적층 제조: 비즈니스 리더를 위한 3D 프린팅 5가지 핵심 통찰

3D 프린팅과 적층 제조는 향후 몇 년간 극적으로 성장할 전망입니다. 하지만 이 기술 채택에 관심 있는 기업들은 어지러운 용어, 기법, 공정의 홍수와 마주합니다. 알아야 할 몇 가지를 소개합니다.

적층 제조(AM)는 3D 프린팅 또는 약자 AM으로도 불리며, 상당한 성장이 예상됩니다. 업계 분석 기관 스태티스타(Statista)와 포춘 비즈니스 인사이트(Fortune Business Insights)는 각각 26.4%, 25.8% CAGR(연평균 성장률)을 예측하며, 후자는 글로벌 3D 프린팅 시장이 2026년까지 517.7억 달러에 달할 것으로 전망합니다.

간단히 말해, 적층 제조에 뛰어들기 좋은 시기입니다.

하지만 이 호황 시장에 진입하려는 이들은 용어, 기법, 기술의 눈보라와 맞닥뜨립니다. 여기엔 SLA(스테레오리소그래피), DLP(디지털 라이트 프로세싱), FDM(용융 증착 모델링) 머신 등이 포함됩니다. 질문은 "설계자와 제조자로서 어디서 시작해야 할까? 우리 니즈와 예산에 가장 적합한 3D 프린터 유형은 뭘까?"입니다.

뉴욕 기반 AM 소프트웨어·컨설팅 기업 센볼(Senvol LLC) 사장 재크 심킨(Zach Simkin)에게 물어보는 것으로 시작할 수 있습니다. 그의 제품과 서비스는 "기업이 AM 데이터에 접근하고, 생성하고, 분석하게 해줍니다." 그런 제품 중 하나가 센볼 데이터베이스(Senvol Database)로, 1,500개 이상 산업용 적층 제조 머신과 놀라운 3,200개 이상 소재에 대한 검색 가능한 세부 정보를 제공하는 무료 리소스입니다.

"'적층 제조'라는 용어가 실제로는 기술의 다양하고 뚜렷한 형태를 포괄하는 우산 용어임을 아는 게 중요합니다." 심킨이 말합니다. "미국 시험재료학회(ASTM)는 재료 압출과 파우더 베드 퓨전 같은 비교적 잘 알려진 것부터 시트 라미네이션 같은 덜 알려진 것까지 7가지 다른 AM 공정 분류를 정의합니다."

심킨은 자사가 아메리카 메이크스(America Makes) 회원사라고 언급합니다. 이 조직은 AM 커뮤니티에 가치 있는 정보와 지원을 제공합니다. 스트라타시스(Stratasys Ltd.)도 회원사인데, 미네소타 에덴 프레리 기반 3D 프린터 제조사로, 창업자 스콧 크럼프(Scott Crump)가 1989년 FDM을 발명·특허했습니다.

메이커봇 인더스트리(MakerBot Industries LLC) 엔지니어링 부사장 마이클 미그나티(Michael Mignatti)는 브루클린 뉴욕 기반 스트라타시스 자회사로, 기계 전면의 로고가 누구든 3D 프린터 투자를 목표로 하는 누구에게나 다음 조언을 제공합니다:

1단계: 워크플로 파악하기

3D 프린터 첫 경험이라면 워크플로에 놀랄 수 있습니다. 예를 들어 기계에서 나오는 프린트는 사용 준비 전 후처리 단계가 필요한 경우가 많습니다. 서포트 제거와 일반 모델 정리, 원하는 표면 조도를 위한 샌딩이나 연마, 인서트 설치 등이 있을 수 있습니다. 각 기술은 다르고 단계도 다릅니다. 첫 프린트 후 놀라거나 실망하지 않도록 이걸 이해하세요.

2단계: 가능한 곳 최적화하기

기술은 아직 상대적으로 젊습니다. 3D 프린터는 복잡한 전자장치, 많은 움직이는 부품, 우리 경우 녹은 플라스틱을 가집니다. 누구 기계든 일정량의 프린트 실패는 불가피합니다. 낙담하지 마세요. 부품이 반드시 3D 프린팅 전용으로 설계될 필요는 없지만, 성공률을 높이는 최적화는 가능합니다. 한번 익히면 제2의 천성이 되지만, 약간의 학습 곡선은 있습니다.

3단계: 숙제 하기

선택할 수 있는 다양한 기술(FDM, SLA, DLP 등)이 있고 각각 강점과 약점이 다릅니다. 애플리케이션을 보고 니즈에 가장 적합한 기술을 선택하세요. FDM 프린터는 사용하기 쉽고, 소재 선택지가 넓으며, 최종 사용 부품, 기능적 프로토타입, 지그와 고정구, 외관 부품 등 다양한 용도로 쓸 수 있어 가장 인기 있습니다.

4단계: 소재가 핵심

대부분 FDM 기계는 PLA, PETG 등 범용 소재를 프린트할 수 있습니다. ABS, PC, 나일론, PEKK, 탄소 섬유 등 더 진보된 엔지니어링 등급 소재로 넘어가면 프린팅 난이도가 크게 올라갑니다. 일부 소재는 가열 또는 무산소 챔버 같은 제어된 환경을 요구하고, 다른 일부는 특수 익스트루더와 소재 요구사항을 처리할 시스템을 필요로 합니다. 어떤 소재를 쓰고 싶은지, 기계가 그걸 성공적으로 다룰 수 있는지 확실히 아세요.

5단계: 크다고 항상 좋은 건 아님

많은 이가 제안하는 것과 달리, 더 큰 빌드 볼륨이 항상 좋은 건 아닙니다. 감당할 수 있는 가장 큰 빌드 볼륨 머신으로 미래 대비를 하고 싶지만, 이건 항상 이치에 맞진 않습니다. 큰 프린트는 매우 오래 걸립니다, 특히 서포트 소재가 있는 경우, 이게 항상 실용적이진 않습니다. 많은 경우 드물게 큰 빌드 볼륨이 필요할 때 서비스 뷰로를 이용하는 게 더 낫습니다. 물론 이건 고유한 니즈에 기반해 결정해야 합니다.

앞서 언급했듯 미그나티의 말은 현재 쓰거나 고려 중인 프린터가 무엇이든 관련이 있습니다. 하지만 심킨이 말한 7가지 3D 프린팅 기술이 각각 고유한 강점과 약점을 가짐을 다시 상기하는 게 필수적입니다. 메이커봇과 모회사 스트라타시스는 이 중 세 가지(FDM, SLA, 폴리젯)를 대표하지만, 경쟁 기술인 SLS(선택적 레이저 소결), DMLS(직접 금속 레이저 소결), 바인더 젯 등도 제조 커뮤니티에 결코 덜 중요하지 않습니다.

3D 프린팅 기술

3D 프린팅 입문자를 위해 국제표준화기구(ISO/ASTM 52900) 분류에 따른 몇 가지 적층 제조 기술을 소개합니다.

모두 부품이나 부품 특징을 한 번에 한 레이어씩, 보통 아래에서 위로 구축하며, 모두 세척, 샌딩, 머시닝을 포함할 수 있는 어느 수준의 후처리 서포트 제거를 요구합니다.

광중합체 조형(Vat photopolymerization)엔 스테레오리소그래피(SLA)와 디지털 라이트 프로세싱(DLP)이 포함됩니다. 이름처럼 광반응성 레진 통과 이동식 빌드 플랫폼, 레이저나 디지털 프로젝터 같은 자외선(UV) 광원을 사용해 액체 레진 각 레이어를 '경화'시킵니다.

파우더 베드 퓨전(PBF) 프린터는 모래처럼 미세한 파우더 개별 비트를 레이저로 융합하거나 녹여 금속이나 플라스틱 부품을 만듭니다. GE 에비에이션(GE Aviation)이 최근 몇 년간 LEAP 엔진용 연료 노즐 3D 프린팅으로 뉴스가 됐지만, 이 중요 기술엔 셀 수 없이 많은 다른 애플리케이션이 존재합니다.

시트 라미네이션(SL)은 라미네이티드 오브제 매뉴팩처링(LOM)으로 더 잘 알려져 있으며, 레이저 커팅된 종이 조각을 하나씩 위로 붙여 부품을 만듭니다. 최신 시스템은 종이 대신 섬유 강화 복합재로 이동해 항공우주와 자동차 산업의 대형 구조 부품에 적합하게 만들었습니다.

더 많습니다. 전자빔 제조(EBM)은 이름대로 레이저 대신 전자총으로 금속 파우더를 녹입니다. 바인더 젯팅(BJ)은 접착제 같은 액체 바인더를 플라스틱 파우더 베드에 분사하고, 머티리얼 젯팅(MJ)은 액체 광중합체를 빌드 플랫폼에 분사한 후 UV 광으로 경화시킵니다. 완전 사양을 읽고 싶은 분은 50달러로 여기에서 찾으세요: ISO/ASTM 52900:2015.

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