CLIP 3D프린터란..?

2021년 새해가 밝았습니다!

엊그제 2020년이 되었다고 그랬던 것 같은데 눈 깜짝할 시간에 벌써 1년이라는 시간이 지났다니!! 시간 정말 빠른 것 같아요.

다들 새해 복 많이 많이 받으세요!!!

오늘은 CLIP 3D프린터에 대해 알아보려고 하는데요, 앞에서 다양한 삼차원 프린터 종류에 대해 포스팅했었는데 워낙 종류가 다양하다 보니 다른 방식 장비들이 있어서 계속해서 공부하게 되네요!

 

3D프린터는 2D프린터로 종이에 그림이나 글자를 인쇄하는 방식과 달리 3차원 물체를 기존 절삭가공방식이 아닌 한층 한층 적층하는 방식으로 실제 제품을 만들어내는 것을 말합니다.

이방식의 최고 장점은 크기에 제한이 없고, 소재 낭비도 줄일 수 있으며 한 층씩 쌓아 올려 형상을 만드는 적층가공방식이다 보니 아무리 어렵고 복잡한 형상이더라도 제작 가능하다는 것이 아닐까 싶습니다.

장점이 많다 보니 기업, 교육, 연구소, 의료분야 등 다양한 분야에서 많이 찾고 있는 기술이기도 합니다.

 

3D모형을 제작하기 위해서는 3D데이터만 있으면 출력 가능한데요, 모델링 소프트웨어는 라이노, 3D Max, 카티아 등 여러 가지가 있으며 원하는 형상을 설계 후 슬라이서 프로그램으로 설정한 뒤 출력하면 됩니다.

이 프로그램들은 라이센스가 유료라 고가인 제품들도 많은데 3D프린터 이슈로 관심을 가지는 사람들과 이용자가 많아지면서 무료 소프트웨어도 생겨 꼭 유료 프로그램이 아니더라도 쉽게 다운로드 받아서 사용할 수 있게 되었습니다.

RP(Rapid prototype) 종류는 FDM부터 SLA, SLS, DLP 등 여러 종류가 있지만 ASTM(미국재료시험협회)과 ISO(국제표준화기구)에서 3D프린터에 대해 프린팅 방식을 7가지로 분류하였습니다.

ISO에서 정한 7가지 프린팅 방식을 보면,

① 접착제 분사식(Binder Jetting, BJ)

1) 3DP(3 Dimension Printing)

② 에너지 집중식 퇴적 방식(Directed Energy Deposition, DED)

③ 재료 압출식(Material Extrusion, ME)

1) FDM(Fused Deposition Modeling)

④ 재료 분사식(Material Jetting, MJ)

1) Polyjet

2) MJM(Multi Jet Modeling)

⑤ 분말 소결식(Powder Bed Fusion, PBF)

1) SLS(Selective Laser Sintering)

⑥ 표면 접착식(Sheet Lamination, SL)

1) LOM(Laminated Object Manufacturing)

⑦ 광수지화 방식(Vat Photopolymerization, VP)

1) DLP(Digital Light Processing)

2) SLA(Stereo Lithography Apparatus)

으로 분류됩니다.

 

이 중에서 CLIP방식은 광중합방식(Vat Photopolymerisation)에 속하는데요, 지금부터 CLIP 3D프린터란 무엇인지 원리와 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다.

1. CLIP 3D프린터란

CLIP(Continuous Liquid Interface Prodution)은 미국 Carbon3D(카본3D)사의 Joseph Desimone이 개발한 기술로 직역하면 연속적 액상 경계면 생산기술이라고 하는데요, 구조는 일반 광경화적층방식과 거의 동일하지만 DLP방식의 문제점을 해결한 방식입니다.

광중합 방식을 사용하는 장비중 가장 출력 속도가 빠르며 이 기술의 핵심은 Digital Light Synthesis과 산소투과창이라고 합니다.

 

프로젝터에서 모델 형태에 따라 UV광원을 쏘아 액체재료를 경화되어 고체가 되고, 빈공간에는 산소로 경화를 제어해서 제작이 되는 방식이며 액체가 담긴 수조에는 산소로 데드존이 생성되면서 그 위로는 UV가 투과되지 않아 경화가 이루어지지 않아 경화가 되지 않습니다.

데드존 아래에 있는 재료는 액체 상태를 유지하면서 경화가 진행되어 연속적인 제작이 가능하게 되는 방식인데요, 이 기술은 기존 3D프린터보다 25~100배 정도 출력속도가 빠르다고 합니다.

2. 원리

맞춤형 고성능 LED조명 엔진의 빛은 일련의 UV이미지를 투영하여 3D인쇄 부품의 단면을 노출시켜 UV경화성 수지가 정밀하게 제어된 방식으로 부분적으로 경화되도록 하고, 산소는 산소 투과성 창을 통과하여 창과 데드존이라고 하는 인쇄된 부분 사이에 경화되지 않는 수지의 얇은 액체 계면을 만드는데 이때 데드존은 엄청 얇다고 합니다.

데드존 내에서는 산소의 광이 창에 가장 가까이 위치한 수지를 경화 시키는 것을 금지하여 인쇄된 부분 아래에서 액체의 연속적인 흐름을 허용하고, 데드존 바로 위의 UV 투영된 빛은 부품의 경화와 같은 계단식 현상을 일으켜 제품을 만듭니다.

 

한마디로 빛은 액체로 된 레진을 고체로 만드는데 사용이 되고, 산소는 그 과정을 억제하는 역할을 하면서 SLA나 DLP방식처럼 한 층씩 쌓아 올리는 방식이 아닌 빛과 산소를 이용해서 계속 자라게 하는 방식이라고 할 수 있습니다.

 

기존 방식은 연속적인 출력이 불가능해서 경화를 시킨 후에 맞춤형 고성능 LED조명 엔진의 빛은 일련의 UV이미지를 투영하여 3D인쇄 부품의 단면을 노출시켜 UV경화성 수지가 정밀하게 제어된 방식으로 부분적으로 경화되도록 하고, 떼어내고 다시 경화시키는 방식을 사용해 출력하였지만 CLIP방식은 그 과정을 거치지 않아도 되니 출력속도가 빠릅니다.

 

3. 특징

CLIP방식의 가장 대표적인 특징은 속도가 기존 방식의 3D프린터 보다 25~100배정도 빠르다는 것! 현재는 1000배 빠른 3D프린터를 개발중에 있다고 합니다.

그리고 표면이 매우 매끄러우며 기존 방식과 다르게 레이어가 없어 강도 또한 매우 우수하다고 합니다.

지금까지 CLIP3D프린터에 대해 알아보았는데요, 현재는 기존 광경화 방식에 비해 출력 속도가 25~100배 정도 빠르지만 1000배를 목표로 하고 있다고 하니 기대가 됩니다.

이 외에도 3D프린터 다양한 기술들이 개발되어 더 좋은 장비들이 많이 나왔으면 좋겠네요.