3D 프린터 공정과 각 방식(수조 광경화, 분말, 접착제, 에너지 침착, 판재)에 따른 개요 지지대 출력 방향 등에 대해 알아봅니다. 또한 3D 프린터 운용 기능사 필기시험에도 대비할 수 있습니다.
3D 프린팅 공정
3D 프린팅 기술은 다양하며 재료를 성형하는 방법인 공정으로 구분된다. 각 공정에 따라서 제품이 성형되는 바닥면의 위치와 지지대의 형태가 달라진다.
3D 프린팅의 플랫폼과 지지대는 매우 중요하다. 3D 프린팅에서 재료는 다양한 방법으로 플랫폼 위에 성형되어 출력물이 만들어진다. 따라서 출력 도중에는 플랫폼에 재료가 견고하게 부착되어 있어야 하며, 출력이 종료되면 플랫폼에서 출력물을 쉽게 제거할 수 있어야 한다.
1. 수조 광경화 (Vat Photopolymerization)
(1) 개요
용기 안에 담긴 액체 상태의 광경화성 수지(photopolymer)에 빛을 주사하여 선택적으로 경화시키는 것이다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
빛은 위 또는 아래에서 주사될 수 있으며, 빛이 주사되는 방향으로 플랫품이 이송되며 층이 성형된다. 플랫폼의 이송 방향에 따라서 출력물이 성형되는 방향은 위쪽 또는 아래쪽이 된다.
(3) 지지대
지지대는 출력물과 동일한 재료이며, 제거가 용이하도록 가늘게 만들어진다.
2. 재료 분사 (Material Jetting)
(1) 개요
광경화성 수지나 왁스 등의 액체 재료를 미세한 방울(droplet)로 만들고 이를 선택적으로 도포하는 것이다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
출력물 재료와 지지대 재료는 모두 위에서 아래로 도포되며, 따라서 플랫품은 아래로 이송되면서 층이 성형되기 때문에 출력물은 플랫폼 위에 만들어지게 된다.
(3) 지지대
지지대는 출력물과 다른 재료가 사용된다. 대부분의 경우 지지대는 물에 녹거나 가열하면 녹는 재료로 되어 있기 때문에 손쉬운 제거가 가능하다.
3. 재료 압출 (Material extrusion)
(1) 개요
출력물 및 지지대 재료가 노즐이나 오리피스 등을 통해서 압출되고, 이를 적층 하여 3차원 형상의 출력물이 만들어진다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
출력물 및 지지대 재료는 모두 위에서 아래로 압출된다. 따라서 플랫품은 아래로 이송되면서 그 위에 제품이 아래에서 위로 성형된다.
(3) 지지대
재료 압출 방식에서는 지지대와 출력물이 같은 재료인 경우와 서로 다른 재료인 경우의 두 가지 방식이 있다.
4. 분말 용접 (Powder bed fusion)
(1) 개요
분말 용접은 평평하게 놓인 분말 위에 열에너지를 선택적으로 가해서 분말을 국부적으로 용융시켜 접합하는 것이다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
플랫폼 위에 분말이 놓이게 되고, 여기에 위에서 아래 방향으로 열에너지가 가해진다. 따라서 출력물은 아래에서 위쪽 방향으로 성형된다.
(3) 지지대
대부분의 경우 성형되지 않은 분말이 지지대 역할을 하게 되므로 별도의 지지대를 만들어 줄 필요가 없다. 하지만, 분말을 평평하게 만들어 주기 위해서 롤러 등을 이용해서 분말 위에 압력을 주는 경우도 있으며, 이때 출력물이 압력에 의해서 부서지거나 또는 분말 안에서 움직이지 않게 해 주기 위해서 플랫폼 위에 지지대가 만들어지기도 한다. 지지대가 만들어지는 경우에는 출력물과 같은 재료로 만들어진다.
5. 접착제 분사 (Binder jetting)
(1) 개요
베드 위에 놓인 분말을 이용하는 점에서는 분말 용접 기술과 매우 유사하다. 하지만 접착제 분사에서는 열에너지 대신에 접착제를 분말에 선택적으로 분사하여 분말들을 결합시켜 단면을 성형하고 이를 반복하여 3차원 형상을 만든다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
플랫폼 위에 분말이 놓이게 되고, 여기에 위에서 아래 방향으로 접착제가 분사된다. 따라서 출력물은 아래에서 위쪽 방향으로 성형된다.
(3) 지지대
성형되지 않은 분말이 지지대 역할을 하게 되므로 별도의 지지대를 만들어 줄 필요가 없다.
6. 방향성 에너지 침착 (Directed energy deposition)
(1) 개요
레이저, 일렉트론 빔 또는 플라스마 아크 등의 열에너지를 국부적으로 가해서 재료를 녹여 침착시키는 것이다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
대부분의 경우 플랫폼 위에 출력물이 성형되며, 따라서 출력물은 아래에서 위쪽 방향으로 성형된다.
(3) 지지대
방향성 에너지 침착에서는 대부분의 경우 지지대가 필요하지 않다.
7. 판재 적층 (Sheet lamination)
(1) 개요
얇은 판 형태의 재료를 단면 형상으로 자른 후 이를 서로 층층이 붙여 형상을 만드는 것이다.
(2) 출력물이 성형되는 방향
대부분의 경우 플랫폼 위에 출력물이 성형되며, 따라서 출력물은 아래에서 위쪽 방향으로 성형된다.
(3) 지지대
판재 적층에서는 출력물 형상이 되지 않는 나머지 판재 부분이 지지대의 역할을 한다. 이때 지지대의 제거가 용이하도록 나머지 부분을 격자 모양으로 잘라 준다