재료분사방식(MJ) 알아보기 : 폴리젯(polyjet), MJM

오늘은 ASTM(미국재료시험협회)과 ISO(국제표준화기구)에서 분류한 7가지 프린팅 방식 중 하나인 MJ(재료분사방식)에 대해 알아보겠습니다.

MJ방식은 Material Jetting의 약자로 잉크젯 용지 프린터와 유사한 방식으로 작은 직경의 노즐을 통해 재료와 서포트를 직접 분사해 한 층씩 적층해 형상을 만드는 방식을 말하며 대표적인 기술로 폴리젯(polyjet), MJM, MJP, DoD 등이 있습니다.

이 방식의 장점으로는 헤드가 대중적이고 간단하면서 장치의 구성과 제어가 용이하다는 것입니다.

 

가장 흔히 사용되는 소재는 광경화성수지로 프린터 헤드를 통해 원하는 위치에 이 재료를 분사하면 UV램프를 이용하여 바로 경화를 시키는 과정을 반복하게 됩니다.

보통 광경화방식을 사용하는 DLP, SLA방식이 속해 있는 Vat Photopolymerization(광중합방식)은 수조에 수지를 담아놓고 광원을 이용해 경화를 시키는데 MJ방식은 바로 재료를 분사시키는 차이가 있습니다.

또 많이 사용되는 재료는 왁스로 쥬얼리나 정교한 부품의 인베트스먼트 캐스팅을 위해 사용되며 이 방식의 대표적인 특징은 정밀도가 높다는 것인데요, 이러한 장점으로 정밀 부품 생산이 가능합니다.

 

그렇다면 MJ방식의 대표적인 기술 중 폴리젯과 MJM방식에 대해 알아볼게요.

 

 

1. 폴리젯방식

폴리젯 방식은 이스라엘 objet에서 2001년에 개발한 기술로 SLA방식과 잉크젯 방식을 섞은 듯한 방식이며 멀티 컬러, 멀티 재료를 동시에 출력할 수 있는 기술입니다.

프린트 헤드에서 조형 재료와 서포트 재료가 분사되고 동시에 UV램프를 통해 재료를 경화시키는 과정을 반복해 조형하는데요, 광경화성 수지를 분사와 동시에 자외선 빛으로 경화시키는 방식으로 짧은 시간에 이루어지기 때문에 완벽하게 굳지는 않지만 어느정도 층을 만들기 때문에 무리없이 형상을 만들 수 있다고 합니다.

1) 원리

폴리젯방식은 헤드에서 분사한 레진을 즉시 UV램프로 경화시키면서 적층하며 형상을 만드는데요, 수조 전체를 한 종류의 레진으로 채워야 하는 SLA 또는 DLP방식에 비해 여러 가지 색상을 동시에 사용할 수 있고, 잉크젯 방식보다 매끄럽고 정교한 출력 방식이라고 할 수 있습니다.

① 일반적인 잉크젯 프린터의 헤드부분에서 잉크를 분사하듯이 폴리젯의 출력 헤드 부분에서 조형 원료인 액상 재료를 분사한다.

② 분사한 후 바로 UV램프를 비추어 경화시킨다.

③ 위 방법을 차례대로 반복하며 형상을 만든다.

2) 특징

① 표면 조도와 정밀도가 우수하다.

② 복잡한 형상과 까다로운 디테일, 매끄러운 표면 제작이 가능하다.

③ 각기 다른 색상 및 특성이 다른 재료를 분사, 적층할 수 있다.

④ 조형 속도가 빠른 편이다.

⑤ 재료 가격이 매우 비싼 편이다.

⑥ 출력물의 수명이 짧다.

⑦ 출력 강도가 약하다.

⑧ 서포트 제거 과정이 번거롭다.

 

 

2. MJM방식

MJM방식은 Multi Jetting Modelling의 약자로 MJP(Multi-jet printing)방식으로 쓰이기도 하는데요, 3D시스템즈사에서 개발한 기술로 폴리젯과 동일한 방식입니다.

다만 부르는 명칭이 다른 이유는 바로 특허 때문인데요, 전자는 3D시스템즈사가 개발한 방식이고, 폴리젯은 이스라엘 오브젯 사에서 개발하여 명칭이 다르며 현재 오브젯 사는 스타라타시스가 인수하였습니다.

 

이 두 방식은 제품을 제작하는 방식은 동일하지만 후가공 과정이 다른데요, 폴리젯은 출력물을 세척한 뒤 후처리 액체에 담그면 끝나지만 MJM방식은 냉장고에 넣었다가 후처리 장비를 이용하고 표면정리 액상을 활용해 제거해야 합니다.

그래서 후가공 소요시간이 2시간 정도 걸린다고 합니다. 그에 비해 polyjet은 30분이면 끝!

1) 원리

프린터 헤드에서 모델 재료인 Acrylic Photopolymer와 서포트가 되는 왁스 재료를 동시에 분사해서 자외선으로 굳혀가며 만드는 방식입니다.

① 모델을 출력할 때 받쳐주는 작업대는 고정되어 있고, 출력물을 쌓아갈수록 프린터 헤드부분이 Z축으로 올라간다.

② 작업대가 앞뒤로 왕복하면서 정해진 위치에 모델 재료와 지지대 재료가 적층될 수 있도록 X축, Y축 방향으로 이동한다.

③ 모델이 한 층씩 완성되면서 그 높이만큼 MJM헤드가 Z축 방향인 위로 올라간다.

 

 

2) 특징

① 정밀도가 매우 우수하다.

② 곡선처리가 뛰어나기 때문에 정밀한 조형물제작에 좋다.

③ 투명한 조형물을 제작할 수 있다.

④ 표면조도가 매우 우수한 편이라 표면에 대한 후처리가 필요없다.

⑤ 강도가 약하다.

⑥ 내열성이 약해 온도에 따라 형상 변형이 올 수 있다.

⑦ 제작 속도는 중간정도이다.

⑧ 장비가 비싼 편이다.

 

 

지금까지 MJ방식으로 불리는 재료분사방식의 특징과 그 대표적인 기술인 폴리젯 방식과 MJM방식의 특징에 대해서도 알아보았는데요, 폴리젯과 MJM방식도 FDM, FFF방식처럼 방식은 같지만 특허때문에 명칭을 달리 부른다는 것을 알게되었네요!

다음번에는 남은 3D프린터 기술들을 포스팅할께요.