3D 프린터의 기본 지식인 출력물 정밀도 설정, 데이터 분할 저장, 두께와 슬라이싱, 채움 방식 등에 대해 알아보고 성공적인 프린팅을 위한 고려사항에 대해 알아봅니다. 또한 3D 프린터 운용 기능사 필기시험에도 대비할 수 있습니다.
1. 출력물의 정밀도 설정
Layer height(mm) : 출력 시 적층의 높이를 지정한다. 최소 높이 값은 각 프린터 사용 설명서를 참조해야 한다. 높이 값이 작을수록 프린팅 해상도는 좋아지지만 프린팅 속도는 느려질 수밖에 없다.
벽 두께(mm) : 출력물의 벽 두께를 설정한다. 노즐 구경보다 작은 값을 설정할 수 없다. 구경이 0.4mm라면 벽 두께는 그 이상을 설정해야 한다.
2. 출력물의 채움 방식
출력물 내부 채움 밀도(%) : 출력물의 내부를 채울 때 밀도를 설정한다. 수치가 높을수록 밀도가 높고 내부에 재료를 꽉 채우게 된다.
ABS 등의 경우, 밀도가 높을수록 재료 수축률이 높아져 갈라짐 현상이 발생할 수 있다.
3. 속도와 온도
출력 속도, 노즐과 베드판의 온도를 설정한다. 각 축의 모터 이동 속도를 너무 높이면 표면의 결속 상태가 좋지 않게 되는 문제가 발생할 수 있다.
4. 출력할 재료에 대한 설정
프린팅 필라멘트(재료)의 직경과 압출되는 재료의 양을 설정한다. 노즐에서 분사되는 양이 많으면 흐름 현상이 생기고, 너무 적으면 출력물이 갈라지거나 그물같이 구멍이 뚫릴 수도 있다. 1을 기준으로 출력 테스트를 해 보는 것이 좋다.
형상 데이터 분할
3D 형상 데이터 분할
3D 프린터는 기기마다 최대 출력 사이즈가 정해져 있다. 최대 출력 크기보다 큰 모델링 데이터는 분할 출력의 과정을 거쳐야 한다.
분할 출력이란 하나의 3D 형상 데이터를 나누어 출력하는 것이다. 출력물이 3D 프린터의 최대 출력 사이즈를 넘으면 분할 출력을 해야 하고, 이 경우에는 분할 출력 후 다시 하나의 형태로 만들어지는 것을 고려하여 분할해야 한다. 분할된 개체를 다시 하나로 연결시켜 줄 때 주로 접착제를 사용한다. 하지만 모델링의 수정을 통해 접착제 없이 결합이 될 수 있는 구조로 수정할 수 있다.
출력용 데이터 저장
3D 형상 데이터에 부가 요소 추가
3D 프린터는 적층 방식으로 출력이 이루어지므로 모델의 구조에 따라 서포트와 같은 부가요소를 추가해야 한다.
적층이 되려면 바닥면부터 레이어가 차례로 쌓여야 하는데, 바닥면과 떨어져 있는 레이어는 갑자기 허공에 뜨게 되어 출력이 제대로 이루어지지 않는다.
이러한 문제점을 보완하고자 하는 것이 서포트이다. 3D 프린팅에서 서포트는 바닥면과 모델에서 지지대가 필요한 부분을 이어 주는 역할을 한다.
1. FDM 방식
FDM 방식을 지원하는 출력 소프트웨어 Cura, Makerbot, Meshmixer 등에서 자동 서포트가 실행된다.
2. DLP 방식
DLP 방식을 지원하는 출력 소프트웨어 Meshmixer, B9Creator, Stick+ 등에서 자동 서포트를 지원하거나 직접 서포트를 설치할 수 있다. 서포트를 모델에 직접 설치하면 자동으로 설치하는 것에 비해 소재의 비용 절감과 함께 높은 품질의 출력물을 얻을 수 있다.
3. SLA 방식
자동 서포트를 지원하고 직접 서포트도 설치할 수 있다. 광원이 다른 점 외에는 DLP와 비슷하기 때문에 DLP 출력 보조 소프트웨어 B9Creator, Stick+ 등에서 서포트를 설치할 수 있다.
출력용 디자인 데이터로 저장
여러 3D 디자인 소프트웨어에서 작업한 형상을 3D 프린터용 데이터로 저장하려면 3D 프린터 표준 파일로 저장해야 한다. 3D 설계 툴은 설계 목적에 따라 다양한 툴들이 존재하며, 기본적으로 슬라이서 프로그램에서 호환 가능한 *. stl, *. obj 파일로 변환이 가능하다면 어떠한 툴도 상관없다. 슬라이서 프로그램에서 STL 파일의 레이어 분할 및 출력 환경을 설정할 수 있다. 슬라이서 프로그램에서 레이어 및 출력 환경이 결정되면 G-Code로 변환한다.
슬라이서 프로그램으로 출력용 데이터 저장
슬라이서 프로그램은 입체 모델링을 단면별로 나누어 프린팅 소프트웨어에서 동작할 수 있게 g코드를 생성하는 프로그램이다. 슬라이서 프로그램은 출력물이 바로 서고 형태를 유지하기 위해 필요한 서포트의 설치를 지원한다.
성공적인 프린팅을 위한 고려 사항
1. 외곽선의 끊김을 확인한다.
3D 프린팅을 위한 모델링 데이터는 모든 면이 닫혀 있어야 한다. 3D 프린팅에서 모든 출력은 폴리곤 모델링으로 전환해 출력하게 되므로 메쉬의 갈라짐에 유의해야 한다. 별도의 메쉬 점검 프로그램을 사용하여 끊김을 확인할 수 있다.
2. 두께 지정하기
두께를 지정하지 않으면 내부를 모두 채워 출력하게 된다. 모든 면에 두께를 주는 것이 재료를 아끼고 형태 변형을 줄이는 방법이다.
3. 정확한 치수를 확인해 모델링한다.
정확한 치수로 각 부품을 모델링한 후 출력하여 각 부품을 조립하면 실제 사용 가능한 제품을 제작할 수 있다. 재료의 수축률은 일일이 알기 어렵다. 따라서 정확한 치수에 따른 모델링을 하고 재료의 수축률로 생기는 오차에 대비하는 것이 좋다.
4. 슬라이싱 간격
슬라이서 프로그램에서 프린팅 설정 시 Z축의 최소치와 최대치를 알아야 한다. 적층 높이의 수치가 낮을수록 출력물 품질은 좋아지지만 프린팅 속도는 느려진다. 보통 0.2~0.3mm 간격으로 적층 높이를 설정하면, 거칠지만 상대적으로 빠른 속도로 결과를 얻을 수 있다.
0.1~0.15mm의 높이는 좋은 품질의 출력물을 얻을 수 있다.
5. 내부 채움 방식
기본 채움 정도는 20%로 재료의 온도 변화에 따른 수축률과 속도, 강도를 테스트한 경험에서 나온 수치이다. 이것을 기본값으로 프린팅해 본 후 필요에 따라 채움의 정도를 변경하는 것이 좋다. 내부 채움 방식 설정은 경험치에 의한 것이므로 많은 시험 출력이 필요하다. ABS 재료는 수축률이 크고 PLA 재료는 수축률이 적다.