3D프린팅 프로세스 알아보기

목업, 시제품제작에 많이 활용되고 있는 3D프린터. 오늘은 시제품 하나를 만들기 위해서는 어떤 과정들을 거쳐야 하는지 3D프린팅 출력 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

제품 하나를 제작하기 위해서는 무엇을 만들 것인지, 모형이나 제작 방법은 어떻게 할 것인지에 대해 구체적으로 생각해둬야 합니다.

 

3D Printer는 얇은 막을 아래부터 위로 한층 한층 쌓아 올려 입체 형상을 만드는 장비를 말하는데 이에 쓰이는 재료는 플라스틱으로 만들어진 실 형태, 파우더, 액체 등 다양합니다.

3D프린팅 프로세스는 3D모델링-슬라이싱-3D프린팅-후가공 순으로 진행되는데 지금부터 각 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 3D모델링

3Dprinting의 첫 단계는 바로 어떤 것을 만들 것인지에 대한 고민입니다.

기존에 있던 상품을 사용하기 편리하게 고칠 것인지, 아니면 아이디어를 가지고 완전히 새로운 제품을 제작할 것인지 고민해봐야 합니다.

무엇을 만들지 결정했다면 컴퓨터로 그림을 그려내는 3D모델링 작업을 합니다.

쉽게 말해 입체 그림을 그릴수 있는 프로그램을 활용해서 가상의 공간에서 그림을 그려내 컴퓨터가 인식할 수 있는 데이터로 저장하는 것을 말합니다.

 

3D모델링이란..?

사전적 의미로 삼차원 모델링은 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태의 데이터로 저장하는 것을 말하며 가상 공간의 입체적인 모델을 통해 실세계의 물체를 묘사하거나 혹은 물리적 환경을 만들어 가상환경 속에서 물체의 모습을 만들어낼 수 있으며 최근 다양한 분야에서 설계 및 예술 표현 수단으로 활용되고 있습니다.

 

모델링 해서 3차원 그림을 그려내면 내가 만들어내고자 하는 재질을 설정해서 실제 물체와 비슷한 질감으로 보이도록 결과를 표현해 낼 수 있는데 이런 출력 과정을 렌더링이라고 합니다.

 

 

2. 슬라이싱

3d프린팅 프로세스 그 두 번째 단계 슬라이싱은 3D모델을 3D프린터용 명령을 변환하는 프로세스를 말하며 이 과정을 통해 장비가 인식할 수 있는 G코드 형식의 파일을 만드는 것을 말합니다.

모델링 작업이 끝나면 장비로 출력하기 위해서는 장비가 인식할 수 있는 코드로 변환해줘야 하는데 슬라이서라는 프로그램을 통해 프린터가 인식할 수 있는 파일 형식으로 바꿔줘야 합니다.

이때 장비가 인식하는 코드를 G-code라고 합니다.

 

G-코드란 무엇인가?

3D디자인 된 물체를 제일 밑바닥부터 꼭대기까지 가로 방향으로 잘라주는데 이 한 개의 절단면을 만들기 위해서 프린터 헤드가 어떤 경로로 움직이리 계산합니다.

이때 계산된 값을 16진수의 숫자 코드로 바꾸게 되는데 이 값을 지코드라고 합니다.

 

이 코드로 변환하기 위해서는 설계, 모델링 파일 확장자는 STL파일이 필요합니다.

이 확장자는 출력 전에 거치게 되는 슬라이싱 작업을 위한 파일을 말하며 모델링 프로그램이 워낙 다양하고, 확장자도 많다 보니 이 모든 파일을 다 해석하게끔 할 수 없기 때문에 확장자를 한가지로 정한 것입니다.

그래야 번거롭지 않으니까요.

 

슬라이싱 프로그램에서는 출력할 때 필요한 설정값을 입력할 수 있는데 층 높이, 첫 번에 레이어 높이, 서포트 위치, 서포트 두께, 선 두께, 벽 선 너비, 바깥 선 선폭, 내부 벽 선 너비, 상하단 라인 폭, 내부 채움 정도 등 출력하고자 하는 제품의 여러 가지 설정값들을 정해 출력하고자 하는대로 지코드로 변환합니다.

설정값을 모두 정해서 G-code를 만들었다면 다음 출력 단계로 넘어갑니다.

 

 

3. 3D프린팅

3D프린팅 프로세스 중 가장 중요하다고 할 수 있는 단계. 바로 출력입니다.

슬라이싱 프로그램으로 만든 지코드 파일을 프린터에 넣고 출력을 실행하면 설정값이 저장된 G-코드대로 프린터 헤드가 움직이며 내용물을 출력합니다.

외부 형상이 똑같더라도 레이어 두께나 채움 정도 등의 세팅값에 따라 출력 시간과 품질이 큰 차이를 보이고, 프린팅 시간은 출력 방식과 크기, 형상에 따라 최소 몇 시간에서 길게는 며칠까지도 걸립니다.

 

3D프린터가 많은 관심을 받으면서 이용자가 많아지고 그러면서 출력자 나름대로 노하우가 생겨 다양한 방법을 활용하는데요, 예를 들어 abs 소재 특성상 수축이 일어나는데 베드에 열을 가하더라도 출력물이 수축을 일으키며 바닥이 뜨는 경우가 생기는데 그때는 아세톤을 바닥에 유리에 바른 상태에서 출력하거나 물엿을 발라 출력 후 씻는 등 노하우들이 생겨 품질이 조금씩 더 좋아지고 있습니다.

그리고 장비가 더 발전해 좋아지면서 이러한 노하우들이 아니더라도 품질이 더 좋아지고 있다고 합니다.

 

 

4. 후가공

후가공은 출력된 제품의 완성도를 더 높이기 위해 필요한 작업으로 출력이 완료되면 출력물이 흘러내리지 않도록 세운 서포터나 그 주변 찌꺼기, 부산물 같은 불필요한 부분을 제거 한다거나, 표면 연마, 도색 작업 등이 후가공에 속하며 출력 후부터 실제 제품을 사용하기 전까지의 작업 모두라고 생각하면 됩니다.

 

후처리 시 주의해야 할 점은 작업이 끝났더라도 제품의 윗부분이 제대로 굳었는지 확인 후 작업을 진행해야 하고, 표면 작업은 사포와 같은 샌딩도구를 사용해 매끄럽게 정리한 뒤 도색이나 조립을 통해 최종 결과물을 완성합니다.

그리고 FDM방식으로 출력할 경우 소재 특성상 PLA는 잘 갈리지 않으니 ABS로 출력하는 것이 좋으며 후가공 시에는 반드시 장갑, 방진복, 마스크 등 보호구를 착용하고 작업해야 합니다.

 

 

지금까지 3D프린팅 프로세스에 대해 알아보았는데요, 3D프린터로 하나의 시제품을 만들기 위해서는 많은 과정과 그만큼의 노력이 필요합니다.

각 과정마다 주의사항이나 참고할 사항들을 미리 파악해둔다면 제작 시 조금은 더 수월하겠죠?