3D 프린팅과, 도입사례에 대해 알아보겠습니다.
3D 프린팅이란
3D 프린팅은 프린터로 평면으로 된 문자나 그림을 인쇄하는 것이 아니라 입체도형을 찍어내는 것을 말합니다.
종이를 인쇄하듯 3차원 공간 안에 실제 사물을 인쇄하는 3D 기술은 의료, 생활 용품, 자동차 부품 등 많은 물건을 만들어낼 수 있습니다.
축구화에 쓰일 천을 인쇄하거나 무인 항공기·자전거 뼈대·인공 뼈를 만드는 등,
제품을 제작하는 대부분의 분야에서 3D 프린팅의 예시를 들 수 있을 만큼 그 쓰임새는 무궁무진합니다.
3D 프린팅의 종류
3D 프린팅은 다양한 종류와 출력 방식들이 있습니다.
각각의 3D프린팅 출력 방식이 갖는 특징에 대해서 알아보겠습니다.
1. FDM or FFF (필라멘트 압출 방식)
플라스틱 사출 소재에 주로 활용되는 ABS 등의 원료 (ex 펠릿)를 압출 공정을 통해 보빈에 감아 롤형태로 가공된 FDM방식의 3D프린터 전용 소재를 필라멘트(filament)라고 합니다. FFF(Fused Filament Fabrication)은 전세계적으로 보편화 되어 있는 적층가공 기술로 압출부 끝에 장착된 노즐(Nozzle)을 통해서 새어나오는 실처럼 가는 소재를 얇은 두께로 한층씩 적층하여 제품을 제작합니다.
2. SLA (광경화 수지 조형 방식)
SLA(Stereolithography)방식은 레전과 같은 액체 상태의 광경화성 수지, 포토폴리머를 경화하는 방식으로 제품을 제작합니다. 포토폴리머란, 일정 파장 이상의 빛(ex 자외선)을 받으면 성질이 변하는 (ex 액상>경화) 레진과 같은 수지에 레어저 또는 프로젝터에 사용되는 빔을 조사하여 미세 레이어(Layer)를 적층하는 방식을 말하며 3D프린터의 출력 방식 중에서 비교적 우수한 품질과 정밀도, 저렴한 가격으로 다양한 산업분야에서 활용되고 있습니다.
3. SLS (선택적 소결 방식)
3D프린터 종류 중에서 분만 형태의 소재를 사용하여 적층하는 방식의 3D프린터를 SLS(Selective Laser Sintering) 방식이라 말하며 SLA 방식도 마찬가지로 레이저를 사용하여 소재를 적층하며 이러한 매커니즘을 활용하며 잉크 분사 방식, 특수 프린팅에 많이 사용디고 있습니다. 각종 엔지니어링 플라스틱에서부터 금속 소재까지 소결 공정 및 다양한 재료들에 적용 할 수 있는 다양한 재료들에 적용 할 수 있는 3D프린팅 기술이지만 정밀도 및 품질 부분은 다소 아쉬운 부분이 있습니다.
4. Polyjet (잉크젯 방식)
우리가 사무용으로 자주 사용하는 잉크젯 방식의 2D 인쇄기기와 유사한 매커니즘을 사용하여 빌드 트레이에 액상 형태의 포토폴리머를 분사, UV 램프를 조사하여 수지를 고체화 시키는 방법을 통해서 3차원의 입체 형상을 구현할 수 있습니다. 해당 방식은 현재 3D프린터 출력 방식중에서 가장 고급 기술로 취급되고 있으며 2D프린터와 같이 CMYK 가지 컬러를 사용하여 복합적인 색상 구현이 가능합니다.
3D 프린팅의 활용사례
3D프린팅이 대중화가 됨에 따라 주변에서도 쉽게 볼 수 있는 기술로 자리잡게 되었습니다.
3D프린팅의 활용사례를 몇가지 간단하게 알아보겠습니다.
'우주분야' 에서의 활용 사례
- 미국항공우주국(NASA)에서는 미국 메이드인 스페이스가 만든 무중력 3D 프린터로 우주정거장에서 비행사들이 필요로 하는 소형 부품을 스스로 행산 할 수 있도록 하며, 우주에 필요한 장비와 생활용품, 건물 건축 실험(달, 화성에서 현지 재료로 집을 짓기) 등을 진행하고 있음
- 인공위성 발사체 비용절감의 핵심 기술인 러더퍼드 엔진은 복잡한 구조로인해 대부분 3D프린팅 기술로 제작되고 있음
- Forser&Partners(영국 건축회사)에서는 달표면 재료를 활용하여 벙커 외부를 제작함
‘항공분야’에서의 활용 사례
- 미국 Boeing, GE Abiation 등 완제기 미 핵심 부품 제작기업을 중심으로 중량 절감을 위한 3D프린팅 제작기술을 활용한 구성품 연구개발을 진행하고있음
- Boeing社는 300여개 부품(보잉787에 30여점) 및 소형 배관 등 복잡한 모형의 부품을 3D 프린터로 제작하였음
- EAD사(에어버스 모회사)에서는 소형부품과 날개 제작에 3D 프린터를 활용함
- GE Abiation은 항공기 제트엔진 70%를 점유하고 있으며, 1997년 부터 3D 프린터를 이용하여 엔진부품을 생산하기 시작하였으며, 연료노즐 22개 부속품 조립품을 단일 부품으로 제작, 엔진에 장착하여 '18 3만개 생산 적용
'자동차/제조산업'에서의 활용 사례
- 미 로컬 모터스(Local Motors) 社에서는 3D 프린팅 기술을 활용해 자동차 생산-개발의 전 과정을 공개하는 오픈소스 방식으로 운영함
- 선 주문후 생산 방식으로 제작시간이 약 40시간 소요됨
- 2014년 최초 모델 스트라티를시작으로 2015년에는 전작을 보완한 스웜을 출시하였고, 2016년에는 IBM의 인공지능을 탑재한 12인승 전기차버스 올리를 출시하였음
- 이 외에도 자전거, 모터사이클등 다양한 제조산업 분야에서 활용되고 있음
