3D프린터의 원리에 대하여

안녕하세요 디마스튜디오입니다.

오늘은 3D프린터에 대해 이야기 해보려 합니다.

얼마 전 미국 텍사스에서 3D프린터로 만든 권총으로 실제 발사하는데 성공하였고, 그 제조법을 공개하며 많은 화제가 되었는데요. 의학이나 자동화부문에만 주로 사용되었던 3D프린팅 기술이 일반인들을 대상으로 보급되기 시작하면서, 우리의 삶에 많은 변화들이 있을 것이라 예상됩니다. 설계정보만 있다면 언제 어디서든 제품을 생산할 수 있다는 점은 특히 제조업에서 패러다임의 큰 변화를 가져올 텐데요, 앞으로 제품을 구매할 때 공장에서의 생산과정과 배송과정을 거치지 않고 설계도만 구매하여 집에서 상품을 인쇄하는 날이 올지도 모르겠습니다.

그럼 이 3D프린터의 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

우선 3D프린터는 제작 방식과 재료의 종류에 따라 분류가 나눠지는데요, 미국에선 약 20가지 정도의 3D프린팅 방식이 있다고 합니다. 하지만 기본적으로 이 프린터들의 기본적인 원리는 바로 '미분과 적분'입니다. 3D프린팅의 과정을 3단계로 나누어 본다면, 먼저 컴퓨터에서 만들고자하는 모형을 3D 디자인 프로그램을 이용해 디자인한 후 이를 데이터 양식으로 저장합니다. 그 후 디자인된 3D도면을 얇은 레이어로 한층 한층 '미분'하듯이 나눕니다. 마지막으로 얇은 층들을 바닥부터 차곡차곡 쌓아올리며 '적분'의 과정을 거치면 비로소 하나의 입체적인 인쇄물을 얻을 수 있게 됩니다. 이 때 레이어의 두께는 약 0.01~0.08mm로써 종이 한 장보다 얇기 때문에 정교한 입체 모형을 만들 수 있다고 합니다. 이런 원리 때문에 제조된 모형을 확대해보면 표면이 층계 형태를 이루고 있는 모습을 볼 수 있습니다.

그렇다면, 이 층들이 어떻게 떨어지지 않고 연결되어 튼튼한 구조물이 될 수 있을 지에 대한 궁금증이 생기는데요, 이 비밀은 바로 재료에 있습니다. 3D프린팅에 사용되는 대표적인 인쇄법으로는 얇은 실 형태의 고체 플라스틱을 순간적으로 녹였다 굳혀서 구조물을 만드는 방식(FDM), 빛에 반응하면 단단해지는 액체형태의 광경화성 수지를 사용하는 방식(SLA). SLA 방식과 유사하지만 파우더형태의 수지를 이용하는 방식(SLS) 등이 있습니다. FDM 방식의 경우 다른 형식에 비해 값이싸고 튼튼한 구조물을 만들 수 있는 장점이 있고, 정밀도가 낮아 완성품의 표면을 후가공 해야하는 단점이 있고, SLA와 SLS방식의 경우 표면이 매끄럽고 섬세하고 복잡한 표면을 만드는데 적합 하지만 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 하지만 이 방식들 모두 아직 제품을 제작할 수 있는 최대 크기도 1m 수준이며, 또 플라스틱 위주의 비교적 낮은 경도의 재료만 쓰인다는 한계점이 있습니다.

조사업체 가트너는 오는 2015년에는 3D프린터를 고성능 PC보다 싼 값에 살 수 있을 것이라고 예측했다고 합니다. 3D프린터가 하드웨어적 개선과 신소재의 개발을 통해 만들 수 있는 제품의 종류와 크기가 다양해지고, 일반인들에게 더욱 상용화 된다면 앞으로 우리의 삶에 어떤 영향을 미치게 될지 기대해 봅니다.