최적의 3D 프린팅 기술 선택 가이드: FDM, SLA, SLS 비교

적층 제조(Additive Manufacturing)는 재료를 층층이 쌓아 올려 형상을 만드는 제조 기술의 총칭입니다. 즉, 소재를 깎아내는 절삭 가공(전통적인 CNC 가공)과 달리, 필요한 양의 소재를 선택적으로 층별로 제공하여 부품을 구축하는 방식입니다.

하지만 이 범주 안에도 매우 다양한 기술이 존재하며, 각기 장단점이 다르기 때문에 각 기술의 원리와 한계를 파악하는 것이 필요에 가장 적합한 기술을 선택하는 데 매우 중요합니다.

다양한 기술과 변형이 있지만, 업계에서 가장 일반적이고 널리 쓰이는 세 가지 기술은 다음과 같습니다.

• 용융 적층 모델링 (FDM)
• 광경화 수지 선택적 광중합 (SLA)
• 선택적 레이저 소결 (SLS)

가장 널리 보급된 것은 단연 FDM 기술입니다. 주로 이 기술을 기반으로 한 저가형 3D 프린터의 등장 덕분입니다. 최근 몇 년간 SLA와 SLS 기술도 크게 영역을 넓혀가고 있습니다. Formlabs나 Sinterit 같은 기업이 각각 SLA와 SLS 기반의 장비를 공급하며, 경쟁력 있는 가격으로 산업용 품질을 구현하고 있습니다. 여기에 신소재의 등장까지 더해져, 현재 기업이나 전문가가 어떤 기술을 선택할지 결정하기가 더욱 어려워졌습니다.

아래에서 각 기술의 주요 특징과 차이점, 장단점을 자세히 설명합니다.

용융 적층 모델링 (FDM)

단연코 가장 대중적인 기술입니다. 노즐을 통해 열가소성 수지를 녹는 온도 이상으로 가열하여 압출하고, 압출된 소재가 노즐에서 나와 선택적으로 층층이 쌓이며 부품을 형성합니다.

이미지 1: FDM 프린팅. 출처: commons.wikimedia.com

가장 흔한 기술이지만, 설계 및 프린팅용 파일 준비 측면에서 가장 복잡합니다. 3D FDM 프린팅의 제약이 종종 설계 자체를 결정짓기 때문에, 일반적으로 이 기술로 부품을 생산할 때는 호환되도록 설계하거나 재설계해야 합니다. 이는 나중에 다른 생산 방식으로 제작할 모델을 검증하는 것이 목적인 경우 큰 문제가 될 수 있습니다.

모든 제약 중 가장 중요한 것은 서포트 구조의 필요성과 기계적 등방성을 얻을 수 없다는 점입니다.

용융된 소재를 공중에 쌓을 수 없기 때문에 브리지나 오버행을 직접 출력할 수 없으며, 이 경우 서포트 구조를 추가해야 합니다. 이는 소재와 시간의 추가 소모를 의미하며, 부품은 후가공으로 서포트를 제거해야 하고 서포트 접촉면의 표면 품질이 저하됩니다.

이미지 2: 서포트가 포함된 출력물. 출처: Simplify3D

서포트 사용의 단점을 일부 완화하는 방법으로 수용성 소재로 서포트를 출력하는 것이 있습니다. 이는 서포트 제거를 용이하게 하고 접촉면의 표면 품질을 개선합니다. 이를 위해서는 프린터에 듀얼 익스트루더 시스템이 필요합니다. 예를 들어 BCN3D Sigma 및 Sigmax의 IDEX 시스템이나 Raise Pro2 3D 프린터의 Bondtech 듀얼 익스트루더가 있습니다.

영상 1: BCN3D IDEX 시스템. 출처: BCN3D

반면, 이전 글에서 설명했듯 FDM으로는 등방성 부품을 얻는 것이 불가능하며, 이는 특정 기계 및 구조적 응용 분야에서 큰 문제가 됩니다.

기타 중요한 제약으로는 낮은 해상도와 높은 공차가 있습니다. 작은 직경의 노즐을 사용하면 SLA나 SLS에 근접한 Z 해상도를 달성할 수 있지만, XY 해상도는 항상 훨씬 낮으며 사용 소재에 따라 달라집니다. 해상도가 노즐 직경에 의해 결정되며, 모든 소재가 작은 직경 노즐과 호환되지 않기 때문입니다.

그러나 단점만 있는 것은 아닙니다. FDM 기술은 가장 폭넓은 소재 선택지를 저렴한 비용으로 제공하며, 더 큰 출력 볼륨을 가집니다. 기술 간 가격 차이가 좁혀졌지만, 여전히 가장 저렴한 기술입니다.

이미지 3: FDM 3D 프린팅 주요 소재 피라미드. 출처: 3dhubs.com

또한 깨끗하고 안전한 기술로 출력 전 준비 과정이 거의 필요 없습니다. 따라서 어떤 환경에도 설치 가능하며, SLA와 SLS처럼 광범위한 준비 및 세척 작업이 필요하지 않아 즉각성이 뛰어납니다. 이는 초등학교부터 대학까지 모든 수준의 교육용 애플리케이션에 완벽한 기술입니다.

지그 및 툴 제작, 중대형 부품, 다른 기술에서 구할 수 없는 특수 소재가 필요한 용도에 이상적입니다.

또 다른 강점 분야는 건축 모형 제작입니다. 일반적으로 이 프로젝트는 고정밀도가 필요하지 않은 대형 부품으로 구성됩니다. 여기에 Filamet, Timberfill, Smartfil EP, PLA Mukha 같은 소재를 사용하면 후가공 없이 금속, 나무, 세라믹 질감을 구현할 수 있습니다.

이미지 4: FDM으로 출력한 건축 모형. 출처: Raise3D

광경화 수지 적층 (SLA)

두 번째로 흔한 3D 프린팅 기술입니다. 광경화성 수지가 담긴 탱크를 자외선에 선택적으로 노출시켜 층층이 경화시키는 원리입니다. 이 선택적 노출은 레이저 스캔(SLA), 프로젝터(DLP), 마스크드 LED(LED-LCD/MSLA) 방식으로 이루어집니다.

이미지 5: SLA, DLP, MSLA의 차이. 출처: theorthocosmos.com

FDM 3D 프린팅과 마찬가지로 서포트가 필요하며 출력 후 제거해야 합니다. 그러나 3D SLA 프린팅은 현재 두 가지 소재를 동시에 출력할 수 없으므로, 서포트를 기계적으로 제거하는 것만 가능합니다. 따라서 서포트와 접촉한 부위에서도 표면이 영향을 받습니다.

이미지 6: SLA 출력물의 서포트. 출처: 3Dhubs.com

FDM 3D 프린팅과의 또 다른 근본적 차이는 열경화성 폴리머를 사용한다는 점입니다. 또한 SLA 소재는 FDM 소재보다 비싸고 일정한 독성을 가집니다. 이 점과 부품에 세척 및 후가공 작업이 필요하다는 사실이 결합되어 교육 분야에는 덜 권장됩니다.

그러나 강점은 3D SLA 프린팅으로 달성 가능한 높은 해상도와 우수한 표면 마감입니다. 일반적으로 모든 평면에서 최대 50µm 해상도를 구현할 수 있습니다.

대형 출력 볼륨을 가진 SLA 프린터도 FDM 프린터와 비슷하게 존재하지만, 일반적으로 3D SLA 프린터의 출력 볼륨은 훨씬 작습니다.

높은 해상도와 우수한 표면 마감이 필요한 소형 부품 출력에 완벽합니다. 현재 치과 및 주얼리 산업에서 가장 인기 있는 3D 프린팅 기술입니다. 그래서 치과용 및 주조용 레진 카탈로그가 가장 풍부합니다.

이미지 7: SLA로 출력한 치과 모델. 출처: Formlabs.

선택적 레이저 소결 (SLS)

아마도 가장 덜 알려진 기술일 것이지만, 가장 오래되었고 산업 현장에서 가장 흔히 쓰이는 기술 중 하나입니다.

최근까지 모든 SLS 3D 프린팅 장비는 적절한 설비를 필요로 했고, 장비 및 도입 비용이 높았습니다. 하지만 최근 데스크톱 형태의 SLS 프린터인 Lisa와 Lisa Pro의 등장으로, 그 구매 및 구현 비용이 FDM 및 SLS 시스템과 비슷해졌습니다. 이 기술은 열가소성 및 금속 부품 생산이 모두 가능하지만, 본 글의 목적은 세 기술의 차이를 이해하는 것이므로 3D SLS 열가소성 프린팅에만 초점을 맞춥니다.

3D SLS 프린팅은 레이저 스캐닝 시스템을 사용해 분말 소재 층을 선택적으로 소결합니다. 층이 소결될 때마다 빌드 데크가 내려가고, 리코터라는 특수 장치가 새로운 분말 층을 도포합니다.

이미지 8: SLS 프린터 개요도. 출처: Sinterit.

이 기술의 주요 장점은 서포트 없이 출력 가능하다는 점입니다. 이로 인해 다른 어떤 기술보다 설계 제약이 훨씬 적으며, 부품 후가공이 크게 단순화됩니다.

여기에 레이저가 달성하는 높은 정밀도가 SLA나 FDM 3D 프린팅보다 우수하여, 복잡한 조립품을 개별 부품으로 출력하지 않고 직접 출력할 수 있습니다.

영상 2: 3D SLS 프린팅으로 직접 제작한 자전거 변속기. 출처: Sinterit.

또 다른 중요한 장점은 SLS로 출력한 부품이 조밀하고 높은 등방성을 가진다는 점입니다. 이는 기능성 모델 및 프로토타입 제작에 이상적인 기술입니다. 이 모든 것에 양호한 표면 마감이 더해져 최종 제품의 소량 생산에도 적합합니다.

SLS 3D 프린터는 FDM 3D 프린팅만큼 다양한 호환 소재를 가지지는 않으나, 다양한 종류의 나일론, TPE, TPU 같은 엔지니어링 소재를 사용할 수 있어 대부분의 응용 분야를 커버할 수 있습니다.

영상 3: 3D SLS 프린팅으로 출력한 TPU 부품. 출처: Sinterit.

모든 장점에도 불구하고, SLS 3D 프린팅의 주요 제한 요소는 빌드 볼륨입니다. 산업용 장비는 FDM 시스템과 유사한 대형 빌드 볼륨을 가지지만, 데스크톱 SLS 3D 프린터의 출력 볼륨은 SLA 프린터와 비슷합니다.

또한 부품 후가공은 소결되지 않은 여분 분말을 제거하는 세척으로 제한되지만, SLS 3D 프린터는 준비 및 세척 과정이 필요해 FDM 프린팅만큼 즉각적이지는 않습니다.

이러한 특성들로 인해 이 기술은 산업 표준이 되었지만, 높은 비용으로 중소기업의 접근이 제한적이었습니다. 최근 Lisa와 Lisa Pro 같은 합리적인 가격의 데스크톱 SLS 3D 프린터가 등장하면서 상황이 변하고 있습니다. 비용이 여전히 FDM 및 SLA 동급 모델보다 약간 높지만, 현재 비용은 기술 선택의 결정적 요소가 더 이상 아닙니다.

이미지 9: Sinterit Lisa Pro. 출처: Sinterit.

FDM, SLA, SLS 비교

세 기술을 제대로 비교하려면 특성 측면과 설계 및 제조 제한 측면, 두 가지 수준에서 해야 합니다.

아래에 각 기술의 주요 특성을 비교했습니다.

특성>Features
특성	FDM	SLA	SLS
작동 원리	용융 소재 압출	수지 광중합	미립자 소결
호환 소재 유형	열가소성 수지	광경화성 수지	열가소성 수지
호환 소재 수	매우 많음	보통	적음
소재 가격	중-저가	고가	중간
복잡성	높음	보통	보통
즉각성	매우 높음	보통	낮음
최소 층 해상도	0.1 mm	0.05 mm	0.06 mm
최대 XY 해상도	0.25 mm	0.05 mm	0.08 - 0.08 mm
정밀도	낮음	보통	높음
응용 분야	신속 프로토타이핑. 교육. 지그 및 툴 제작.	미세 디테일 모델. 주얼리 및 치과용 주조 네거티브. 스플린트.	기능성 프로토타입. 소량 생산. 지그 및 툴. 정형외과 부품. 의료 모델
장점	저렴한 가격. 즉각성. 풍부한 소재.	높은 해상도. 치과용 및 주조용 고품질 소재.	서포트 없이 출력. 고품질 부품. 조립품 직접 출력. 높은 정밀도.
단점	서포트 사용 필요. 일부 소재 수축률 높음.	소재 비용 높음. 출력 볼륨 낮음.	긴 출력 시간. 출력 볼륨 낮음.

다음 표는 각 기술의 설계 제한 사항을 보여줍니다.

설계 요구 사항
특성	FDM	SLA	SLS
오버행	45°부터 서포트 필요	항상 서포트 필요	서포트 불필요
브리지	10mm부터 서포트 필요	서포트 불필요하나 권장	서포트 불필요
최소 벽 두께	0.8 mm	서포트 벽 0.5 mm 비서포트 벽 1 mm	0.7 mm
인그레이빙	폭 0.6 mm 높이 2 mm	0.4 mm	1 mm
최소 구멍 직경	2 mm	0.5 mm	1.5 mm
이동 부품 및 결합부 공차	0.5 mm	0.5 mm	이동 부품 0.3 mm 결합부 0.1 mm
중공 부품 배기 구멍	필요 없음	4 mm	5 mm
최소 디테일 크기	2 mm	0.2 mm	0.8 mm
최소 기둥 직경	3 mm	0.5 mm	0.8 mm
일반 공차	±0.5% (하한 ±0.5 mm)	±0.5% (하한 ±0.15 mm)	±0.3% (하한 ±0.3 mm)

오늘날 Raise3D, Formlabs, Sinterit 같은 제조사의 프린터가 이 세 기술을 기반으로 비슷한 가격대에 출시되어 있습니다. 덕분에 기술 도입 결정의 유일한 기준은 기술적 기준이 될 것입니다.

필요와 3D 프린터의 용도를 잘 평가하여 가장 적합한 기술을 결정하고 투자를 수익성 있게 만들어야 합니다.