SLS vs SLA 3D 프린팅: 핵심 차이점과 선택 가이드

SLS와 SLA 3D 프린팅 기술 비교

3D 프린팅 기술은 전문가와 취미 사용자 모두에게 다양한 출력 방식을 제공합니다.

그중 하나가 광조형(SLA, Stereolithography)입니다. SLA는 단일 레이저 빔을 특정 지점에 조사해 액체 레진을 경화시키는 방식입니다.

경화된 레진이 지정된 3D 객체로 굳어집니다.

선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering)에서는 레이저 빔이 분말을 융합/소결시켜 원하는 3D 프린팅 부품을 만듭니다.

SLS vs SLA: 3D 프린팅에서의 차이

SLA와 SLS 모두 적층 제조(Additive Manufacturing) 기술에 속합니다. 하지만 SLS는 분말 베드 융합 계열, SLA는 액체 레진 계열입니다.

SLA 기술은 사출 성형 부품과 견줄 만한 우수한 표면 마감의 3D 객체를 만듭니다.

이 글은 3D 프린팅 기술과 그 차이점에 대한 종합적인 정보를 제공해, 여러분의 필요에 가장 적합한 방식을 선택할 수 있게 돕습니다.

3대 주요 3D 프린팅 기술

1. 광조형(SLA) 3D 프린팅 기술

SLA 프린터는 1980년대 발명되었습니다. 자외선(UV) 레이저 빔을 사용해 3D 부품을 생산합니다.

SLA 프린터는 출력 과정에서 UV 레이저로 액체 레진을 경화시킵니다.

전문가들은 이 과정을 광중합(photopolymerization)이라 부릅니다. UV 레이저가 레진을 경화시키면 고체화되어 3D 프린팅 부품이 생성됩니다.

SLA 출력 방식의 장점

• 높은 정확도의 객체 출력
• 세밀한 디테일 표현
• 매끄러운 표면 마감
• 높은 범용성
• 다양한 소재 선택 가능
• 짧은 출력 시간
• 복잡한 패턴 출력 가능

SLA 출력 방식의 단점

• 고가의 소재 사용
• 레진 독성
• 재활용 불가능한 폐기물 발생
• 서포트 구조 필요
• 빈번한 레이저 캘리브레이션 필요

SLA 출력 방식의 응용 분야

SLA 기술은 기능성 부품, 금형, 패턴 제작에 널리 쓰이며, 주요 산업은 다음과 같습니다.

• 제품 설계
• 치과
• 청각학
• 교육
• 엔지니어링
• 주얼리
• 헬스케어

2. 선택적 레이저 소결(SLS) 3D 프린팅 기술

SLS는 분말 베드 기반 적층 제조 공정으로, 산업용 응용 분야에서 가장 인기 있고 예측 가능한 기술입니다.

SLS 프린터는 UV 레이저로 분말 입자를 녹여 융합시켜 3D 프린팅 부품을 만듭니다. 레이저 출력은 프린터마다 다르며, 사용 가능한 소재 종류를 결정합니다.

SLS 3D 프린팅 방식의 장점

• 고해상도
• 빠른 처리 기간
• 높은 인장 강도
• 폭넓은 소재 선택
• 복잡한 형상 제작 가능
• 우수한 치수 정확도
• 낮은 출력 비용
• 배치 출력 용이
• 서포트 구조 불필요

SLS 3D 프린팅 방식의 단점

• 출력 부품이 취약함(brittle)
• 후처리 공정 난이도 높음
• 소재 재활용 불가
• FDM, SLA에서 SLS로 전환 어려움
• 원료 소재 종류 제한적

SLS 3D 프린팅 기술의 응용 분야

SLS는 기능성 시제품 제작과 엔지니어링 산업에 최적화되어 있습니다. 기타 응용 분야:

• 자동차 설계
• 신속 제조
• 항공우주 하드웨어
• 의료 및 헬스케어
• 지그, 고정구, 툴링
• 주조 패턴
• 복잡한 플라스틱 부품 몰딩

3. 용융 적층 모델링(FDM) 3D 프린팅 기술

FDM은 적층 제조 3D 프린팅 공정입니다. 재료를 층층이 쌓아 올려 객체를 만듭니다.

FDM은 용융 필라멘트 적층(FFF, Fused Filament Fabrication)이라고도 불리며, 가장 대중적인 3D 프린팅 기술 중 하나입니다.

PLA, ABS, PETG 같은 열가소성 필라멘트를 여러 프린터에서 공용으로 쓸 수 있습니다.

가열된 노즐이 필라멘트를 압출해 빌드 플레이트에 층층이 쌓고, 식으면서 원하는 3D 객체가 형성됩니다.

FDM 기술의 장점

• 필라멘트 재활용 가능
• 편한 사용성
• 넓은 소재 선택 폭
• 적은 복잡성
• 컴팩트한 디자인
• 클라우드 서버 출력 지원
• 예산 친화적
• 휴대 용이

FDM 기술의 단점

• 거친 표면 마감
• 워핑(뒤틀림) 빈번
• 노즐 막힘 취약
• 긴 출력 시간
• 낮은 인장 강도
• 빈번한 베드 캘리브레이션 필요

FDM 기술의 응용 분야

• 산업용 응용
• 시제품
• 선물용품
• 보철물
• 건축
• 수술 전 모델
• 가정용품
• 소품 및 코스프레

SLA vs SLS: 상세 차이점 분석

SLA와 SLS 모두 레이저로 층을 추적/구축하며 후처리가 필요합니다.

• SLA: 액체 레진 경화로 부품 제조
• SLS: 여분 분말을 선택적으로 융합

SLA는 더 엄격한 치수 공차로 부품을 만듭니다. SLS는 더 강성인 객체를 상대적으로 낮은 비용으로 제공합니다.

SLA는 소형 3D 프린팅 부품이나 피처 제작에 최적입니다.

SLS는 주변 분말이 출력 중 레이어를 지지해 서포트 구조가 필요 없습니다. 반면 SLA는 부품이 출력 기간 동안 스스로 지지하도록 설계해야 합니다.

해상도는 SLA가 우위입니다. 출력 정확도는 비슷하지만 표면 품질은 SLA가 압도합니다.

처리량(throughput)은 SLS가 더 좋습니다. 대형 단일 부품이나 다수의 소형 부품을 한 번에 출력 가능합니다.

취미 사용자들은 복잡한 3D 설계에는 SLS, 사용 편의성은 SLA가 낫다고 평가합니다.

SLS가 SLA보다 강한가?

네, SLS가 SLA보다 더 견고한 3D 객체를 출력합니다.

SLS는 UV 광으로 분말을 녹여 융합/소결시킵니다. 분말 소재의 융합으로 더 강한 객체가 만들어집니다.

SLS로 만든 기능성 시제품은 더 튼튼하고 유연해, 기계적 용도의 견고하고 유연한 산업용 소재 생산에 적합합니다.

반면 SLA는 높은 디테일과 매끄러운 표면의 부품을 만드나, 객체 강도는 SLS 출력물보다 약합니다.

SLA 출력물이 완전히 약한 건 아닙니다. 레진 종류와 양에 따라 상당히 튼튼할 수 있으나 상대적으로 부서지기 쉽습니다(brittle).

SLS가 FDM보다 강한가?

네! SLS가 FDM보다 강합니다!

SLS는 분말 나일론만 사용 가능하지만, FDM은 PETG, ABS, PLA, 나일론 등 다양한 소재를 씁니다.

FDM은 노즐이 용융 필라멘트를 압출해 빌드 플레이트에 층층이 쌓고, 식으면서 레이어가 결합(bond)하지만 융합(fuse)되지는 않습니다.

반면 SLS는 분말 나일론을 녹여 융합/소결시킵니다. 융합된 조각이 단순 결합된 것보다 훨씬 강합니다.

또한 FDM용 나일론은 워핑과 수축이 심해 최적 선택이 아닙니다.

SLA가 FDM보다 견고한가?

SLA와 FDM은 전문가와 취미가 모두 선호하는 대중적인 방식입니다. 둘 다 제공하는 것:

• 시제품 설계 유연성
• 범용 부품 제작
• 소량 생산
• 동일 3D 부품 양산 능력

하지만 용도에 따라 심층 비교가 필요합니다.

일반적으로 FDM 필라멘트는 생분해성 PLA부터 내충격성 케블라까지 범위가 넓어, 시제품, 산업용 툴, 고정구 제작에 유리합니다.

FDM이 레진 출력물보다 강합니다. 충격 저항과 인장 강도에서 FDM이 SLA를 앞섭니다.

PLA, ABS, PETG, PET, 나일론, 폴리카보네이트 같은 일반 플라스틱 필라멘트가 표준 레진보다 나은 부품을 만듭니다.

단, 강화 레진(tough resin)은 일반 레진과 달리 이 플라스틱 필라멘트들보다 강합니다.

SLA 작동 원리

소프트웨어

SLA 3D 프린팅은 CAD 기술로 3D 모델을 설계하는 것에서 시작합니다. CAD 파일은 의도한 3D 객체를 표현하는 디지털 파일입니다.

SLA 3D 프린팅 공정

1. 레이저가 광감성 레진의 첫 번째 레이어를 조사하면 액체 레진이 즉시 고체화됩니다.
2. SLA 프린터에는 컴퓨터 제어 미러가 있어, 레이저를 이미 출력된 레이어의 적절한 단면으로 유도합니다.
3. 대부분의 데스크톱 SLA 프린터는 거꾸로 작동합니다. 레이저가 위쪽 빌드 플레이트를 향하고, 빌드 플랫폼이 천천히 상승하며 공정이 진행됩니다.
4. 첫 레이어 증착 후 플랫폼이 레이어 두께만큼 상승해, 추가 레진이 출력된 레이어 아래로 흐르게 합니다.
5. 레이저가 다음 단면을 경화시키고, 전체 객체가 완성될 때까지 반복합니다.

후처리

1. 출력 완료 시 빌드 플랫폼이 탱크에서 올라오고 여분 레진이 배출됩니다.
2. 빌드 플랫폼에서 모델을 분리합니다.
3. 여분 레진을 세척하고 UV 오븐에서 최종 경화합니다.

SLS 작동 원리

SLS 프린팅 공정은 레이저를 에너지원으로 사용하는 SLS 프린터로 수행됩니다.

SLS 프린팅 공정

1. SLS 프린터가 빌드 플레이트 위에 얇은 분말 층을 분산시킵니다.
2. 분말을 녹는점 미만으로 예열합니다.
3. 레이저가 분말 베드의 특정 부분 온도를 높여 프린트 모델을 고체화하며 선택적으로 플라스틱 분말을 녹여 융합시킵니다.
4. SLS 프린터는 레이저 분말 베드 융합(LPBF) 기술을 사용합니다.
5. CAD 모델 데이터로 레이저를 유도합니다. 미융합 분말이 서포트 역할을 해 서포트 구조가 필요 없고, 비용 절감 효과가 있습니다.
6. 출력 중 플랫폼이 한 레이어만큼 내려가 다음 레이어를 고체화합니다. 이 과정을 층층이 반복해 SLS 출력물이 완성됩니다.

SLS 냉각 공정

출력 완료 후 빌드 챔버가 내부와 외부에서 식습니다. 3D 프린팅 부품이 최적의 기계적 물성을 실현할 수 있게 합니다.

필요한 기계적 물성을 얻으면 휨이나 수축 가능성에서 안전해집니다.

SLS 모델 후처리

1. 출력 및 냉각 완료 후 빌드 플랫폼에서 3D 프린팅 객체를 꺼냅니다.
2. 여분 분말을 털어냅니다.
3. 미사용/여분 분말은 재활용해 낭비를 줄이고 친환경적으로 만듭니다.
4. 미디어 블라스팅이나 텀블링으로 추가 후처리 가능합니다.

결론

SLS와 SLA 3D 프린팅 기술은 최근 목격된 대부분의 3D 프린팅 혜택과 산업 응용의 원동력으로 남아 있습니다.

둘 다 레이저 빔 기술을 사용합니다. 레이저 기술은 정확하며 히터와 핫엔드가 필요 없고, 객체 휨을 방지합니다.

SLA는 광중합 레진을 사용하며 금속은 아닙니다. 반면 SLS는 일부 폴리머와 강철, 티타늄 같은 금속도 사용 가능합니다.