대가 필요한 기하학적 설계 요소에는 여전히 서포트가 필요합니다. 서포트용으로 특수하게 설계된 젤 타입 소재를 사용하며, 출력 완료 후 손으로 쉽게 제거하고 물로 씻은 뒤 화학 용액에 담가 잔여 서포트 소재를 녹여냅니다.
폴리젯 프린팅의 장점은 출력 속도, 뛰어난 정밀도와 품질, 그리고 스트라타시스 오브제 커넥스 3D 프린터처럼 다양한 소재를 동시에 사용할 수 있다는 점 등 수없이 많습니다.
폴리젯 프린터는 소재 분사 3D 프린터와 같은 원리로 작동합니다. 프린팅 시작 전, 프린터의 소재 탱크에 있는 광경화성 수지를 최적 온도로 가열해 적절한 인쇄 점도를 확보합니다.
프린팅은 캐리지가 빌드 플랫폼의 X축을 따라 이동하면서 시작됩니다. 이동 중 프린트 헤드가 수지를 매우 미세한 방울 형태로 선택적으로 분사하면, 즉시 자외선으로 경화(경화)됩니다.
다중 프린트 헤드 기술 덕분에 서포트도 전용 서포트 소재를 사용해 동시에 출력되며, 나중에 쉽게 제거할 수 있습니다. 한 층이 완료되면 빌드 플랫폼이 한 단계 내려가고, 이 과정이 프린트 완료까지 반복됩니다. 바이오 레진도 다양한 소재 선택지 중 하나입니다.
폴리젯 기술로 완성된 출력물은 가압수로 서포트 소재를 씻어내고, 화학 용액에 담가 남은 서포트 잔여물을 용해시킵니다. 반면 멀티젯 프린터는 파라핀 왁스를 서포트 소재로 사용해 오븐에서 녹여 제거합니다.
프린터가 실제로 작동하는 모습을 보면 원리를 더 직관적으로 이해할 수 있습니다. 다음 영상을 참고하세요!
폴리젯과 FDM 프린터 모두 층층이 쌓아 올린다는 점은 같지만, 공정 자체는 크게 다릅니다. FDM은 열가소성 수지를 소재로 쓰고, 폴리젯은 액체 광경화성 수지를 사용합니다.
FDM 프린팅에서는 스풀에 감긴 열가소성 필라멘트가 프린트 헤드로 공급되어 녹아 압출되고, 층을 이루며 식어 굳습니다. 모든 층이 같은 과정을 거쳐 프린트가 완료됩니다. 폴리젯 프린팅에서는 분사된 액체 수지 층이 자외선으로 경화되며 층이 쌓여 완성됩니다.
폴리젯은 SLA 프린팅처럼 액체 레진을 자외선으로 경화시킨다는 점에서 유사하지만, 공정은 매우 다릅니다. SLA는 레진 탱크(욕조)를 이용해 모델을 거꾸로 출력하는 반면, 폴리젯 프린터는 미세한 방울을 빌드 플레이트에 분사해 위로 쌓아 올립니다.
두 방식 모두 층별 적층 방식이지만, 폴리젯은 SLA보다 뚜렷한 이점이 있습니다. 우선 단일 레진 유형에 제한되지 않으며, 서포트 소재를 물로 씻어내면 되어 시간 소모적인 후공정이 필요 없습니다. 출력 볼륨 면에서도 경화 후 건조된 마감 덕분에 폴리젯이 더 높은 출력 볼륨을 감당할 수 있습니다.
폴리젯이 SLA보다 가진 가장 큰 장점은 다중 소재 사용으로 최종 제품의 구조적 특성을 변경할 수 있다는 점입니다. SLA가 균일한 강성의 출력을 내는 반면, 폴리젯은 출력물 내 서로 다른 소재를 조합해 특정 부위는 딱딱하게, 다른 부위는 유연하게 만들 수 있습니다.
폴리젯 프린터에 사용되는 광경화성 수지 소재의 범위는 매우 넓으며 용도도 다양합니다. 아래는 의료 및 치과 산업에 가치를 더하는 몇 가지 응용 사례입니다.
각 소재가 실제 부품의 기능을 얼마나 정교하게 모방하는지 보는 것은 흥미롭습니다. 치과 분야에서는 실제 잇몸 조직처럼 부드러운 고무 느낌의 틀니 프레임을 만들어 직접적인 압력을 줄일 수 있습니다. 실제 조직과 뼈 구조의 질감을 구현하는 강하고 내구성 있는 보철물을 제작할 수 있다는 점은 놀라운 일입니다.
세상의 모든 일에는 장단점이 있습니다. 3D 프린팅도 삶의 한 부분이므로 당연히 장단점이 있습니다. 어렵게 말하지 않고 핵심만 짚어보겠습니다.
많은 장점에도 불구하고 기계적 특성 면에서는 폴리젯 출력이 FDM이나 SLA 출력물보다 열세인 경향이 있습니다. 폴리젯 출력물은 열과 햇빛에 취약해 시간이 지나면 강도가 떨어집니다. 물론 사용 소재에 따라 달라지며, 워낙 다양한 옵션이 있어 적절한 소재 선택으로 대부분 용도를 커버할 수 있습니다.
또 다른 단점은 소재 분사 프린터와 소재 가격이 매우 비싸 대다수 3D 프린팅 애호가들에게는 접근하기 어렵다는 점입니다.
간단히 말해, 네, 폴리젯은 비쌉니다. 소재 분사 기술이 3D 프린팅에 비교적 최근 추가되었고, 주로 전문가용으로 쓰이기 때문일 수 있습니다. 하지만 이 사실이 FDM이나 SLA 옵션과 비교했을 때 소재 분사가 제공하는 가능성을 탐구하는 데 걸림돌이 되어서는 안 됩니다.
폴리젯 프린터를 구매하려면 최소 3만 5천 달러(약 4,600만 원) 이상을 투자해야 합니다. 이 정도 비용이면 용도를 확실히 정해야 합니다. 고품질 폴리 피카츄를 뽑는다고 재정적으로 이득이 되지는 않으니까요.
3만 5천 달러를 기꺼이 쓸 의향이 없다면, 다른 곳에서 3D 프린터를 찾아보셔야 합니다.
시중에는 가성비 좋으면서도 꽤 훌륭한 모델을 뽑아주는 프린터가 여럿 있습니다.
저는 엔더 3 프로(Ender 3 Pro)를 쓰는데, 200달러도 안 되는 가격에 이 정도 성능이면 훌륭합니다. 조금 더 투자해 프루사 MK3S+(Prusa MK3S+)를 살 수도 있습니다. 성능은 훨씬 좋지만 가격도 '조금' 더 나갑니다.
레진 프린터를 선호한다면 엘레구(Elegoo) 프린터, 예를 들어 엘레구 마스 3 울트라 4K(Elegoo Mars 3 Ultra 4k)를 고려해보세요. 고디테일 미니어처 제작에 탁월한 프린터입니다.
앞서 언급했듯 폴리젯 프린팅 기술의 응용 범위는 광범위하며, 설계 복잡도와 상관없이 미세한 디테일과 섬세한 피처를 잘 구현해 전문 현장에서 수요가 높습니다.
미국에서는 자동차, 건축, 산업, 교육 분야에서 폴리젯 프린팅을 찾아볼 수 있습니다. 의료 산업은 보철물과 관절 치환, 치과 분야에서 폴리젯 프린팅을 적극 지원합니다. 치과 응용은 선진국에서 흔하지만 인도 같은 신흥 경제국에서는 아직 덜 보급되어 있어, 미국과 전 세계적으로 큰 성장 잠재력이 있습니다.
치과 분야는 투명 교정기 시장을 확대할 수 있게 해준 소재 분사 기술을 적극 수용했습니다. 프린터 조작이 쉽고 출력 속도가 빨라 주문형 요청에 즉시 대응할 수 있습니다.
폴리젯 기술로 막대한 비용 절감이 가능했습니다. 미국 국방부는 폴리젯 기술로 380만 달러를 절감했고, 향후 10~15년 내 1,500만 달러 이상 추가 절감이 기대됩니다.
새로운 항공기 설계가 끊임없이 나오면서 시제품 부품이 필적인데, 소재 분사 기술만큼 정밀하게 사양에 맞춰 제작하기 쉬운 방법은 없습니다.
자동차 산업은 3D 기술로 큰 혜택을 보았습니다. 신속 시제품 제작, 툴링, 지그 및 고정구, 양산 부품 등에서 소재 분사 옵션이 추가되면서 산업 발전에 크게 기여했습니다.
폴리젯 기술로 맞춤형 양산급 부품 생산 시간이 최대 95% 단축되었습니다. 어떤 산업에서든 이는 효율성과 안전 규정 준수 솔루션의 신속한 제시를 의미합니다.
예술과 패션은 3D 프린팅 기술과 협업하며, 스트라타시스 같은 기업이 기술 혁신을 철학적·문화적 차원을 아우르는 창작과 연결하고 있습니다. 초콜릿 분사 프린팅 같은 개발도 폴리젯 기술의 수많은 응용 사례 중 하나입니다.
이제 폴리젯 프린팅에 대한 충분한 이해와 함께, 폴리젯 프린터를 소유하고 싶은 강한 욕구가 생기셨을 겁니다. 최소 3만 5천 달러를 모으는 동안, 저는 취미용 FDM이나 SLA 프린터로 입문해 압도적으로 거대한 3D 프린팅 세계에 발을 담가보길 권합니다. 이 산업이 자신에게 맞는지 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 최첨단 산업용 장비가 없어도 본인 니즈를 충족할 수 있음을 깨닫게 될지도 모릅니다.
어떤 프린터, 필라멘트, 업그레이드를 살지 고민하며 시간을 낭비하지 않도록 추천 제품 섹션을 마련했습니다. 이 작업이 얼마나 막막하고 혼란스러운지 잘 알기 때문입니다.
초보자부터 중급자, 전문가까지 두루 추천할 만한 3D 프린터를 엄선해 결정하기 쉽게 했고, 필라멘트와 업그레이드도 직접 테스트하고 신중히 골라 어떤 것을 선택하든 제 성능을 발휘하도록 했습니다.
3D 프린팅
광경화성 레진 3D 프린팅은 최근 몇 년간 전문가와 메이커 환경 모두에서 FFF 다음으로 두 번째로 인기 있는 3D 프린팅 기술로 부상했습니다. 이 붐은 두 가지 중요한 요인의 결과입니다. 한편으로는 새로운 기술의 등장으로 레진 3D 프린터 비용이 낮아져 FFF와 같은 가격대에 진입했습니다. 다른 한편으로는 치과용, 유연, 엔지니어링 레진 같은 새로운 소재의 등장으로 이전에는 FDM이나 SLS로만 가능했던 레진 부품 제작이 가능해졌습니다. 3D 레진 프린팅의 주요 강점은 높은 해상도로, XY 50µm~150µm, Z 30µm~200
STEAM(과학, 기술, 공학, 예술, 수학) 역량은 청소년들의 미래 진로 준비에 있어 점점 더 중요한 가치로 평가받고 있습니다. STEAM 역량은 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 분야의 융합적 소양을 의미합니다. 최근 연구에 따르면, 이 기초 개념들을 놀이와 체험을 통해 실질적이고 시각적으로 가르칠 수 있음이 입증되었습니다. 조기 두뇌 자극의 교육적 효과 어린 나이에 두뇌를 자극하는 것은 매우 유익합니다. 성인보다 지식 습득 속도가 빠르기 때문입니다. 아이들과 청소년들이 프로젝트를 직접 제작하는 과정에서 복잡한 개념을 실습을 통
