SLA방식 3D프린터로 제작한 위성모형 작업기

지난주부터 다시 블로그를 시작했습니다. 기존에 꾸준히 운영해오던 블로를 다시 운영하고자 계획하면서 어떤 내용들로 여러분과 소통해야 할지 고민을 많이 했는데요. 가급적이면 3D프린팅을 활용하고자 하시는 분들을 대상으로 실제 업무(제작 또는 외주 활용)시에 알아두시면 좋을만한 정보들을 구체적으로 소개드리면서 실제 저희가 작업한 사례와 함께 이야기를 해보면 좋겠다고 생각했습니다. 그 외에도 가끔씩 3D프린터 산업에 대한 여러가지 이슈들과 더불어 제작공정에 대한 내용들 위주로 블로그를 운영해 나갈계획인데요. 이왕 블로그를 운영하기로 한거 네이버를 두고 굳이 티스토리를 사용하는 이유는 기존에 네이버에서 자체적으로 운영하고 있는 블로그가 있기 때문에 새로운 채널을 통해서 또 다른 분들과 함께 소통하고자 하여 이렇게 티스토리 블로그를 다시 시작하게 됐는데요.

오늘 소개드릴 주제는 SLA방식을 활용한 위성모형제작 사례로 제품모형을 제작하는 각 단계에 대해서 차근차근 설명드리며 SlA방식이란 무엇인지 3D프린팅과 관련된 정보로 포스팅을 이어가보도록 하겠습니다. 포스팅을 시작하기 전에 먼저 저희가 작업한 위성모형 제작 사례를 우선 확인해보도록 하겠습니다.

위 사례는 SLA방식으로 제작되었습니다. SLA란 Stereolithography의 약자로 광경화수지(일정 파장 이상의 빛을 받으면 응고되는 성질의 재료)에 레이저나 빔을 조사하여 액상상태의 수지를 응고시켜 형상의 가장 밑바닥부터 최상단까지 얇은 두께로 한층씩 차례대로 소재(수지)를 쌓아올리며 제품의 형상을 구현하는 3D프린팅 방식을 말합니다. 일반적인 열가소성수지를 고온에서 용융시켜 압출하는 FDM방식에 비해서 표면조도와 정밀도가 매우 뛰어나기 때문에 작고 디테일한 제품, 예를들어 쥬얼리와 같은 시제품제작 분야에서 많이 사용되는 기술인데요. 

기본적으로 3D프린터는 소량생산에 특화된 산업기술이기 때문에 다양한 디자인을 금방 실제화할 수 있다는 특징으로 인해서 프로토타입(Prototype)제작 분야에서 지금까지 산업분야를 막론하고 다양한 분야에서 활발하게 사용되고 있습니다. 특히 위와 같은 제품목업이나 전시목적의 모형제작 분야에서 3D프린팅의 활용도가 매우 높은데요.

3D프린팅 작업을 하기 위해서는 3차원으로 설계된 CAD도면이 반드시 필요합니다. 이 CAD도면을 제작하기 위해서는 라이노, 인벤터, 카티아. 지브러쉬, 솔리드웍스, 오토캐드 등 다양한 프로그램을 활용할 수 있지만 일반적으로는 .STL이나 .obj라고 하는 파일을 슬라이서 프로그램(ex 큐라,심플리 등)을 이용해서 G-code로 변환하여 해당 소스를 적용하여 형상을 구현하게 됩니다. 

이런 작업 과정이 글로쓰면 매우 복잡하게 느껴지실 수 있지만 실제 작업 과정은 매우 간단하게 이루어지기 때문에 최근에은 초중고 학생들을 대상으로 하는 방과후 수업등을 통해서 3D프린팅 교육도 활발하게 이루어지고 있습니다.

이번 인공위성 모형제작 프로젝트에는 라이노라는 디자인툴(Design tool)을 사용해서 도면작업을 진행했습니다. 라이노의 장점이라면 자유곡선을 표현하는데 매우 뛰어나기 때문에 디자인관련 작업에 매우 편리한 소프트웨어입니다.

라이노 작업을 통해서 설계작업이 완료되고 나면 키샷이라고 하는 렌더링 전용 프로그램을 사용해서 완성된 3D설계 도면에 색상과 질감, 재질 등을 가상으로 적용하여 실제 완성되는 결과물의 대랴적인 디자인을 프로그램상에서 확인할 수 있어 대부분의 3D프린터 전문 업체들이 라이노->키샷을 통한 시안작업으로 3D프린팅을 활용한 모형제작 전에 고객에게 시안을 전달하고 최종 시안에 대한 OK사인이 떨어지고 나면 그때부터 본격적인 시제품제작 작업을 진행하고 있습니다.

이렇게 가상으로나마 완성된 결과물의 모습을 미리 확인할 수 있다는 점은 제작을 기획하는 단계에서 구생했던 제품의 이미지와 실제 결과물의 모습을 비교하여 기획의도가 정확하게 반영되었는지 확인하기 유용하기 때문에 이런 시안작업은 모형제작 작업에 있어서 상당히 중요한 부분을 차지하는 작업공정 중 하나입니다.

완성된 CAD도면을 바탕으로 3D프린팅작업을 진행하면 이렇게 단색의 부품들을 각 파트별로 조립할 수 있게끔 분류해놓습니다. 본격적인 모형제작 작업의 단계를 구분해보면 3D프린터 출력(부품제작)->가조립(테스트)->샌딩작업(퍼티+사포질)->서페이서(미흡한 부분 확인)->수정 및 보완->마감(도색) 작업으로 진행됩니다. 이런 작업들은 맨 처음 3D프린터를 활용한 부품제작 이외의 모든 공정들이 수작업으로 진행되기 때문에 아무래도 1개분의 모형을 제작한다고 했을때 설계도면을 만들고 시안을 컨펌받는 시간과 더불어 프린팅출력 시간, 후가공 작업, 도색, 건조 등의 시간을 모두 포함하면 아무리 빨라도 2주, 제품의 난이도에 따라서는 평균적으로 2주~4주 정도의 작업 시간을 필요로 합니다.

위 프로젝트의 경우는 총 5세트를 작업해야 하는 만큼 제작 시간도 1달 이상 걸린 작업입니다. 워낙에 제작물에 들어가는 소평파트들이 많다보니 프린팅을 출력하는 시간이외에도 저 작은 부품들을 일일이 마감처리하는 작업이 생각보다 만만치 않은 작업입니다. 이런 인고의 시간을 견디지 못한다면 3D프린팅을 활용한 모형제작 사업은 섣불리 시작하는것은 매우 위험한 행동입니다.

완성된 부품들의 마감처리가 모두 끝나고나면은 본격적인 조립을 통해서 최종 결과물을 점검해야 하는데요. 보여드린 사진 이외에도 더 많은 부품들이 있지만 해당 부분들은 건너띄고 최종 완성된 결과물을 확인해보도록 하겠습니다.

기둥부분과 하단에 제품을 고정하는 원판을 제외한 모든 작업들은 SLA방식으로 제작되었습니다. 아크릴 판에 인쇄작업과 기둥부분은 비교적 형상이 단순하기 때문에 굳이 3D프린터를 활용하기 보다 아크릴 가공을 통해서 제작하는게 훨씬 효율적이기 때문에 이렇게 작업을 진행하게 됐는데요. 3D프린터로 모형제작을 진행할때는 무조건 3D프린팅으로만 작업을 진행하는 것이 아니라 이렇게 제품의 형상을 고려하여 필요한 소재와 가공방식을 적재적소에 활용하게 되면 모형제작에서 발생하는 비용부담과 제작기간을 단축시킬 수 있음은 물론 퀄리티 부분도 훨씬 안정적으로 가져갈 수 있습니다.

위에서 소개드린 랜더링 샷과 비교했을때 디테일한 부분에서 큰 차이를 느끼기 어려울만큼 작업이 잘 진행된것을 확인할 수 있습니다. 

완성된 결과물 총 5세트는 운송과정에서 파손되지 않도록 안전하게 포장하여 무사히 납품을 마쳤습니다. 오늘은 SLA방식의 3D프린터를 활용한 위성모형 작업기라는 주제로 3D프린팅을 활용한 모형제작 방법에 대해서 소개드려봤는데요. 제작 관련 상담이 필요하신 분들은 다만드러 홈페이지를 통해서 문의주시면 담당자분께서 친절하게 상담을 도와드리고 있으니 도움이 필요하신 분들이 계시다면 언제든지 연락주세요.