SLA(광조형술):3D 프린팅 기술, 재료 및 이점에 대한 종합 가이드

SLA(Stereolithography)는 최초로 상용화된 3D 프린팅 기술 중 하나입니다. 이는 자외선(UV) 레이저를 사용하여 경화해야 하는 아크릴 또는 기타 수지를 사용합니다. 기술은 다양한 방식으로 재해석되었습니다. 재료 선택도 크게 늘어났습니다. 이제 견고성, 유연성, 내열성, 내화학성, 생체 적합성 및 기타 수지 옵션을 찾을 수 있습니다. Xometry는 이 프로세스를 즉시 인용하며 2018년부터 그렇게 했습니다. 이는 가장 인기 있는 3D 프린팅 프로세스 중 하나입니다.

SLA 프로세스는 구성 요소의 3D 모델을 가져와 이를 고체 플라스틱으로 렌더링합니다. 컴퓨터 모델은 먼저 디지털 방식으로 레이어로 "슬라이스"되므로 프린터는 각 슬라이스를 이전 슬라이스에 체계적으로 결합할 수 있습니다. SLA 기계는 프로토타입 부품, 테스트 구성 요소, 의료 보조 장치, 도구, 화장품 테스트 조각 등을 인쇄합니다.

이 기사에서는 SLA 기술의 장점, 재료, 응용 분야 등에 대한 배경 지식을 제공합니다.

SLA 3D 프린팅이란 무엇인가요?

SLA는 스캐닝 UV 레이저를 사용하여 감광성 수지의 표면층을 경화시키는 3D 프린팅 프로세스입니다. 수지는 욕조에 공급되며 대부분의 SLA 기계에서는 부품이 거꾸로 제작됩니다. 각 레이어마다 빌드 플레이트가 위쪽으로 이동하여 부품이 액체 폴리머에서 자라나는 것처럼 보입니다. 기계는 또한 디자인 내의 돌출부를 지지하기 위해 필요한 지지 구조를 인쇄해야 합니다. 

공정에 사용되는 UV 감응형 포토폴리머를 총칭하여 '수지'라고 합니다. 이는 UV 레이저 광에 노출되면 가교결합되는 광촉매 아크릴 모노머입니다. 이 원리를 통해 기계는 레이저 빔의 폭만큼 작은 디테일을 만들 수 있습니다. 

SLA 모델은 부분적으로 경화된 상태로 프린팅되는 경우가 있습니다. 이러한 모델은 가교 과정을 완료하기 위해 추가 UV 노출 형태의 후처리가 필요합니다. 이 추가 공정 단계는 UV 빔의 후방 산란 및 회절로 인해 완전히 경화되지 않은 부분적으로 응고된 수지를 제거하는 데 도움이 됩니다. 후경화 수행 여부에 관계없이 프린팅이 완료된 후 모든 부품을 세척하여 표면 레진을 제거해야 합니다. 세탁은 일반적으로 이소프로필 알코올 욕조에서 이루어집니다. 인쇄된 지지대 제거는 나중에 이루어집니다.

자세한 내용은 3D 프린팅에 관한 모든 내용을 다룬 기사를 참조하세요.

SLA 인쇄 태그

SLA 3D 프린팅 광원이란 무엇인가요?

SLA 3D 프린팅 광원은 광조형 기계의 경화 메커니즘 역할을 하는 UV 레이저입니다. 이 광원은 수지에 사용되는 촉매에 정확하게 맞춰져 있습니다. 그러나 제조업체마다 서로 다른 파장을 사용합니다. 가장 일반적인 SLA 레이저는 395μm 파장 레이저 다이오드 시스템입니다. 이는 약 300μm 직경으로 시준되는 빔에서 300-500mW의 전력을 생성합니다. 일부 장비에서는 주파수 범위에 맞는 촉매와 함께 다양한 기타 레이저 광원을 찾을 수 있습니다. 다른 유형의 UV 광원이 전체 층 광조형술에 사용됩니다. 이러한 램프는 미세한 거울로 만들어진 프로젝터(디지털 조명 처리 또는 DLP 프린터의 경우) 또는 LCD 마스크(일반적으로 마스크형 광조형술 또는 MSLA라고 함)를 사용합니다.

SLA 3D 프린팅은 어디에 사용되나요?

SLA 3D 프린팅은 다음과 같은 응용 프로그램에 사용됩니다:

• 프로토타입 제작: 미세한 세부 사항을 포함할 수 있으므로 SLA 인쇄 부품을 엔지니어링 테스트 모델로 사용할 수 있습니다.
• 제조: SLA는 스트레스 회복력이 많이 요구되지 않는 상황을 위한 기능적 부품을 만듭니다.
• 엔지니어링 및 제품 디자인: SLA 부품을 수작업으로 마무리하고 도색하여 고품질 사전 툴링 프로토타입을 만들 수 있습니다.
• 장신구: SLA 기계는 보석상을 위한 화장품 테스트 항목을 만들 수 있습니다.
• 치과 작업: SLA는 연조직, 치아, 뼈 임플란트 재료, 폴리우레탄 및 실리콘 성형용 캐스팅 캐비티 등 다양한 치과용 제품을 만들 수 있습니다.
• 의료: SLA 프로세스는 특수 재료를 사용하여 의료용 임플란트를 제조할 수 있습니다.

SLA는 탄소 DLS 및 PolyJet 3D 프린팅뿐만 아니라 분말이나 필라멘트 대신 광경화 액체 수지를 사용합니다. 매우 얇고 균일하며 완전히 조밀한 액상 수지 층이 각 층에 펼쳐집니다. 따라서 레이어 두께가 동일하더라도 SLA 인쇄물은 돌출 자국이나 가루 표면 레이어 없이 훨씬 더 매끄러운 표면 마감을 갖습니다.

크리스티안 츠라운

팀장, 수동 인용

SLA 3D 프린팅에는 어떤 재료가 사용되나요?

SLA 3D 프린터는 다음 재료를 사용하여 인쇄할 수 있습니다:

1. 범용 아크릴 수지: 이러한 재료는 다양한 인성과 투명도로 제공됩니다.
2. 유연한 폴리우레탄 엘라스토머: 유연한 부품에 사용됩니다.
3. 경질 폴리우레탄: 이는 미용적 가치가 뛰어나고 일반 재료보다 내구성이 뛰어나며 제품 시험용이나 프로토타입용으로 적합합니다.
4. 강성 수지 :화학적, 열적으로 안정적이며 엔지니어링 테스트 부품에 적합합니다.
5. 치과용 및 의료용 수지: 이러한 수지는 의학적으로 안전하며 보다 빠른 제작, 고품질 마감, 마우스가드, 부목 등과 같은 투명한 품목을 만듭니다.
6. ESD 수지: 이 수지는 정전기에 안전한 제조용 지그를 만드는 데 적합합니다.

Accura Xtreme Grey 소재로 제작된 SLA Xometry 로고

SLA 3D 프린팅이 처음으로 사용된 때는 언제입니까?

SLA 3D 프린팅은 1980년대 코다마 히데오(Hideo Kodama)에 의해 처음 만들어졌습니다. 그는 경화되지 않은 수지 욕조에서 얇은 플라스틱 조각을 '인쇄'하기 위해 UV 경화 폴리머를 사용한 최초의 사람이었습니다. 1984년 척 헐(Chuck Hull)은 이 공정을 광조형술(Stereolithography)이라고 명명하고 특허를 확보했습니다. 이 특허는 개체의 상호 결합된 순차적 "슬라이스"를 계층화하여 "3D 개체를 생성하는 방법"을 보호합니다.

기계의 UV 레이저는 엄격한 해상도로 정밀한 세부 사항을 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 수지 풀의 표면을 스캔하여 재료 내에서 교차 결합을 유도합니다. SLA는 계층화된 슬라이스를 사용하는 최초의 성공적인 적층 제조 프로세스를 나타냅니다. 이 기술은 80년대 중반에서 후반에 3D Systems라는 회사에 의해 시장에 출시되었습니다.

SLA 3D 프린팅 작동 방식

SLA 3D 프린팅은 X-Y 평면에서 UV 레이저를 이동하여 작동합니다. UV 광은 액체 단량체 수지의 촉매를 촉발합니다. 프린트 플레이트는 레진 풀의 표면에서 시작하여 레이저가 레진과 솔리드 플레이트 표면에 모두 닿은 후 중합되어 빌드 플레이트에 부착됩니다. 해당 '레이어'가 완료되면 빌드 플레이트가 위로 이동하여 다음 레이어가 이전 레이어에 부착될 수 있습니다. 이 과정을 반복하면 부품이 액체 풀에서 자라나는 것처럼 보입니다. 인쇄는 일반적으로 부품의 바닥부터 시작되며 부품은 거꾸로 인쇄됩니다. 

제거한 후에는 부품을 세척하여 경화되지 않은 레진을 제거해야 합니다. 그런 다음 모든 지지 비계 요소를 잘라낼 수 있습니다. 

SLA 인쇄의 인쇄 매개변수는 무엇입니까?

SLA 기계의 인쇄 매개변수는 일반적으로 제조업체에서 수정합니다. 변경할 수 있는 것은 부품 방향과 레이어 높이뿐입니다. 아래 표 1은 두 가지 일반적인 SLA 프린터 방향을 비교한 것입니다.

설정 상향식 SLA 프린터(데스크탑) 탑다운형 SLA 프린터(산업용)

설정

일반적인 레이어 높이

상향식 SLA 프린터(데스크탑)

25~100μm

하향식 SLA 프린터(산업용)

25~150μm

설정

치수 정확도

상향식 SLA 프린터(데스크탑)

± 0.5%(하한:± 0.010~0.250mm)

하향식 SLA 프린터(산업용)

± 0.15%(하한:± 0.010~0.030mm)

설정

빌드 크기

상향식 SLA 프린터(데스크탑)

최대 145 x 145 x 175mm

하향식 SLA 프린터(산업용)

최대 1500 x 750 x 500mm

표 1. SLA 프린터 특성

SLA 3D 프린팅의 차별점은 무엇인가요?

SLA는 매우 다양한 특성과 외관 품질을 지닌 광범위한 재료를 통해 다른 3D 프린팅 시스템 및 프로세스와 구별됩니다. SLA 소재는 시장에 처음 등장한 이후로 크게 개선되고 다양해졌습니다. SLA의 또 다른 차별화 요소는 업계 최고 수준 중 하나인 표면 마감입니다. 가장 큰 SLA 기계는 자동차 산업을 위해 설계되었으며 전신 패널, 대시보드 등을 제작할 수 있습니다.

SLA 후처리에는 어떤 옵션이 있나요?

SLA 후처리는 경화되지 않은 '습식' 수지를 제거하는 것부터 시작됩니다. 상향식 프린터는 후처리 전에 물을 빼야 하지만 하향식 장비에는 그러한 지연이 필요하지 않습니다. 그러나 두 경우 모두 부품을 세척하여 남아 있는 액체를 제거해야 합니다. 수동 스프레이 부스 세척이 여전히 일반적이지만 이 세척 단계에서는 자동 솔루션이 판매됩니다. 일부 수지는 UV 방사선 하에서 추가적인 사후 경화가 필요합니다. 완료되면 지지 비계를 수동으로 또는 자동화된 장비로 제거합니다. 이 시점에서 모델은 일반적으로 완전한 것으로 간주됩니다. 샌딩이나 페인팅과 같은 추가 처리는 일반적으로 부품의 외관을 개선하는 것을 목표로 합니다.

SLA 3D 프린팅의 이점은 무엇입니까?

SLA 3D 프린팅은 다양한 장점을 제공합니다. 이는 표 2에 나와 있습니다:

혜택

장점

재료 속성

SLA는 공급업체에 따라 다양한 재료 특성을 가지고 있습니다.

장점

유연성

유사 탄성중합체 재료를 제공할 수 있는 3D 프린팅 프로세스는 거의 없지만 SLA는 그러한 경우에 좋은 옵션입니다. 

장점

부품 표면 마감

SLA는 표면 마감이 뛰어난 부품을 생산합니다. 이 제품은 고사양 마감재에 적합하며 쉽게 페인트를 칠할 수도 있습니다.

장점

부품의 미세한 디테일

SLA는 올바른 장비, 레진 및 서비스 제공업체를 선택하는 한 미세한 세부 사항에 적합합니다. 0.1mm까지의 기능을 쉽게 달성할 수 있습니다.

장점

해상도의 균일성

SLA는 Z축을 따라 고해상도를 가지지만 X-Y에서는 해상도가 낮습니다. 프로세스 선택 및 빌드 방향에 주의를 기울이는 것이 중요합니다.

장점

복잡한 부품 생산

SLA는 복잡한 부품을 정확하게 재현할 수 있습니다.

장점

곡면

곡면의 Z-스텝은 거의 감지되지 않습니다.

장점

인쇄 과정

전체 부품이 프린터의 Z축을 따라 너무 크지 않다면 인쇄 프로세스가 빨라질 수 있습니다.

표 2. SLA 3D 프린팅의 이점

SLA 3D 프린팅의 단점은 무엇인가요?

SLA 시스템의 단점은 표 3에 나와 있습니다.

단점 설명

단점

부품 가격이 높음

설명

프린트 레진의 가격은 리터당 200달러입니다.

단점

내마모성

설명

대부분의 SLA 재료는 마모 또는 접착 상황에서 성능이 저하되므로 어셈블리 이동에 사용해서는 안 됩니다. 고강도 SLA 소재는 더 우수하지만 비용이 더 많이 듭니다.

단점

높은 장비 비용

설명

산업용 SLA 기계의 가격은 200,000달러이고 성능이 낮은 데스크톱 기계의 가격은 3,750달러부터 시작됩니다.

단점

레이저 기반 시스템

설명

레이저 기반 시스템에는 매우 세심한 안전 모니터링과 교육이 필요합니다.

단점

까다로운 기계 유지 관리

설명

레이저와 액체 수지는 기계 유지 관리를 까다롭거나 수행하기 어렵게 만듭니다.

단점

다른 해상도

설명

X-Y 평면의 해상도와 Z축의 해상도가 다르기 때문에 일부 미세한 디테일이 제대로 나오지 않을 수 있습니다.

단점

선택적 재료 속성

설명

더 단순하고 더 일반적인 수지로 만든 부품은 깨지기 쉬운 경향이 있으며 일정한 하중을 받으면 크리프될 수 있습니다.

표 3. SLA 3D 프린팅의 단점

SLA 3D 프린팅이 귀하의 부품이나 프로젝트에 적합합니까?

대부분의 경우 대답은 '예'입니다. SLA 3D 프린팅은 매우 다양한 프로젝트에 적합합니다. 작업자는 작업에 적합한 재료를 선택하기만 하면 됩니다. 하지만 3D 프린팅 기술을 선택하는 작업은 어려운 과정입니다. 많은 스타일에는 요구 사항과 기능이 중복됩니다. SLA는 매끄러운 표면, 미세한 디테일, 높은 해상도가 필요한 부품에 가장 적합합니다.

요약

Xometry는 SLA(Stereolithography) 3D 프린팅 서비스와 모든 프로토타입 제작 및 생산 요구 사항에 대한 부가 가치 서비스를 포함한 광범위한 제조 기능을 제공합니다. 지금 바로 견적을 요청하세요.

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딘 맥클레먼츠

Dean McClements는 기계공학 학사 우등 졸업생으로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 그의 전문적인 경력에는 Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace 및 Hyster-Yale과 같은 선두 기업에서 중요한 역할이 포함되며, 그곳에서 그는 엔지니어링 프로세스 및 혁신에 대한 깊은 이해를 발전시켰습니다.

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