3D 프린팅(3D Printing)

I. 제조업의 새로운 성장 엔진, 3D 프린팅

가. 3D 프린팅의 개념

  • 액체, 고체 소재 이용 3차원 설계 데이터 기반 적층 제조법으로 실물 모형, 부품 등 형상화 기술

나. 3D 프린팅의 특징

특징내용
다품종 소량생산하나의 물건만 찍어내도 적은 비용
모양어떤 모양이든 자유롭게 제작 가능
프로토타입프로토타입 반복 제작 적합

 

II. 3D 프린팅의 개념도 및 작동 원리

가. 3D 프린팅의 단계적 제작 개념도

1단계2단계3단계

나. 3D 프린팅의 작동 원리

작동 원리내용
기본
작동 원리
미분과 적분을 통한 적층 얇은 막을 적분과 같이 한 층씩 바닥부터 꼭대기 까지 쌓아서 물건의 형태를 완성
레이어를 넓거나 좁게 위치 조절해가며 쌓아 올림
한 층을 이루는 레이어 두께는 0.01 ~ 0.08mm
사용재료는 종이, 금속분말, 플라스틱 등
단계별
작동 원리
설계 및
미분
물체를 3차원 설계해 CAD 파일로 준비
파일 잘게 단층 쪼개 2차원 그림 생성
적층 및
적분
프린터 노즐에 광경화성 수지를 뿌려, 단층으로 쪼갠 모양대로 한 층씩 쌓음
광경화성 수지: 자외선을 쬐면 굳는 액체형 플라스틱
빈 공간 부분에 물에 녹는 수지 뿌림
건조 및
완성
완성 후 자외선 램프를 쪼아 말림
빈 공간이 될 부분에 있는 수지는 물을 강하게 분사
완성 후 원하는 색깔을 입힘

3D 프린팅은 사용 재료의 형태에 따라 액체기반(SLA), 파우더기반(SLS), 고체기반(FDM)으로 나뉘며, 조형속도, 정확도 등 세부적인 차이 존재
 

III. 프린팅 과정 및 구성요소

가. 프린팅 과정

단계설명활동
모델링3D 물체의
설계 도면 작성
CAD와 같은 도구로 물체를 3차원 구성
CAD파일을 STL 포맷으로 변환
프린팅원료를 쌓아
제품 생산
STL 파일을 프린터에서 분석
Layer Slicing 기술로 제품을 프린팅
마무리제품을 굳히거나
표면처리
완성물 주변의 찌꺼기 제거, 경화작업, 코팅, 페인팅 작업 통해 최종 결과물 완성

나. 프린팅 구성요소

구성요소상세 설명요소 기술
3D 모델링 소스3D 모델링 도면 생성 원천 소스CAD, CT, 초음파등
STL 포맷STereo Lithography
복잡한 형상의 3D오브젝트 표현
해당 없음
Layer Slicing입체모형을 얇게 잘라 단층모형으로 입력Cura, Make Ware
Build Box모형 제작에 쓰이는 Resin, 파우더 등의 재료가 담기는 부분합성수지, 석고, 나일론 등
프린터
헤드
재료를 녹이고 설계 도면에 근거하여 분사하고 Layer를 쌓아올림접착액 분사
자외선 분사 방식
3D 스캐너입체모형을 다각도에서 읽는기능접촉식, 비접촉식
Elevator프린터 헤드가 입체 모양에 맞게 재료를 분사 시 이동 수단헤드와 노출의
이동
Build platform제품을 쌓아올리게 되는 바닥 지지부분해당 없음

 

IV. 3D 프린팅 주요 기술 방식과 방식 별 분류

가. 재료에 따른 3D 프린팅 주요 기술 방식

분류기술조형방식 및 특징
액체
기반
SLA(Stereolithography), Jetted Photopolymer,
Ink Jet Printing
액체 형태의 재료 사용
레이저나 강한 자외선을 이용, 재료를 순간적으로 경화시켜 형상 제작
가장 널리 쓰이는 기술, 중간 정도의 조형속도
분말
기반
SLS(Selective Laser Sintering)
DMLS(Direct Metal Laser Sintering)
3DP(Three Dimensional Printing)
미세한 플라스틱 분말(power), 모래, 금속 성분의 가루
분말 형태의 재료를 가열, 결합하여 조형
재료 형태에 따라 접착제를 사용하는 시스템, 레이저를 사용하는 시스템 등이 있음
조형속도 빠름
고체
기반
FDM(Fused Deposition Modeling)와이어(wire), 필라멘트 형태 재료 사용
필라멘트 등의 열가소성 재료를 열을 가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층하여 조형
LOM(Laminated Object Manufacturing)마분지 같이 얇은 플라스틱 시트/필름 형태의 재료 사용
플라스틱 시트를 접착하면서 칼을 사용해 절단 후 적층하여 조형
PolyJet왁스(wax) 성질의 패럿(작고 둥근 알 또는 공 모양의 알갱이)을 재료로 사용
재료를 헤드에서 녹여 노즐을 통해 분사

나. 3D 프린팅 주요 기술 방식의 재료 및 특징

방식재료특징
FDMABS, PLA, Thermoplastic(Semi-Liquid), FoodFused Deposition Modeling
열에 녹는 모델 Part/서포트 필라멘트를 사출 헤드로 출력하여 조형, Layer 두께 0.1mm 이상
대중화 주도
MJMABS Like, 아크릴Multi Jet Modeling
모델 Part/서포트 광경화성 수지를 잉크젯 프린터처럼 분사하여 UV Light로 고형
표면조도가 매우 매우 우수
(Liquid-Inkjet)
3DP석회가루 등 파우더Three Dimensional Printing
파우더 재료에 접착제를 사용하고, 잉크젯 프린터 헤드를 통해 컬러 잉크 사용하여 컬러 출력 가능
표면조도 약간 미흡
DLPLiquid ResinDigital Light Processing
액상수지를 광학 적층 DLP 경화
표면조도가 매우 매우 우수
SLALiquid PhotopolymerStereolithography
광경화성 액상 수지를 UV 레이저 빔으로 경화
표면조도가 매우 우수
SLSABS, PLA, 왁스, 세라믹, 나일론, 유리, 금속 등 파우더Selective Laser Sintering
플라스틱, 금속 등 분말을 레이저빔으로 녹여 조형
재료강도가 매우 우수
LOM종이, 금속 호일, 플라스틱 필름 등 SheetLaminated Object Manufacturing
재료를 겹겹이 층을 쌓아 조형
A4 종이 재료 기반은 표면조도가 우수, 종이외 타재료 방식은 표면조도가 약간 부족
DMLS금속 합금Direct Metal Laser Sintering
금속 파우더를 레이저로 소결하여 제작
재료강도가 매우 우수
EBM티타늄 합금Electron Beam Melting
금속 파우더를 전자 빔으로 용해하여 제작
재료강도 매우 매우 우수
SHSThermoplastic 파우더Selective Heat Sintering
Thermal Print Head 사용
적층 Layer 두께 0.1 mm

 

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