스리디프린터

스리디프린터(3D Printer) 또는 3차원 프린터는 디지털 디자인 파일을 바탕으로 3차원 물체를 만들어내는 장치 또는 그 기술을 의미한다. 이는 재료를 층층이 쌓아 올리는 방식(적층 제조, Additive Manufacturing)을 사용하여 물리적인 형상을 구축한다.

전통적인 절삭 가공(Subtractive Manufacturing, 재료를 깎아내는 방식)과 달리, 3D 프린팅은 필요한 재료만 사용하므로 재료 낭비가 적고, 복잡하거나 속이 비어있는 형태, 기존 제조 방식으로는 구현하기 어려운 형상도 비교적 자유롭게 만들 수 있다는 장점이 있다.

작동 원리 3D 프린팅 과정은 일반적으로 다음과 같은 단계를 거친다.

1. 디자인: 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 3차원 모델을 디자인하거나 기존 모델을 스캔한다.
2. 슬라이싱: 디자인된 3D 모델 파일을 프린터가 인식할 수 있는 형식(주로 G-code)으로 변환하는 과정이다. 모델을 수많은 얇은 수평 단면(레이어)으로 분할하고, 각 레이어를 프린트하기 위한 경로와 속도 등의 정보를 생성한다.
3. 프린팅: 슬라이싱된 데이터에 따라 프린터가 재료를 녹이거나, 경화시키거나, 결합시키는 등의 방식으로 층별로 쌓아 올려 최종 물체를 완성한다.
4. 후가공: 프린팅이 완료된 후, 지지대 제거, 표면 처리, 경화 등의 추가적인 작업이 필요할 수 있다.

주요 방식 3D 프린팅 기술은 사용되는 재료와 적층 방식에 따라 여러 가지 종류가 있다. 주요 방식은 다음과 같다.

• 용융 적층 모델링(FDM, Fused Deposition Modeling): 열가소성 필라멘트를 녹여 노즐을 통해 압출하며 층을 쌓는 방식. 보급형 3D 프린터에서 가장 널리 사용된다. (주요 재료: PLA, ABS 등)
• 광경화성 수지 조형(SLA, Stereolithography): 액체 상태의 광경화성 수지에 자외선 레이저나 빛을 쬐어 층별로 경화시키는 방식. 정밀도가 높고 표면 품질이 우수하다. (주요 재료: 광경화성 수지)
• 선택적 레이저 소결(SLS, Selective Laser Sintering): 분말 형태의 재료(플라스틱, 금속, 세라믹 등)에 고출력 레이저를 쬐어 필요한 부분만 소결(Sintering) 또는 용융(Melting)시키는 방식. 지지대가 필요 없어 복잡한 내부 구조 구현에 유리하다. (주요 재료: 나일론, 금속 분말 등)
• 디지털 광처리 방식(DLP, Digital Light Processing): SLA와 유사하나, 레이저 대신 프로젝터를 사용하여 한 번에 한 레이어 전체를 경화시키는 방식. SLA보다 속도가 빠를 수 있다.
• 바인더 제팅(Binder Jetting): 분말 재료 층 위에 액체 바인더(접착제)를 분사하여 층을 쌓는 방식. 금속, 세라믹, 모래 등 다양한 재료에 적용 가능하다.

활용 분야 3D 프린팅 기술은 다음과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다.

• 제조업: 시제품 제작(Prototyping), 맞춤형 부품 생산, 소량 생산.
• 교육: 학생들의 창의적인 아이디어 구현, STEM 교육 도구.
• 의료: 환자 맞춤형 보철물, 임플란트, 수술 가이드, 인공 장기 연구.
• 건축 및 건설: 건축 모델 제작, 대형 구조물 및 부품 프린팅.
• 예술 및 디자인: 복잡한 조형물 제작, 맞춤 디자인 제품 생산.
• 소비자용: 개인 취미 활동, 맞춤형 소품 제작.
• 우주 항공: 경량 고강도 부품 생산.

역사 3D 프린팅의 개념은 20세기 후반에 등장했으며, 1980년대에 찰스 헐(Charles Hull)이 최초의 SLA 방식 3D 프린팅 기술을 개발하고 특허를 출원하면서 상용화의 기반이 마련되었다. 이후 다양한 방식의 기술이 개발되었으며, 2000년대 후반부터 오픈 소스 프로젝트의 등장과 장비 가격 하락으로 인해 개인 및 소규모 기업에서도 접근 가능해지면서 대중화되기 시작했다.

전망 3D 프린팅 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 더 다양하고 고성능의 재료 사용, 인쇄 속도 향상, 대형화 및 자동화 등을 통해 기존 제조업 및 다양한 산업에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.