적층 제조 마스터하기: 기술, 공정, 응용

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이 글을 읽고 계시다면 3D 프린터가 무엇인지 아마 이미 아실 겁니다(모르신다면 3D 프린팅 대 사출 성형에 대한 이 글을 읽어보세요). 하지만 다양한 적층 제조 공정, 기술, 응용 분야의 차이점을 이해하고 계신가요?

시작하기 위해, 다양한 적층 제조 기술을 분류하는 세 가지 쉬운 방법을 소개합니다:

1. 고체 용융 (Melted Solids)

소재를 녹여 노즐이나 어떤 종류의 엔드 이펙터로 압출하는 데 의존하는 적층 제조 기술의 전체 대역이 있습니다. 이 적층 기술들은 본질적으로 '완전한' 소재(스풀 같은)를 녹이고 레이어링해 새로운 형태로 재구성합니다.

2. 액체 고화 (Solidifying Liquids)

아마 예상 못 하셨겠지만, 네, 고체 용융의 완전한 역인 적층 제조 기술 공정이 있습니다. 일반적으로 감광성 레진이나 폴리머에 의존하며, 이 3D 프린터들은 보통 레이저나 투영을 얇은 레진 필름에 적용해 고체 물체로 굳히는 방식으로 작동합니다.

3. 분말 융합 (Fusing Powders)

아마 가장 널리 알려진 기술 형식일 겁니다. 분말 융합은 이름 그대로 작동합니다. 작업하는 소재는 '원시' 형식에서 분말이며, 결합제나 열원으로 소재를 녹여 서로 융합됩니다.

몇 가지 다른 적층 제조 방식을 다뤘으니, 이제 구체적인 적층 제조 공정으로 들어가 보겠습니다.

적층 제조 공정

FFF: 용융 필라멘트 제조 (Fused Filament Fabrication)

누군가 3D 프린팅이라고 할 때 아마 이 적층 기술을 떠올리실 겁니다. 2010년경 시작된 데스크톱 기계 붐으로 쉽게 가장 널리 퍼진 적층 기술입니다. FFF 기계는 핫엔드 압출기를 통해 플라스틱 스풀을 구동해 플라스틱을 액체 형태로 녹인 다음, 물체의 한 슬라이스인 패턴으로 깔아 제품을 제조합니다. 얼티메이커(Ultimaker) 같은 적층 제조 하드웨어 회사로 FFF를 아실 수 있습니다.

FFF 응용

FFF는 시제품 제작, 기본 제품 제작, 아이디어 빠른 테스트, 일반 아이데이션 워크플로에 환상적인 작업마(workhorse) 적층 제조 기술입니다. 물론 FFF는 '영속성'을 염두에 두고 제품을 제조하는 데도 사용될 수 있습니다. FFF는 적층 제조에 신뢰할 수 있는 기술로, 잘못될 일이 적고, 다운타임이 최소이며, 일반적으로 잘 생산된 물체를 만듭니다. 주로 프린팅 해상도에 의해 제한되며, 이는 속도를 위한 정확성의 트레이드오프를 만듭니다. FFF 부품은 마무리를 위한 후처리가 필요하며, 보통 페인팅을 위해 능선(ridgelines)을 제거해야 합니다.

SLA & DLP – 선택적 레이저 적층 & 디지털 라이트 프로세싱

FFF에 이어 논쟁의 여지 없이 두 번째로 인기/유명한 3D 프린팅 공정으로, 이 적층 기술도 2010년경 시작된 회사 붐의 혜택을 받았습니다. 이 3D 프린터들은 감광성 레진 탱크를 사용하며, 물체는 레이저를 레이어 위로 통과시켜 레진을 제자리에서 고체화함으로써 만들어집니다. DLP는 레이저 대신 프로젝터로 전체 이미지 레이어를 투영한다는 점에서 SLA와 다릅니다. 전체 레이어가 한 번에 투영되므로 DLP가 더 빠르다고 볼 수 있지만, 다시 표면 마감 주변에서 트레이드오프가 있습니다. 포름랩스(FormLabs) 같은 회사를 통해 SLA 프린팅을 아실 겁니다.

SLA & DLP 응용

플라스틱의 재료 특성을 시뮬레이션하는 많은 레진 옵션이 있습니다. SLA의 FFF 대비 이점은 일반적으로 정확도와 표면 마감이므로, 많은 미세한 작은 디테일이 있는 물체를 프린팅한다면 SLA가 더 잘 맞습니다. 하지만 SLA 공정은 프린팅 후 부품이 준비되기 위해 추가 단계를 요구하므로 최종 사용자에게 더 많은 것을 요구합니다. SLA는 큰 부품도 프린팅할 수 있고 규모 있게 사용됩니다. 카본(Carbon)의 SLA 기반 기술로 달성된 아디다스(Adidas) 퓨처크래프트(Futurecraft) 4D 신발의 3D 프린팅 밑창을 보셨을 수도 있습니다.

MJF – 멀티 제트 퓨전 (Multi Jet Fusion)

와, 제트 퓨전? 그리고 그게 여러 개? 네. 이 적층 기술은 이름만큼 놀랍습니다. 멀티 제트 퓨전은 일반 종이 프린터에 있는 것과 그리 다르지 않은 잉크젯 시스템을 사용해 나일론 부품을 생산합니다. 멀티 제트 퓨전 기계의 헤드는 일반 프린터 헤드보다 훨씬 복잡하며, 소재와 결합제를 보냅니다. MJF는 선택적 레이저 신터링 대비 훨씬 더 일관된 마감과 재료 특성을 제공하는 경향이 있습니다.

MJF 응용

전문가들에게 이 공정은 색상과 재료감을 결합해 시제품 제작을 다른 시제품 공정보다 최종 물체에 훨씬 가깝게 만듭니다. 이 적층 제조 응용은 색상이 중요한 경우, 마감 관점뿐만 아니라 응력 히트맵을 부품에 직접 프린팅하는 시각적 표현 등에도 특히 편리합니다. 이를 통해 물체 검토 시 무슨 일이 일어나고 있는지 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

DMLS – 직접 금속 레이저 신터링 (Direct Metal Laser Sintering)

이것을 다루기 전에, DMLS가 다른 레이저 신터링 공정에 비해 상대적으로 새로운 적층 제조 공정임을 주목할 가치가 있습니다. 대부분 SLS(선택적 레이저 신터링)와 그것이 만드는 나일론 부품을 아실 겁니다. DMLS는 레이저로 금속 분말을 융합하는 같은 공정으로 작동합니다. 일반적으로 복잡한 부품 시제품 제작과 대량 맞춤 제품 제조에 사용되며, DMLS는 (대부분의 경우 금속이 플라스틱보다 강하므로) 훨씬 더 강한 부품을 제조하고 테스트할 수 있게 합니다.

DMLS 응용

다른 공정에 비해 DMLS는 금속 적층 제조 공정이므로 비쌉니다. 소재, 기술, DMLS 기계를 운용하는 데 필요한 안전 프로토콜이 비용이 많이 들기 때문에 예상된 일입니다. 하지만 복잡하고 독특한 부품을 시제품 제작하고 완제품에 최대한 가깝게 테스트할 수 있게 해준다면 비용은 그만한 가치가 있습니다. 항공우주나 자동차 분야에서 일한다면 DMLS 프린터는 복잡하고 독특한 부품을 시제품 제작하는 가장 효과적인 방법 중 하나가 될 것입니다. "가공은 어떻냐구요?" 물론 가공도 어떤 시제품 공정의 일부로 여전히 사용할 수 있지만, 우리는 적층 제조를 필요로 하는 객체에 대해 논의하고 있습니다.

DED – 직접 에너지 증착 (Direct Energy Deposition)

DED 프린팅은 플라스틱용 FFF의 금속 대응물로 생각하는 게 가장 좋습니다. DED 기계는 분말이나 와이어(플라스틱 스풀과 그리 다르지 않음)를 사용해 압출 지점에서 금속을 가열하고 노즐로 증착합니다.

DED 응용

DED 설명에서 FFF와 비슷하게 금속 부품에 사용될 거라 생각하실 수 있지만, 현실에서 DED의 가장 일반적인 용도는 기존 부품 위에 쌓아 올리고 고급 적층 제조 응용을 위한 하이브리드 제조 공정에 포함되는 것입니다. 가장 유명한 예 중 하나는 로테르담 항구(Port of Rotterdam)에서의 하이브리드 제조 사용입니다. 손상된 러더(rudder) 위에 3D 프린팅으로 부품을 만들어 교체 부품을 만들고, 가공 공정으로 부품을 완성 상태로 가져와 새 선박에 사용할 준비를 합니다.

물론 위에 나열된 옵션들이 제품을 만드는 데 사용될 수 있는 유일한 적층 제조 기술은 아닙니다. 하지만 이 모든 것들은 Fusion 360이나 Netfabb에서 여러분 워크플로의 출력으로 사용할 수 있습니다.

어떤 적층 공정을 무엇에 사용하시나요? 댓글로 알려주세요. 적층 제조를 다음 단계로 끌어올릴 준비가 되셨다면 Fusion 360이 어떻게 도울 수 있는지 여기에서 확인하세요.