PRODUCT INTRODUCE

3D / RP프린터

3D 프린팅 기술의 특징

ATOS 3D Digitizer

3D프린팅 기술은 앞서 언급한 대로 한층 한층 재료를 적층하여 모델을 조형하기에 어떤 형상도 제작이 가능하다. 이것은 기존의 공구에 의해 재료를 가공하는 방법과 근본적으로 다르다. 공구로 재료를 가공하는 경우 공구간섭에 의해 제작물의 형상에도 한계가 생기게 된다. 보다 구체적인 신속조형기술의 특징을 요약하면 다음과 같다.

3D프린팅 기술의 특징 요약

  • 기존의 방법에 비해 훨씬 짧은 기간과 비용, 대부분 24시간 이내에 시작품을 빠르게 제작해서 볼 수 있다.
  • 적층에 의하여 형상을 만들어 가기에 어떠한 형상도 제작이 가능하다.다만 제작 크기에 제약이 있는 경우 따로 따로 나누어 붙이거나 조립한다.
  • 3D프린팅 기술을 활용하기 위해서는 3차원 솔리드 데이터와 이것을 STL 파일로 전환 해 주어야 한다. 이렇게 STL 파일로 저장된 모델 데이터는 Polygon Mesh 구조이며, 각각 의 장비에 전송되면 전용 소프트웨어들에 의해 지지대와 슬라이싱 단면 데이터로 변환되어 제작되는 공통적인 특징이 있다.
  • 컴퓨터로 모델링하고 컴퓨터로 제어되어 대부분의 공정이 자동화되어 있다.
  • 공구를 이용 재료를 직접 가공하는 것이 아니기에 공작물 고정장치(Fixture)와 같은 툴 이 불필요하며, 소음이 적어 실내 공간에 다양한 설치가 가능하다.
  • 장비사용에 있어 비숙련자나 일반인도 단 몇 시간이나 몇 일이면 누구나 손쉽게 사용 할 수 있다. 최소한의 인력 소요 및 무인 가동이 가능하다.
  • 하나의 CAD 데이터만 있으면 동시에 여러 개의 파트나 서로 다른 디자인 모델의 제작이 가능하며, 크기 또한 언제든 줄이거나 크게 조정하여 출력할 수 있다.
  • 공정 및 재료 제작 기술의 발달로 금속, 플라스틱, 고무, 종이, 왁스 등 다양한 출력물을 제작해 볼 수 있기에 기능적, 기술적, 심미적, 개념적인 형상 파악과 테스트가 가능 하다.

3D프린팅 기술의 필요성

  • 3D 프린팅 기술의 필요성은 기업에게 개발기간의 단축, 금형 리스트(Risk) 최소화를 통 한 경쟁력 확보가 가장 핵심적인 사항이다. 디지이너나 설계자에겐 3D 모델링된 어떤 형상도 제작이 가능하게 만들어 주는 매우 강력하고 신속한 창작도구이다.

  • 산업분야에서의 신속조형기술인 RP가 필요한 이유를 한마디로 요약하면 시간단축을 통한 생산성 향상과 이윤의 극대화이다. 소비자의 다양한 제품이 필요하다는 것이며 시 기에 맞는 적절한 제품을 출하 하는 것이 기업의 경쟁력이 되었다. 과거의 소품종 대량 생산에서 다품종 소량생산으로 제품 또한 소비자의 다양성만큼 다양화된 것이다. 이는 제품수명주기(Product Lifecycle)의 단축을 의미하기도 한다. 그만큼 빠른 납기가 필요한 시점이다. 여기에 추가적으로 제품의 형상 또는 과거와 달리 더욱 복잡해지고 있다.

3D프린팅 기술의 분류

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광경화 적층 방식 (Photo Curing Process) : SLA

레이저 빔이나 강한 자외선(UV)dp 반응하는 광경화성 액상 수지(Photo Curing resin)를 경화시켜 모형을 만드는 방식이다. 대표적인 시스템으로 미국 3D Systems사의 SLA, 일본 CMET사와 MEIKO사의 SLA, 이스라엘 Geometries사 의 Polyjet, 독일 Envisiontec사의 DLP, 이탈리아 DWS사의 SLA시스템 등이 있 다

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박막 적층 방식 (Lamination Process)

마분지와 같은 얇은 두께의 종이판이나, 롤 상태의 PVC 라미네이트(Laminate- 얇은 판 모양), 시트(Sheet)와 같은 재료를 CO2레이저나 나이프 에지와 같은 정밀커터로 자른 후 열로 가열접착하여 형상을 제작하는 방식으로 미국 큐비탈 사의 LOM, 일본 KIRA사의 PLT, 이스라엘 Solido사의 PSL시스템이 있다.

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레이저 소결 적층 방식 (Laser Sintering Process)

레이저 빔으로 분말 상태의 소결제를 포함한 플라스틱, 우리, 모래, 금속(알루 미늄, 코발트 크롬, 티타늄, 스테인레스) 등을 녹여 형상을 조형하는 방식이다. 대표적인 시스템으로 미국 3D Systems사의 SLS, EOS사 SLS 등이 있다.

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잉크젯 적층 방식 (Inkjet Printing Process)

가정에서 사용하는 컬러 잉크젯 프린터와 원리는 비슷하다. 잉크젯 프린터처 럼 프린터 헤드의 노즐에서 액체상태의 컬러 잉크와 바인더라는 경화물질을 분말 상태의 재료에 분사하여 형상을 제작해가는 방식이다. 이외에도 조형판 에 재료를 직접 분사하여 자외선으로 경화시켜 제작하는 방식도 잉크젯 방식 의 범주에 포함된다. 3DP, MIM, MJM방식이 대표적이다.

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수지 압출 적층 방식 (Extrusion Process)

열에 녹는 와이어(Wire) 형태의 가소성 수지 또는 왁스(WAX) 상태의 재료를 사출 헤드(Extrusion head)로 연속적으로 압출(밀어내어)하여 형상을 제작해 가는 방식이다. 미국 Stratasys사의 FDM방식이 대표적이다.

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폴리젯 적층 방식 (Polyjet Process)

Photopolymer jetting 방식이라고도 한다. 프린터 헤드에 있는 수백 개의 미세 노즐에서 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화시켜 형상을 제작하는 방 식이다. 광경화 방식과 잉크젯 방식의 혼합형이다. Polyjet 또는 Multijet 방식 이 대표적이다.

개념 모델링

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3D프린터 기술의 활용은 초기 엔지니어들이 원하는 파트를 제한적이지만 직접 만들어보 거나 최종파트에 대한 가시적인 결과를 미리 검증해 보기 위한 개념 모델을 제작해 보는 것이다. 본질적으로 모든 3D프린터 장비는 이러한 개념 모델 제작에 사용될 수 있다. 이러 한 개념모델은 디자이너에게 있어서도 엔지니어와의 의사소통을 보다 효과적으로 할 수 있도록 해주며, 디자인에 대한 오류나 개선에 대한 문제를 발견하기 쉽도록 해주어 보다 정교한 디자인을 수행 할 수 있도록 도움을 준다.

기능성테스트

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3D프린팅 기술을 기능 테스트 즉 작동 모델(working model)에 활용하는 것은 이제 가장 많이 사용하는 분야 중의 하나가 되었다, 이러한 기능테스트 파트는 일시적, 한정적, 영 구적인 기능파트로 사용 될 수 있다. 예를 들어 부품의 일부를 3D프린터 파트로 대체하 여 기능성 테스트를 하는 것을 말한다. 이것은 테스트를 위해 비싼 금형을 파거나 수작 업의 플라스틱 모형이나, 금속 가공을 하거나 하는 등의 시간과 돈이 들어가는 것을 미 연에 차단하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

직접, 간접 금형제작(Rapid Tooling)분야

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직접 사출용 간이 금형 제작

금속재료는 아니지만 RP를 이용 직접사출이 가능한 간이 코어와 케비티로 그림과 같이 소량의 실제품과 같은 재질로 복제 샘플을 만들 수 있다. 이는 실제 금형 제작시 문제를 점검하거나 파트를 확인하는 매우 중요한 부분이 된다. 이러한 간이형의 빠른 제작은 생 산성과 기업의 리스크를 줄이는 수단이 된다.

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진공성형을 위한 마스터 원본 제작

진공성형은 RP원본을 성형틀로 하여 진공성형물을 직접 얻을 수 있다.

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로스트왁스(lost wax) 또는 인베스트먼트 캐스팅 (investment casting)

주얼리 같이 작고 정밀한 제품의 경우 RP원본을 고무나 실리콘 몰드를 위한 원형으로 사용해 원하는 주형과 주물을 대량으로 얻을 수 있다. 또한 석고에 왁스재료의 RP원본 을 넣고 이것을 태워 그 공간에 원하는 금속을 부어 캐스팅하면 매우 정교한 반지나 정 밀 파트를 제작 할 수 있다.


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사출용 주형틀(Injection molds)

제품 파트의 직접 생산을 위해 사출용 금형을 RP로 제작 소량 또는 대량 생산을 할 수 있다. 향후 가장 주목받는 생산 가공 기술 이다.

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사형주조(sand casting)

모래 재료 또는 석고 재료로 주형을 직접 RP로 3차원 제작하여 주물을 얻는 방법이다. 과거에 상당시간이 소요된 주물을 빠르게 얻을 수 있다.

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문화인류학, 고고학(Anthropological models)

아주 오래된 유골이나 고고학적 검정을 위한 복원 등에 활용된다. 이러한 고고학적인 연구에는 발굴된 객체를 3D SCAN하여 디지털 분석을 하거나 복원, 보존 등에 사용된다.


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의료분야, 치과 및 청각지원 (Medicine, Dentistry, Hearing Aid) 산업 분야

생명을 다루는 수술계획을 수립하기 위해 RP모델의 제작은 중요한 수단이다. 이를 통해 수술에 대한 사전 검토와 실수를 최소화하는 방법을 찾을 수 있다.


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예술, 건축, 공예, 산업디자인, 패션 (Art, Architecture, Industrial Design, etc.)분야

조각작품(Sculptual Objects)

3D 조각물을 만드는 것은 아티스트들에게 또 하나의 새 로운 연구와 창의력을 표현 할 수 있는 장이 된다. 손으로 도저히 제작 불가능 한 기하학 적인 형상이나 수학적 모티브의 객체(Math Model)들은 좋은 예가 될 것이다. RP장비가 만들어낼 수 있는 재료와 제작 크기의 한 계가 극복된다면 보다 광범위한 활용이 가능하다. 또한 디지타이저나 3D SCAN으로 추 출한 3D데이터를 역공학(Reverse Engineering)을 이용 조각 분야에 활용 할 수 있다. )

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도자기모델(ceramic ware model)

RP를 활용한 다양한 연구와 산업용 도자기 생산과정에 활용도를 점차 높여가 는 추세이다, 산업용 도자기물의 제작 시 RP원형을 가지고 암수의 석고 틀을 제작하여 활용하는 방법이 가장 널리 이용되고 있다. 또한 기물의 형상과 디자인 품평을 위한 용 도, 조형 기법 연구용으로 많이 사용되고 있다.

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주얼리 모델(Jewelry Parts)

손으로 불가능하거나 복잡해서 시간이 많이 걸렸던 것이 이제 해결되어 종전에 보지 못했던, 혁신적인 디자인들이 나오고 있다.

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건축 모델 (Architectual models)

건축분야에서의 RP활용은 해외의 경우 매우 활발한 편이다. 학교의 경우 MIT가 대표적 이다. 건축물의 내부와 외부를 빠른 시간 내에 조형하여 건축물의 외형검증은 물론 주변 환경을 보여줄 수 있다.

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패션디자인분야(Fashion Design)

패션분야에서 신속조형기술의 활용은 3차원 텍스타일(Three-Dimensional Textiles) 디자 인과 부자재인 장신구나 액세서리류이다. 특히 3차원 텍스타일의 개발은 그 활용범위가 다양하다. 한마디로 패브릭(Fabric)의 3차원화로 볼 수 있다.

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애니메이션, 캐릭터 디자인 분야

애니메이션, 캐릭터 디자인 분야에서 RP의 활용은 매우 효과적이다. 단색의모델부터 컬러가 들어간 모델까지 제작이 가능하다.