[3D 프린팅] 3D 프린팅 기초 개요

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3D 프린팅 기초 개요

 요새 핫한 4차 산업 혁명 중 한 부분을 차지하고 있는 3D 프린팅(printing)에 대해 아주 기본적인 내용들을 다뤄보고자 합니다.

 이 포스팅만으로도 대충 어떤 식으로 돌아가고 3D 프린트가 어떤 골자로 진행되는지 알 수 있으실 겁니다.

 이 포스팅은 개략적인 실루엣을 제공할 뿐이며, 인터넷 등에 더욱 자세한 자료들이 있습니다.

 1) 3D 프린팅이란?

  프린트를 네X버에서 찾아보면, [프린트(print) : 인쇄하거나 등사하는 일. 또는 그런 인쇄물이나 등사물]이라고 나옵니다.

  즉, 컴퓨터에 있는 전자적으로 존재하는 파일(워드 파일, 이미지 파일 등)을 종이 위에 물리적으로 구현하는 것이 프린트 입니다.

  그럼 여기서 3D가 앞에 붙으면 무엇이 될까요?

  대략적으로 '물리적인 세계에 3차원적으로 무언가를 구현하는 것' 정도가 될텐데, 사실 이게 정답입니다.

  [프린트는 동사로 인쇄하다, 프린팅은 동명사로 인쇄하는 것... 즉, 한국식으로 사용할 땐 둘 중 아무거나 사용해도 크게 문제되지 않을 듯 합니다. 참고로 프린터는 인쇄하는 기계입니다... 그냥 혹시 헛갈리시는 분들을 위해서...]

  정확히 3D 프린팅이란 '여러 물질들을 사용해서 현실 세계에 3차원적으로 물건을 만드는 것'이며, 여기서 사용되는 전자적인 파일은 3D 모델링으로 만들어진 파일들이 되는 것이죠.

  근데 3D 프린터가 나오기 이전에도 사람들은 물건을 만들어왔습니다. 그럼 무엇이 다르길래 3D 프린팅을 새로운 차세대 기술로 보는 것일까요?

  그 이전까지 '물건을 만든다'라는 것은 굉장히 어려운 일이었습니다. 보통은 '공제식'이라고 CNC등으로 어떤 물체를 깎아서 만들거나, 따로 거푸집 등을 만들어 '압출성형' 방식으로 물건을 만들기 때문에 기술도 굉장히 고차원적이고 복잡하며 들어가는 돈도 많이 들었죠.

  그래서 '제조업자' 혹은 '생산자'가 아니면 어떤 물건을 만들기가 굉장히 힘들었습니다.

  그러나 3D 프린팅 기술은 3D로 모델링 된 파일만 있으면 몇시간만에 뚝딱 현실에 물건을 만들어 줍니다. 3D 모델링까지가 약간 어렵다고해도(물론 그 이전에 비하면 굉장히 간단하지만) 한번 만들어 놓기만하면 무한대로 물건을 만들어낼 수 있죠. 심지어 자신이 만들지 못해도 3D 모델을 공유하는 사이트에서 파일만 받으면 물건이 만들어집니다!

  간단히 예를 들어보면 프린터가 나오기 전에는 인쇄업자가 따로 있어서 전문적인 기술과 높은 진입장벽을 요구하였다면, 프린터가 발명되고 지속적으로 개선이 이루어지면서 전문적인 기술 없이도 집에서 파일에서 인쇄 버튼만 누르면 종이에 활자나 이미지가 찍혀 나오는 것처럼 물건을 만드는 데 있어서 하나의 혁신이 이루어진 것입니다! 모든 사람이 생산자(Maker)가 될 수 있는 시대가 된 것이죠!

2) 어떤 방식으로 만들어지는가?

  보통 이전까지는 물건을 만드는 방식은 공제식(CNC, 선반, 밀링 등)이나 성형압출이 주류를 이뤘습니다. 그렇기에 일반적인 사람들이 진입하기엔 상당히 힘들었죠.

  근데 3D 프린터는 허공에다가 물건을 찍어냅니다.

  과거와 같은 패러다임에서는 생각하기 힘들지만, 여기에서 쓰이는 개념은 '적층식'입니다.

  3D 프린터에도 종류가 많고 각자 만드는 방식이 다르지만 기본적인 개념은 똑같습니다.

  여기서 적층식이라는 개념은 3차원 물체를 지면에 평행하게 아주 잘게 자르면 층이 생기고, 그 층을 쌓아 올리는 것이라 생각하시면 됩니다.

  A4 용지 한장은 굉장히 얇지만 수백장을 쌓으면 높이가 생기는 것과 같은 것이죠.

  여기서 A4 용지를 똑같이 네모난 모양으로하지 않고 각 층마다 다른 모양으로 쌓는다면 3차원의 형상이 생기게 되는 것입니다.

  3차원 적분이라고 볼수도 있겠네요.

  그리고 이런식으로 만들어지다보니 사실상 소재의 제약이 없습니다. 액체, 분말, 고체까지 전부다 소재로 쓸 수 있습니다.

3) 3D 프린터의 종류

  3D 프린터는 크게 SLA, SLS, FDM의 세가지로 구분해 볼 수 있습니다.

  가장 간단하게 3D 프린터에서 주로 사용하는 압출 방식이 FDM이며, 보통 사용하게 되는 방식입니다. 일반적으로 SLA나 SLS는 산업용 3D 프린팅 기술이라고 부릅니다. (그렇다고 일반인이 할 수 없는 건 아니지만, 굉장히 비쌉니다.)

4) 3D 프린팅 진행 과정

  3D 프린팅은 아래와 같은 3과정으로 진행됩니다.

  * 모델링 -> 프린팅 -> 후처리

  여기서 모델링이 인쇄할 파일을 만들어 주는 과정, 프린팅이 실제로 프린트 하는 과정입니다.

  4-1) 모델링

    모델링은 직접 사람이 만들거나, 3D 스캐너 등을 활용하여 역설계 방식으로 만들 수 있습니다.

    3D 모델링을 할 수 있는 프로그램은 정말 많습니다. 123D 디자인, fusion 360 부터 많은 분들이 들어보셨을 오토 캐드, 라이노, 카티아, 3D MAX, sculptris, SketchUp 등 모든 모델링 프로그램을 사용할 수 있습니다. 그리고 사실 모든 모델링 프로그램들이 각자 특화되어 있는 부분이 다르기 때문에 만약에 모델링을 전문적으로 생각하시는 분이시라면 다양한 프로그램을 모두 다룰 줄 아시는 것이 좋을 것 같습니다.

    3D 모델링 작업이 끝났으면 STL파일로 변환해 주셔야하는데, 여기서 STL파일은 3D 프린터 출력 전에 거치게 되는 slicing(절편화)이라는 작업을 위한 파일입니다. slicing도 나중에 프로그램이 하게 되는데, 모델링 프로그램들이 너무 많아 이 모든 파일들을 해석할 수 없는 문제로 STL이라는 파일 형식을 제정하였습니다.

  4-2) 프린팅

    프린팅 과정은 다시 2단계로 나뉩니다.

    첫번째는 slicing 과정으로 이전의 모델링 과정에서 만든 STL파일을 불러서 3D 프린터가 한 층씩 쌓을 수 있도록 한층씩 잘라주는 작업입니다. 이때 생성되는 것이 G code인데, 3D 프린터는 이 G code로 프린트를 하게 됩니다.

    두번째는 실제로 프린트하는 과정으로 한층씩 쌓아서 만들며, 이때는 물리적인 여러 변수들(냉각, 프린팅 속도 등)이 간섭하기 때문에 의외로 프린트 하는데 시간이 약간 걸립니다.

  4-3) 후처리

    후처리는 프린트 후 표면 가공, 도색 등을 포함하여 실제로 사용하기 전에 사용에 적합하게 하는 모든 작업을 칭합니다. 분야에 따라서 그 방식들이 달라지기 때문에 이 부분에서 많은 전문적인 지식을 요구합니다.

  즉, 진행 과정상 어려움이 있는 부분은 세부분으로, 모델링에서 실제 3차원 모델을 만드는 과정(그러나 3D 프린팅은 오픈소스를 지향하기 때문에 상당히 많은 모형이 인터넷에 공유되고 있습니다.), 프린팅에서 여러 환경변수를 제어하는 과정, 적절한 후처리 과정이 그것입니다.

5) 3D 프린팅 키워드

  3D 프린팅은 크게

    * 적층식

    * 소재에 제약이 없음

    * 오픈소스

    * 다품종 소량생산

  이라는 네개의 키워드로 정리해 볼 수 있습니다.

6) 관련 사이트

  싱기버스(모델 사이트) : https://www.thingiverse.com/

  네이버, 다음 등 포털 사이트에 검색 시 더욱 자세한 정보를 얻으실 수 있습니다.