3D프린터란..? 정의와 특징알기

1. 3D프린터란

3D프린터란 삼차원형상을 구현하기 위한 삼차원 도면을 자동화된 출력장치를 통해 입체화하는 활동을 말하는 것으로 3D도면을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 기계를 뜻하며 종이에 글자를 인쇄하는 기존 프린터와 유사합니다.

다만 기존 프린터는 2차원 자료를 인쇄하지만 3D프린터는 3차원 모델링 파일을 출력 소스로 활용한다는 것이 다릅니다.

무엇보다 삼차원프린터는 적층가공방식으로 형상을 만든다는 것이 가장 주목할 점이라고 할 수 있습니다.

적층가공방식은 형상을 만들기 위해서 아래부터 위로 한 층씩 쌓아간다는 의미로 ‘쾌속조형기’라고 불리기도 하며 AM(Additive Manufacturing), RP(Rapid Prototyping)이라고 불립니다.

 

이 기술은 미국 버락 오바마 대통령이 2013년 초 국정 연설 당시 “3D프린팅이 기존 제조방식에 혁명을 가져올 잠재력을 가지고 있다.”고 언급하면서 많은 사람들이 관심을 가지게 되었고, 국내에서도 관심을 가지는 사람들이 많아지면서 발전하게 되었습니다.

 

2. 3D프린팅?

매번 들을 때마다 헷갈려 하시는 분들이 많은데 3D프린터와 3D프린팅은 같은 뜻일까? 다른 의미를 가지고 있는걸까?

두 가지 단어는 조금의 차이를 가지고 있습니다.

3D Printer 는 말 그대로 프린터 장비를 말하는 것이고, 3D Printing은 인쇄하는 과정을 말합니다.

3. 3d프린터 역사

3D프린터의 시초는 RP라고 불리는 프린팅 기술이었는데요, 1981년 일본 나고야 시공업 연구소의 고다마 히데오 박사에 의해 특허 출원되었지만, 기한인 1년 안에 설명서를 기재하지 못했기에 특허는 무산되며 특허권은 1983년 3D시스템의 공동창업자 찰스 힐(Chales Whull)에게로 넘어가게 되었습니다.

 

1986년 SLA장비로 첫 번째 특허를 얻게 되며 3D시스템을 설립하고 2년 뒤부터 세계 최초로 상용화되었습니다.

SLS방식은 1987년 미국 오스틴의 텍사스 대학의 학생이었던 Carl Deckard가 Joe Beaman교수의 도움을 받아 1989년에 특허를 받았으며 이후 DTM 사가 상용화 하였으며 현재는 3D system사에 합병되었습니다.

FDM방식은 1989년 특허 출원이 되었는데 이 방식은 스콧 크럼프(Scott Crump)가 자녀의 장난감을 만들어주다가 아이디어를 얻어 개발하게 되어 특허를 취득하였으며 이후 스타라타시스(stratasys)를 설립해 1991년 최초로 상용화 되었으며 현재 이 기업은 세계 1위의 3D프린터 제조업체가 되었습니다.

 

개발이 되고 이때까지만 해도 3D프린터는 주로 산업용으로만 사용되었지만 FDM의 특허가 만료되며 가정용 프린터가 판매된 것은 2009년부터 시작되었습니다.

4. 장단점

3D프린터의 최대 장점은 소재 낭비가 적어 제작 비용을 줄일 수 있고, 시간을 아낄 수 있으며 어떤 형상이라도 제작 가능하다는 것 아닐까 싶은데요, 특징들에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

<장점>

① 소재 낭비가 적다.

- 일반적으로 절삭가공의 경우 커다란 덩어리를 깎아서 형상을 만들기 때문에 소재의 낭비가 크지만 RP는 적층가공방식으로 소재를 녹여 한층 한층 쌓아올려 형상을 만들기 때문에 불필요한 소재 낭비를 줄일 수 있습니다.

 

② 빠른 속도와 용이성으로 시간을 단축시킬 수 있다.

- 특별한 금형없이 제품을 제작할 수 있기 때문에 설계변경도 쉽고, 제작 또한 간단합니다.

③ 형상이 복잡한 제품도 제작 가능하다.

- 기존 가공방식은 Tool이 닿는 곳까지만 가공이 가능하기 때문에 형상이 복잡하거나 어려운 구조는 가공이 안 되는 경우도 있지만 3D프린터는 한층 한층 쌓아 올려 형상을 제작하기 때문에 형상에 대한 제한이 없습니다.

 

④ 다품종 소량생산

- 3D프린터는 소량생산에 적합하기 때문에 시제품제작 시 1, 2개의 제품도 저렴하게 제작 가능하며 3D데이터만 있다면 다양한 종류의 제품을 쉽게 출력할 수 있습니다.

<단점>

① 대량생산에 적합하지 않다.

- 3D프린터는 다품종 소량생산에 적합하기 때문에 대량생산에는 적합하지 않습니다.

수량이 많아질수록 비용이 비싸지고 시간 또한 오래 걸립니다.

그래서 대량생산의 경우 기존 가공방식이 더 적합하다고 할 수 있습니다. 일반 가공은 수량이 많아질수록 단가가 저렴해지기 때문입니다.

 

② 색상과 재료가 한정적이다.

- 소재가 많이 개발되어 현재는 종류가 많이 늘긴 했지만 그래도 아직까지는 색상과 소재에는 한계가 있습니다.

③ 정밀도가 낮다.

- 기존 가공방식에 비해 정밀도가 낮은 편입니다. 초기 개발단계보다는 확실히 현재는 정밀도가 많이 좋아지긴 했지만 아직까지는 기존 가공방식의 퀄리티가 더 높습니다.

 

④ 강도과 내구성이 제한적이다.

- 이 기술은 적층 가공 방식으로 이 공정 방식으로 인해 부품 강도가 균일하지 않아 기존 가공방식으로 제작된 것보다 약한 경우가 많으며 잘 깨지거나 형상의 변형이 오기도 합니다.

 

지금까지 3D프린터란 무엇인지 뜻과 특징에 대해 알아보았는데요, 뭔가 오랜만에 쾌속조형기에 대해 다시 공부하는 것 같은 기분이라 새롭네요!

다음번에는 3d프린터원리와 다양한 방식에 대해 준비해서 올게요! 감사합니다.