3D프린터의 출력 방식들 - FDM / SLA / SLS 3D Printer

 3D프린터의 장점은 프로토타입 같은 모델이나 소량 제품을 출력할때 유용하죠~ 하지만 대량 생산이라던지 이런 용도로 사용하기에는 아직은 더 발전이 필요하죠.  이런 3D프린터는 출력 방식도 여러가지가 있고 그 방식들마다 고유한 특징이 있습니다. 이런 특징들은 출력 방식의 종류에 따라 출력물의 특성을 정하게 됩니다. 이번 포스팅에서는 FDM(Fused Deposition Modeling), SLA(Stereolithography) 및 SLS (Selective Laser Sintering ) 방식에 대해 알아보도록 하겠습니다.

Fused Deposition Modeling (FDM)

가장 대중화된 3D프린트 방식인 FDM방식은 가열 된 노즐을 통해 필라멘트를 압출 성형하여 층층이 쌓는 원리로 작동됩니다. FDM 3D프린터는 저예산의 기업이나 개인에게 가장 적합합니다. 요즘에는 많은 브랜드가 시중에 나와있는데 MakerBot, Ultimaker, 신도리코, 큐비콘 등 과 같은 완제품으로 나온 3D프린터도 있고, 저렴한 DIY 키트를 사용해 프린터 부품을 사용하여 3D 프린터를 만들 수 있습니다. 

FDM 프린터의 개념은 간단합니다. 플라스틱 필라멘트는 노즐을 통과하여 접촉 할 때 녹으며 물체가 완성 될 때까지 구조화 된 방식으로 한층한층 점차적으로 쌓아올립니다. FDM에 사용되는 플라스틱은 일반적으로 ABS (아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌), PLA (폴리 유산 산) 및 나일론 (폴리 아미드)이지만 플라스틱과 목재 또는 탄소의 혼합 소재와 같은 다른 특별한 소재도 사용할 수 있습니다.

Stereolithography (SLA)

SLA 프린팅 기술은 80년대에 처음 이론이 나오고 특허화 된 최초의 광경화성 프린팅 제조 기술 중 하나였습니다. 그 뒤에나온 DLP같은 개념은 오늘날 많은 변형이 있지만 SLA와 유사하고 개념은 아주 간단합니다. UV 레이저 빔이 액체상태의 광경화성 재료에 (레진)  쏴주면서 단면을 빠르게 그리면서 출력이 되는 방식입니다.  레이저가 위의 움짤처럼 같이 아래에서 쏴주면서 출력물을 천천히 끌어올립니다. FDM방식에 비해 출력물의 퀄리티가 높고 출력속도가 빠르다는 장점이 있지만 출력할때 필요한 원료가 비싸고 출력시에 냄새가나서 환기가 필요합니다. 그리고 출력후에는 아직 완전히 굳어진 상태가 아니라 UV경화기로 굳혀주는 작업이 필요합니다.

SLA방식의 3D프린터는 인기가 있지만 FDM방식의 프린터에 비하면 가격차이가 너무 심하고 프린터와 재료의 가격이 고가이고 출력한 후에 필수적으로 해야하는 부가적인 후처리 때문에 FDM방식에 비해 손이 많이 갑니다.  하지만 출력물의 퀄리티가 FDM방식에 비교할 수 없을정도로 매끄럽게 나오고 복잡한 구조의 출력물도 무리없이 뽑아내기 때문에 정교한 작업이 필요한 사용자에게 유용합니다. 

 

Selective Laser Sintering (SLS)

마지막으로 SLS 방식의 3D프린터의 개념은 간단하지만 SLS 프린터는 대개 크고 (보통 냉장고만하죠) 값이 너무 비싸기 때문에 실행은 대개 전문 업체같은 곳에서 사용하거나 온라인 상에서 출력물을 의뢰해서 만들게 됩니다. 원리를 간단하게 설명하면, 프린터 내의 고체의 가루를 적당히 눌러 단단하게 만든다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열하여 가루가 서로 접한 면에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착하여 성형이 되는 방식으로 프린팅을 하게 됩니다. 

SLA 및 FDM과 비교할 때, SLS는 분말을 재료로 사용해 자체적으로 지지를 해주기 때문에 지지 구조를  따로 구현하지 않아도 됩니다. 이로 인해 복잡하고 복잡한 형상을 만들 수 있으며 거의 ​​완벽한 설계 자유가 있습니다. 그러나 기계 비용은 일반인이 살 수 없는 가격이고 이 방식 역시 사용하려면 분말을 채워넣고 빼내고 해야하다보니 손이 많이 가게됩니다. 산업용 어플리케이션에 주로 사용됩니다.

3D프린터의 특성

	FDM	SLA	SLS
재료	ABS, PLA, 나일론	감광성 수지(레진)	Polyamide (나일론), Polystyrene(폴리스티렌),  TPU(열가소성 폴리우레탄), Metal(금속)
출력물 품질	낮음~보통 퀄리티	높은퀄리티	높은퀄리티
적층 두께	0.5 내지 0.127 mm	0.05 ~ 0.015 mm	0.05 ~ 0.01 mm
표면 질감	거침(계단효과. 후가공 가능)	매끄러운편	약간거칠지만 연마가능
서포터(복잡한출력물)	필수	필수	필요없음
내마모성	강한편	변하기 쉬움	강함
출력속도	느림	빠름	빠름
후처리	필요에따라 선택	필수(UV경화)	필요에따라 선택
비용	저렴한 프린터  저렴한 재료	고가의 프린터  고가의 재료	매우 고가의 프린터  비교적 저렴한 재료