3D 프린터의 기본 지식인 작업지시서, 객체 형성과정과 출력 시 디자인 수정 및 고체, 액체 분말 등 각 소재에 따른 프린터 정의와 장단점에 대해 알아봅니다. 다음의 정보는 3D 프린터 운용 기능사 필기시험에도 대비할 수 있습니다.
작업 지시서란?
작업 지시서란 제품 제작 시에 반영해야 할 정보를 정리한 문서이다. 디자인 요구 사항, 영역, 길이, 각도, 공차, 제작 수량에 대한 정보를 포함하고 있다. 디자인 요구 사항이란 디자인 결정 사항에 대한 설명과 입체로 만들어질 때 발생될 상황에 대한 내용이다. 다음은 작성 지시서에 포함되어야 할 내용이다.
1. 제작 개요
· 제작 물품명 : 제작할 물품명을 표기한다.
· 제작 방법 : 제작 방법에 대한 설명이다.
· 제작 기간 : 제작 기간을 표기한다.
· 제작 수량 : 제작 수량을 표기한다
2. 디자인 요구 사항
· 모델링 방법 : 모델링 방법에 대한 자세한 설명을 표기한다.
· 제작 시 주의 사항과 요구 사항을 작성한다.
· 출력할 3D 프린터의 스펙 및 출력 가능 범위를 정확히 체크하고 그에 맞는 모델링을 수행한다.
3. 정보 도출
· 전체 영역과 부분의 영역, 각 부분의 길이, 두께, 각도에 대한 정보를 도출한다.
4. 도면 그리기
· Top view, Front view, Left view, Perspective View에 대한 도면을 그린다.
· 각 도면에 대한 정확한 영역과 길이, 두께, 각도 등에 대한 정보를 표기한다
3D 객체 형성 과정
작업 환경 설정
3D 프린터용 출력물 모델링을 위해서 단위를 mm로 설정하도록 한다. 3D 디자인 소프트웨어에 자동 저장 기능이 있다면 반드시 설정하는 것이 중요하다.
3D 객체 형성 과정은 2D 라인 그리기, 3D 객체 만들기, 객체 병합 및 수정을 거친다.
객체 형상 데이터 조립
형상 데이터 조립 방법
복잡한 형상을 가진 3D 객체의 경우에는 부분을 따로 제작한 뒤 하나의 형상으로 조립해야 한다.
부분 형상 제작
객체 조립은 부분 형상 확인, 객체 병합 기능으로 하나의 객체로 만들고, 폴리곤 연결로 처리한다.
형상 데이터 수정
1. 크기, 두께, 각도 수정하기.
2. 2D라인 수정하기.
3. 폴리곤 수정하기.
4. 정렬하기.
5. 부드럽게 처리하기.
출력용 디자인 수정하기
1. 고체 기반형
(1) FDM
열가소성 재료를 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층해 가는 방식이다. 열가소성 재료에는 ABS, PLA 등의 필라멘트 형태가 있다.
(2) LOM
종이판이나 플라스틱 등의 시트를 CO2 레이저나 칼로 컷팅 후 열을 가하여 접착하면서 모델을 제작하는 방식이다.
2. 액체 기반형
(1) DLP
레이저빔이나 강한 자외선에 반응하는 광경화성 액상 수지를 경화시켜 제작하는 방식이다.
(2) SLA
빛에 민감한 반응을 하는 광경화성 수지가 들어 있는 수조에 자외선 레이저를 주사하여 모델을 제작하는 방식이다.
(3) Polyjet/MJM
프린트 헤드의 노즐에서 액상의 컬러 잉크와 바인더라는 경화 물질을 분말 상태 재료에 분사하여 모델을 제작하는 방식이다.
3. 분말 기반형
(1) 3DP
분말을 바인더라 불리는 접착제를 이용하여 단면 조형 후 적층하고 바인더로 분말을 접착하여 형상을 제작한다.
(2) SLS/DMLS
분말 형태의 재료를 레이저를 이용하여 소결 또는 융해하여 형상을 제작한다.
(3) EBM
Electron Beam을 이용하여 분말 형태의 재료를 소결 또는 융해하여 형상을 제작한다.
고체 기반 3D 프린터
FDM방식의 3D 프린터는 대부분 플라스틱 필라멘트를 소재로 사용한다. 3D 모델링 데이터를 슬라이싱하여 단면을 만든다. 하나의 단면이 출력되면 다음 단면을 출력하는 방식으로 높이를 만들고, 한 층씩 쌓아 가면서 3D 형상을 완성한다.
1. 장점
친숙한 소재 ABS, 친환경적 소재 PLA를 사용할 수 있다. 3D 프린터와 재료의 가격이 다른 D 프린터 방식에 비해 저렴하다. 작동 원리가 간단하고 사용 가능한 오픈소스가 많아 활용기 좋고, 가장 보편적인 방식으로 접근성이 좋다.
2. 단점
다른 3D 프린터 방식에 비해 출력의 품질이 떨어진다. 미세 분진과 가열된 플라스틱 냄새가 발생한다. 정교한 작업이 어렵다.
3. 사용 용도
3D 프린터가 비교적 저렴하기 때문에 3D 프린터를 처음 접하는 사람이나 일반 가정용으로 사용하기 적당하다. 주로 섬세한 표현보다는 전제적인 윤곽에 대한 출력이나 시제품 제작 등에 사용될 수 있다.
액체 기반 3D 프린터
액체 기반 3D 프린터는 다양한 색상과 특성을 가지는 소재들이 개발되어 있고, 출력 속도와 정밀도가 우수하다. 속도와 품질이 우수하고 소재가 다양하기 때문에, 가격이 조정된다면 앞으로 가장 많이 사용될 것으로 전망한다. 광경화성 3D 프린터는 액체 상태의 플라스틱을 광원을 이용하여 고체로 굳혀 조형물을 만드는 방식이다.
1. 장점
약 0.1mm 이하의 해상도를 가지기 때문에 품질이 좋다. 소재의 종류가 500종 이상으로 다양하다. 출력 속도가 빠르고 컬러 출력도 지원된다.
2. 단점
재료의 가격이 비싸다. 사용 및 취급 시 세심한 주의가 필요하다.
3. 사용 용도
액세서리 및 치기공 등 정밀한 형상을 제작할 때 사용한다. 일반인과 프로슈머, 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 활용될 수 있다. 출력 가능한 사이즈가 작아 액세서리나 피규어 제작 등의 산업에 활용되고 있다.
분말 기반 3D 프린터
바인더 접착제를 사용하여 모형을 제작하는 3D 프린터 방식과, 레이저를 이용하여 분말을 소결하는 방식이 있다. 다양한 분말 재료를 접합제, 레이저, 전자빔 등의 다양한 에너지 소스들을 사용하여 접합, 소결, 용융 등의 형태로 적층하는 방식의 3D 프린터이다.
1. 장점
3DP 방식은 서포트가 필요치 않기 때문에 출력 후 서포트 제거 등의 작업이 필요하지 않다. 금속을 비롯해 세라믹, 플라스틱 등 분말로 된 다양한 소재를 사용할 수 있다. 컬러 표현이 가능하다.
2. 단점
분진이 발생하므로 피부와 호흡기에 영향을 미칠 수 있다. 3D 프린터와 재료의 가격이 비싸다.
2차 처리 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있다.
3. 사용 용도
바인더를 활용하는 3DP 방식은 강도가 떨어지기 때문에 피규어나 석고상 등을 제작하는 분야에 사용된다. 금속 및 세라믹, 모래 등을 사용하는 레이저 방식의 3D 프린터는, 복잡한 형상과 함께 강도와 내열성 등이 필요한 자동차 부품 등의 산업에 사용된다.