FDM 3D 프린팅 회고: 주요 이정표와 핵심 부품

2005년 애드리안 바우어 박사의 자가 복제 FDM 3D 프린터 등장과 함께 레프랩(RepRap) 및 오픈소스 운동이 시작된 이래, 이 분야는 현재까지 비약적으로 발전해 왔습니다. 본 글에서는 성공적인 출력물을 구현하는 데 결정적인 역할을 했던 3D 프린터와 핵심 부품들을 되짚어 봅니다.

3D 프린터의 진화

FDM 기술 특허가 만료되자 오픈소스를 기반으로 한 다양한 3D 프린터 모델이 쏟아져 나왔습니다. 초기 모델들은 관형 구조에 단순한 전자 장치를 갖추고 있었으며, 대개 열전도 베드(Hot bed)가 없었습니다. 하지만 2012년, 비전문가 시장에서 가장 많이 팔리고 가장 많이 개조되는 프린터인 프루사 i3 오리지널(Prusa i3 Original)이 등장하면서 판도가 바뀌었습니다. 그 최신 버전인 프루사 i3 MK3s는 여전히 비전문가 시장의 절대적인 강자로 군림하고 있습니다.

이미지 1: Prusa i3 Original. 출처: RepRap

슬라이싱 소프트웨어

초기에는 3D 프린터 제조사들이 자체 슬라이서를 개발하기도 했습니다. 범용으로 처음 널리 쓰인 것은 리페티어 호스트(Repetier-Host)로, 윈도우·맥·리눅스 모두에서 비교적 쉽게 사용할 수 있었습니다. 2015년 얼티메이커(Ultimaker)가 큐라 2.0(Cura 2.0)을 무료로 공개하면서, 사용 편의성 덕분에 순식간에 커뮤니티의 표준으로 자리 잡았습니다. 한편 심플리파이3D(Simplify3D)는 유료 소프트웨어로서 당시로서는 혁신적인 수많은 출력 파라미터를 제공하며 전문가 층을 공략했습니다.

이미지 2: Cura3D 15.04. 출처: Ultimaker

연결성

초기에는 프린터가 움직일 때마다 컴퓨터가 G코드를 실시간으로 전송해야 했습니다. 이는 컴퓨터를 프린터 옆에 상시 둬야 하고, 다른 작업을 하면 프린팅이 멈추는 등 불편이 컸습니다. 이후 SD 카드 모듈 탑재 프린터와 라즈베리파이 기반 원격 제어 소프트웨어가 등장하면서 사용자들은 출력 공정을 획기적으로 최적화할 수 있게 되었습니다.

익스트루더

최근 타이탄 익스트루더(Titan Extruder), 타이탄 에어로(Titan Aero), MK8/MK10 타입이 등장하기 전까지 가장 널리 쓰인 것은 그렉 웨이드(Greg Wade) 익스트루더였습니다. 이는 두 엔지니어의 합작품입니다. 캐나다의 웨이드 보츠(Wade Bortz)가 NEMA 17 모터로 소형 기어를 구동해 대형 기어를 돌리고, 그 볼트가 필라멘트를 밀어내는 구조를 고안했습니다. 호주의 그렉 프로스트(Greg Frost)는 이 '더블 기어' 아이디어를 발전시켜 수많은 3D 프린터에 채택된 혁신적인 익스트루더를 완성했습니다.

이미지 3: 그렉 웨이드 익스트루더. 출처: RepRap

핫엔드(HotEnd)

요즘 핫엔드는 거의 금속 바디에 쿨링 팬을 달고 있지만, 초기에는 고내열 플라스틱(PTFE 또는 PEEK) 바디에 황동 노즐을 끼운 단순한 구조였습니다. 필라멘트 직경에 맞춘 입구와 원하는 출구 직경만 있으면 됐지만, 고온 소재 출력이 불가능하다는 치명적인 약점이 있었습니다.

이미지 4: PEEK 바디 핫엔드

출력 베드(Printing Base)

초기 FDM 프린터에는 열전도 베드가 없어 캡톤 테이프(Kapton Tape)와 블루 테이프(Blue Tape)로 접착을 해결했습니다. 이후 별도 파워로 작동하는 열전도 베드 위에 유리판을 올리는 방식이 생겼고, 유리판에 테이프를 병행하기도 했습니다. 곧이어 다양한 픽스 스프레이가 등장하며 오늘날의 폭넓은 베드 접착 솔루션 라인업으로 진화했습니다.

이미지 5: 유리판이 올려진 출력 베드

필라멘트 소재

오늘날에도 양대 산맥인 PLA와 ABS가 초기에 유일했던 소재입니다. PLA는 출력 용이성, 저렴한 가격, 깔끔한 마감 덕분에 모든 사용자의 선택을 받았습니다. ABS는 산업 사용자들의 수요로 등장했는데, 익숙한 열가소수지로서 우수한 기계적 물성과 직접 용도 적합성이 강점이었습니다. 2012~2013년경 두 주요 제조사인 카이파르티(Kai-Parthy)와 툴만3D(Taulman3D)가 새로운 소재를 선보였습니다. 카이파르티는 실제 나무와 거의 흡사한 마감을 내는 최초의 우드 필라멘트를, 툴만3D는 나일론 필라멘트로 3D 프린팅의 응용 분야를 무한히 확장했습니다.

오랜 3D 프린터 사용자라면 위 내용들을 보며, 지금은 출력 과정이 훨씬 단순하고 효과적으로 진화했음에 안도하실 겁니다. 새로 이 세계에 발을 들인 분들은 이 역사를 배우고, 앞으로도 이 분야의 발전을 함께 이끌어 주시길 바랍니다.

현재든 초창기든 여러분의 모든 경험을 댓글로 공유해 주세요. 우리 모두 함께 배워갑시다.