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~200µm 범위를 달성하며, 이는 3D FFF 프린터의 최소 해상도보다 낮습니다. 그 결과 레진 출력 부품은 높은 표면 품질과 높은 디테일 수준을 가지며, 모든 적층 제조 기술 중 최고의 심미적 품질을 제공합니다.
3D 레진 프린팅은 FFF나 SLS 같은 대부분의 3D 프린팅 기술과 완전히 다른 원리를 사용합니다. 이들에서는 열가소성 폴리머를 녹여 부품을 형성하지만, 레진 프린팅은 단량체와 올리고머의 반응성 혼합물을 빛의 선택적 조사로 중합하는 원리입니다. 즉, 플라스틱을 원료로 쓰는 대신 플라스틱을 구성하는 기본 성분을 사용하고, 프린팅 과정에서 화학 반응으로 플라스틱을 형성합니다.
3D 프린팅용 레진은 주로 세 가지 성분으로 구성됩니다.
단량체와 올리고머: 이들은 서로 반응해 긴 폴리머 사슬을 형성하며, 이는 플라스틱의 기본 구성 요소입니다. 이 사슬의 길이가 특성을 크게 결정합니다.
가교제: 두 개 이상의 반응성기를 가진 크고 작은 분자로, 폴리머 사슬의 여러 지점에 결합할 수 있습니다. 그 기능은 사슬들을 단단히 서로 연결하는 것입니다. 일반적으로 가교제 존재 하에 형성된 플라스틱은 열경화성 플라스틱 또는 레진이 됩니다.
광개시제: 단량체 간 또는 단량체와 가교제 간 반응을 촉진합니다. 이들은 주어진 파장의 빛이 있을 때 양이온이나 자유 라디칼을 생성할 수 있는 유기 분자(일반적으로 염료나 형광체)로, 라디칼 또는 양이온 중합 반응을 개시합니다.
가시광선 스펙트럼에서 가장 에너지가 높은 밴드인 청색(405nm) 또는 보라색(365nm~385nm) 빛을 사용해 광개시제를 활성화하고 레진을 경화시킵니다. 각 층에서 부품이 될 영역만 선택적으로 조사합니다.
3D 레진 프린팅 기술은 광원의 종류와 선택적 조사 방식에 따라 결정됩니다. 현재 세 가지 일반적인 기술이 있습니다: SLA, DLP, LED-LCD.
3D SLA 또는 스테레오리소그래피 프린팅은 가장 오래된 상용 3D 프린팅 기술입니다. 1980년대 전반기에 개발되어 1986년 3D Systems 창업자 Chuck Hull이 특허를 받았으며, 이는 Stratasys 창업자 Scott Crump가 FDM 기술을 특허받은 지 3년 전입니다.
3D SLA 프린팅에서는 직경 150~300µm의 레이저 빔으로 레진을 경화시킵니다. 레이저는 갈바노미터라는 움직이는 거울 시스템을 사용해 각 층 표면을 스캔합니다. 이 기술의 주요 장점은 높은 정밀도를 달성할 수 있다는 점으로, 특히 빌드 플랫폼 중앙 영역에서는 SLS 기술에만 뒤집니다.
이 정밀도에서 파생된 또 다른 장점은 DLP와 LED-LCD에서 보이는 계단 현상 없이 우수한 표면 마감을 달성한다는 점입니다.
하지만 장점만 있는 것은 아닙니다. 이는 가장 느린 레진 프린팅 기술입니다. 각 층마다 레이저로 부품 전체 표면을 스캔해야 하는데, 이는 느린 과정이며 빌드 공간에 배치된 부품이 많을수록 증가합니다. 또한 스캔 속도를 특정 범위 내로 유지해야 하며, 너무 높은 속도는 정밀도 저하, 이 기술의 주요 강점을 해칩니다.
이 기술은 유명한 Formlabs 프린터에 사용되며, 레진 프린팅의 벤치마크 브랜드입니다. Form 3나 Form 3B 같은 프린터는 고정밀 갈바노미터와 함께 이 기술을 사용해 하이 주얼리, 치과, 의료 같은 중요 분야에서 최고 품질 기준을 제공합니다.
이미지 4: Form 3B 프린터. 출처: Formlabs.comDLP 3D 프린팅 기술은 3D 레진 프린팅 시간을 단축하기 위해 개발되었습니다. 레이저로 부품 표면을 스캔하는 대신, 광원, DMD(Digital Micromirror Device)라 불리는 움직이는 마이크로미러 어레이 장치, 이미지를 레진에 투영하는 렌즈 세트로 구성된 장치를 사용해 전체 층을 동시에 투영합니다.
이 기술은 혁명이었습니다. 각 층이 몇 초 만에 형성되며, 출력 시간은 베이스에 놓인 부품 수에 관계없이 오직 부품 높이에만 의존하기 때문입니다.
주요 단점은 출력 해상도가 DMD를 구성하는 마이크로미러 밀도와 투영 면적에 의해 결정된다는 점입니다. 같은 DMD 시스템에서 더 큰 출력 면적은 항상 해상도의 비례적 저하를 초래하는데, 이는 SLA 시스템에서는 레이저 빔 직경이 해상도를 결정하며 출력 면적과 무관한 것과 대조적입니다.
또한 투영 렌즈 사용으로 중심에서 먼 영역에서 왜곡이 발생할 수 있으며, 빌드 크기가 클수록 왜곡이 커집니다. 더 복잡한 광학 시스템으로 이 왜곡을 보정할 수 있으나, 장치가 매우 비싸져 대중적이지 않습니다.
부품 표면 품질은 SLA 생산품보다 약간 낮으며, 많은 경우 계단 현상이 나타납니다.
출력 시간이 획기적으로 단축되었음에도 이 기술은 SLA 기술을 대체하지 못했습니다. 오늘날 LED-LCD 기술의 등장으로 주로 밀려난 기술이 되었습니다.
시장에 가장 늦게 도달한 기술로 최근 몇 년간 큰 성장을 경험했습니다. DLP 기술의 진화로 개발되었으며, 오늘날 DLP를 사실상 대체했습니다.
작동 원리는 DLP와 유사하지만, 디지털 마이크로미러 장치(DMD)로 빛을 반사하는 대신 각 픽셀이 빛을 차단하거나 통과시키는 작은 창 역할을 하는 LCD 장치를 사용합니다.
이미지 6: SLA vs DLP vs MSLA. 출처: theorthocosmos.com
LCD 장치는 휴대폰 화면이나 TV, 컴퓨터 패널에 사용되는 것과 동일하므로 DMD 장치보다 비용이 훨씬 낮습니다. 또한 3"~80" 크기로 제공되어 베이스 전체에 수직으로 직접 투영됩니다. 이로 인해 DLP에서 왜곡을 일으키는 복잡하고 비싼 투영 렌즈 시스템이 필요 없습니다.
주요 장점은 높은 출력 속도와 저렴한 비용입니다. 또한 DLP 기술을 두 가지 핵심 측면에서 능가합니다. 위에서 언급한 수직 투영은 DLP 시스템의 렌즈가 제공하는 경사 투영으로 인한 왜곡을 방지합니다. 둘째, LCD 장치는 빛을 차단하거나 통과시킬 뿐만 아니라 각 픽셀에서 독립적으로 빛 강도를 변화시켜 필터링할 수 있습니다. 이로 인해 안티앨리어싱 공정을 사용해 계단 현상을 줄이고 SLA에 근접한 표면 품질을 얻을 수 있습니다.
이미지 7: 계단 현상 방지를 위한 서브픽셀/안티앨리어싱 샘플링. 출처: hackaday.com
이 모든 것이 최근 몇 년간 DLP 기술을 대체했을 뿐만 아니라 치과 등 SLA 기술이 표준이던 산업에서 SLA 기술을 대체하기 시작했음을 의미합니다.
주요 단점 중 하나는 사용되는 LED 매트릭스에서 발생하는 높은 열로, 긴 출력 시 레진이 가열되지 않도록 효과적인 냉각 시스템을 구현해야 한다는 점입니다.
이미지 8: Uniz 프린터의 액체 냉각 시스템. 출처: Uniz.com
이는 모든 저가형 레진 3D 프린터에 적용된 기술이며, Uniz Slash 같은 최신 전문가용 모델에도 적용됩니다.
이미지 9: Uniz Slash Plus 프린터. 출처: Uniz.com
오늘날 딜레마는 두 기술로 좁힐 수 있습니다: SLA 또는 LED-LCD.
LED-LCD 기술의 성장에도 불구하고, SLA 기술은 여전히 전문 환경에서 다수파입니다. 두 가지 이유가 있습니다. 첫째, Formlabs 같은 프린터로 달성하는 SLA의 높은 품질과 정밀도를 따라잡기 어렵습니다. 둘째, 새 기술은 현재 장비 감가상각 필요와 자사 분야에서 구현이 적은 새 시스템에 대한 불신 때문에 기업에 자리 잡기까지 전환 기간이 필요합니다.
그러나 Uniz 같은 새로운 전문가용 LED-LCD 프린터는 SLA와 비슷한 품질로 소량 생산을 훨씬 짧은 시간에 할 수 있게 해 중요한 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다. 예를 들어 주얼리 산업 일부 분야에서 널리 쓰이는 로스트 왁스 주조용 모델 생산에서 시간과 자원뿐만 아니라 비용 면에서도 상당한 절감을 가져올 수 있습니다.
둘 중 선택은 사용자의 정밀도와 생산 능력 요구에 기반해야 합니다. 많은 경우 이들을 경쟁 기술이 아닌 상호 보완적 기술로 생각해, 소량 생산 전담 장비와 더 섬세하고 정밀한 작업 전담 장비를 따로 두는 것이 좋습니다.
3D 프린팅
레진 3D 프린팅도 FDM처럼 대중화되며 다양한 물성과 용도의 레진 라인업이 갖춰졌습니다. SLA, DLP, LED/LCD, LFS 등 광경화 방식 프린터용 레진 종류와 적용 사례를 정리했습니다. 레진 대분류 FDM과 마찬가지로 표준(Standard)과 고급(Advanced) 두 그룹으로 나뉩니다. 표준 레진(Standard Resins) 범용으로 모든 레진 프린터에서 사용 가능. 우수한 표면 마감, 중간 수준 기계적 물성. 예: ABS 유사 물성(zABS), 초고속 출력(zUDP), 사용자 지정 색상(Color Base Ki
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
